DE102021132656A1 - Bidirektionales elektrisches ladesystem für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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Rashmi Prasad
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Abstract

Ein bidirektionales elektrisches Ladesystem für ein Kraftfahrzeug umfasst ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS), das zum Speichern einer ersten Spannung konfiguriert ist. Das RESS ist für die Verwendung mit einer bordinternen Energiequelle geeignet, die zum Speichern einer zweiten Spannung konfiguriert ist. Das System umfasst ferner einen Elektromotor mit einer Vielzahl von Maschinenwicklungen. Das System umfasst ferner einen Wechselrichter, der zwischen dem RESS und der bordunabhängigen Energiequelle angeordnet ist. Das System ist in einen Vorwärts-Abwärts-Modus, einen Rückwärts-Abwärts-Modus, einen Vorwärts-Anhebungs-Modus und einen Rückwärts-Anhebungs-Modus bewegbar, um selektiv elektrische Energie von einem der RESS und der bordunabhängigen Energiequelle zum anderen der RESS und der bordunabhängigen Energiequelle zu liefern, als Reaktion darauf, dass der Leistungsinverter zwischen mindestens zwei Zuständen wechselt, nämlich dem EIN-Zustand, dem RESS-AUS-Zustand und dem externen AUS-Zustand.

Description

  • EINFUHRUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf elektrische Fahrzeugsysteme und insbesondere auf ein bidirektionales Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Ladesystem für ein Kraftfahrzeug zur Spannungserhöhung oder -verringerung, um selektiv ein an Bord befindliches wiederaufladbares Gleichstrom-Batteriepaket oder eine externe Energiequelle zu laden.
  • Antriebssysteme für batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs) umfassen in der Regel eine oder mehrere mehrphasige Hochspannungs-Elektromaschinen in Form einer Motor-Generator-Einheit oder eines elektrischen Traktionsmotors. Diese elektrischen Maschinen liefern über einen Wechselrichter Strom an ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) oder beziehen Strom von diesem. Der Wechselrichter enthält Halbleiterschalter, die durch Pulsweitenmodulation oder andere Schaltsteuersignale gesteuert werden, um die Ausgangsspannung der Batterie in eine Wechselspannung umzuwandeln. Die AC-Ausgangsspannung des Wechselrichtermoduls wird schließlich an die einzelnen Phasenwicklungen der elektrischen Maschine übertragen. Die erregte elektrische Maschine treibt den Antriebsstrang des Fahrzeugs an. Die erregten elektrischen Maschinen stellen die Drehmomente der verschiedenen Radsätze des Getriebes ein, um einen optimalen Systemwirkungsgrad zu erreichen.
  • BEVs verfügen außerdem über einen separaten DC/DC-Abwärtswandler, der die Spannung des Batteriepakets absenkt, um eine Zusatzlast mit niedrigerer Spannung zu unterstützen. Da das Batteriepaket moderner BEVs für Spannungen ausgelegt sein kann, die höher sind als die verfügbare Spannung herkömmlicher Gleichstrom-Ladestationen, können die Fahrzeuge außerdem einen separaten DC/DC-Aufwärtswandler enthalten, um die Spannung der bordinternen Energiequellen, die das Batteriepaket laden, zu erhöhen. Der Abwärtswandler und der Aufwärtswandler erhöhen die Kosten, die Masse und das Volumen des Fahrzeugs.
  • Während die bestehenden elektrischen Fahrzeugsysteme DC/DC-Aufwärtswandler und DC/DC-Abwärtswandler enthalten, um den beabsichtigten Zweck zu erfüllen, besteht daher ein Bedarf an einem neuen und verbesserten Fahrzeugladesystem, das diese Probleme angeht.
  • BESCHREIBUNG
  • Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst ein bidirektionales elektrisches Ladesystem für ein Kraftfahrzeug ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS), das so konfiguriert ist, dass es eine erste Spannung speichert, und das RESS ist zur Verwendung mit einer bordinternen Energiequelle geeignet, die so konfiguriert ist, dass sie eine zweite Spannung speichert. Das System umfasst ferner einen Elektromotor mit einer Vielzahl von Maschinenwicklungen. Das System umfasst ferner einen Wechselrichter, der zwischen dem RESS und der bordunabhängigen Energiequelle angeordnet ist. Der Wechselrichter kann in einen EIN-Zustand gebracht werden, in dem der Wechselrichter das RESS und die bordinterne Energiequelle mit mindestens einer der Maschinenwicklungen verbindet. Der Wechselrichter kann ferner in einen AUS-Zustand versetzt werden, in dem der Wechselrichter das RESS von jeder der Maschinenwicklungen trennt und die bordunabhängige Energiequelle mit mindestens einer der Maschinenwicklungen verbindet. Der Wechselrichter kann ferner in einen externen AUS-Zustand versetzt werden, in dem der Wechselrichter das RESS mit mindestens einer der Maschinenwicklungen verbindet und die bordunabhängige Energiequelle von jeder der Maschinenwicklungen trennt. Das System kann in einen Vorwärts-Abwärts-Modus, einen Rückwärts-Abwärts-Modus, einen Vorwärts-Aufwärts-Modus und einen Rückwärts-Aufwärts-Modus versetzt werden, um als Reaktion auf den Wechsel des Wechselrichters zwischen mindestens zwei Zuständen, nämlich dem EIN-Zustand, dem RESS-AUS-Zustand und dem externen AUS-Zustand, selektiv elektrische Energie vom RESS oder der bordunabhängigen Energiequelle an die andere Energiequelle zu liefern.
  • In einem Aspekt umfasst der Wechselrichter eine Vielzahl von Phasenschenkeln, wobei jeder der Phasenschenkel mit einer entsprechenden der Maschinenwicklungen des Elektromotors verbunden ist. Jeder Phasenschenkel umfasst einen ersten und einen zweiten Halbleiterschalter, die zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position beweglich sind. Der Wechselrichter enthält außerdem einen Zwischenschalter, der von den ersten und zweiten Halbleiterschaltern getrennt und zwischen zwei der Phasenschenkel angeordnet ist. Der Zwischenschenkelschalter ist zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position beweglich, um die Phasenschenkel voneinander zu trennen, wenn der Zwischenschenkelschalter in die offene Position gebracht wird.
  • Ein weiterer Aspekt ist, dass die Phasenschenkel einen ersten und einen zweiten Phasenschenkel umfassen. Der erste Phasenschenkel umfasst einen positiven Anschluss, der mit einem positiven Anschluss des RESS verbunden ist, und der zweite Phasenschenkel umfasst einen positiven Anschluss, der mit einem positiven Anschluss der bordinternen Energiequelle verbunden ist.
  • In einem anderen Aspekt befindet sich das System im Forward-Buck-Modus, in dem der Wechselrichter zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand des RESS zyklisch wechselt, um die erste Spannung vom RESS auf die zweite Spannung zum Laden der bordinternen Energiequelle herunterzufahren. Das System befindet sich in der Vorwärts-Abwärts-Betriebsart als Reaktion darauf, dass: der Zwischenschenkelschalter in die offene Position bewegt wird; der erste und der zweite Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels einer Pulsbreitenmodulation unterworfen werden; der erste Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels in die geschlossene Position bewegt wird; und der zweite Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels in die offene Position bewegt wird.
  • In einem anderen Aspekt befindet sich das System im Reverse-Buck-Modus, in dem der Wechselrichter zwischen dem EIN-Zustand und dem externen AUS-Zustand zyklisch wechselt, um die zweite Spannung von der bordinternen Energiequelle auf die erste Spannung zum Laden des RESS herunterzufahren. Das System befindet sich im Reverse-Buck-Modus, wenn: der Zwischenschenkelschalter in die offene Position bewegt wird; der erste und der zweite Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels einer Pulsbreitenmodulation unterzogen werden; der erste Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels in die geschlossene Position bewegt wird; und der zweite Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels in die offene Position bewegt wird.
  • In einem anderen Aspekt befindet sich das System im Vorwärtsverstärkungsmodus, in dem der Wechselrichter zwischen dem AUS-Zustand des RESS und dem EIN-Zustand zyklisch wechselt, um die zweite Spannung von der bordseitigen Energiequelle auf die erste Spannung zum Laden des RESS anzuheben. Das System befindet sich in dem Vorwärtsverstärkungsmodus als Reaktion auf: das Bewegen des Zwischenschenkelschalters in die offene Position; das Bewegen des ersten Halbleiterschalters des zweiten Phasenschenkels in die geschlossene Position; das Unterziehen des ersten und zweiten Halbleiterschalters des ersten Phasenschenkels einer Pulsbreitenmodulation; und das Bewegen des zweiten Halbleiterschalters des zweiten Phasenschenkels in die offene Position.
  • In einem anderen Aspekt befindet sich das System im Reverse-Boost-Modus, in dem der Wechselrichter zwischen dem externen AUS-Zustand und dem EIN-Zustand zyklisch umschaltet, um die erste Spannung aus dem RESS auf die zweite Spannung zum Laden der bordinternen Energiequelle zu erhöhen. Das System befindet sich im Reverse-Boost-Modus als Reaktion darauf, dass: der Zwischenschenkelschalter in die offene Position bewegt wird; der erste Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels in die geschlossene Position bewegt wird; der erste und der zweite Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels einer Pulsbreitenmodulation unterzogen werden; und der zweite Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels in die offene Position bewegt wird.
