DE102019207048A1 - Converter arrangement, vehicle with a converter arrangement and method for operating a converter arrangement - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromrichteranordnung (1), umfassend mindestens eine Antriebsumrichterkomponente (2), mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3), und jeweils eine Steuereinrichtung (29,39) für die mindestens eine Antriebsumrichterkomponente (2) und die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3), wobei die Gleichspannungswandlerkomponente (3) derart ausgebildet ist, neben einer Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion zumindest auch eine Antriebsumrichterkomponentenfunktion ausführen zu können, und wobei die Steuereinrichtung (39) der Gleichspannungswandlerkomponente (3) derart ausgebildet ist, die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3) derart anzusteuern, dass die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3) entweder die Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion oder die Umrichterkomponentenfunktion ausführt. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Stromrichteranordnung (1).The invention relates to a converter arrangement (1), comprising at least one drive converter component (2), at least one DC-DC converter component (3), and a control device (29, 39) for each of the at least one drive converter component (2) and the at least one DC-DC converter component (3), wherein the DC-DC converter component (3) is designed in such a way that, in addition to a DC-DC converter component function, at least one drive converter component function can also be carried out, and the control device (39) of the DC-DC converter component (3) is designed such that the at least one DC-DC converter component (3) is controlled in such a way that the at least a DC / DC converter component (3) performs either the DC / DC converter component function or the converter component function. The invention also relates to a vehicle and a method for operating a converter arrangement (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromrichteranordnung, ein Fahrzeug mit mindestens einer Stromrichteranordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Stromrichteranordnung.The invention relates to a converter arrangement, a vehicle with at least one converter arrangement and a method for operating a converter arrangement.

Stromrichter dienen der Umwandlung eines Stroms von einem Gleichstrom in einen Wechselstrom bzw. von einem Wechselstrom 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 (Antriebs-)Umrichter.Converters are used to convert a current from a direct current to an alternating current or from an alternating current to a direct current. Converters are also used to convert parameters of the current, such as a voltage and / or a frequency. Frequently used versions of the power converter are rectifiers, inverters, power controllers or (drive) 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 comprises a large number of these switching transistors. The currents are converted by controlling the switching states of these switching transistors over time with the aid of predetermined pulse patterns.

Insbesondere in Elektrofahrzeugen kommen Stromrichter zum Einsatz. Bei teilautomatisiert oder automatisiert fahrenden Fahrzeugen im Straßenverkehr müssen diese die höchste Stufe von Anforderungen an die Ausfallsicherheit erfüllen (Automotive Safety Integrity Level, ASIL). Zum Beurteilen einer Ausfallsicherheit werden Konzepte in der Automobiltechnik, aber auch in der Luftfahrt und in der Medizintechnik, auf systemischer Ebene bewertet. Bei der Bewertung wird unterschieden zwischen einem Zustand, in dem das System sich nach Auftreten eines Fehlers stets in einem sicheren Systemzustand befindet („fail safe“), und einem Zustand, in dem das System auch nach Auftreten eines Fehlers weiterhin betrieben werden kann („fail operational“). Um einen „fail operational“-Zustand sicherzustellen, werden Systemkomponenten redundant ausgebildet. Bei einem Ausfall einer Systemkomponente übernimmt dann jeweils eine gleichartige Systemkomponente die Funktion. Man unterscheidet hierbei zwischen einer „heißen“ und einer „kalten“ Redundanz. Bei einer „heißen“ Redundanz werden Systemkomponenten parallel betrieben, so dass eine Funktion ohne weiteres zwischen den redundanten Systemkomponenten übergeben werden kann. Bei einer „kalten“ Redundanz muss die redundante Systemkomponente hingegen erst betriebsbereit gemacht werden (z.B. indem ein Programmcode in einen Arbeitsspeicher geladen wird), um eine Funktion der ausgefallenden Systemkomponente zu übernehmen. Ein aktueller Zustand der redundanten Systemkomponenten wird üblicherweise mittels eines Bewertungssystems bewertet. Bei Auftreten einer Fehlfunktion steuert das Bewertungssystem dann die Systemkomponenten derart an, dass die redundante Systemkomponente die Funktion der defekten Systemkomponente übernimmt.Power converters are used in particular in electric vehicles. In the case of semi-automated or automated vehicles in road traffic, these must meet the highest level of failure safety (Automotive Safety Integrity Level, ASIL). To assess failure safety, concepts in automotive technology, but also in aviation and medical technology, are evaluated on a systemic level. The assessment distinguishes between a state in which the system is always in a safe system state after an error has occurred ("fail safe") and a state in which the system can continue to operate even after an error has occurred (" fail operational "). In order to ensure a “fail operational” state, system components are designed redundantly. If a system component fails, a system component of the same type takes over the function. A distinction is made here between a “hot” and a “cold” redundancy. With a “hot” redundancy, system components are operated in parallel so that a function can easily be transferred between the redundant system components. In the case of "cold" redundancy, however, the redundant system component must first be made ready for operation (e.g. by loading a program code into a main memory) in order to take over a function of the failed system component. A current state of the redundant system components is usually assessed using an evaluation system. If a malfunction occurs, the evaluation system then controls the system components in such a way that the redundant system component takes over the function of the defective system component.

Aus der DE 10 2014 100 256 A1 ist ein modularer Umrichter zur Verbindung eines ersten elektrischen Mehrleitungsnetzes mit einem zweiten elektrischen Mehrleitungsnetz mittels elektronische Halbleiterschalter aufweisenden Brückenmodulen bekannt, wobei aus einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Brückenmodulen jeweils Umrichterzweige gebildet sind, wobei mehrere Umrichterzweige vorhanden sind, die jeweils eine Leitung des ersten Mehrleitungsnetzes mit einer Leitung des zweiten Mehrleitungsnetzes verbinden, wobei der Umrichter eine Umrichterzweig-Redundanz derart aufweist, dass wenigstens ein Umrichterzweig als redundanter Umrichterzweig ausgebildet ist oder durch eine Steuerungseinrichtung des Umrichters als redundanter Umrichterzweig betrieben ist, wobei der redundante Umrichterzweig zur Übernahme der Funktion eines anderen Umrichterzweigs eingerichtet ist.From the DE 10 2014 100 256 A1 a modular converter is known for connecting a first electrical multi-line network to a second electrical multi-line network by means of electronic semiconductor switches having bridge modules, each converter branches being formed from a plurality of bridge modules connected in series, with several converter branches being present, each with a line of the first multi-line network Connect a line of the second multi-line network, the converter having a converter branch redundancy such that at least one converter branch is designed as a redundant converter branch or is operated by a control device of the converter as a redundant converter branch, the redundant converter branch being set up to take over the function of another converter branch is.

