DE112006003033T5 - System und Verfahren zur allgemeinen Steuerung von Stromrichtern - Google Patents

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Sayeed Canton Ahmed
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Abstract

Energieversorgungssystem zum Steuern von Energieübertragungen an eine elektrische Maschine, welches folgendes umfasst:
einen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter, der dazu dient, Wechselstrom (AC), der von der elektrischen Maschine empfangen wird, in Gleichstrom (DC) umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine als Energieerzeuger arbeitet, und dazu dient, Gleichstrom, der von mindestens einer Gleichstromquelle empfangen wird, in Wechselstrom umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine als Motor arbeitet;
mindestens einen Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter, der dazu dient, eine niedrige Gleichspannung in eine hohe Gleichspannung umzuwandeln; und
eine Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter, die dazu dient, den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter zu steuern.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Offenbarungsschrift betrifft allgemein elektrische Energieversorgungssysteme und spezieller Energieversorgungssystemarchitekturen, die sich zur allgemeinen Steuerung von Gleichstrom/Wechselstrom(DC/AC)-Stromrichtern und Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichtern eignen.
  • Beschreibung des bisherigen Stands der Technik
  • Eine mit Wechselstrom (Alternating Current, AC) betriebene elektrische Maschine kann mit einem Gleichstrom(Direct Current, DC)-System über einen bidirektionalen Gleichstrom/Wechselstrom(AC/DC)-Stromrichter gekoppelt sein. Wenn die mit Wechselstrom betriebene elektrische Maschine als Motor arbeitet, liefert der Gleichstrom/Wechselstrom(AC/DC)-Stromrichter Energie an die mit Wechselstrom betriebene elektrische Maschine, indem er Gleichstrom, den er von einer Gleichstromquelle empfängt, in Wechselstrom umrichtet.
  • Alternativ kann die mit Wechselstrom betriebene elektrische Maschine als Energieerzeuger arbeiten, wenn das Drehmoment an die Welle der Maschine angelegt wird. Wenn beispielsweise ein Elektromotor bremst, durch die eigene Beharrung läuft oder wenn ein Elektrofahrzeug, in dem der Motor zum Einsatz kommt, bergab rollt, erzeugt der Elektromotor Wechselstrom. Dementsprechend wird der von der mit Wechselstrom betriebenen elektrischen Maschine erzeugte Wechselstrom von dem Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter in Gleichstrom gleichgerichtet. Der Gleichstrom wird üblicherweise in einer Energiespeichervorrichtung gespeichert, beispielsweise einer Anordnung von chemischen Batteriezellen und/oder Super- bzw. Ultrakondensatoren. Dieser Betriebsmodus wird oft auch als regenerativer Modus bezeichnet.
  • Die Gleichstromseite des bidirektionalen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichters ist üblicherweise mit einem Hochspannungs-Gleichstrom(High Voltage Direct Current, HVDC)-Bus gekoppelt. Dementsprechend erfolgen Energieübertragungen von/zu der elektrischen Maschine über den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter auf dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus an andere Komponenten des Energieversorgungssystems.
  • Eine Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Systemsteuerungseinheit wird üblicherweise eingesetzt, um den Betrieb des bidirektionalen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichters zu steuern, sodass die Energie, die Spannung und/oder der Strom, die/der auf dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus übertragen wird, geregelt (gesteuert) wird. Eine der Funktionen der Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Systemsteuerungseinheit ist es beispielsweise, Überspannungsbedingungen auf dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus zu verhindern, wenn die mit Wechselstrom betriebene elektrische Maschine in einem Energieerzeuger-Modus arbeitet. Als weiteres Beispiel kann die Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Systemsteuerungseinheit den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter steuern, um verschiedene betriebliche Gesichtspunkte der mit Wechselstrom betriebenen Maschine anzupassen, beispielsweise etwa die Drehzahl und/oder das Drehmoment.
  • In dem Energieversorgungssystem kommen auch noch weitere Komponenten zum Einsatz, darunter verschiedene Lasten und Gleichstromquellen. Beispiele für Lasten sind unter anderen verschiedene interne Komponenten (wie etwa Hilfslasten etc.), von externen Bauelementen (wie etwa Lampen, kleinen Motoren, elektronischen Bauelementen etc.) verursachte Lasten oder Power Conditioning Devices, PCD (etwa Kondensatoren, Reaktoren etc.) Beispiele für Gleichstromquellen beinhalten Brennstoffzellensysteme, Gleichstrom-Maschinen (die beispielsweise durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden), Kondensatoren und Batterien. Einige Arten von Gleichstromquellen sind dafür ausgelegt, elektrische Energie sowohl bereitzustellen als auch zu speichern. Andere Arten von Gleichstromquellen sind dafür ausgelegt, nicht erneuerbare Brennstoffenergiequellen in elektrische Energie umzuwandeln.
  • In einigen Fällen ist die Betriebsspannung der Last(en) und/oder der Gleichstromquelle(n) niedriger als die Betriebsspannung auf dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus. Dementsprechend macht eine Kopplung zwischen den Komponenten mit niedrigerer Spannung und dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus eine Spannungswandlervorrichtung erforderlich, den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter. Dementsprechend wird der Energiefluss zwischen dieser/diesen Last(en) und/oder dieser/diesen Gleichstromquelle(n) und dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus durch den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter übertragen.