  • In einem weiteren Aspekt umfasst das System außerdem einen externen Schalter, der zwischen dem Wechselrichter und der bordunabhängigen Energiequelle angeordnet ist. Der externe Schalter ist zwischen einer geschlossenen Position, in der die bordunabhängige Energiequelle mit dem Wechselrichter verbunden ist, und einer offenen Position, in der die bordunabhängige Energiequelle vom Wechselrichter getrennt ist, beweglich. Das System umfasst ferner eine Drosselspule, die in Reihe zwischen die mehreren Maschinenwicklungen und die bordunabhängige Energiequelle geschaltet ist, wobei die Drosselspule so konfiguriert ist, dass sie die Stromwelligkeit und/oder die Drehmomentwelligkeit abschwächt.
  • Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst ein bidirektionales elektrisches Ladesystem für ein Kraftfahrzeug ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS), das so konfiguriert ist, dass es eine erste Spannung speichert, und das RESS ist zur Verwendung mit einer bordinternen Energiequelle geeignet, die so konfiguriert ist, dass sie eine zweite Spannung speichert. Das System umfasst ferner einen Elektromotor mit einer Vielzahl von Maschinenwicklungen. Das System umfasst ferner einen Wechselrichter, der zwischen dem RESS und der bordunabhängigen Energiequelle angeordnet ist. Der Wechselrichter kann in einen EIN-Zustand gebracht werden, in dem der Wechselrichter das RESS und die bordinterne Energiequelle mit mindestens einer der Maschinenwicklungen verbindet. Der Wechselrichter kann ferner in einen AUS-Zustand versetzt werden, in dem der Wechselrichter das RESS von jeder der Maschinenwicklungen trennt und die bordunabhängige Energiequelle mit mindestens einer der Maschinenwicklungen verbindet. Der Wechselrichter kann ferner in einen externen AUS-Zustand versetzt werden, in dem der Wechselrichter das RESS mit mindestens einer der Maschinenwicklungen verbindet und die bordunabhängige Energiequelle von jeder der Maschinenwicklungen trennt. Das System umfasst ferner eine Steuerung, die mit dem Wechselrichter verbunden und so konfiguriert ist, dass sie eine Vielzahl von Steuersignalen erzeugt. Der Wechselrichter wechselt zwischen mindestens zwei Zuständen, nämlich dem EIN-Zustand, dem RESS AUS-Zustand und dem externen AUS-Zustand, wenn der Wechselrichter die Steuersignale von der Steuerung empfängt. Das System ist in einen vorwärtsgerichteten Abwärtsmodus, einen rückwärtsgerichteten Abwärtsmodus, einen vorwärtsgerichteten Aufwärtsmodus und einen rückwärtsgerichteten Aufwärtsmodus bewegbar, um selektiv elektrische Energie von einem der RESS und der bordunabhängigen Energiequelle zum anderen der RESS und der bordunabhängigen Energiequelle zu liefern, als Reaktion darauf, dass der Wechselrichter zwischen mindestens zwei Zuständen, nämlich dem EIN-Zustand, dem RESS-AUS-Zustand und dem externen AUS-Zustand, wechselt.
  • In einem Aspekt umfasst der Wechselrichter einen Wechselrichter-Controller zur Erzeugung einer Vielzahl von Schaltsignalen als Reaktion darauf, dass der Wechselrichter-Controller die Steuersignale von der Steuerung empfängt. Der Wechselrichter umfasst ferner erste und zweite Phasenschenkel, wobei jeder der ersten und zweiten Phasenschenkel mit einer entsprechenden der Maschinenwicklungen des Elektromotors verbunden ist. Jeder der ersten und zweiten Phasenschenkel enthält erste und zweite Halbleiterschalter, die zwischen offenen und geschlossenen Positionen beweglich sind, wenn die ersten und zweiten Halbleiterschalter die Schaltsignale von der Wechselrichtersteuerung empfangen. Der Wechselrichter enthält außerdem einen Zwischenschenkelschalter, der von den ersten und zweiten Halbleiterschaltern getrennt und zwischen dem ersten und zweiten Phasenschenkel angeordnet ist. Der Zwischenschenkelschalter ist zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position beweglich, um den ersten und den zweiten Phasenschenkel voneinander zu trennen, wenn der Zwischenschenkelschalter in die offene Position bewegt wird. Der erste Phasenschenkel umfasst einen positiven Anschluss, der mit einem positiven Anschluss des RESS verbunden ist, und der zweite Phasenschenkel umfasst einen positiven Anschluss, der mit einem positiven Anschluss der bordinternen Energiequelle verbunden ist.
  • In einem anderen Aspekt befindet sich das System im Forward-Buck-Modus, in dem der Wechselrichter zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand des RESS zyklisch wechselt, um die erste Spannung vom RESS auf die zweite Spannung zum Laden der bordinternen Energiequelle herunterzufahren. Das System befindet sich in der Vorwärts-Abwärts-Betriebsart als Reaktion darauf, dass: der Zwischenschenkelschalter in die offene Position bewegt wird; der erste und der zweite Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels einer Pulsbreitenmodulation unterworfen werden; der erste Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels in die geschlossene Position bewegt wird; und der zweite Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels in die offene Position bewegt wird.
  • In einem anderen Aspekt befindet sich das System im Reverse-Buck-Modus, in dem der Wechselrichter zwischen dem EIN-Zustand und dem externen AUS-Zustand zyklisch wechselt, um die zweite Spannung von der bordinternen Energiequelle auf die erste Spannung zum Laden des RESS herunterzufahren. Das System befindet sich im Reverse-Buck-Modus, wenn: der Zwischenschenkelschalter in die offene Position bewegt wird; der erste und der zweite Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels einer Pulsbreitenmodulation unterzogen werden; der erste Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels in die geschlossene Position bewegt wird; und der zweite Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels in die offene Position bewegt wird.
  • In einem anderen Aspekt befindet sich das System im Vorwärts-Boost-Modus, in dem der Wechselrichter zwischen dem AUS-Zustand des RESS und dem EIN-Zustand zyklisch umschaltet, um die zweite Spannung von der bordseitigen Energiequelle auf die erste Spannung zum Laden des RESS anzuheben. Das System befindet sich im Reverse-Buck-Modus, wenn: der Zwischenschenkelschalter in die offene Position bewegt wird; der erste Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels in die geschlossene Position bewegt wird; der erste und der zweite Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels der Pulsbreitenmodulation unterworfen werden; und der zweite Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels in die offene Position bewegt wird.
  • In einem anderen Aspekt befindet sich das System im Reverse-Boost-Modus, in dem der Wechselrichter zwischen dem externen AUS-Zustand und dem EIN-Zustand zyklisch umschaltet, um die erste Spannung aus dem RESS auf die zweite Spannung zum Laden der bordinternen Energiequelle zu erhöhen. Das System befindet sich im umgekehrten Boost-Modus, wenn: der Zwischenschenkelschalter in die offene Position bewegt wird; der erste Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels in die geschlossene Position bewegt wird; der erste und der zweite Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels einer Pulsbreitenmodulation unterzogen werden; und der zweite Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels in die offene Position bewegt wird.
  • Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zum Betrieb eines bidirektionalen elektrischen Ladesystems für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das System umfasst ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) zur Speicherung einer ersten Spannung und ist zur Verwendung mit einer bordinternen Energiequelle zur Speicherung einer zweiten Spannung geeignet. Das System umfasst ferner einen Elektromotor mit einer Vielzahl von Maschinenwicklungen. Das System umfasst ferner einen Wechselrichter mit einem ersten und einem zweiten Phasenschenkel, wobei jeder der ersten und zweiten Phasenschenkel einen ersten und einen zweiten Halbleiterschalter aufweist. Das System umfasst ferner eine Steuerung und einen zwischen dem ersten und dem zweiten Phasenschenkel angeordneten Zwischenschenkelschalter. Das Verfahren beinhaltet, dass die Steuerung feststellt, dass eine Auswahl zwischen einem Vorwärts-Abwärts-Modus, einem Rückwärts-Aufwärts-Modus, einem Vorwärts-Aufwärts-Modus oder einem Rückwärts-Abwärts-Modus empfangen wurde. Die Steuerung erzeugt eine Vielzahl von Steuersignalen in Reaktion auf die Auswahl des Vorwärts-Abwärts-Modus, des Rückwärts-Anhebungs-Modus, des Vorwärts-Anhebungs-Modus oder des Rückwärts-Abwärts-Abwärts-Modus. Eine Wechselrichtersteuerung erzeugt eine Vielzahl von Schaltsignalen als Reaktion darauf, dass die Wechselrichtersteuerung die Steuersignale von der Steuerung empfängt. Die ersten und zweiten Halbleiterschalter schalten den Wechselrichter zwischen mindestens zwei Zuständen, nämlich einem EIN-Zustand, einem RESS-OFF-Zustand und einem externen AUS-Zustand, um, wenn die ersten und zweiten Halbleiterschalter die Schaltsignale von der Wechselrichtersteuerung empfangen. Im EIN-Zustand verbindet der Wechselrichter das RESS und die bordunabhängige Energiequelle mit mindestens einer der Maschinenwicklungen. Im AUS-Zustand des RESS trennt der Wechselrichter das RESS von jeder der Maschinenwicklungen und verbindet die bordunabhängige Energiequelle mit mindestens einer der Maschinenwicklungen. Im externen AUS-Zustand verbindet der Wechselrichter den RESS mit mindestens einer der Maschinenwicklungen und trennt die bordunabhängige Energiequelle von jeder der Maschinenwicklungen. Der Zwischenstrangschalter bewegt sich in eine offene Position, wenn der Zwischenstrangschalter eines der Schaltsignale von der Wechselrichtersteuerung empfängt. Das System bewegt sich zwischen dem Vorwärts-Abwärts-Modus, dem Rückwärts-Abwärts-Modus, dem Vorwärts-Anhebungs-Modus und dem Rückwärts-Anhebungs-Modus, um wahlweise eine erhöhte Spannung oder eine verringerte Spannung von der RESS oder der bordunabhängigen Energiequelle an die andere RESS oder die bordunabhängige Energiequelle zu liefern, wenn der Wechselrichter zwischen mindestens zwei Zuständen wechselt, nämlich dem EIN-Zustand, dem RESS-Zustand und dem externen AUS-Zustand.