Aus der DE 11 2012 006 696 T5 ist eine fahrzeugmontierte Motortreibersteuerplatine bekannt, die aus einer Leiterplatte gebildet ist und auf der zwei Stromrichtertreiberschaltungen zum Treiben von zwei Stromrichterschaltungen für Dreiphasenmotoren und eine Spannungserhöhung-/Verringerungstreiberschaltung zum Treiben einer Spannungserhöhungs-/Verringerungsschaltung zum Zuführen elektrischer Energie zu den Stromrichterschaltungen angeordnet ist. Die fahrzeugmontierte Motortreibersteuerplatine enthält weiter eine erste Leistungsversorgungsschaltung zum Zuführen elektrischer Energie zu einem Teil von Schaltungsbestandteilen, die die Spannungserhöhung-/Verringerungstreiberschaltung und die zwei Stromrichtertreiberschaltungen bilden, und eine zweite Leistungsversorgungsschaltung zum Zuführen elektrischer Leistung zu dem Rest der Schaltungsbestandteile in der Spannungserhöhungs-/Verringerungstreiberschaltung und den zwei Stromrichtertreiberschaltungen.From the DE 11 2012 006 696 T5 There is known a vehicle-mounted motor driver control board which is formed of a printed circuit board and on which two power converter drive circuits for driving two power converter circuits for three-phase motors and a voltage boosting / reducing driver circuit for driving a voltage boosting / reducing circuit for supplying electric power to the converter circuits are known. The vehicle-mounted motor driver control board further includes a first power supply circuit for supplying electric power to a part of circuit components that constitute the boost / decrease driver circuit and the two power converter driver circuits, and a second power supply circuit for supplying electrical power to the rest of the circuit components in the boost / decrease driver circuit and the two power converter driver circuits.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Stromrichteranordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer Stromrichteranordnung zu schaffen, bei denen eine redundante Auslegung der Stromrichteranordnung, insbesondere im Hinblick auf eine Anzahl notwendiger Bauelemente, verbessert ist.The invention is based on the object of creating a converter arrangement and a method for operating a converter arrangement in which a redundant design of the converter arrangement is improved, in particular with regard to a number of necessary components.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Stromrichteranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by a converter arrangement having the features of Claim 1 and a method with the features of claim 8 solved. Advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.

Insbesondere wird eine Stromrichteranordnung geschaffen, umfassend mindestens eine Antriebsumrichterkomponente, mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente, und jeweils eine Steuereinrichtung für die mindestens eine Antriebsumrichterkomponente und die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente, wobei die Gleichspannungswandlerkomponente derart ausgebildet ist, neben einer Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion zumindest auch eine Antriebsumrichterkomponentenfunktion ausführen zu können, und wobei die Steuereinrichtung der Gleichspannungswandlerkomponente derart ausgebildet ist, die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente derart anzusteuern, dass die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente entweder die Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion oder die Umrichterkomponentenfunktion ausführt.In particular, a power converter arrangement is created, comprising at least one drive converter component, at least one DC / DC converter component, and a control device for each of the at least one drive converter component and the at least one DC / DC converter component, the DC / DC converter component being designed in such a way that, in addition to a DC / DC converter component function, at least one drive converter component function can also be performed the control device of the DC / DC converter component is designed to control the at least one DC / DC converter component in such a way that the at least one DC / DC converter component performs either the DC / DC converter component function or the converter component function.

Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben einer Stromrichteranordnung zur Verfügung gestellt, wobei die Stromrichteranordnung mindestens eine Antriebsumrichterkomponente, mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente, und jeweils eine Steuereinrichtung für die mindestens eine Antriebsumrichterkomponente und die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente umfasst, wobei die Gleichspannungswandlerkomponente derart ausgebildet ist, neben einer Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion zumindest auch eine Antriebsumrichterkomponentenfunktion ausführen zu können, und wobei die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente derart mittels der zugehörigen Steuereinrichtung angesteuert wird, dass die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente entweder die Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion oder die Antriebsumrichterkomponentenfunktion ausführt.Furthermore, a method for operating a converter arrangement is provided, wherein the converter arrangement comprises at least one drive converter component, at least one DC-DC converter component, and a control device for each of the at least one drive converter component and the at least one DC-DC converter component, the DC-DC converter component being designed in such a way, in addition to a DC-DC converter function also to be able to execute a drive converter component function, and wherein the at least one DC-DC converter component is controlled by means of the associated control device in such a way that the at least one DC-DC converter component performs either the DC-DC converter component function or the drive converter component function.

Weiter wird ein Fahrzeug geschaffen, mit mindestens einer Stromrichteranordnung nach einer beliebigen der beschriebenen Ausführungsformen.A vehicle is also provided with at least one power converter arrangement according to any of the described embodiments.

Die Stromrichteranordnung und das Verfahren ermöglichen es, Bauelemente in der Stromrichteranordnung einzusparen und dennoch eine Redundanz für Antriebsumrichterkomponenten bereitzustellen. Eine Funktion der mindestens einen Antriebsumrichterkomponente kann daher auf redundante Weise bereitgestellt werden. Dies erfolgt, indem eine Funktionalität einer in der Stromrichteranordnung vorhandenen Gleichspannungswandlerkomponente bei Bedarf von einer Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion auf eine Antriebsumrichterkomponentenfunktion umgestellt wird. Die Gleichspannungswandlerkomponente übernimmt dann, beispielsweise weil ein Fehler in der Antriebsumrichterkomponente aufgetreten ist, die Funktion der Antriebsumrichterkomponente. Wird die Stromrichteranordnung beispielsweise in einem Fahrzeug eingesetzt, so kann das Fahrzeug nach dem Umstellen der Funktionalität auch bei Auftreten eines Fehlers in der Antriebsumrichterkomponente mittels der als Antriebsumrichterkomponente arbeitenden Gleichspannungswandlerkomponente weiterbetrieben werden. In einem normalen Betriebszustand, das heißt wenn die mindestens eine Antriebsumrichterkomponente einwandfrei funktioniert, kann die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente hingegen in der Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion genutzt werden.The converter arrangement and the method make it possible to save on components in the converter arrangement and still provide redundancy for drive converter components. A function of the at least one drive converter component can therefore be provided in a redundant manner. This is done by converting a functionality of a DC / DC converter component present in the converter arrangement from a DC / DC converter component function to a drive converter component function, if necessary. The DC / DC converter component then takes over the function of the drive converter component, for example because a fault has occurred in the drive converter component. If the converter arrangement is used in a vehicle, for example, the vehicle can continue to be operated after the functionality has been changed even if a fault occurs in the drive converter component by means of the DC / DC converter component operating as a drive converter component. In a normal operating state, that is, when the at least one drive converter component is functioning properly, the at least one DC / DC converter component can, however, be used in the DC / DC converter component function.