  • Wenn elektrische Energie an die elektrische Maschine bereitgestellt wird (über den vorstehend beschriebenen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter), kann die von dieser/diesen Gleichstromquelle(n) mit niedrigerer Spannung empfangene Energie durch den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter von der relativ niedrigeren Betriebsspannung der Gleichstromquelle(n) auf die relativ höhere Betriebsspannung auf dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus hochgewandelt oder erhöht werden. Andersherum kann, wenn Energie von der elektrischen Maschine bereitgestellt wird (über den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter), die über den Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus empfangene Energie durch den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter von der relativ höheren Betriebsspannung auf dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus in die relativ niedrigere Betriebsspannung der Gleichstromquelle(n) heruntergewandelt oder herabgesetzt werden. Dementsprechend sind die Gleichstromquellen, die empfangene Energie speichern können, dann in der Lage, den empfangenen Gleichstrom niedriger Spannung für die spätere Nutzung zu speichern.
  • Zusätzlich zur Übertragung von Energie zwischen der/den Gleichstromquelle(n) und dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus kann der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter in einer Art und Weise betrieben werden, in der er die Spannung auf dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus und/oder an den Anschlussklemmen der Gleichstromquelle(n) regelt. Dementsprechend wird üblicherweise eine Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Systemsteuerungseinheit verwendet, um den Betrieb des Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichters zu steuern, sodass die Energie, die Spannung und/oder der Strom, die/der zwischen dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus und der/den Gleichstromquelle(n) übertragen wird, geregelt (gesteuert) wird.
  • Bei der Fertigung von Vorrichtungen, in denen die vorstehend beschriebenen Komponenten zum Einsatz kommen, beispielsweise ein Elektrofahrzeug, werden der Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter, die Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Systemsteuerungseinheit, der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter und die Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Systemsteuerungseinheit üblicherweise auf voneinander getrennten, modularen Bausteinen hergestellt oder montiert. Diese voneinander getrennten, modularen Bausteine werden anschließend mithilfe verschiedener elektrischer Verbinder miteinander gekoppelt. Derartige Verbinder können beispielsweise ineinandergreifende Stift/Sockel-Vorrichtungen, Leitungsstränge und/oder elektrisch leitfähige Muttern/Schrauben oder dergleichen sein. Schweißen, Löten oder dergleichen können ebenfalls verwendet werden, um die Verbinder der vorstehend beschriebenen Komponenten zu koppeln. Für den Fachmann auf diesem Gebiet der Technik sind die Schwierigkeiten und die Kosten des Koppelns von Verbindern der vorstehend beschriebenen Komponenten während des Fertigungsprozesses offensichtlich. Ein Fachmann auf diesem Gebiet der Technik wird außerdem die Anfälligkeit derartiger Verbindungen für Verschleiß oder andere Beschädigungen erkennen, durch die die Zuverlässigkeit oder die mittlere störungsfreie Betriebszeit verringert und die durchschnittliche Lebensdauer des Systems verkürzt wird.
  • Kurze Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein System und ein Verfahren zum Steuern von Stromrichtern in einem Energieversorgungssystem, das mit einer elektrischen Maschine gekoppelt ist, werden offenbart. Kurz beschrieben kann gemäß einem Gesichtspunkt eine Ausführungsform zusammengefasst werden als ein Verfahren, welches umfasst, mindestens ein erstes Steuerungssignal von einer Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter an einen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter zu übertragen, wobei der Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter in einem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten sind; und mindestens ein zweites Steuerungssignal von der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter an einen Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter zu übertragen, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter in einem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten ist.
  • Gemäß einem anderen Gesichtspunkt kann eine Ausführungsform zusammengefasst werden als ein Energieversorgungssystem, das eine Energieübertragung an eine elektrische Maschine steuert und das folgendes umfasst: einen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter, der dazu dient, von der elektrischen Maschine empfangenen Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine als Energieerzeuger arbeitet, und dazu dient, von mindestens einer Gleichstromquelle empfangenen Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine als Motor arbeitet, mindestens einen Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter, der dazu dient, eine niedrige Gleichspannung in eine hohe Gleichspannung umzuwandeln, und eine Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter, die dazu dient, den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter zu steuern.
  • Gemäß noch einem weiterem Gesichtspunkt kann eine Ausführungsform zusammengefasst werden als ein modular aufgebautes Energieversorgungssystem, das Energieübertragungen zwischen einer elektrischen Maschine und mindestens einer Gleichstromquelle steuert und das folgendes umfasst: ein Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems, das mit der elektrischen Maschine gekoppelt werden kann; einen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)- Stromrichter, der in dem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten ist und der dazu dient, von der elektrischen Maschine empfangenen Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine als Energieerzeuger arbeitet, und dazu dient, von der Gleichstromquelle empfangenen Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine als Motor arbeitet; mindestens einen Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter, der in dem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten ist und dazu dient, eine niedrige Gleichspannung in eine hohe Gleichspannung umzuwandeln; und eine Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter, die in dem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten ist und dazu dient, den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter zu steuern, indem sie mindestens ein erstes Steuerungssignal an den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter überträgt, und dazu dient, den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter zu steuern, indem sie mindestens ein zweites Steuerungssignal an den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter überträgt.
  • Kurze Beschreibung der verschiedenen Ansichten in den Zeichnungen
  • In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleichartige Elemente oder Aktionen. Die Größen und relativen Positionen der Elemente in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet. Beispielsweise sind die Formen verschiedener Elemente und Winkel nicht maßstabsgerecht gezeichnet und sind einige dieser Elemente beliebig vergrößert und so angeordnet, dass die Übersichtlichkeit der Zeichnung verbessert wird. Ferner ist nicht beabsichtigt, durch die spezifischen Formen der Elemente in den Zeichnungen irgendwelche Informationen über die tatsächliche Form der betreffenden Elemente zu vermitteln, und wurden diese ausschließlich für die bessere Erkennbarkeit in den Zeichnungen gewählt.
  • 1 ist ein Blockdiagramm einer elektrischen Maschine und eines Energieversorgungssystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das stärker ins Detail gehend einen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und einen Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter veranschaulicht, die durch eine beispielhafte Ausführungsform einer Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter gesteuert werden.