  • In einem Aspekt bestimmt die Steuerung die Auswahl des Vorwärts-Abwärts-Modus, bei dem die erste Spannung des RESS über der zweiten Spannung der bordgestützten Energiequelle liegt. Der Wechselrichter wechselt zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand des RESS, so dass Strom durch mindestens eine der Maschinenwicklungen fließt, um die erste Spannung des RESS auf die zweite Spannung zum Laden der bordgestützten Energiequelle herunterzufahren. Das Umschalten des Wechselrichters zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand des RESS beinhaltet: der Zwischenschenkelschalter bewegt sich in die offene Position; der erste und der zweite Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels werden einer Pulsbreitenmodulation unterzogen, wobei der erste zweite Phasenschenkel einen positiven Anschluss aufweist, der mit einem positiven Anschluss des RESS verbunden ist, und der zweite Phasenschenkel einen positiven Anschluss aufweist, der mit einem positiven Anschluss der bordunabhängigen Energiequelle verbunden ist; der erste Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels bewegt sich in die geschlossene Position; und der zweite Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels bewegt sich in die offene Position.
  • In einem anderen Aspekt bestimmt die Steuerung die Auswahl des Reverse-Buck-Modus, bei dem die zweite Spannung der externen Energiequelle über der ersten Spannung des RESS liegt. Der Wechselrichter schaltet zwischen dem EIN-Zustand und dem externen AUS-Zustand hin und her, so dass Strom durch mindestens eine der Maschinenwicklungen fließt, um die zweite Spannung der bordunabhängigen Energiequelle auf die erste Spannung zum Laden des RESS herunterzufahren. Das Umschalten des Wechselrichters zwischen dem EIN-Zustand und dem externen AUS-Zustand beinhaltet: der Zwischenschenkelschalter bewegt sich in die offene Position; der erste und der zweite Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels werden der Pulsbreitenmodulation unterworfen; der erste Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels bewegt sich in die geschlossene Position; und der zweite Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels bewegt sich in die offene Position.
  • In einem anderen Aspekt bestimmt die Steuerung die Auswahl des Vorwärtsverstärkungsmodus, bei dem die erste Spannung des RESS über der zweiten Spannung der bordunabhängigen Energiequelle liegt. Der Wechselrichter schaltet zwischen dem AUS-Zustand des RESS und dem EIN-Zustand hin und her, so dass Strom durch mindestens eine der Maschinenwicklungen fließt, um die zweite Spannung der bordunabhängigen Energiequelle auf die erste Spannung zum Laden des RESS zu erhöhen. Das Umschalten des Wechselrichters zwischen dem AUS-Zustand des RESS und dem EIN-Zustand beinhaltet: der Zwischenschenkelschalter bewegt sich in die offene Position; der erste Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels bewegt sich in die geschlossene Position; der erste und der zweite Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels werden der Pulsbreitenmodulation unterzogen; und der zweite Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels bewegt sich in die offene Position.
  • In einem anderen Aspekt bestimmt die Steuerung die Auswahl des Reverse-Boost-Modus, bei dem die zweite Spannung der bordunabhängigen Energiequelle über der ersten Spannung des RESS liegt. Der Wechselrichter schaltet zwischen dem externen AUS-Zustand und dem EIN-Zustand hin und her, so dass Strom durch mindestens eine der Maschinenwicklungen fließt, um die erste Spannung des RESS auf die zweite Spannung zu erhöhen und die bordunabhängige Energiequelle zu laden. Das Umschalten des Wechselrichters zwischen dem externen AUS-Zustand und dem EIN-Zustand beinhaltet: der Zwischenschenkelschalter bewegt sich in die offene Position; der erste Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels bewegt sich in die geschlossene Position; der erste und der zweite Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels werden der Breitenmodulation unterzogen; und der zweite Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels bewegt sich in die offene Position.
  • In einem anderen Aspekt erhält die Steuerung ein Software-Update über eine Over-the-Air-Programmierung, wobei das Software-Update mit den vom Steuergerät erzeugten Steuersignalen verknüpft ist.
  • Weitere Anwendungsbereiche werden sich aus der vorliegenden Beschreibung ergeben. Es sollte verstanden werden, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zur Veranschaulichung dienen und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
  • Figurenliste
  • Die hier beschriebenen Figuren dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Kraftfahrzeugs mit einem bidirektionalen elektrischen Ladesystem (System) mit einem wiederaufladbaren Energiespeichersystem (RESS), das für die Verwendung mit einer bordinternen Energiequelle geeignet ist.
    • 2 ist ein Blockdiagramm des Systems von 1, das das System mit einem Wechselrichter, einem Elektromotor und einem Steuergerät zur Erhöhung oder Verringerung der zwischen dem RESS und der bordinternen Energiequelle gelieferten Spannung zeigt.
    • 3A ist ein Schaltplan des Systems von 2, der das System in einem vorwärtsgerichteten Abwärtsmodus zeigt, bei dem sich der Wechselrichter in einem EIN-Zustand befindet, wobei der Wechselrichter die RESS und die bordunabhängige Energiequelle elektrisch mit dem Elektromotor verbindet.
    • 3B ist ein Schaltplan des Systems von 3A, der den Wechselrichter in einem RESS AUS-Zustand zeigt, in dem der Wechselrichter das RESS vom Elektromotor elektrisch trennt.
    • 4A ist ein Schaltplan des Systems von 2, der das System in einem Reverse-Buck-Modus mit dem im EIN-Zustand befindlichen Wechselrichter zeigt, wobei der Wechselrichter die RESS und die bordunabhängige Energiequelle elektrisch mit dem Elektromotor verbindet.
    • 4B ist ein Schaltplan des Systems von 4A, der den Wechselrichter in einem externen AUS-Zustand zeigt, in dem der Wechselrichter die bordseitige Energiequelle vom Elektromotor elektrisch trennt.
    • 5A ist ein Schaltplan des Systems von 2, der den Wechselrichter in einem Vorwärtsverstärkungsmodus zeigt, wobei der Wechselrichter im RESS AUS-Zustand angeordnet ist, in dem der Wechselrichter den RESS elektrisch vom Elektromotor trennt und die bordseitige Energiequelle elektrisch mit dem Elektromotor verbindet.
    • 5B ist ein Schaltplan des Systems von 5A, der den Wechselrichter im EIN-Zustand zeigt, wobei der Wechselrichter den RESS und die bordinterne Energiequelle mit dem Elektromotor elektrisch verbindet.
    • 6A ist ein Schaltplan des Systems von 2, der das System in einem Reverse-Boost-Modus zeigt, bei dem der Wechselrichter im externen AUS-Zustand angeordnet ist, wobei der Wechselrichter die bordseitige Energiequelle elektrisch vom Elektromotor trennt und den RESS elektrisch mit dem Elektromotor verbindet.
    • 6B ist ein Schaltplan des Systems von 6A, der den Wechselrichter im EIN-Zustand zeigt, wobei der Wechselrichter den RESS und die bordinterne Energiequelle mit dem Elektromotor elektrisch verbindet.
    • 7 ist ein Flussdiagramm eines Beispiels für ein Verfahren zum Betrieb des Systems von 2.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Verwendung nicht einschränken.
  • Die vorliegende Offenbarung beschreibt ein bidirektionales elektrisches Ladesystem für ein Kraftfahrzeug, das ein bordseitiges wiederaufladbares elektrisches Speichersystem (RESS), einen Wechselrichter und einen Elektromotor verwenden kann, um eine gewünschte Spannung von einem der RESS und einer bordseitigen Energiequelle zum Laden des anderen der RESS und einer bordseitigen Energiequelle zu erreichen, ohne einen speziellen DC/DC-Wandler zu verwenden. Wie unten im Detail beschrieben, umfasst der Elektromotor Maschinenwicklungen und der Wechselrichter umfasst Wechselrichterschalter, die von einem Steuergerät betätigt werden, um die Spannung zum Laden des RESS oder der bordunabhängigen Energiequelle zu erhöhen oder zu verringern.
  • Bezug nehmend auf 1 ist ein Beispiel für ein bidirektionales elektrisches Ladesystem 10 (System) in ein Antriebssystem für das erste Kraftfahrzeug 20 integriert. Das System 10 ist eine Gleichstrom-Ladeschaltung, und das erste Kraftfahrzeug 20 ist so dargestellt, dass es einen Gleichstrom-Schnellladevorgang durchläuft, bei dem die Gleichstrom-Ladeschaltung 10 eine RESS 115 (2) umfasst, die so konfiguriert ist, dass sie eine erste Spannung speichert. Die Gleichstrom-Ladeschaltung 10 umfasst ferner einen Ladeanschluss 11, der über ein Ladekabel 15 elektrisch mit einer bordgestützten Energiequelle 30 verbunden werden kann. In diesem Beispiel, das weiter unten näher beschrieben wird, ist die bordgestützte Energiequelle 30 ein RESS eines zweiten Kraftfahrzeugs 29 und so konfiguriert, dass sie eine zweite Spannung speichert. Das Ladekabel 15 kann einen SAE J1772-Ladestecker, CHAdeMO oder einen anderen geeigneten regionalen oder nationalen Standard-Ladestecker oder - Anschluss verwenden.