Der Vorteil ist, dass durch die doppelte Nutzung Bauelemente eingespart werden können und dennoch eine Redundanz der mindestens einen Antriebsumrichterkomponente sichergestellt ist, sodass jederzeit ein „fail operational“-Zustand erreicht werden kann. Durch das Einsparen von Bauelementen fällt ein benötigter Bauraum kleiner aus, ein Gewicht ist reduziert und es können Kosten und Aufwand bei der Herstellung und bei der Wartung eingespart werden.The advantage is that components can be saved through the double use and redundancy of the at least one drive converter component is still ensured, so that a “fail operational” state can be achieved at any time. By saving components, the required installation space is smaller, the weight is reduced and costs and effort in production and maintenance can be saved.

Die mindestens eine Antriebsumrichterkomponente umfasst insbesondere mehrere serielle Schalttransistoren mit jeweils parallel geschalteten Dioden. Eine Schaltfolge der Schalttransistoren wird hierbei über entsprechende Treiberspannungen von der zugehörigen Steuereinrichtung bereitgestellt. Die mindestens eine Antriebsumrichterkomponente umfasst ferner insbesondere einen Highside- und einen Lowside-Abgriff sowie einen Neutralpunktabgriff und einen Phasenabgriff. Die mindestens eine Antriebsumrichterkomponente kann insbesondere zum Ausbilden eines Phasenzweigs in einem Antriebsumrichter verwendet werden.The at least one drive converter component comprises in particular a plurality of serial switching transistors, each with diodes connected in parallel. A switching sequence of the switching transistors is provided by the associated control device via corresponding driver voltages. The at least one drive converter component also includes, in particular, a high-side and a low-side tap as well as a neutral point tap and a phase tap. The at least one drive converter component can in particular be used to form a phase branch in a drive converter.

Die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente umfasst insbesondere mehrere serielle Schalttransistoren mit jeweils parallel geschalteten Dioden. Eine Schaltfolge der Schalttransistoren wird hierbei über entsprechende Treiberspannungen von der zugehörigen Steuereinrichtung bereitgestellt. Die mindestens eine Antriebsumrichterkomponente umfasst ferner insbesondere einen Highside- und einen Lowside-Abgriff, einen Neutralpunktabgriff sowie Zwischenabgriffe.The at least one DC voltage converter component comprises, in particular, a plurality of serial switching transistors, each with diodes connected in parallel. A switching sequence of the switching transistors is provided by the associated control device via corresponding driver voltages. The at least one drive converter component also includes, in particular, a high-side and a low-side tap, a neutral point tap and intermediate taps.

Insbesondere ist vorgesehen, dass einer Antriebsumrichterkomponente jeweils eine Gleichspannungswandlerkomponente zugeordnet ist. Es kann prinzipiell jedoch auch vorgesehen sein, dass eine solche Zuordnung erst nach Auftreten eines Fehlers in einer Antriebsumrichterkomponente erfolgt.In particular, it is provided that a drive converter component is assigned a DC / DC converter component. In principle, however, provision can also be made for such an assignment to take place only after an error has occurred in a drive converter component.

Eine Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion bezeichnet insbesondere eine Teilfunktion eines Gleichspannungswandlers, die von der Gleichspannungswandlerkomponente in dem Gleichspannungswandler ausgeführt wird. Insbesondere wird eine solche Teilfunktion durch entsprechendes Ansteuern von Schalttransistoren der Gleichspannungswandlerkomponente bereitgestellt.A DC / DC converter component function denotes, in particular, a partial function of a DC / DC converter that is carried out by the DC / DC converter component in the DC / DC converter. In particular, such a sub-function is provided by appropriate control of switching transistors of the DC voltage converter component.

Eine Antriebsumrichterkomponentenfunktion bezeichnet insbesondere eine Teilfunktion eines Antriebsumrichters, die von der Antriebsumrichterkomponente in dem Antriebumrichter ausgeführt wird. Insbesondere wird eine solche Teilfunktion durch entsprechendes Ansteuern von Schalttransistoren der Antriebsumrichterkomponente bereitgestellt.A drive converter component function refers in particular to a sub-function of a drive converter that is carried out by the drive converter component in the drive converter. In particular, such a sub-function is provided by appropriate control of switching transistors of the drive converter component.

Die Steuereinrichtungen können jeweils als eine Kombination von Hardware und Software ausgebildet sein, beispielsweise als Programmcode, der auf einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor ausgeführt wird. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass Teile einzeln oder zusammengefasst als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgebildet sind. Es kann vorgesehen sein, dass Steuereinrichtungen miteinander kommunizieren können, beispielsweise über eine hierfür eingerichtete Kommunikationsschnittstelle.The control devices can each be designed as a combination of hardware and software, for example as program code that is executed on a microcontroller or microprocessor. However, it can also be provided that parts are designed individually or combined as an application-specific integrated circuit (ASIC). It can be provided that control devices can communicate with one another, for example via a communication interface set up for this purpose.

Die Stromrichteranordnung ist insbesondere für einen Einsatz in einem Fahrzeug ausgebildet. Ein Fahrzeug ist hierbei insbesondere ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Prinzipiell kann das Fahrzeug jedoch auch ein anderes Luft-, Land- oder Wasserfahrzeug sein.The converter arrangement is designed in particular for use in a vehicle. A vehicle is in particular a motor vehicle, in particular an electrically driven motor vehicle. In principle, however, the vehicle can also be another aircraft, land or water vehicle.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung der mindestens einen Gleichspannungswandlerkomponente derart ausgebildet ist, bei Auftreten eines Fehlers in der mindestens einen Antriebsumrichterkomponente auf die Antriebsumrichterkomponentenfunktion umzustellen. Eine Überwachung kann beispielsweise mittels der jeweiligen Steuereinrichtungen erfolgen. Diese überwachen eine Funktionsfähigkeit und einen Schaltzustand von Bauelementen bzw. Schalttransistoren der mindestens einen Antriebsumrichterkomponente.In one embodiment it is provided that the control device of the at least one DC / DC converter component is designed to switch to the drive converter component function if a fault occurs in the at least one drive converter component. Monitoring can take place, for example, by means of the respective control devices. These monitor a functionality and a switching state of components or switching transistors of the at least one drive converter component.