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform einer Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter veranschaulicht, welche dazu dient, einen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und eine Mehrzahl von Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichtern zu steuern.
  • 4 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer prozessorbasierten Ausführungsform der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter.
  • 5 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter, die eine Gatteransteuerung des Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichters und ein Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichtermodul steuert.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ausführungsform eines Prozesses zum Steuern von mindestens einem Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und einem Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter mit einer Ausführungsform der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter veranschaulicht.
  • Die 7A–B sind Blockdiagramme, die verschiedene Ausführungsformen drahtgebondeter Verbindungen veranschaulichen.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • 1 ist ein Blockdiagramm einer elektrischen Maschine 102 und eines Energieversorgungssystems 104 gemäß einer dargestellten Ausführungsform. Das Energieversorgungssystem 104 umfasst eine Einheit, die mehrere Stromrichtereinheiten steuert (Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter) 106, einen bidirektionalen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108, einen bidirektionalen Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 und einen Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus 112, der den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 und den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 elektrisch miteinander koppelt. Die vorstehend beschriebenen Komponenten sind in einem Elektronikgehäuse 114 des Energieversorgungssystems 104 enthalten. Das Energieversorgungssystem 104 kann weitere, hier nicht dargestellte Komponenten aufweisen.
  • Die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 dient dazu, zwei oder mehr Stromrichter zu steuern. In der beispielhaften Ausführungsform, die in 1 veranschaulicht ist, stellt die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 Steuerungssignale an den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 und an den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 über Verbindungen 116 bzw. 118 bereit. In einigen Ausführungsformen kann die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 dazu dienen, Steuerungssignale an ein oder mehrere andere(s) Bauelement(e) 120 über die Verbindung 122 bereitzustellen. Derartige Bauelemente 120 können außerhalb des Elektronikgehäuses 114 des Energieversorgungssystems 104 angesiedelt sein wie dargestellt oder können in dem Elektronikgehäuse 114 des Energieversorgungssystems 104 enthalten sein.
  • Ein Vorteil, der durch die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 erzielt wird, besteht darin, dass die vorstehend beschriebenen Komponenten und andere (nicht dargestellte) zugehörige Elektronikbausteine des Energieversorgungssystems 104 auf praktische Weise innerhalb des Elektronikgehäuses 114 des Energieversorgungssystems 104 als ein einziger Baustein montiert werden können. Systeme nach dem bisherigen Stand der Technik, bei denen voneinander getrennte Steuerungseinheiten für die verschiedenen Stromrichter zum Einsatz kommen, sind üblicherweise in mehreren voneinander getrennten Steuerungseinheit/Stromrichter-Modulen angeordnet, sodass sie erheblich mehr Kopplungskomponenten erfordern, um die verschiedenen voneinander getrennten Steuerungseinheit/Stromrichter-Module in den Endstufen der Montage miteinander zu koppeln.
  • Wie weiter oben bereits erwähnt, ist die Gleichstromseite eines Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichters 108 mit dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus 112 gekoppelt und ist die Wechselstromseite mit einem Wechselstrom(AC)-Bus 124 gekoppelt. Der Wechselstrom(AC)-Bus 124 kann die verschiedensten Formen haben, abhängig von der jeweiligen Anwendung. Beispiele für eine Wechselstrom(AC)-Busarchitektur umfassen unter anderem einphasig, dreiphasig, Dreiphasen-Schutzleitersystem oder Drehstromsystem mit Neutralleiter etc. Dementsprechend erfolgen Energieübertragungen zwischen dem Energieversorgungssystem 104 und der elektrischen Maschine 102 über den Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus 112, den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 und den Wechselstrom(AC)-Bus 124.
  • Der Wechselstrom(AC)-Bus 124 kann zwei oder mehr Teile umfassen, von denen einer in dem Elektronikgehäuse 114 des Energieversorgungssystems 104 enthalten ist. Auf diese Weise kann der Teil des Wechselstrom(AC)-Busses 124 im Elektronikgehäuse 114 des Energieversorgungssystems 104 mit einem anderen Teil des Wechselstrom(AC)-Busses 124 gekoppelt werden, um den modularen Aufbau des Elektronikgehäuses 114 des Energieversorgungssystems 104 zu ermöglichen.
  • Das Energieversorgungssystem 104 kann außerdem eine oder mehrere Niederspannungslasten 127 und/oder Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Energiequellen 128 enthalten. Diese Niederspannungslasten 127 können mit einem Niederspannungs-Gleichstrom(Low Voltage Direct Current, LVDC)-Bus 130 gekoppelt sein. Beispiele für Niederspannungslasten 127 können unter anderen verschiedene interne Komponenten (wie etwa Hilfslasten etc.), von externen Bauelementen (wie etwa Lampen, kleinen Motoren, elektronischen Geräten etc.) verursachte Lasten oder Power Conditioning Devices, PCD (etwa Kondensatoren, Drosselspulen etc.) sein.
  • Der Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Bus 130 ist ferner mit der Niederspannungsseite des Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichters 110 gekoppelt. Der Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Bus 130 kann zwei oder mehr Teile umfassen, von denen einer in dem Elektronikgehäuse 114 des Energieversorgungssystems 104 enthalten ist. Auf diese Weise kann der Teil des Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Busses 130 im Elektronikgehäuse 114 des Energieversorgungssystems 104 mit einem anderen Teil des Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Busses 130 gekoppelt werden, um den modularen Aufbau des Elektronikgehäuses 114 des Energieversorgungssystems 104 zu ermöglichen.