  • Die vorliegende Lehre ist unabhängig von dem jeweiligen Ladestandard, der letztlich im System 10 zum Einsatz kommt, und daher sind die Beispiele hier lediglich illustrativ. Zur Veranschaulichung wird im Folgenden eine Anwendung der Gleichstrom-Ladeschaltung 10 als integraler Bestandteil des ersten Kraftfahrzeugs 20 im ersten Kraftfahrzeug 20 beschrieben, die an die bordunabhängige Energiequelle 30 des zweiten Fahrzeugs 29 angeschlossen werden kann, ohne die vorliegende Offenbarung auf eine solche Implementierung zu beschränken. Es ist vorgesehen, dass das elektrische System als Teil jedes geeigneten stationären oder mobilen Fahrzeugs, Kraftwerks, Roboters oder jeder Plattform verwendet werden kann. Für andere Fahrzeuganwendungen kann der Gleichstrom-Ladestromkreis als Teil eines Flugzeugs, eines Schiffes, eines Schienenfahrzeugs oder eines anderen geeigneten Fahrzeugs verwendet werden. In anderen Beispielen kann die Off-Board-Energiequelle eine Gleichstrom-Schnellladestation sein, die an einem Ort verbleibt.
  • Das erste Kraftfahrzeug 20 umfasst eine Karosserie 12 und Antriebsräder 14. Die Karosserie 12 kann den Ladeanschluss 11 an einer für den Benutzer zugänglichen Stelle definieren oder enthalten. Das erste Kraftfahrzeug 20 kann auf verschiedene Weise als Plug-in-Elektrofahrzeug mit dem unten beschriebenen RESS 115 (2) ausgeführt sein, z. B. mit einem mehrzelligen Lithium-Ionen-, Zink-Luft-, Nickel-Metallhydrid- oder Blei-Säure-Gleichstrom-Batteriepaket, das selektiv mit der bordinternen Energiequelle 30 des zweiten Fahrzeugs 29 aufgeladen werden kann. Der Gleichstrom-Ladeschaltkreis 10, wie er am besten in 2 dargestellt ist, enthält Antriebs-/Fahrantriebskomponenten des ersten Kraftfahrzeugs 20, deren übliche Funktionen das Betreiben eines Elektromotors 114, z. B. eines Fahrmotors, umfassen können, um ein Motordrehmoment zu erzeugen und an die Antriebsräder 14 für den Antrieb des ersten Kraftfahrzeugs 20 zu liefern oder um andere nützliche Arbeiten an Bord des ersten Kraftfahrzeugs 20 auszuführen.
  • Bezugnehmend auf 2 umfasst das System 100 ferner einen ersten Schalter 102, der zwischen dem positiven Anschluss der bordinternen Energiequelle 30 und dem positiven Anschluss des RESS 115 angeordnet ist, und einen zweiten Schalter 103, der zwischen dem negativen Anschluss der bordinternen Energiequelle 30 und dem negativen Anschluss des RESS 115 angeordnet ist. Wenn die bordunabhängige Energiequelle 30 und die RESS 115 für eine gemeinsame Spannung ausgelegt sind, können der erste und der zweite Schalter 102, 103 geschlossen werden, so dass entweder die bordunabhängige Energiequelle 30 oder die RESS 115 die jeweils andere bordunabhängige Energiequelle 30 oder die RESS 115 direkt aufladen kann. Bei den ersten und zweiten Schaltern 102, 103 kann es sich um Schütze oder Halbleiterrelais handeln, die so beschaffen sind, dass sie sich unter elektrischer Last schließen, um die sofortige oder nahezu sofortige Abgabe von elektrischer Ladung zwischen der bordunabhängigen Energiequelle 30 und dem RESS 115 sicherzustellen.
  • Das System 100 umfasst ferner einen Schalter S8, der zwischen der bordunabhängigen Energiequelle 30 und dem Wechselrichter 162 angeordnet ist und zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position bewegt werden kann. Der Schalter S8 ist geschlossen und der Wechselrichter 162 wird, wie unten im Detail beschrieben, betrieben, damit Strom durch den Wechselrichter 162 und den Elektromotor 114 fließen kann, um die Spannung zu erhöhen oder zu verringern.
  • Die RESS 115 ist so konfiguriert, dass sie eine erste Spannung speichert, die für den Antrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, wie des ersten Kraftfahrzeugs 20 (1), verwendet wird. In einem Beispiel kann die RESS 115 ein Deep-Cycle-Batteriesystem mit hoher Amperekapazität sein, das für etwa vierhundert (400) bis etwa achthundert (800) Volt Gleichstrom (VDC) ausgelegt ist. In anderen Beispielen kann die RESS für Spannungswerte unter vierhundert (400) VDC oder über achthundert (800) VDC ausgelegt sein, je nach der gewünschten Fahrzeugreichweite, dem Gesamtgewicht des Fahrzeugs und den Leistungswerten der verschiedenen Verbraucher, die elektrische Energie von der RESS 115 beziehen. Wie in den 3A-6B dargestellt, kann ein Gleichspannungszwischenkreiskondensator Ci zwischen den positiven und negativen Anschlüssen angeschlossen werden.
  • Die RESS 115 kann eine oder mehrere unabhängig voneinander aufladbare Hochspannungsbatterien enthalten, die elektrisch mit einer oder mehreren mehrphasigen elektrischen Maschinen, wie dem dreiphasigen Fahrmotor 114, verbunden werden können. Genauer gesagt kann die RESS 115 mit einer Hochspannungs-Gleichstromschiene und einem Wechselrichter 162 verbunden sein, um die Übertragung von elektrischer Energie zum und vom Elektromotor 114 zu regeln.
  • Wie in 3A-6B gezeigt, ist der Wechselrichter 162 zwischen dem RESS 115 und der bordinternen Energiequelle 30 angeordnet. Der Wechselrichter 162 ist in einen EIN-Zustand bewegbar (3A, 4A, 5B und 6B), in dem der Wechselrichter 162 die RESS 115 und die bordgestützte Energiequelle 30 mit mindestens einer der Maschinenwicklungen 166 verbindet. Der Wechselrichter 162 ist ferner in einen RESS-AUS-Zustand bewegbar (3B und 5A), in dem der Wechselrichter 162 die RESS 115 von jeder der Maschinenwicklungen 166 trennt und die bordunabhängige Energiequelle 30 mit mindestens einer der Maschinenwicklungen 166 verbindet. Der Wechselrichter 162 ist ferner in einen externen AUS-Zustand (4B und 6A) bewegbar, in dem der Wechselrichter 162 die RESS 115 mit mindestens einer der Maschinenwicklungen 166 verbindet und die bordunabhängige Energiequelle 30 von jeder der Maschinenwicklungen 166 trennt.
  • Der Wechselrichter 162 kann ein Gleichstrom-Wechselstrom- und Wechselstrom-Gleichstrom-Wechselrichter sein, der Teil eines Traktionswechselrichtermoduls (TPIM) sein kann. Der Wechselrichter 162 ist zwischen dem RESS 115 und einer Vielzahl von Maschinenwicklungen 166 des Elektromotors 114 angeordnet, um elektrische Energie zwischen dem Elektromotor 114 und dem RESS 115 zu übertragen. Die Maschinenwicklungen 166 sind als Maschinenwicklungen La, Lb und Lc dargestellt und können mit Dreiphasenstrom versorgt werden, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, das einen Rotor (nicht dargestellt) des Elektromotors 114 in Drehung versetzt. Der Wechselrichter 162 kann mehrere Wechselrichter und entsprechende Motorsteuerungsmodule enthalten, die Motorsteuerungsbefehle empfangen und Wechselrichterzustände steuern können, um Motorantriebs- oder Regenerationsfunktionen bereitzustellen.
  • Der Wechselrichter 162 kann einen Satz 164 von Halbleiterschaltern S1-S6 (hier auch als „Wechselrichterschalter“ bezeichnet) enthalten. Der Wechselrichter 162 umfasst eine Vielzahl von Phasenschenkeln mit einem oder mehreren Wechselrichterschaltern für jeden Phasenschenkel. Genauer gesagt umfasst der Wechselrichter 162 in diesem Beispiel einen ersten Phasenschenkel P1 mit Wechselrichterschaltern S1, S2, einen zweiten Phasenschenkel P2 mit Wechselrichterschaltern S5, S6 und einen dritten Phasenschenkel P3 mit Wechselrichterschaltern S3, S4. Der erste Phasenschenkel P1 umfasst einen positiven Anschluss, der mit einem positiven Anschluss des RESS 115 verbunden ist, und der zweite Phasenschenkel P2 umfasst einen positiven Anschluss, der mit einem positiven Anschluss der bordinternen Energiequelle verbunden ist. Die Wechselrichterschalter S1-S6 sind zwischen offenen und geschlossenen Positionen beweglich und wandeln gemeinsam Gleichstrom (DC) von der RESS 115 in Wechselstrom (AC) um, um den Elektromotor 114 durch Hochfrequenzschaltung im Motorbetrieb zu betreiben.