Zum Ausführen der Antriebsumrichterkomponentenfunktion mittels der Gleichspannungswandlerkomponente ist insbesondere vorgesehen, dass die Steuereinrichtung der mindestens einen Gleichspannungswandlerkomponente ein beim Ansteuern einzelner Schalttransistoren verwendetes Pulsmuster anpasst.To carry out the drive converter component function by means of the DC voltage converter component, it is provided in particular that the control device adapts a pulse pattern used when driving individual switching transistors to the at least one DC voltage converter component.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stromrichteranordnung mindestens einen Leistungsschalter umfasst, wobei der mindestens eine Leistungsschalter zumindest einen Leistungspfad zwischen der mindestens einen Antriebsumrichterkomponente und der mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente gesteuert umschalten kann. Hierdurch kann ein Leistungspfad flexibel von der mindestens einen Antriebsumrichterkomponente auf die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente umgeschaltet werden. Der Leistungsschalter kann beispielsweise als steuerbares Schaltschütz ausgebildet sein. Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass ein Leistungspfad der mindestens einen Antriebsumrichterkomponente in einem normalen Betriebszustand mit einer Phase einer elektrischen Maschine verbunden ist. In einem Fehlerfall der mindestens einen Antriebsumrichterkomponente kann der Leistungspfad über den Leistungsschalter insbesondere auf einen Leistungspfad der mindestens einen Gleichspannungswandlerkomponente umgeschaltet werden, sodass der Leistungspfad der mindestens einen Antriebsumrichterkomponente nicht mehr mit der Phase der elektrischen Maschine verbunden ist, sondern stattdessen der Leistungspfad der mindestens einen Gleichspannungswandlerkomponente. Das Steuern des Leistungsschalters erfolgt hierbei insbesondere mittels der Steuereinrichtung der mindestens einen Antriebsumrichterkomponente, wobei der Leistungsschalter umgeschaltet wird, wenn die Steuereinrichtung einen Fehler in der Antriebsumrichterkomponente feststellt. Das Ansteuern des Leistungsschalters kann jedoch auch mittels einer anderen Steuereinrichtung erfolgen.In a further embodiment it is provided that the converter arrangement comprises at least one circuit breaker, wherein the at least one circuit breaker can switch at least one power path between the at least one drive converter component and the at least one DC / DC converter component in a controlled manner. As a result, a power path can be switched over flexibly from the at least one drive converter component to the at least one DC / DC converter component. The circuit breaker can for example be designed as a controllable contactor. In particular, it is provided here that a power path of the at least one drive converter component is connected to a phase of an electrical machine in a normal operating state. In the event of a fault in the at least one drive converter component, the power path can be switched via the circuit breaker, in particular to a power path of the at least one DC / DC converter component, so that the power path of the at least one drive converter component is no longer connected to the phase of the electrical machine, but instead the power path of the at least one DC / DC converter component . The circuit breaker is controlled here in particular by means of the control device of the at least one drive converter component, the circuit breaker being switched over when the control device detects a fault in the drive converter component. However, the circuit breaker can also be controlled by means of another control device.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die mindestens eine Antriebsumrichterkomponente als Multi-Level-Antriebsumrichterkomponente ausgebildet ist und die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente als Multi-Level-Gleichspannungswandlerkomponente ausgebildet ist. Hierdurch kann ein Umrichten bzw. eine Gleichspannungswandlung effizienter und insbesondere unter Erzeugung weniger Oberwellen erfolgen. Beispielsweise können die Komponenten als 3-Level-Antriebsumrichterkomponente bzw. 3-Level-Gleichspannungswandlerkomponente ausgebildet sein. Die mindestens eine Antriebsumrichterkomponente und die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente umfassen in diesem Fall jeweils vier serielle Schalttransistoren.In a further embodiment it is provided that the at least one drive converter component is designed as a multi-level drive converter component and the at least one DC / DC converter component is designed as a multi-level DC / DC converter component. As a result, a conversion or a DC voltage conversion can take place more efficiently and in particular with the generation of fewer harmonics. For example, the components can be designed as 3-level drive converter components or 3-level DC / DC converter components. The at least one drive converter component and the at least one DC / DC converter component in this case each comprise four serial switching transistors.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Stromrichteranordnung drei Antriebsumrichterkomponenten mit jeweiligen Steuereinrichtungen und drei Gleichspannungswandlerkomponenten mit jeweiligen Steuereinrichtungen umfasst, wobei die drei Antriebsumrichterkomponenten derart verschaltet sind, dass diese gemeinsam einen dreiphasigen Multi-Level-Antriebsumrichter ausbilden, und wobei die Gleichspannungswandlerkomponenten derart verschaltet sind, dass diese zumindest beim Ausführen der Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion gemeinsam einen Multi-Level-Gleichspannungswandler ausbilden. Jede der Antriebsumrichterkomponenten des derart ausgebildeten dreiphasigen Multi-Level-Antriebsumrichters bildet ein Phasenzweig und ist im Betrieb über einen zugehörigen Leistungspfad mit einer Phase einer elektrischen Maschine, beispielsweise einem Traktionsantrieb eines Fahrzeugs, verbunden. Insbesondere sind die Antriebsumrichterkomponenten und die Gleichspannungswandlerkomponenten hierbei als 3-Level-Komponenten ausgebildet.In one embodiment it is provided that the converter arrangement comprises three drive converter components with respective control devices and three DC / DC converter components with respective control devices, the three drive converter components being connected in such a way that they jointly form a three-phase multi-level drive converter, and the DC / DC converter components are connected in such a way that that this at least when running the DC / DC converter component function together to form a multi-level DC / DC converter. Each of the drive converter components of the three-phase multi-level drive converter designed in this way forms a phase branch and, during operation, is connected to a phase of an electrical machine, for example a traction drive of a vehicle, via an associated power path. In particular, the drive converter components and the DC-DC converter components are designed as 3-level components.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Stromrichter getrennte Spannungsversorgungen für die mindestens eine Antriebsumrichterkomponente und die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente umfasst. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Steuereinrichtungen jeweils unabhängig voneinander eine eigene Spannungsversorgung aufweisen, sodass ein Ausfall einer Spannungsversorgung einer Steuereinrichtung einer Antriebsumrichterkomponente nicht zu einem Ausfall einer Steuereinrichtung einer Gleichspannungswandlerkomponente führt, sodass diese die Funktionalität der ausgefallenden Antriebsumrichterkomponente auch in diesem Fall übernehmen kann.In one embodiment it is provided that the converter comprises separate voltage supplies for the at least one drive converter component and the at least one DC-DC converter component. This ensures that the control devices each have their own power supply independently of one another, so that a failure of a power supply of a control device of a drive converter component does not lead to a failure of a control device of a DC / DC converter component, so that it can also take over the functionality of the failed drive converter component in this case.

Merkmale zur Ausgestaltung des Verfahrens ergeben sich aus der Beschreibung von Ausgestaltungen der Stromrichteranordnung. Die Vorteile des Verfahrens sind hierbei jeweils die gleichen wie bei den Ausgestaltungen der Stromrichteranordnung.Features for the configuration of the method emerge from the description of configurations of the converter arrangement. The advantages of the method are in each case the same as in the configurations of the converter arrangement.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Antriebsumrichterkomponente und einer Gleichspannungswandlerkomponente;
  • 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Stromrichteranordnung mit drei Phasen.
The invention is explained in more detail below on the basis of preferred exemplary embodiments with reference to the figures. Here show:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of a drive converter component and a DC-DC converter component;
  • 2 a schematic representation of an embodiment of the converter arrangement with three phases.