  • Beispiele von Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Energiequellen 128 können unter anderem Brennstoffzellensysteme, Gleichstrom-Maschinen (die beispielsweise durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden), Kondensatoren und/oder Batterien beinhalten. Gleichstrom, der von der/den Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Energiequelle(n) 128 empfangen wird, wird über die Verbindung 132 auf den Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus 112 übertragen. In ähnlicher Weise kann von der elektrischen Maschine 102 empfangene Energie, die über den Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus 112 übertragen wird, an die Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Energiequelle(n) 128 übertragen werden.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das stärker ins Detail gehend einen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 und einen Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 veranschaulicht, die durch eine beispielhafte Ausführungsform einer Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 gesteuert werden. Der Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 verwendet eine Brücke 202, welche mithilfe einer Vielzahl von (nicht dargestellten) Transistorvorrichtungen Gleichstrom in Wechselstrom umrichtet und Wechselstrom in Gleichstrom gleichrichtet. Die Brücke 202 kann aus einem beliebigen der zahlreichen bekannten Typen von bidirektionalen transistorbasierten Stromrichtersystemen bestehen, die ausreichend bekannte Topologien aufweisen. Beispiele solcher Transistorvorrichtungen beinhalten unter anderem Feldeffekttransistoren (FET), Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET) oder Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated Gate Bipolar Transistors, IGBT) und zugehörige antiparallele Dioden. Derartige Transistorvorrichtungen können auch als „Leistungshalbleitervorrichtungen" bezeichnet werden.
  • Die Gleichstromseite der Brücke 202 ist mit dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus 112 gekoppelt. Die Wechselstromseite der Brücke 202 ist mit dem Wechselstrom(AC)-Bus 124 gekoppelt.
  • Der Energiefluss und/oder die Spannungsregelung durch die Brücke 202 wird/werden durch die Gatteransteuerung 208 gesteuert. Die Gatteransteuerung 208 stellt über die Verbindung 210 Gatter-Steuerungssignale an die Transistoren bereit, die die Brücke 202 bilden, als Reaktion auf Steuerungssignale von der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106.
  • In dem Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 kommt eine Brücke 212 zum Einsatz, die die relativ höhere Betriebs-Gleichspannung auf dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus 112 in die relativ niedrigere Betriebs-Gleichspannung des Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Busses 130 umwandelt. Die Brücke 212 kann ebenfalls aus einem beliebigen der zahlreichen bekannten Typen von bidirektionalen transistorbasierten Stromrichtersystemen bestehen, die ausreichend bekannte Topologien aufweisen. Beispiele solcher Transistorvorrichtungen beinhalten unter anderem Feldeffekttransistoren (FET), Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) oder Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) und zugehörige antiparallele Dioden.
  • Die Hochspannungs-Gleichstrom-Seite der Brücke 212 ist mit dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus 112 gekoppelt. Die Niederspannungs-Gleichstrom-Seite der Brücke 212 ist über die Verbindung 214 mit dem Transformator 216 gekoppelt. Der Transformator 216 ist über die Verbindung 224 mit dem Gleichrichter 222 gekoppelt. Das Filter 226 ist über die Verbindung 228 mit dem Gleichrichter 222 gekoppelt und ist mit dem Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Bus 130 gekoppelt.
  • Der Energiefluss und/oder die Spannungsregelung durch die Brücke 212 wird/werden durch die Gatteransteuerung 218 gesteuert. Die Gatteransteuerung 218 stellt über die Verbindung 220 Gatter-Steuerungssignale an die Transistorvorrichtungen bereit, die in der Brücke 212 enthalten sind, als Reaktion auf Steuerungssignale von der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106.
  • Der Aufbau, die Konfiguration und der Betrieb der verschiedenen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 und Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 sowie ihrer internen Komponenten, die durch Ausführungsformen der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 gesteuert werden, sind ausreichend bekannt. Dementsprechend wird der Kürze halber und weil eine derartige ausführliche Beschreibung in den Dokumenten, die durch Querverweisung als in diese Patentschrift aufgenommen gelten, bereits enthalten ist, hier keine ausführliche Beschreibung des Betriebs der Komponenten in dem Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 und dem Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 gegeben.
  • Wenn mehrere Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Energiequellen 128 mit denselben Betriebsspannungen arbeiten, können sie sich einen gemeinsamen Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Bus 130 und Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 teilen, unter der Voraussetzung, dass der gemeinsame Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Bus 130 und der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 ausreichende Bemessungsleistungen haben, um Energieübertragungen von den verschiedenen Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Energiequellen 128 zu bewältigen. Wenn mehrere Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Energiequellen 128 mit verschiedenen Betriebsspannungen arbeiten, würden sie verschiedene Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Busse 130 und Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 verwenden. 3 ist ein Blockdiagramm, das eine beispielhafte Ausführungsform einer Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 veranschaulicht, welche dazu dient, einen Wechselstrom-Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 und eine Mehrzahl von Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichtern 110, 302 zu steuern.
  • Wie die in 1 dargestellte beispielhafte Ausführungsform steuert die Ausführungsform der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 den Wechselstrom-Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 und den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110. Ferner steuert die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 302 über die Verbindung 304. Der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 302 stellt eine Kopplung zurück zu einer Mehrzahl von Gleichstromquellen 306a–i über den zweiten Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Bus 308 bereit. Eine derartige Konfiguration kann wünschenswert sein, wenn die Betriebsspannung des ersten Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Busses 130 von der Betriebsspannung des zweiten Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Busses 306 verschieden ist. Alternativ kann die Kapazität des ersten Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichters 110 und/oder die Kapazität des ersten Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Busses 130 derart begrenzt sein, dass der zweite Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 302 und der Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Bus 306 genutzt werden.
  • Die vorstehend beschriebene beispielhafte Ausführungsform der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 ist nur ein einziges Beispiel ohne jeglichen einschränkenden Charakter, wie es in einem Energieversorgungssystem 104 zum Einsatz kommt. Zahlreiche verschiedene alternative Ausführungsformen sind möglich.