  • Jeder Wechselrichterschalter S1-S6 kann als spannungsgesteuerte Schaltvorrichtung in Form eines Silizium-Bipolartransistors mit isoliertem Gate (IGBT), eines Siliziumkarbid-(SiC)-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET), eines Silizium-(Si)-Superjunction-MOSFET, eines Galliumnitrid-(GaN)-Feldeffekttransistors (FET) einem SiC-Feldeffekttransistor mit Sperrschicht (JFET), anderen Halbleiter-Leistungsschaltgeräten mit Breitbandlücke (WBG) oder Ultrabreitbandlücke (UWBG) oder anderen geeigneten Schaltern mit einem entsprechenden Gate, an das ein Gate-Signal angelegt wird, um den Ein/Aus-Zustand eines bestimmten Schalters zu ändern. In der Regel gibt es ein oder mehrere Paare von Halbleiterschaltern für jede Phase des dreiphasigen Fahrmotors 114. Jeder Phasenschenkel des Wechselrichters 162 ist mit einem entsprechenden Phasenanschluss der Maschine verbunden, z. B. mit einer der Maschinenwicklungen 166. Der Wechselrichter 162 umfasst ferner einen von den Wechselrichterschaltern S1-S6 getrennten Zwischenschalter S7, der zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung hin- und herbewegt werden kann. Der Zwischenschenkelschalter S7 ist zwischen zwei der Phasenschenkel angeordnet, um den ersten Phasenschenkel P1 von den anderen Phasenschenkeln P2, P3 zu trennen, wenn der Zwischenschenkelschalter S7 in die offene Position bewegt wird. In einem anderen Beispiel kann der Zwischenschalter zwischen zwei der Phasenschenkel angeordnet sein, um die ersten beiden Phasenschenkel P1, P3 von dem anderen Phasenschenkel P2 zu isolieren, wenn der Zwischenschalter in die offene Position bewegt wird.
  • Die bordeigene Energiequelle 30 des zweiten Kraftfahrzeugs 29 (1) kann eine oder mehrere unabhängig voneinander aufladbare Hochspannungsbatterien umfassen, die elektrisch mit einem oder mehreren mehrphasigen Elektromotoren, wie z. B. einem dreiphasigen Traktionsmotor (nicht dargestellt), verbunden werden können. Genauer gesagt kann die bordunabhängige Energiequelle 30 mit einer Hochspannungs-Gleichstromschiene (nicht dargestellt) und einem Wechselrichter (nicht dargestellt) verbunden sein, um die Übertragung elektrischer Energie zum und vom Elektromotor des zweiten Fahrzeugs 29 zu steuern. Während die Off-Board-Energiequelle in ein bidirektionales elektrisches Ladesystem ähnlich dem System 10 integriert werden kann, ist es denkbar, dass die Off-Board-Energiequelle in bekannte elektrische Systeme von EVs und HEVs integriert werden kann.
  • In einem Beispiel liegt die erste Spannung, die vom RESS 115 des ersten Kraftfahrzeugs 20 gespeichert wird, über einer zweiten Spannung, die von der bordinternen Energiequelle 30 gespeichert wird. Genauer gesagt kann die RESS 115 so ausgelegt sein, dass sie etwa achthundert (800) VDC speichert, und die bordgestützte Energiequelle kann so ausgelegt sein, dass sie etwa vierhundert (400) VDC speichert. Es ist denkbar, dass die erste Spannung des RESS über oder unter 800 VDC liegt und dass die zweite Spannung der bordunabhängigen Energiequelle 30 über oder unter 400 VDC liegt, während sie unter der ersten Spannung liegt. In einem anderen Beispiel liegt die zweite Spannung, die von der bordinternen Energiequelle 30 gespeichert wird, über der ersten Spannung, die von der RESS 115 des ersten Kraftfahrzeugs 20 gespeichert wird. Die bordinterne Energiequelle 30 kann so ausgelegt sein, dass sie etwa 800 VDC speichert, und die RESS 115 kann so ausgelegt sein, dass sie etwa 400 VDC speichert. Es ist denkbar, dass die bordseitige Energiequelle über oder unter 800 VDC und die RESS über oder unter 400 VDC liegen kann, während sie unter der zweiten Spannung der bordseitigen Energiequelle 30 liegt.
  • Das System 10 umfasst ferner einen externen Schalter S8, der zwischen dem Wechselrichter 162 und der bordunabhängigen Energiequelle 30 angeordnet ist, und der externe Schalter 162 ist zwischen einer geschlossenen Stellung, in der die bordunabhängige Energiequelle 30 mit dem Wechselrichter 162 verbunden ist, und einer offenen Stellung, in der die bordunabhängige Energiequelle 30 von dem Wechselrichter 162 getrennt ist, beweglich. Bei den Schaltern S7, S8 kann es sich um Schütze handeln, die so beschaffen sind, dass sie sich unter elektrischer Last schließen, um die unverzügliche oder nahezu unverzügliche Abgabe von elektrischer Energie zwischen den Phasenbeinen und an die bordunabhängige Energiequelle 30 sicherzustellen. Während in den 3A-6B die Schalter S7, S8 dargestellt sind, können die Schalter S7, S8 in einigen Ausführungsformen durch ein Halbleiterrelais ersetzt werden.
  • Das System 10 kann ferner eine Drosselspule L1 umfassen, die in Reihe zwischen die mehreren Maschinenwicklungen 166 und die externe Energiequelle 30 geschaltet ist, wobei die Drosselspule L1 so konfiguriert ist, dass sie die Stromwelligkeit und/oder die Drehmomentwelligkeit abschwächt.
  • Das System 10 umfasst ferner eine Steuereinheit 150, die einen Prozessor und einen ausreichenden Speicher zum Speichern von computerlesbaren Anweisungen enthalten kann. Der Speicher umfasst einen greifbaren, nicht transitorischen Speicher, z. B. einen Festwertspeicher, sei es ein optischer, magnetischer, Flash- oder anderer Speicher. Die Steuerung 150 umfasst auch ausreichende Mengen an Direktzugriffsspeicher, elektrisch löschbarem programmierbarem Festwertspeicher und dergleichen sowie einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Analog-Digital- und Digital-Analog-Schaltungen, Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -vorrichtungen sowie geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen. Die Steuerung 150 kann Ladeanforderungssignale von einem oder mehreren elektronischen Steuergeräten (ECUs) des ersten Kraftfahrzeugs 20 empfangen. Zum Beispiel kann eine Steuereinheit, das mit einem oder mehreren der Zubehörverbraucher (nicht dargestellt) verbunden ist, ein Signal liefern, das anzeigt, dass die Zubehörverbraucher elektrische Energie benötigen, und die Steuerung 150 kann einen Vorwärtsladevorgang, einen Rückwärtsladevorgang, einen Vorwärtsladevorgang und einen Rückwärtsladevorgang einleiten, wie unten ausführlicher beschrieben.
  • Wie in den 3A-6B gezeigt, enthält der Wechselrichter 162 außerdem eine Wechselrichtersteuerung 180, die Schaltsignale zur Steuerung des Betriebs der Halbleiterschalter S1-S6 erzeugt, wenn die Wechselrichtersteuerung 162 Steuersignale von der Steuerung 150 empfängt. Ähnlich wie die Steuerung 150 kann die Wechselrichtersteuerung 180 einen Prozessor und einen ausreichenden Speicher zum Speichern von computerlesbaren Anweisungen enthalten. Der Speicher umfasst einen greifbaren, nicht-übertragbaren Speicher, z. B. einen Festwertspeicher, sei es ein optischer, magnetischer, Flash-Speicher oder ein anderer. Die Wechselrichter-Steuereinheit 180 umfasst auch ausreichende Mengen an Direktzugriffsspeicher, elektrisch löschbarem programmierbarem Festwertspeicher und dergleichen sowie einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Analog-Digital- und Digital-Analog-Schaltungen, Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -vorrichtungen sowie geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen.
  • In einer Beispielimplementierung kann die Wechselrichtersteuerung 180 Steuersignale von der Steuerung 150 und/oder von Sensoren innerhalb des Elektromotors 114 empfangen. Zum Beispiel kann der Elektromotor 114 Phasenstromsensoren und/oder Rotorpositionssensoren enthalten und Signale liefern, die einen Phasenstrom und/oder eine Position des Rotors anzeigen. Der Wechselrichter-Controller 180 kann die Halbleiterschalter S1 bis S6 steuern, indem er ein Signal an ein oder mehrere Gates liefert, um zu bewirken, dass die Halbleiterschalter S1 bis S6 zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position übergehen, wie unten ausführlicher beschrieben.
  • Das System 10 wechselt zwischen einem Vorwärts-Abwärts-Modus (3A-3B), einem Rückwärts-Abwärts-Modus (4A-4B), einem Vorwärts-Aufwärts-Modus (5A-5B) und einem Rückwärts-Aufwärts-Modus (6A-6B). Wie nachstehend im Detail beschrieben, wechselt das System 10 zwischen diesen Betriebsarten, um elektrische Energie von einem der RESS 115 und der bordinternen Energiequelle 30 zum anderen der RESS 115 und der bordinternen Energiequelle 30 zu liefern, als Reaktion darauf, dass der Wechselrichter 162 zwischen dem EIN-Zustand, dem RESS-AUS-Zustand und dem externen AUS-Zustand wechselt, dass der Schalter S7 in die offene Position geht und dass der Schalter S8 in die geschlossene Position geht.