In 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Antriebsumrichterkomponente 2 und einer Gleichspannungswandlerkomponente 3 zur Verdeutlichung der Erfindung gezeigt.In 1 Figure 3 is a schematic representation of one embodiment of a drive converter component 2 and a DC to DC converter component 3 shown to illustrate the invention.

Die Antriebsumrichterkomponente 2 ist für einen 3-Level-Betrieb ausgebildet und umfasst vier serielle Schalttransistoren 21, denen jeweils Dioden 22 parallel geschaltet sind. Zwischenabgriffe 23 sind über zwei Dioden 24 mit dem Neutralpunktabgriff 25 verbunden. Ferner weist die Antriebsumrichterkomponente 2 einen Phasenabgriff 26 auf, der beispielsweise mit einer Phase einer elektrischen Maschine verbunden werden kann.The drive converter component 2 is designed for 3-level operation and comprises four serial switching transistors 21st each of which has diodes 22nd are connected in parallel. Intermediate taps 23 are about two diodes 24 with the neutral point tap 25th connected. Furthermore, the drive converter component 2 a phase tap 26th which can be connected, for example, to a phase of an electrical machine.

Die Gleichspannungswandlerkomponente 3 ist ebenfalls für einen 3-Level-Betrieb ausgebildet und umfasst vier serielle Schalttransistoren 31, denen jeweils Dioden 32 parallel geschaltet sind. Zwischenabgriffe 33 sind herausgeführt und können über Spulen mit einer Gleichspannungsversorgung verbunden werden. Ein Mittenabgriff 36 ist ebenfalls herausgeführt.The DC / DC converter component 3 is also designed for 3-level operation and comprises four series switching transistors 31 each of which has diodes 32 are connected in parallel. Intermediate taps 33 are brought out and can be connected to a DC voltage supply via coils. A center tap 36 is also brought out.

Die Antriebsumrichterkomponente 2 und die Gleichspannungswandlerkomponente 3 weisen jeweils Highside-Abgriffe 27, 37 und Lowside-Abgriffe 28, 38 auf, welche beispielsweise mit einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs verbunden werden können.The drive converter component 2 and the DC to DC converter component 3 each have highside taps 27 , 37 and lowside taps 28 , 38 which can be connected, for example, to a traction battery of a vehicle.

Die Schalttransistoren 21 der Antriebsumrichterkomponente 2 werden mittels einer Steuereinrichtung 29 durch Vorgabe der jeweiligen Gatespannungen gesteuert, wobei der Übersichtlichkeit halber lediglich eine Steuerleitung zum untersten Schalttransistor 21 angedeutet ist.The switching transistors 21st the drive converter component 2 are by means of a control device 29 controlled by specifying the respective gate voltages, with only one control line to the lowermost switching transistor for the sake of clarity 21st is indicated.

Die Schalttransistoren 31 der Gleichspannungswandlerkomponente 3 werden mittels einer Steuereinrichtung 39 durch Vorgabe der jeweiligen Gatespannungen gesteuert, wobei der Übersichtlichkeit halber lediglich eine Steuerleitung zum untersten Schalttransistor 31 angedeutet ist.The switching transistors 31 the DC / DC converter component 3 are by means of a control device 39 controlled by specifying the respective gate voltages, with only one control line to the lowermost switching transistor for the sake of clarity 31 is indicated.

Im normalen Betriebszustand der Antriebsumrichterkomponente 2 steuert die Steuereinrichtung 39 der Gleichspannungswandlerkomponente 3 die Schalttransistoren 31 der Gleichspannungswandlerkomponente 3 derart an, dass eine Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion ausgeführt wird. Zusammen mit anderen Gleichspannungswandlerkomponenten (vgl. 2) kann eine effiziente Gleichspannungswandlung erfolgen.In the normal operating state of the drive inverter component 2 controls the control device 39 the DC / DC converter component 3 the switching transistors 31 the DC / DC converter component 3 such that a DC-DC converter component function is performed. Together with other DC / DC converter components (cf. 2 ) an efficient DC voltage conversion can take place.

In einem fehlerhaften Betriebszustand, das heißt wenn ein Fehler in der Antriebsumrichterkomponente 2 auftritt, steuert die Steuereinrichtung 39 der Gleichspannungswandlerkomponente 3 die Schalttransistoren 31 der Gleichspannungswandlerkomponente 3 hingegen derart an, dass eine Antriebsumrichterkomponentenfunktion ausgeführt wird. Hierdurch kann die Gleichspannungswandlerkomponente 3 die Funktion der Antriebsumrichterkomponente 2 übernehmen, sodass ein redundanter Betrieb („fail operational“) der Antriebsumrichterkomponente 2 sichergestellt ist.In a faulty operating state, i.e. if there is a fault in the drive inverter component 2 occurs, controls the control device 39 the DC / DC converter component 3 the switching transistors 31 the DC / DC converter component 3 however, in such a way that a drive converter component function is executed. This allows the DC / DC converter component 3 the function of the drive inverter component 2 take over, so that a redundant operation ("fail operational") of the drive inverter components 2 is ensured.

Zum Feststellen eines fehlerhaften Betriebs der Antriebsumrichterkomponente 2 kann die Steuereinrichtung 29 der Antriebsumrichterkomponente 2 beispielsweise Schaltzustände der einzelnen Schalttransistoren 21 über eine Sensorik überwachen. Sind die Schaltzustände mindestens eines der Schalttransistoren 21 fehlerhaft, so wird die Gleichspannungswandlerkomponente 3 auf das Bereitstellen der Antriebsumrichterkomponentenfunktion umgestellt. Hierzu können die Steuereinrichtungen 29, 39 miteinander kommunizieren, sodass ein fehlerhafter Betriebszustand der Antriebsumrichterkomponente 2 der Steuereinrichtung 39 von der Steuereinrichtung 29 mitgeteilt werden kann.To identify incorrect operation of the drive inverter component 2 can the control device 29 the drive converter component 2 for example switching states of the individual switching transistors 21st monitor via a sensor system. Are the switching states of at least one of the switching transistors 21st faulty, so the DC-DC converter component becomes 3 on the Provision of the drive inverter component function changed. The control devices 29 , 39 communicate with each other so that a faulty operating state of the drive inverter component 2 the control device 39 from the control device 29 can be communicated.