  • Ebenfalls der Zweckmäßigkeit wegen in 3 dargestellt ist eine primäre Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Energiequelle 310, die über die Verbindung 312 mit dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus 112 gekoppelt ist. In einigen Anwendungen stellt die primäre Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Energiequelle 310 relativ hohe Gleichstrompegel für die elektrische Maschine 102 bereit. Beispiele für die primäre Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Energiequelle 310 beinhalten Brennstoffzellen und/oder Gleichstrom-Maschinen (die beispielsweise von einem Verbrennungsmotor angetrieben werden). Beispielsweise kann die primäre Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Energiequelle 310 in Kraftfahrzeugen mit Elektro- oder Hybridantrieb zum Einsatz kommen.
  • 4 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm 400 einer prozessorbasierten Ausführungsform der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106. Diese beispielhafte Ausführungsform der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter ist implementiert in einem prozessorbasierten System 400, welches mindestens einen Prozessor 402 und einen Speicher 404 (oder ein anderes geeignetes computerlesbares oder prozessorlesbares Medium) enthält. Eine Logik 406 zur Ausführung der vorstehend beschriebenen Funktionen einer Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 ist in dem Speicher 404 enthalten. Die Logik 406 kann als ein Programm implementiert sein. Auf diese Weise bewirkt die Ausführung der Logik 406 durch den Prozessor 402 das Erzeugen der Steuerungssignale durch die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106, welche den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 und den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 (1) steuert. Eine optionale Gatter-Schnittstelle 408 formatiert die erzeugten Steuerungssignale in ein geeignetes Format für den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 und/oder den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110.
  • 5 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106, welche eine Gatteransteuerungs-Platine 502 eines Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichters 108 (die der vorstehend beschriebenen Gatteransteuerung 218, 2, entspricht) und ein Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)- Stromrichtermodul 504 (welches dem vorstehend beschriebenen Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110, 1–3, entspricht) steuert, mit einer Hochspannungs(HV)-Brücke 212. Die dargestellten und beschrifteten Komponenten sind in dem Elektronikgehäuse 114 enthalten, dessen Ausmaße durch die Randlinie 506 des Elektronikgehäuses 114 angegeben sind. Wie zu sehen ist, werden Dreiphasenanschlüsse (Phase A, B und C) 508 bereitgestellt, um die Phasen A, B und C des Stromrichtermoduls 510 mit dem Wechselstrom(AC)-Bus 124 (1–3) zu koppeln. Ein Anschluss für einen Motorsensor 512, ein Anschluss für die In-Systemprogrammierung 514, ein Signalanschluss 516 und eine Niederspannungs(LV)-Bolzengruppe (Baugruppe) 518 werden bereitgestellt für die Kopplung mit anderen (nicht dargestellten) Komponenten. Außerdem werden Hochspannungs(HV+ und HV–)-Kupplungen 520 bzw. 522 bereitgestellt, um den Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus 112 (1–3) über die physischen Grenzen der Randlinie 506 des Elektronikgehäuses 114 hinaus zu verlängern. Diese beispielhafte Ausführungsform stellt die Vorteile dar, die mit der vorliegenden Erfindung realisiert werden, indem die Komponenten innerhalb des Elektronikgehäuses 114 des Energieversorgungssystems 104 mit anderen Komponenten des Energieversorgungssystems 104 (1) unter Verwendung einer geringeren Anzahl von Kupplungen und/oder Anschlüssen gekoppelt werden.
  • Die beispielhafte Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, zeigt, dass in dem Elektronikgehäuse 114 des Energieversorgungssystems 104 eine Vielzahl verschiedener Sensoren enthalten ist. Die dargestellten Sensoren umfassen einen Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Stromsensor 524, einen oder mehrere Motorstromsensor(en) 526, einen Niederspannungs(LV)-Stromsensor 528, einen Hochspannungs(HV)-Brückenstromsensor und/oder Temperatursensor 530 sowie einen niederspannungsseitigen Gatter-Temperatursensor 532. Weitere Sensoren können enthalten sein, um andere interessierende Parameter zu erfassen. Informationen von diesen Sensoren werden an die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 übermittelt. Auf der Grundlage der von den Sensoren empfangenen Informationen können unter Umständen die Steuerungssignale angepasst werden, die an den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 und/oder an den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 übertragen werden.
  • 6 ist ein Ablaufdiagramm 600, das eine Ausführungsform eines Prozesses zum Steuern von Stromrichtern veranschaulicht. Das Ablaufdiagramm 600 der 6 zeigt die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb einer Ausführungsform zur Implementierung der Logik 406 (4) in der Weise, dass die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 (1–5) eine Mehrzahl von Stromrichtern steuert. Eine alternative Ausführungsform realisiert die Logik aus dem Ablaufdiagramm 600 mithilfe von Hardware, die als Zustandsautomat konfiguriert ist. Vor diesem Hintergrund kann jeder Block ein Modul, ein Segment oder einen Codeteil, das/der eine oder mehrere ausführbare Anweisung(en) zur Implementierung der spezifizierten logischen Funktion(en) enthält, repräsentieren. Es ist außerdem zu beachten, dass in alternativen Ausführungsformen die in den Blöcken angegebenen Funktionen in anderer als der in 6 angegebenen Reihenfolge auftreten können oder zusätzliche Funktionen beinhalten können. Beispielsweise können zwei in 6 als aufeinander folgend dargestellte Funktionsblöcke tatsächlich im Wesentlichen parallel zueinander ausgeführt werden, können die Funktionsblöcke gegebenenfalls in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden oder können einige der Funktionsblöcke nicht in allen Instanzen ausgeführt werden, abhängig von der betreffenden Funktionalität, wie an späterer Stelle noch näher erläutert wird. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen Modifikationen und Varianten als in den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarungsschrift aufgenommen gelten.