  • Wie in den 3A und 3B dargestellt, befindet sich das System 10 im Forward-Buck-Modus, in dem die RESS 115 so konfiguriert ist, dass sie die erste Spannung speichert, die über der zweiten Spannung der bordunabhängigen Energiequelle 30 liegt. Der Wechselrichter 162 wechselt zwischen dem EIN-Zustand (3A) und dem AUS-Zustand der RESS (3B), um die erste Spannung von der RESS 115 auf die zweite Spannung zum Laden der bordunabhängigen Energiequelle 30 herunterzufahren, und zwar in Reaktion auf: der Zwischenschenkelschalter S7 in die offene Position bewegt wird; der erste und der zweite Halbleiterschalter S1, S2 des ersten Phasenschenkels P1 einer Pulsbreitenmodulation unterzogen werden; der erste Halbleiterschalter S5 des zweiten Phasenschenkels P2 in die geschlossene Position bewegt wird; der zweite Halbleiterschalter S6 des zweiten Phasenschenkels P2 und der erste und der zweite Halbleiterschalter S3, S4 des dritten Phasenschenkels P3 in die offene Position bewegt werden; und der externe Schalter S8 in die geschlossene Position bewegt wird. Strom fließt durch eine oder mehrere der Maschinenwicklungen La, Lc, um zu bewirken, dass eine Spannung von der RESS 115 von der ersten Spannung auf die zweite Spannung abfällt. Die Induktoren La, Lc können die Spannung von der ersten Spannung auf die zweite Spannung reduzieren, so dass die Maschinenwicklungen 166 eine Abwärtswandlung durchführen. Die Drossel L1 kann in Reihe mit den Maschinenwicklungen 166 geschaltet werden, um z. B. die Stromwelligkeit und die Drehmomentstörung zu reduzieren und abzuschwächen. In diesem Beispiel kann das Tastverhältnis von S1 für die Pulsweitenmodulation ungefähr dem Verhältnis der Spannung von 30 zu der des RESS 115 entsprechen.
  • Wie in den 4A und 4B dargestellt, befindet sich das System 10 im Reverse-Buck-Modus, in dem die externe Energiequelle 30 so konfiguriert ist, dass sie die zweite Spannung speichert, die über der ersten Spannung des RESS 115 liegt. Der Wechselrichter 162 wechselt zwischen dem EIN-Zustand (4A) und dem externen AUS-Zustand (4B), um die zweite Spannung von der bordinternen Energiequelle 30 auf die erste Spannung zum Laden des RESS 115 herunterzufahren, als Reaktion auf: der Zwischenschenkelschalter S7 in die offene Position bewegt wird; der erste und der zweite Halbleiterschalter S5, S6 des zweiten Phasenschenkels P2 einer Pulsbreitenmodulation unterzogen werden; der erste Halbleiterschalter S1 des ersten Phasenschenkels P1 in die geschlossene Position bewegt wird; der zweite Halbleiterschalter S2 des ersten Phasenschenkels P1 und der erste und der zweite Halbleiterschalter S3, S4 des dritten Phasenschenkels P3 in die offene Position bewegt werden; und der externe Schalter S8 in die geschlossene Position bewegt wird. Strom fließt durch eine oder mehrere der Maschinenwicklungen La, Lc, um zu bewirken, dass eine Spannung von der bordseitigen Energiequelle 30 von der zweiten Spannung auf die erste Spannung herabgesetzt wird. Die Induktivitäten La, Lc können die Spannung von der ersten Spannung auf die zweite Spannung reduzieren, so dass die Maschinenwicklungen 166 eine Abwärtswandlung durchführen. Die Drossel L1 kann in Reihe mit den Maschinenwicklungen 166 geschaltet werden, um z. B. die Stromwelligkeit und die Drehmomentstörung zu reduzieren und abzuschwächen. In diesem Beispiel kann das Tastverhältnis von S5 für die Pulsweitenmodulation ungefähr dem Verhältnis der Spannung von RESS 115 zu der der externen Quelle 30 entsprechen.
  • Wie in den 5A und 5B dargestellt, befindet sich das System 10 im Vorwärts-Boost-Modus, in dem der RESS 115 so konfiguriert ist, dass er die erste Spannung speichert, die über der zweiten Spannung der bordgestützten Energiequelle 30 liegt. Der Wechselrichter 162 wechselt zwischen dem AUS-Zustand des RESS (5A) und dem EIN-Zustand (5B), um die zweite Spannung von der bordinternen Energiequelle 30 auf die erste Spannung zum Laden des RESS 115 zu erhöhen, und zwar in Reaktion auf: der Zwischenschenkelschalter S7 in die offene Position bewegt wird; der erste und der zweite Halbleiterschalter S1, S2 des ersten Phasenschenkels P1 einer Pulsbreitenmodulation unterzogen werden; der erste Halbleiterschalter S5 des zweiten Phasenschenkels P2 in die geschlossene Position bewegt wird; der zweite Halbleiterschalter S6 des zweiten Phasenschenkels P2 und der erste und der zweite Halbleiterschalter S3, S4 des dritten Phasenschenkels P3 in die offene Position bewegt werden; und der externe Schalter S8 in die geschlossene Position bewegt wird. Strom fließt durch eine oder mehrere der Maschinenwicklungen La, Lc, um zu bewirken, dass eine Spannung von der bordseitigen Energiequelle 30 von der zweiten Spannung auf die erste Spannung ansteigt. Die Induktivitäten La, Lc können die Spannung von der zweiten Spannung auf die erste Spannung erhöhen, so dass die Maschinenwicklungen 166 eine Boost-Wandlung durchführen. Die Induktivität L1 kann mit den Maschinenwicklungen 166 in Reihe geschaltet werden, um die Stromwelligkeit und die Drehmomentstörung zu reduzieren, z. B. abzuschwächen.
  • Wie in den 6A und 6B dargestellt, befindet sich das System 10 im Reverse-Boost-Modus, in dem die externe Energiequelle 30 so konfiguriert ist, dass sie die zweite Spannung speichert, die über der ersten Spannung des RESS 115 liegt. Der Wechselrichter 162 wechselt zwischen dem externen AUS-Zustand (6A) und dem EIN-Zustand (6B), um die erste Spannung von der RESS 115 auf die zweite Spannung zu erhöhen, um die bordinterne Energiequelle 30 aufzuladen, und zwar in Reaktion auf: der Zwischenschenkelschalter S7 in die offene Position bewegt wird; der erste und der zweite Halbleiterschalter S5, S6 des zweiten Phasenschenkels P2 einer Pulsbreitenmodulation unterworfen werden; der erste Halbleiterschalter S2 des ersten Phasenschenkels P1 in die geschlossene Position bewegt wird; der zweite Halbleiterschalter S2 des ersten Phasenschenkels P1 und der erste und der zweite Halbleiterschalter S3, S4 des dritten Phasenschenkels P3 in die offene Position bewegt werden; und der externe Schalter S8 in die geschlossene Position bewegt wird. Strom fließt durch eine oder mehrere der Maschinenwicklungen La, Lc, um zu bewirken, dass eine Spannung von der RESS 115 von der ersten Spannung auf die zweite Spannung ansteigt. Die Induktoren La, Lc können die Spannung von der ersten Spannung auf die zweite Spannung erhöhen, so dass die Maschinenwicklungen 166 eine Boost-Wandlung durchführen. Die Drossel L1 kann in Reihe mit den Maschinenwicklungen 166 geschaltet werden, um z. B. die Stromwelligkeit und die Drehmomentstörung zu reduzieren und abzuschwächen.
  • Ein weiteres Beispiel für einen Wechselrichter kann dem Wechselrichter 162 in 3A-6B ähneln und dieselben Komponenten enthalten, die durch dieselben Nummern gekennzeichnet sind. Während jedoch der Wechselrichter 162 von 3A-6B den direkt zwischen dem ersten und dritten Phasenschenkel P1, P3 angeordneten Zwischenschenkelschalter S7 enthält, um den ersten Phasenschenkel P1 von dem zweiten und dritten Phasenschenkel P2, P3 zu trennen, wenn der Zwischenschenkelschalter S7 in die offene Position bewegt wird, kann bei einem anderen beispielhaften Stromrichter der Zwischenschenkelschalter S7 direkt zwischen dem dritten und zweiten Phasenschenkel P3, P2 angeordnet sein, um den zweiten Phasenschenkel P2 von dem ersten und dritten Phasenschenkel P1, P3 zu trennen, wenn der Zwischenschenkelschalter S7 in die offene Position bewegt wird. In einem weiteren Beispiel kann der Wechselrichter zwei Zwischenschalter enthalten, wobei ein Schalter direkt zwischen dem ersten und dritten Phasenschenkel P1, P3 und der andere Schalter direkt zwischen dem dritten und zweiten Phasenschenkel P3, P2 angeordnet ist. Je nachdem, welcher Phasenschenkel für den Anschluss an die externe Quelle 30 ausgewählt wurde, werden die Zwischenschalter selektiv geöffnet, um die gewünschte Betriebsart zu ermöglichen.