Es kann vorgesehen sein, dass ein Leistungsschalter 4 zumindest einen Leistungspfad zwischen der Antriebsumrichterkomponente 2 und der Gleichspannungswandlerkomponente 3 gesteuert umschaltet, wenn die Steuereinrichtung 39 der Gleichspannungswandlerkomponente 3 von einer Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion auf eine Antriebsumrichterkomponentenfunktion umschaltet. Der Leistungsschalter 4 ist hierzu eingangsseitig mit dem Phasenabgriff 26 der Antriebsumrichterkomponente 2 und dem Mittenabgriff 36 der Gleichspannungswandlerkomponente 3 verbunden. Ausgangsseitig ist der Leistungsschalter 4 in einer Stromrichteranordnung mit einer Phasenleitung 5 einer elektrischen Maschine (nicht gezeigt) verbunden.It can be provided that a circuit breaker 4th at least one power path between the drive converter component 2 and the DC-DC converter component 3 controlled switches when the control device 39 the DC / DC converter component 3 switches from a DC / DC converter component function to a drive converter component function. The circuit breaker 4th is for this purpose on the input side with the phase tap 26th the drive converter component 2 and the center tap 36 the DC / DC converter component 3 connected. The circuit breaker is on the output side 4th in a converter arrangement with a phase line 5 an electrical machine (not shown) connected.

Der Leistungsschalter 4 wird beispielsweise von der Steuereinrichtung 29 der Antriebsumrichterkomponente 2 gesteuert und im Fehlerfall von dem Phasenabgriff 26 auf den Mittenabgriff 36 umgestellt.The circuit breaker 4th is for example from the control device 29 the drive converter component 2 controlled and in the event of a fault by the phase tap 26th on the center tap 36 rearranged.

In 2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Stromrichteranordnung 1 mit drei Phasen gezeigt. Die Stromrichteranordnung 1 umfasst drei Antriebsumrichterkomponenten 2 und drei Gleichspannungswandlerkomponenten 3 sowie jeweils zugehörige Steuereinrichtungen 29, 39. Die Antriebsumrichterkomponenten 2 und die Gleichspannungswandlerkomponenten 3 entsprechen hierbei jeweils der in der 1 gezeigten Ausführungsform.In 2 Figure 3 is a schematic representation of one embodiment of the power converter assembly 1 shown with three phases. The converter arrangement 1 comprises three drive converter components 2 and three DC-to-DC converter components 3 as well as associated control devices 29 , 39 . The drive converter components 2 and the DC to DC converter components 3 correspond in each case to the 1 embodiment shown.

Die Highside-Abgriffe 27, 37 und die Lowside-Abgriffe 28, 38 der Komponenten 2, 3 sind über einen Zwischenkreis 6 mit einer Traktionsbatterie 7 verbunden. Die Phasenabgriffe 26 der Antriebsumrichterkomponenten 2 sind jeweils mit Phasenleitungen 5-1, 5-2, 5-3 einer elektrischen Maschine 8 verbunden. Die Mittenabgriffe 36 der Gleichspannungswandlerkomponenten 3 sind im normalen Betriebszustand über Leistungsschalter 15-1, 15-2, 15-3 alle miteinander und über einen weiteren Leistungsschalter 13 mit einem virtuellen Massepotential verbunden.The highside taps 27 , 37 and the lowside taps 28 , 38 of the components 2 , 3 are via an intermediate circuit 6th with a traction battery 7th connected. The phase taps 26th of the drive converter components 2 are each with phase lines 5-1 , 5-2 , 5-3 an electrical machine 8th connected. The center taps 36 the DC / DC converter components 3 are in normal operating condition via circuit breakers 15-1 , 15-2 , 15-3 all with each other and via another circuit breaker 13 connected to a virtual ground potential.

Die Zwischenabgriffe 33 der Gleichspannungswandlerkomponenten 3 sind über Spulen 10, 11 und einen Zwischenkreis 14 mit den Polen einer (Austausch-)Batterie 12 (oder einer Brennstoffzelle) verbunden.The intermediate taps 33 the DC / DC converter components 3 are about coils 10 , 11 and an intermediate circuit 14th connected to the poles of a (replacement) battery 12 (or a fuel cell).

Die Steuereinrichtungen 29, 39 werden jeweils über eine redundante Spannungsversorgung 9 mit einer Betriebsspannung versorgt. Insbesondere stellt die redundante Spannungsversorgung 9 für jede Steuereinrichtung 29, 39 eine unabhängige Versorgung bereit.The control devices 29 , 39 are each via a redundant power supply 9 supplied with an operating voltage. In particular, it provides the redundant power supply 9 for each control device 29 , 39 an independent supply ready.

Über Leistungsschalter 4-1, 4-2, 4-3 kann eine Phasenleitung 5-1, 5-2, 5-3 der elektrischen Maschine 8 vom Phasenabgriff 26 der Antriebsumrichterkomponenten 2 auf den Mittenabgriff 36 einer zugehörigen Gleichspannungswandlerkomponente 3 umgeschaltet werden. Dies erfolgt gesteuert durch die Steuereinrichtung 29 der jeweiligen Antriebsumrichterkomponente 2. Gleichzeitig erfolgt eine Trennung des jeweiligen Mittenabgriffs 36 von den Mittenabgriffen 36 der anderen Gleichspannungswandlerkomponenten 3 jeweils über die Leistungsschalter 15-1, 15-2 und 15-3. Die Leistungsschalter 15-1, 15-2, 15-3 werden ebenfalls jeweils von den Steuereinrichtungen 29 gesteuert (nicht gezeigt).Via circuit breaker 4-1 , 4-2 , 4-3 can be a phase line 5-1 , 5-2 , 5-3 the electric machine 8th from phase tap 26th of the drive converter components 2 on the center tap 36 an associated DC / DC converter component 3 be switched. This is done controlled by the control device 29 of the respective drive converter component 2 . At the same time, the respective center tap is separated 36 from the center taps 36 the other DC / DC converter components 3 each via the circuit breaker 15-1 , 15-2 and 15-3 . The circuit breakers 15-1 , 15-2 , 15-3 are also in each case by the control devices 29 controlled (not shown).

Der weitere Leistungsschalter 13 verbindet im normalen Betriebszustand die Mittenabgriffe 36 der Gleichspannungswandlerkomponenten 3 mit dem virtuellen Massepotential. In einem Fehlerfall wird der weitere Leistungsschalter 13 jedoch geöffnet, sodass keine elektrische Verbindung zu dem virtuellen Massepotential mehr besteht. Der weitere Leistungsschalter 13 wird hierbei von den Steuereinrichtungen 29 der Antriebsumrichterkomponenten 3 angesteuert.The other circuit breaker 13 connects the center taps in normal operating mode 36 the DC / DC converter components 3 with the virtual ground potential. In the event of a fault, the further circuit breaker will 13 however, it is open, so that there is no longer any electrical connection to the virtual ground potential. The other circuit breaker 13 is controlled by the control devices 29 of the drive converter components 3 controlled.