  • Der Prozess beginnt bei Block 602. Bei Block 604 wird von einer Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 mindestens ein erstes Steuerungssignal an einen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 (1–3) übertragen, wobei der Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 und die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 in einem Elektronikgehäuse 114 des Energieversorgungssystems 104 enthalten sind. Bei Block 606 wird von der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 mindestens ein zweites Steuerungssignal an einen Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 übertragen, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 in dem Elektronikgehäuse 114 des Energieversorgungssystems 104 enthalten ist. Bei Block 608 endet der Prozess.
  • In den verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 (1–5) einen Mikroprozessor, einen Digitalsignalprozessor (DSP), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application Specific Integrated Circuit, ASIC) und/oder eine Ansteuerungsplatine oder -schaltung umfassen, zusammen mit einem beliebigen zugeordneten Speicher, beispielsweise etwa einem Schreib-/Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff (Random Access Memory, RAM), einem Festwertspeicher (Read Only Memory, ROM), einem elektrisch löschbaren Festwertspeicher (Electrically Erasable Read Only Memory, EEPROM) oder einer anderen Speichervorrichtung, welche Anweisungen zum Steuern des Betriebs enthält. Die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 kann zusammen mit den übrigen Komponenten des Energieversorgungssystems 104 untergebracht sein, kann davon getrennt untergebracht sein oder kann teilweise damit zusammen untergebracht sein.
  • Die vorstehend beschriebene Topologie verwendet Leiterbilder, Leiterbahnen, Verbindungen und/oder Durchkontaktierungen, die unter Umständen eine große Anzahl von Draht-Bondverbindungen ersetzen, die ansonsten verwendet würden. Die Reduzierung der benötigten Anzahl von Draht-Bondverbindungen verringert den Platzbedarf des Elektronikgehäuses 114 des Energieversorgungssystems 104 (1) und kann die Kosten und/oder die Komplexität verringern, indem die Anzahl der Einzelelemente (Draht-Bondverbindungen) und der Schritte, die mit dem Anbringen dieser Draht-Bondverbindungen einhergehen, verringert wird. Diese Verringerung kann darüber hinaus beispielsweise Verschleiß und Ermüdung reduzieren, die mit der thermischen Wechselbelastung einhergehen, und so die Zuverlässigkeit und/oder Lebensdauer erhöhen.
  • Als Beispiel für die Vorteile des Drahtbondens, die durch verschiedene Ausführungsformen bereitgestellt werden, wird ein schaltbarer Entladewiderstand 534 dargestellt, der in der Hochspannungs(HV)-Brücke 212 (5) enthalten ist. Der schaltbare Entladewiderstand 534 wird durch Ausführungsformen der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 gesteuert, die dazu dienen, den schaltbaren Entladewiderstand 534 mit dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus 112 zu koppeln. Wenn beispielsweise das System heruntergefahren wird, kann es wünschenswert sein, die Spannung auf dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus 112 auf 0 Volt oder auf einen anderen nominalen Wert zu reduzieren. Die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 spricht auf solche Situationen an, indem ein Signal an eine Schaltvorrichtung 700 (7A und 7B) übertragen wird, sodass der schaltbare Entladewiderstand 534 mit dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus 112 gekoppelt wird.
  • Der schaltbare Entladewiderstand 534 entlädt die Spannung auf dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus 112 innerhalb einer geeigneten Zeitdauer. Aufgrund der hohen elektrischen Kapazität des Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Busses 112, die für den Betrieb einiger Arten von Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC) und/oder Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichtern benötigt wird, muss der schaltbare Entladewiderstand 534 unter Umständen in der Lage sein, bis zu mehreren Hundert Watt Leistung zu entladen.
  • Die Entladezeit beträgt in einer Ausführungsform annähernd eine Minute, was der Zeit entspricht, die ein Techniker theoretisch benötigt, um das Elektronikgehäuse 114 des Energieversorgungssystems 104 zu öffnen. Der Wert des schaltbaren Entladewiderstands 534 ist abhängig von der gewünschten Zeit, innerhalb deren der Hochspannungs- Gleichstrom(HVDC)-Bus 112 entladen werden soll (entsprechend einer gewissen interessierenden Zeit, wie beispielsweise der vorstehend erwähnten Zeit zum Öffnen des Elektronikgehäuses 114 des Energieversorgungssystems 104), und der elektrischen Kapazität des Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Busses 112.
  • Durch die Verwendung zusätzlicher Draht-Bondverbindungen und/oder eines dickeren Drahtes zum Verbinden des schaltbaren Entladewiderstands 534 mit dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus 112 wird die Zuverlässigkeit des schaltbaren Entladewiderstands verbessert. Dickere Draht-Bondverbindungen verringern die Wahrscheinlichkeit von Bondingfehlern und/oder Verbindungsfehlern, und zusätzliche Draht-Bondverbindungen sorgen für redundante Absicherung im Fall eines Fehlers beim Drahtbonden und/oder eines Fehlers der Verbindung.