  • In 8 ist ein Beispiel für ein Verfahren 300 zum Betrieb des Systems von 2 dargestellt. Wie nachstehend im Detail beschrieben, versetzen die Steuerung 150 und/oder die Wechselrichtersteuerung 180 den Wechselrichter 162 in den EIN-Zustand, den RESS-Zustand und den externen Zustand. Das System 10 wechselt zwischen dem Vorwärts-Abwärts-Modus, dem Rückwärts-Abwärts-Modus, dem Vorwärts-Aufwärts-Modus und dem Rückwärts-Aufwärts-Modus zur Lieferung von elektrischer Energie von einem der RESS 115 und der Off-Board-Energiequelle 30 zum anderen der RESS 115 und der Off-Board-Energiequelle 30 als Reaktion darauf, dass der Wechselrichter 162 zwischen dem EIN-Zustand, dem RESS-Zustand und dem externen Zustand wechselt, wobei der Schalter S7 in der offenen Position und der Schalter S8 in der geschlossenen Position ist.
  • Das Verfahren 300 beginnt in Block 302 mit der Feststellung des Steuergeräts 150, ob eine Auswahl des vorwärtsgerichteten Abwärtsmodus (3A und 3B) empfangen worden ist. Die Steuerung 150 bestimmt die Auswahl des vorwärtsgerichteten Abwärtsmodus, wenn die erste Spannung des RESS 115 über der zweiten Spannung der bordinternen Energiequelle 30 liegt und das RESS 115 zum Laden der bordinternen Energiequelle 30 verfügbar ist. Wenn die Steuerung 150 feststellt, dass die Auswahl des Vorwärts-Abwärts-Modus empfangen wurde, fährt das Verfahren 300 mit Block 304 fort. Wenn die Steuerung 150 feststellt, dass die Auswahl des Vorwärts-Abwärts-Modus nicht empfangen wurde, fährt das Verfahren 300 mit Block 308 fort.
  • In Block 304 wird zunächst der Zwischenschenkelschalter S7 in die offene Position gebracht. Der erste Halbleiterschalter S5 des zweiten Phasenschenkels P2 wird in die geschlossene Position gebracht. Der zweite Halbleiterschalter S6 des zweiten Phasenschenkels P2 und der erste und zweite Halbleiterschalter S3, S4 des dritten Phasenschenkels P3 werden in die offene Position gebracht. Dann erzeugt die Steuerung 150 eine Vielzahl von Steuersignalen, die mit dem Vorwärts-Abwärts-Modus verbunden sind, als Reaktion darauf, dass die Steuerung 150 die Auswahl des Vorwärts-Abwärts-Modus bestimmt.
  • In Block 306 erzeugt die Wechselrichtersteuerung 180 eine Vielzahl von Schaltsignalen als Reaktion darauf, dass die Wechselrichtersteuerung 180 die Steuersignale von der Steuerung 150 empfängt. Der Wechselrichter 162 wechselt zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand des RESS, so dass Strom durch mindestens eine der Maschinenwicklungen 166 fließt, um die erste Spannung vom RESS 115 auf die zweite Spannung zum Laden der bordunabhängigen Energiequelle 30 herabzusetzen, und zwar in Reaktion darauf, dass der erste und der zweite Halbleiterschalter S1-S6 die Schaltsignale von der Wechselrichtersteuerung 180 empfangen. Genauer gesagt beinhaltet das Umschalten des Wechselrichters 162 zwischen dem EIN-Zustand und dem RESS-AUS-Zustand, dass der erste und der zweite Halbleiterschalter S1, S2 des ersten Phasenschenkels P1 einer Pulsweitenmodulation unterzogen werden, wobei der erste Phasenschenkel P1 einen positiven Anschluss aufweist, der mit einem positiven Anschluss des RESS 115 verbunden ist, und der zweite Phasenschenkel P2 einen positiven Anschluss aufweist, der mit einem positiven Anschluss der bordunabhängigen Energiequelle 30 verbunden ist. Das System 10 liefert im Vorwärts-Abwärts-Modus eine abgestufte Spannung von der RESS 115 an die bordinterne Energiequelle 30.
  • In Block 308 stellt die Steuerung 150 fest, ob die Auswahl des Reverse-Buck-Modus (4A und 4B) erfolgt ist, bei dem die zweite Spannung der bordunabhängigen Energiequelle 30 über der ersten Spannung des RESS 115 liegt und die bordunabhängige Energiequelle 30 zum Laden des RESS 115 zur Verfügung steht. Wenn die Steuerung 150 feststellt, dass die Auswahl des Reverse-Buck-Modus empfangen wurde, fährt das Verfahren 300 mit Block 314 fort. Wenn die Steuerung 150 feststellt, dass die Auswahl des Reverse-Buck-Modus nicht empfangen wurde, fährt das Verfahren 300 mit Block 310 fort.
  • In Block 310 wird zunächst der Zwischenschenkelschalter S7 in die offene Position gebracht. Der erste Halbleiterschalter S1 des ersten Phasenschenkels P1 wird in die geschlossene Position gebracht. Der zweite Halbleiterschalter S2 des ersten Phasenschenkels P1 und der erste und zweite Halbleiterschalter S3, S4 des dritten Phasenschenkels P3 werden in die geöffnete Position gebracht. Dann erzeugt die Steuerung 150 eine Vielzahl von Steuersignalen, die dem Reverse-Buck-Modus zugeordnet sind, in Reaktion darauf, dass die Steuerung 150 die Auswahl des Reverse-Buck-Modus bestimmt.
  • In Block 312 erzeugt die Wechselrichtersteuerung 180 eine Vielzahl von Schaltsignalen als Reaktion darauf, dass die Wechselrichtersteuerung 180 die Steuersignale von der Steuerung 150 empfängt. Der Wechselrichter 162 wechselt zwischen dem EIN-Zustand und dem externen AUS-Zustand, so dass Strom durch mindestens eine der Maschinenwicklungen 166 fließt, um die zweite Spannung von der bordunabhängigen Energiequelle 30 auf die erste Spannung zum Laden des RESS 115 herunterzufahren, und zwar in Reaktion darauf, dass der erste und der zweite Halbleiterschalter S1-S6 die Schaltsignale von der Wechselrichtersteuerung 180 empfangen. Genauer gesagt beinhaltet das Umschalten des Wechselrichters 162 zwischen dem EIN-Zustand und dem externen AUS-Zustand, dass der erste und der zweite Halbleiterschalter S5, S6 des zweiten Phasenschenkels P2 einer Pulsbreitenmodulation unterzogen werden, wobei der zweite Phasenschenkel P2 einen positiven Anschluss aufweist, der mit einem positiven Anschluss der bordunabhängigen Energiequelle 30 verbunden ist. Das System 10 liefert im Reverse-Buck-Modus eine abgestufte Spannung von der bordunabhängigen Energiequelle 30 an die RESS 115.
  • In Block 314 bestimmt die Steuerung 150, ob die Auswahl des Vorwärts-Boost-Modus (5A und 5B) getroffen wurde, bei dem die erste Spannung des RESS 115 über der zweiten Spannung der bordinternen Energiequelle 30 liegt und die bordinterne Energiequelle 30 zum Laden des RESS 115 zur Verfügung steht. Wenn die Steuerung 150 feststellt, dass die Auswahl des Vorwärts-Boost-Modus empfangen wurde, fährt das Verfahren 300 mit Block 316 fort. Wenn die Steuerung 150 feststellt, dass die Auswahl des Vorwärts-Boost-Modus nicht empfangen wurde, fährt das Verfahren 300 mit Block 320 fort.
  • In Block 316 erzeugt die Steuerung 150 eine Vielzahl von Steuersignalen, die dem Vorwärtsverstärkungsmodus zugeordnet sind, und zwar als Reaktion darauf, dass die Steuerung 150 die Auswahl des Vorwärtsverstärkungsmodus bestimmt.
  • In Block 318 wird zunächst der Zwischenschenkelschalter S7 in die offene Position gebracht. Der erste Halbleiterschalter S5 des zweiten Phasenschenkels P2 wird in die geschlossene Position gebracht. Der zweite Halbleiterschalter S6 des zweiten Phasenschenkels P2 und der erste und zweite Halbleiterschalter S3, S4 des dritten Phasenschenkels P3 werden in die offene Position gebracht. Dann erzeugt der Wechselrichter-Controller 180 eine Vielzahl von Schaltsignalen als Reaktion darauf, dass der Wechselrichter-Controller 180 die Steuersignale vom Controller 150 empfängt. Der Wechselrichter 162 wechselt zwischen dem AUS-Zustand des RESS und dem EIN-Zustand, so dass Strom durch mindestens eine der Maschinenwicklungen 166 fließt, um die zweite Spannung von der bordunabhängigen Energiequelle 30 auf die erste Spannung zum Laden des RESS 115 zu erhöhen, und zwar in Reaktion darauf, dass der erste und der zweite Halbleiterschalter S1-S6 die Schaltsignale von der Wechselrichtersteuerung 180 empfangen. Genauer gesagt beinhaltet das Umschalten des Wechselrichters 162 zwischen dem AUS-Zustand des RESS und dem EIN-Zustand, dass der erste und der zweite Halbleiterschalter S1, S2 des ersten Phasenschenkels P1 einer Pulsweitenmodulation unterzogen werden. Im Vorwärtsverstärkungsmodus liefert das System 10 eine erhöhte Spannung von der bordinternen Energiequelle 30 an den RESS 115.
  • In Block 320 bestimmt die Steuerung 150, ob die Auswahl des Reverse-Boost-Modus (6A und 6B) erfolgt ist, bei dem die zweite Spannung der bordgestützten Energiequelle 30 über der ersten Spannung der RESS 115 liegt und die RESS 115 zum Laden der bordgestützten Energiequelle 30 verfügbar ist. Wenn die Steuerung 150 feststellt, dass die Auswahl des Reverse-Boost-Modus empfangen wurde, fährt das Verfahren 300 mit Block 322 fort. Wenn die Steuerung 150 feststellt, dass die Auswahl des Vorwärtsladebetriebs nicht empfangen wurde, kehrt das Verfahren 300 zu Block 302 zurück.