Im Normalbetrieb stellen die Antriebsumrichterkomponenten 2 gemeinsam einen Antriebsumrichter zum Antreiben der elektrischen Maschine 8 bereit. Die Gleichspannungswandlerkomponenten 3 stellen im normalen Betrieb einen Gleichspannungswandler bereit, der beispielsweise eine Gleichspannung der (Austausch-)Batterie 12 oder einer Brennstoffzelle mit gewandelter, insbesondere hochgesetzter, Spannung bereitstellen kann.In normal operation, the drive inverter components 2 together a drive converter to drive the electrical machine 8th ready. The DC-DC converter components 3 provide a DC voltage converter during normal operation, which can, for example, provide a DC voltage for the (replacement) battery 12 or a fuel cell with a converted, in particular increased, voltage.

Tritt jedoch ein Fehler in dem Antriebsumrichter auf, so wird der Gleichspannungswandler nicht mehr mit allen drei Gleichspannungswandlerkomponenten 3 weiterbetrieben, sodass der Gleichspannungswandler einen Teil der Funktion des Antriebsumrichters übernehmen kann. Der Ablauf ist hierbei wie folgt: Stellt eine der Steuereinrichtungen 29 der Antriebsumrichterkomponenten 2 einen fehlerhaften Betriebszustand an der jeweiligen Antriebsumrichterkomponente 2 fest, beispielsweise weil eines der Schaltelemente der Antriebsumrichterkomponente 2 nicht mehr richtig schaltet, so wird der zugehörige Leistungsschalter 4-1, 4-2, 4-3 geöffnet. Gleichzeitig stellt die Steuereinrichtung 39 der jeweils der fehlerhaften Antriebsumrichterkomponente 2 zugeordneten Gleichspannungswandlerkomponente 3 die Gleichspannungswandlerkomponente 3 von einer Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion auf eine Antriebsumrichterkomponentenfunktion um. Dies erfolgt insbesondere, indem die Schaltzustände der Schalttransistoren angepasst werden. Ferner veranlasst die Steuereinrichtung 39 ein Trennen des Mittenabgriffes 36 der umfunktionierten Gleichspannungswandlerkomponente 3 von den Mittenabgriffen 36 der anderen Gleichspannungswandlerkomponenten 3 über den jeweiligen Leistungsschalter 15-x und gegebenenfalls auch ein Trennen von dem virtuellen Massepotential des Zwischenkreises 14 über den weiteren Leistungsschalter 13. Die auf die Antriebsumrichterkomponentenfunktion umgestellte Gleichspannungswandlerkomponente 3 ersetzt dann die fehlerhafte Antriebsumrichterkomponente 2, sodass ein Weiterbetrieb der elektrischen Maschine 8 erfolgen kann.However, if a fault occurs in the drive converter, the DC / DC converter no longer operates with all three DC / DC converter components 3 continue to operate so that the DC / DC converter can take over part of the function of the drive inverter. The process is as follows: Provides one of the control devices 29 of the drive converter components 2 a faulty operating state on the respective drive inverter component 2 fixed, for example because one of the switching elements of the drive converter component 2 no longer switches correctly, the associated circuit breaker will 4-1 , 4-2 , 4-3 open. At the same time, the control device 39 of the faulty drive inverter component 2 assigned DC voltage converter component 3 the DC-DC converter component 3 from a DC / DC converter component function to a drive converter component function. This is done in particular, by adapting the switching states of the switching transistors. The control device also initiates 39 a separation of the center tap 36 of the repurposed DC / DC converter component 3 from the center taps 36 the other DC / DC converter components 3 via the respective circuit breaker 15-x and possibly also a separation from the virtual ground potential of the intermediate circuit 14th via the further circuit breaker 13 . The DC / DC converter component converted to the drive converter component function 3 then replaces the faulty drive inverter component 2 so that the electrical machine can continue to operate 8th can be done.

Der Vorteil ist, dass bei Ausfall einer oder mehrerer Antriebsumrichterkomponente(n) 2 ein Weiterbetrieb des Antriebsumrichters möglich ist, da jeweils eine Gleichspannungswandlerkomponente 3 die Funktion der ausgefallenen Antriebsumrichterkomponente 2 übernehmen kann. Der Gleichspannungswandler kann nach Umfunktionieren der Gleichspannungswandlerkomponente 3 mit den verbleibenden Gleichspannungswandlerkomponenten 3 weiterbetrieben werden. Hierdurch kann ein Ausfall des Antriebsumrichters bzw. der Stromrichteranordnung 1 vermieden werden.The advantage is that if one or more drive converter component (s) 2 fail, the drive converter can continue to operate, since there is one DC / DC converter component in each case 3 the function of the failed drive inverter component 2 can take over. The DC / DC converter can function after the DC / DC converter component has been converted 3 with the remaining DC / DC converter components 3 continue to be operated. This can cause failure of the drive converter or the converter arrangement 1 be avoided.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
StromrichteranordnungConverter arrangement
22
AntriebsumrichterkomponenteDrive converter component
33
GleichspannungswandlerkomponenteDC-DC converter component
44th
LeistungsschalterCircuit breaker
4-14-1
LeistungsschalterCircuit breaker
4-24-2
LeistungsschalterCircuit breaker
4-34-3
LeistungsschalterCircuit breaker
55
PhasenleitungPhase line
5-15-1
PhasenleitungPhase line
5-25-2
PhasenleitungPhase line
5-35-3
PhasenleitungPhase line
66
ZwischenkreisIntermediate circuit
77th
elektrische Maschineelectric machine
99
redundante Spannungsversorgungredundant power supply
1010
DrosselspuleChoke coil
1111
DrosselspuleChoke coil
1212
(Austausch-)Batterie(Replacement) battery
1313th
weiterer Leistungsschalterfurther circuit breaker
1414th
ZwischenkreisIntermediate circuit
15-115-1
LeistungsschalterCircuit breaker
15-215-2
LeistungsschalterCircuit breaker
15-315-3
LeistungsschalterCircuit breaker
2121st
SchalttransistorSwitching transistor
2222nd
Diodediode
2323
ZwischenabgriffIntermediate tap
2424
Diodediode
2525th
NeutralpunktabgriffNeutral point tap
2626th
PhasenabgriffPhase tap
2727
Highside-AbgriffHighside tap
2828
Lowside-AbgriffLowside tap
2929
SteuereinrichtungControl device
3131
SchalttransistorSwitching transistor
3232
Diodediode
3333
ZwischenabgriffIntermediate tap
3636
MittenabgriffCenter tap
3737
Highside-AbgriffHighside tap
3838
Lowside-AbgriffLowside tap
3939
SteuereinrichtungControl device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102014100256 A1 [0005]DE 102014100256 A1 [0005]
  • DE 112012006696 T5 [0006]DE 112012006696 T5 [0006]