  • Die 7A und 7B veranschaulichen Ausführungsformen, bei denen mindestens ein schaltbarer Entladewiderstand 534 und die zugehörige Schaltvorrichtung 700 verwendet werden, wobei relativ dicke Draht-Bondverbindungen 702 verwendet werden, um den positiven Hochspannungs-Gleichstrom(+HVDC)-Bus 704 und den negativen Hochspannungs-Gleichstrom(–HVDC)-Bus 706 (welche dem Hochspannungs-Gleichstrom (HVDC)-Bus 112 der 1–3 und 5 entsprechen) miteinander zu verbinden. In 7A ist der schaltbare Entladewiderstand 534 in Reihe geschaltet mit einer Mehrzahl von verschiedenen aktiven Leistungsbauelementen 708. in 7B ist der Entladewiderstand 534 mit der Mehrzahl von verschiedenen aktiven Leistungsbauelementen 708 parallel verdrahtet. Die Mehrzahl der aktiven Leistungsbauelemente 708 ist mit relativ dünneren Draht-Bondverbindungen 710 gebondet. Der schaltbare Entladewiderstand 534 und andere aktive Leistungsbauelemente 708 können zusammen in einem einzigen Elektronikgehäuse 114 des Energieversorgungssystems 104 enthalten sein, da die verschiedenen Ausführungsformen der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 wirksam mit der Mehrzahl von aktiven Leistungsbauelementen 708 gekoppelt sind, die zusammen in dem Elektronikgehäuse 114 des Energieversorgungssystems 104 enthalten sind. In anderen Ausführungsformen können eine Mehrzahl von schaltbaren Entladewiderständen 534 und zugehörigen Schaltvorrichtungen 700 verwendet werden. Die Schaltvorrichtung 700 kann mit jeder beliebigen Art von elektronischer/elektronischem, Halbleiter- oder Firmware-Schaltvorrichtung oder -mittel realisiert werden, die/das in der Technik allgemein Verwendung findet. Derartige steuerbare Schaltvorrichtungen 700 können durch eine Kombination von Software und Firmware unter Verwendung von Komponenten und Verfahren realisiert werden, wie sie im Bereich des Schaltens von elektrischen Geräten allgemein zum Einsatz kommen. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen Implementierungen von Schaltvorrichtungen 700 und ihre zugehörigen Steuerungsmittel, die von Ausführungsformen der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 betätigt werden können, als in den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarungsschrift aufgenommen gelten.
  • Es ist nicht beabsichtigt, dass die vorstehende Beschreibung von dargestellten Ausführungsformen einschließlich der Beschreibung in der Zusammenfassung erschöpfend ist oder die Erfindung auf die genauen offenbarten Formen beschränkt. Obwohl hier zum Zweck der Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen und Beispiele beschrieben werden, können verschiedene gleichwertige Modifikationen realisiert werden, ohne von dem Geist und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie für Fachleute auf diesem Gebiet der Technik einzusehen ist. Die hierin enthaltenen Lehren können auf andere Stromrichtsysteme angewendet werden, nicht notwendigerweise die beispielhaften Ausführungsformen des Wechselstrom/Gleichstrom (AC/DC) und des Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichters, die vorstehend allgemein beschrieben sind. Beispielsweise kann das Stromrichtsystem zusätzliche Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter oder Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter mit unterschiedlichen Topologien enthalten, wie es für die jeweilige Anwendung passend sein mag. Zusätzlich oder alternativ hierzu können, während die dargestellten Ausführungsformen allgemein dreiphasige Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichtertopologien für die primären Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter zeigen, einige Ausführungsformen eine geringere oder größere Anzahl von Phasenschenkeln beinhalten. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann das Stromrichtsystem 104 auf den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 verzichten oder eine andere Topologie für den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter 108 verwenden als in den Abbildungen dargestellt.
  • In der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen schließen Transistorvorrichtungen (die auch als Leistungshalbleitervorrichtungen bezeichnet werden können) geeignete Halbleiterbauelemente ein, die dafür ausgelegt sind, verglichen mit standardmäßigen Halbleiterbauelementen relativ große Ströme, hohe Spannungen und/oder große Mengen Energie zu bewältigen, einschließlich Leistungshalbleiter-Schaltvorrichtungen, Leistungshalbleiterdioden und andere derartige Vorrichtungen, wie sie in der Energieverteilung zur Anwendung kommen, beispielsweise netz- oder transportbezogene Anwendungen. Wie vorstehend beschrieben, können einige der Transistorvorrichtungen beispielsweise die Form von Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) haben, während andere der Transistorvorrichtungen die Form von Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) haben. Die Verwendung von Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) erlaubt es den primären Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichtern 110 (1) und/oder 302 (3), mit höheren Schaltfrequenzen zu arbeiten, als dies andernfalls mit Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) möglich wäre. Allerdings können in einigen Ausführungsformen die Transistorvorrichtungen der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 und/oder 302 die Form von Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder anderen in geeigneter Weise bemessenen Schaltvorrichtungen haben, insbesondere, wenn die gewünschte Betriebsfrequenz der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 und/oder 302 ausreichend niedrig ist. Ferner können in einigen Ausführungsformen die Transistorvorrichtungen des Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichters 108 die Form von Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) haben, insbesondere, wenn die Kostenfaktoren dies zulassen.
  • Die vorstehende ausführliche Beschreibung hat verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtungen und/oder Prozesse mithilfe von Blockdiagrammen, Schemazeichnungen und Beispielen dargelegt. Insoweit solche Blockdiagramme, Schemazeichnungen und Beispiele eine oder mehrere Funktion(en) und/oder Operation(en) enthalten, werden Fachleute auf diesem Gebiet der Technik einsehen, dass jede Funktion und/oder Operation in solchen Blockdiagrammen, Ablaufdiagrammen oder Beispielen für sich und/oder zusammengenommen mittels einer breit gefächerten Palette von Hardware, Software, Firmware oder praktisch jeder beliebigen Kombination davon implementiert werden kann. In einer Ausführungsform kann der vorliegende Erfindungsgegenstand mittels anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASICs) realisiert werden. Allerdings werden Fachleute auf diesem Gebiet der Technik erkennen, dass die hier offenbarten Ausführungsformen insgesamt oder in Teilen gleichwertig auch in standardmäßigen integrierten Schaltungen, als ein oder mehrere Computerprogramm(e), das/die auf einem oder mehreren Computer(n) läuft/laufen (beispielsweise als ein oder mehrere Programm(e), das/die auf einem oder mehreren Computersystem(en) läuft/laufen), als ein oder mehrere Programm(e), das/die auf einer oder mehreren Steuerungseinheit(en) (beispielsweise Mikrocontrollern) läuft/laufen, als ein oder mehrere Programm(e), das/die auf einem oder mehreren Prozessor(en) (beispielsweise Mikroprozessoren) läuft/laufen, als Firmware oder als praktisch jede beliebige Kombination davon implementiert werden können und dass das Konzipieren der Schaltungen und/oder Schreiben des Codes für die Software und/oder Firmware zu den Fertigkeiten eines Durchschnittsfachmanns auf diesem Gebiet der Technik vor dem Hintergrund dieser Offenbarungsschrift zählen. In mindestens einer Ausführungsform behält die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106 eine angeordnete Ausgangsspannung der Kondensatoren bei, indem die Einschaltdauer der Transistorvorrichtungen der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter 110 und/oder 302 variiert wird. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung zwischen der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter 106, einer (nicht dargestellten) Steuerungseinheit eines Brennstoffzellensystems und/oder einer (nicht dargestellten) integrierten Antriebsstrang-Steuerungseinheit koordiniert werden.