  • In Block 322 erzeugt die Steuerung 150 eine Vielzahl von Steuersignalen, die dem Reverse-Boost-Modus zugeordnet sind, als Reaktion darauf, dass die Steuerung die Auswahl des Reverse-Boost-Modus bestimmt.
  • In Block 324 wird der Zwischenschenkelschalter S7 in die offene Position gebracht. Der erste Halbleiterschalter S1 des ersten Phasenschenkels P1 wird in die geschlossene Position gebracht. Der zweite Halbleiterschalter S2 des ersten Phasenschenkels P2 und der erste und zweite Halbleiterschalter S3, S4 des dritten Phasenschenkels P3 werden in die offene Position gebracht. Dann erzeugt der Wechselrichter-Controller 180 eine Vielzahl von Schaltsignalen als Reaktion darauf, dass der Wechselrichter-Controller 180 die Steuersignale von der Steuerung 150 empfängt. Der Wechselrichter 162 wechselt zwischen dem externen AUS-Zustand und dem EIN-Zustand, so dass Strom durch mindestens eine der Maschinenwicklungen 166 fließt, um die erste Spannung von der RESS 115 auf die zweite Spannung zum Laden der bordunabhängigen Energiequelle 30 zu erhöhen, und zwar in Reaktion darauf, dass der erste und der zweite Halbleiterschalter S1-S6 die Schaltsignale von der Wechselrichtersteuerung 180 empfangen. Genauer gesagt beinhaltet das Umschalten des Wechselrichters 162 zwischen dem externen AUS-Zustand und dem EIN-Zustand, dass der erste und der zweite Halbleiterschalter S5, S6 des zweiten Phasenschenkels P2 einer Pulsbreitenmodulation unterzogen werden. Im Reverse-Boost-Modus liefert das System 10 eine erhöhte Spannung von der RESS 115 an die bordinterne Energiequelle 30.
  • In einigen Implementierungen kann die Software für die Steuerung 150 auf der Grundlage einer Over-the-Air-Programmierung aktualisiert werden. Beispielsweise können Software-Updates über ein oder mehrere geeignete Kommunikationsnetze von einer Datenquelle, z. B. einem Originalgerätehersteller (OEM), an die Steuerung 150 übertragen werden. Die „Over-the-Air“-Updates können die gewünschten Parameter zur Anpassung der Ladeleistung bereitstellen, indem die Steuersignale des Wechselrichters, z. B. Stromsollwert, Frequenz, Tastverhältnis, Phasenverschiebung usw., für einen oder mehrere Schalter S1 bis S6 entsprechend einem Ladeleistungspegel über die Wechselrichtersteuerung 180 angepasst werden.
  • Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist lediglich beispielhaft, und Abweichungen, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sollen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fallen. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.

Claims (8)

  1. Bidirektionales elektrisches Ladesystem für ein Kraftfahrzeug, das Folgendes umfasst: ein wiederaufladbares Energiespeichersystem, RESS, das so konfiguriert ist, dass es eine erste Spannung speichert, und das RESS ist für die Verwendung mit einer bordunabhängigen Energiequelle geeignet, die so konfiguriert ist, dass sie eine zweite Spannung speichert; einen Elektromotor mit einer Vielzahl von Maschinenwicklungen; und einen Wechselrichter, der zwischen dem RESS und der externen Energiequelle angeordnet ist, wobei der Wechselrichter in einen EIN-Zustand bewegbar ist, in dem der Wechselrichter das RESS und die externe Energiequelle mit mindestens einer der Maschinenwicklungen verbindet, einen AUS-Zustand des RESS, in dem der Wechselrichter das RESS von jeder der Maschinenwicklungen trennt und die bordunabhängige Energiequelle mit mindestens einer der Maschinenwicklungen verbindet, und einen externen AUS-Zustand, in dem der Wechselrichter das RESS mit mindestens einer der Maschinenwicklungen verbindet und die bordunabhängige Energiequelle von jeder der Maschinenwicklungen trennt; wobei das System in einen vorwärtsgerichteten Abwärtsmodus, einen rückwärtsgerichteten Abwärtsmodus, einen vorwärtsgerichteten Aufwärtsmodus und einen rückwärtsgerichteten Aufwärtsmodus bewegbar ist, um selektiv elektrische Energie von einem der RESS und der bordunabhängigen Energiequelle zum anderen der RESS und der bordunabhängigen Energiequelle zu liefern, als Reaktion darauf, dass der Wechselrichter zwischen mindestens zwei Zuständen, nämlich dem EIN-Zustand, dem RESS-AUS-Zustand und dem externen AUS-Zustand, wechselt.
  2. Bidirektionales elektrisches Ladesystem nach Anspruch 1, wobei der Wechselrichter umfasst: eine Vielzahl von Phasenschenkeln, wobei jeder der Phasenschenkel mit einer entsprechenden der Maschinenwicklungen des Elektromotors verbunden ist und jeder der Phasenschenkel einen ersten und einen zweiten Halbleiterschalter umfasst, die zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position beweglich sind; und einen Zwischenschenkelschalter, der von dem ersten und dem zweiten Halbleiterschalter getrennt und zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position beweglich ist, wobei der Zwischenschenkelschalter zwischen zwei der Phasenschenkel angeordnet ist, um die Phasenschenkel voneinander zu isolieren, wenn der Zwischenschenkelschalter in die offene Position bewegt wird.
  3. Bidirektionales elektrisches Ladesystem nach Anspruch 2, wobei die Mehrzahl von Phasenschenkeln erste und zweite Phasenschenkel umfasst, wobei der erste Phasenschenkel einen positiven Anschluss aufweist, der mit einem positiven Anschluss des RESS verbunden ist, und der zweite Phasenschenkel einen positiven Anschluss aufweist, der mit einem positiven Anschluss der bordinternen Energiequelle verbunden ist.
  4. Bidirektionales elektrisches Ladesystem nach Anspruch 3, wobei das System im Vorwärts-Abwärts-Modus angeordnet ist und der Wechselrichter zwischen dem EIN-Zustand und dem RESS-AUS-Zustand zyklisch umschaltet, um die erste Spannung von dem RESS auf die zweite Spannung zum Laden der bordinternen Energiequelle als Reaktion darauf, dass der Zwischenschenkelschalter in die offene Position bewegt wird, herabzustufen, der erste und der zweite Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels einer Pulsbreitenmodulation unterworfen werden, der erste Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels in die geschlossene Position bewegt wird und der zweite Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels in die offene Position bewegt wird.
  5. Bidirektionales elektrisches Ladesystem nach Anspruch 4, wobei sich das System im Reverse-Buck-Modus befindet und der Wechselrichter zwischen dem EIN-Zustand und dem externen AUS-Zustand zyklisch umschaltet, um die zweite Spannung von der bordinternen Energiequelle auf die erste Spannung zum Laden des RESS herunterzufahren, wenn der Zwischenschenkelschalter in die offene Position bewegt wird, wobei der erste und der zweite Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels einer Pulsbreitenmodulation unterworfen werden, der erste Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels in die geschlossene Position bewegt wird und der zweite Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels in die offene Position bewegt wird.
  6. Bidirektionales elektrisches Ladesystem nach Anspruch 5, wobei das System im Vorwärtsverstärkungsmodus angeordnet ist und der Wechselrichter zwischen dem AUS-Zustand des RESS und dem EIN-Zustand zyklisch umschaltet, um die zweite Spannung von der bordinternen Energiequelle auf die erste Spannung zum Laden des RESS zu erhöhen, wenn der Zwischenschenkelschalter in die offene Position bewegt wird, der erste Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels in die geschlossene Position bewegt wird, der erste und der zweite Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels einer Pulsbreitenmodulation unterworfen werden und der zweite Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels in die offene Position bewegt wird.
  7. Bidirektionales elektrisches Ladesystem nach Anspruch 6, wobei sich das System im Reverse-Boost-Modus befindet und der Wechselrichter zwischen dem externen AUS-Zustand und dem EIN-Zustand zyklisch umschaltet, um die erste Spannung vom RESS auf die zweite Spannung zu erhöhen, um die bordinterne Energiequelle aufzuladen, wenn der Zwischenschenkelschalter in die offene Position bewegt wird, der erste Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels in die geschlossene Position bewegt wird, der erste und der zweite Halbleiterschalter des zweiten Phasenschenkels einer Pulsbreitenmodulation unterzogen werden und der zweite Halbleiterschalter des ersten Phasenschenkels in die offene Position bewegt wird.
  8. Bidirektionales elektrisches Ladesystem nach Anspruch 7, ferner umfassend: einen externen Schalter, der zwischen dem Wechselrichter und der externen Energiequelle angeordnet ist, wobei der externe Schalter zwischen einer geschlossenen Position, in der die externe Energiequelle mit dem Wechselrichter verbunden ist, und einer offenen Position, in der die externe Energiequelle von jeder der Maschinenwicklungen getrennt ist, beweglich ist; und eine Drosselspule, die in Reihe zwischen die mehreren Maschinenwicklungen und die externe Energiequelle geschaltet ist, wobei die Drosselspule so konfiguriert ist, dass sie die Stromwelligkeit und/oder die Drehmomentwelligkeit abschwächt.
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