Claims (10)

Stromrichteranordnung (1), umfassend: mindestens eine Antriebsumrichterkomponente (2), mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3), und jeweils eine Steuereinrichtung (29,39) für die mindestens eine Antriebsumrichterkomponente (2) und die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3), wobei die Gleichspannungswandlerkomponente (3) derart ausgebildet ist, neben einer Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion zumindest auch eine Antriebsumrichterkomponentenfunktion ausführen zu können, und wobei die Steuereinrichtung (39) der Gleichspannungswandlerkomponente (3) derart ausgebildet ist, die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3) derart anzusteuern, dass die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3) entweder die Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion oder die Umrichterkomponentenfunktion ausführt.A converter arrangement (1) comprising: at least one drive converter component (2), at least one DC voltage converter component (3), and in each case a control device (29, 39) for the at least one drive converter component (2) and the at least one DC voltage converter component (3), wherein the DC / DC converter component (3) is designed such that, in addition to a DC / DC converter component function, at least one drive converter component function can also be performed, and the control device (39) of the DC / DC converter component (3) is designed to control the at least one DC / DC converter component (3) in such a way that that the at least one DC / DC converter component (3) performs either the DC / DC converter component function or the converter component function. Stromrichteranordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (39) der mindestens einen Gleichspannungswandlerkomponente (3) derart ausgebildet ist, bei Auftreten eines Fehlers in der mindestens einen Antriebsumrichterkomponente (2) auf die Antriebsumrichterkomponentenfunktion umzustellen.Converter arrangement (1) according to Claim 1 , characterized in that the control device (39) of the at least one DC / DC converter component (3) is designed to switch to the drive converter component function when a fault occurs in the at least one drive converter component (2). Stromrichteranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mindestens einen Leistungsschalter (4,4-x), wobei der mindestens eine Leistungsschalter (4,4-x) zumindest einen Leistungspfad zwischen der mindestens einen Antriebsumrichterkomponente (2) und der mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3) gesteuert umschalten kann.Converter arrangement (1) according to Claim 1 or 2 , characterized by at least one circuit breaker (4,4-x), wherein the at least one circuit breaker (4,4-x) can switch over at least one power path between the at least one drive converter component (2) and the at least one DC / DC converter component (3) in a controlled manner. Stromrichteranordnung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Antriebsumrichterkomponente (2) als Multi-Level-Antriebsumrichterkomponente ausgebildet ist und die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3) als Multi-Level-Gleichspannungswandlerkomponente ausgebildet ist.Converter arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one drive converter component (2) is designed as a multi-level drive converter component and the at least one DC / DC converter component (3) is designed as a multi-level DC / DC converter component. Stromrichteranordnung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromrichteranordnung (1) drei Antriebsumrichterkomponenten (2) mit jeweiligen Steuereinrichtungen (29) und drei Gleichspannungswandlerkomponenten (3) mit jeweiligen Steuereinrichtungen (39) umfasst, wobei die drei Antriebsumrichterkomponenten (2) derart verschaltet sind, dass diese gemeinsam einen dreiphasigen Multi-Level-Antriebsumrichter ausbilden, und wobei die Gleichspannungswandlerkomponenten (3) derart verschaltet sind, dass diese zumindest beim Ausführen der Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion gemeinsam einen Gleichspannungswandler ausbilden.Converter arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the converter arrangement (1) comprises three drive converter components (2) with respective control devices (29) and three DC / DC converter components (3) with respective control devices (39), the three drive converter components (2 ) are interconnected in such a way that they jointly form a three-phase multi-level drive converter, and the DC voltage converter components (3) are interconnected in such a way that they jointly form a DC voltage converter at least when performing the DC voltage converter component function. Stromrichteranordnung (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch getrennte Spannungsversorgungen (9) für die mindestens eine Antriebsumrichterkomponente (2) und die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3).Converter arrangement (1) according to one of the preceding claims, characterized by separate voltage supplies (9) for the at least one drive converter component (2) and the at least one DC / DC converter component (3). Fahrzeug mit mindestens einer Stromrichteranordnung (1) nach beliebigen einem der Ansprüche 1 bis 6.Vehicle with at least one converter arrangement (1) according to any one of the Claims 1 to 6th . Verfahren zum Betreiben einer Stromrichteranordnung (1), wobei die Stromrichteranordnung (1) mindestens eine Antriebsumrichterkomponente (2), mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3), und jeweils eine Steuereinrichtung (29,39) für die mindestens eine Antriebsumrichterkomponente (2) und die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3) umfasst, wobei die Gleichspannungswandlerkomponente (3) derart ausgebildet ist, neben einer Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion zumindest auch eine Antriebsumrichterkomponentenfunktion ausführen zu können, und wobei die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3) derart mittels der zugehörigen Steuereinrichtung (39) angesteuert wird, dass die mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3) entweder die Gleichspannungswandlerkomponentenfunktion oder die Antriebsumrichterkomponentenfunktion ausführt.Method for operating a converter arrangement (1), wherein the converter arrangement (1) has at least one drive converter component (2), at least one DC / DC converter component (3), and a control device (29, 39) for the at least one drive converter component (2) and the at least one DC / DC converter component (3), the DC / DC converter component (3) being designed in such a way that, in addition to a DC / DC converter component function, at least one drive converter component function can also be performed, and the at least one DC / DC converter component (3) is controlled by means of the associated control device (39) in such a way that the at least a DC / DC converter component (3) performs either the DC / DC converter component function or the drive converter component function. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Erkennen eines Fehlers in der mindestens einen Antriebsumrichterkomponente (2) mittels der Steuereinrichtung (39) der Gleichspannungswandlerkomponente (3) auf die Antriebsumrichterkomponentenfunktion umgestellt wird.Procedure according to Claim 8 , characterized in that after a fault has been detected in the at least one drive converter component (2), the DC / DC converter component (3) is switched to the drive converter component function by means of the control device (39). Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Leistungsschalters (4,4-x) zumindest ein Leistungspfad zwischen der mindestens einen Antriebsumrichterkomponente (2) und der mindestens eine Gleichspannungswandlerkomponente (3) gesteuert umgeschaltet wird.Procedure according to Claim 8 or 9 , characterized in that at least one power path between the at least one drive converter component (2) and the at least one DC-DC converter component (3) is switched over in a controlled manner by means of a circuit breaker (4,4-x).
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KR20170084960A (en) * 2016-01-13 2017-07-21 한밭대학교 산학협력단 Changing and discharging apparatus for electric vehicle
DE102017221184A1 (en) * 2017-11-27 2019-05-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Power converter component and semiconductor module of such a power converter component

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