  • Darüber hinaus werden Fachleute auf diesem Gebiet der Technik einsehen, dass die hier beschriebenen Steuerungsmechanismen als Programmprodukt in vielfältigen Formen verteilt werden können und dass eine veranschaulichende Ausführungsform gleichermaßen zur Anwendung kommt, unabhängig von dem speziellen Typ des signaltragenden Mediums, das verwendet wird, um die eigentliche Verteilung auszuführen. Beispiele von signaltragenden Medien umfassen unter anderem die folgenden: beschreibbare Medien wie etwa Disketten, Festplatten, CD-ROMs, digitale Magnetbänder und Computerspeicher; und Übertragungsmedien wie beispielsweise digitale und analoge Kommunikationsverbindungen unter Verwendung von TDM- oder IP-basierten Kommunikationsverbindungen (beispielsweise paketbasierte Verbindungen).
  • Soweit es der Zusammenhang nicht anders erforderlich macht, sind das Wort „umfassen" und die verschiedenen Formen davon, beispielsweise „umfasst" und „umfassend", in der gesamten Spezifikation sowie in den folgenden Patentansprüchen in einem offenen, einschließenden Sinne zu verstehen, das heißt als „enthaltend, jedoch nicht beschränkt auf".
  • In der gesamten Beschreibung bedeutet der Verweis auf „eine Ausführungsform", dass ein(e) bestimmte(s) Merkmal, Struktur oder Eigenschaft, das/die im Zusammenhang mit der betreffenden Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Systeme und Verfahren enthalten ist. Somit beziehen sich die Vorkommnisse der Formulierung „in einer Ausführungsform" an verschiedenen Stellen in dieser Spezifikation nicht notwendigerweise sämtlich auf dieselbe Ausführungsform. Ferner können die betreffenden Merkmale, Strukturen oder Eigenschaften in jeder beliebigen geeigneten Weise in einer oder mehreren Ausführungsform(en) kombiniert sein.
  • Die verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Alle nachstehend angeführten US-amerikanischen Patente, Patentanmeldungen und Veröffentlichungen, auf die in der vorliegenden Spezifikation Bezug genommen wird, unter anderem: die vorläufige Patentanmeldung mit dem Titel „POWER SYSTEM METHOD AND APPARATUS" mit der laufenden Nummer 60/621,012, eingereicht am 20. Oktober 2004; die vorläufige Patentanmeldung mit dem Titel „PRESS (NON-SOLDERED) CONTACTS FOR HIGH CURRENT ELECTRICAL CONNECTIONS IN POWER MODULES" mit der laufenden Nummer 60/233,992, eingereicht am 20. September 2000; die vorläufige Patentanmeldung mit dem Titel „LEADFRAME-BASED MODULE DC BUS DESIGN TO REDUCE MODULE INDUCTANCE" mit der laufenden Nummer 60/233,993, eingereicht am 20. September 2000; die vorläufige Patentanmeldung mit dem Titel „EMI REDUCTION IN POWER MODULES THROUGH THE USE OF INTEGRATED CAPACITORS ON THE SUBSTRATE LEVEL" mit der laufenden Nummer 60/233,994, eingereicht am 20. September 2000; die vorläufige Patentanmeldung mit dem Titel „PRESS (NON-SOLDERED) CONTACTS FOR HIGH CURRENT ELECTRICAL CONNECTIONS IN POWER MODULES" mit der laufenden Nummer 60/233,995, eingereicht am 20. September 2000; die vorläufige Patentanmeldung mit dem Titel „SUBSTRATE-LEVEL DC BUS DESIGN TO REDUCE MODULE INDUCTANCE" mit der laufenden Nummer 60/233,996, eingereicht am 20. September 2000; das US-amerikanische Patent mit dem Titel „POWER CONVERTER SYSTEM" mit der Patentnummer 6,603,672 , erteilt am 5. August 2003; die nicht vorläufige Patentanmeldung „LEADFRAME-BASED MODULE DC BUS DESIGN TO REDUCE MODULE INDUCTANCE" mit der laufenden Nummer 09/882,708, eingereicht am 15. Juni 2003; das US-amerikanische Patent mit dem Titel „PRESS (NON-SOLDERED) CONTACTS FOR HIGH CURRENT ELECTRICAL CONNECTIONS IN POWER MODULES" mit der Patentnummer 6,793,502 , erteilt am 21. September 2004; das US-amerikanische Patent mit dem Titel „SUBSTRATE-LEVEL DC BUS DESIGN TO REDUCE MODULE INDUCTANCE" mit der Patentnummer 6,845,017 , erteilt am 18. Januar 2005; das US-amerikanische Patent mit dem Titel "EMI REDUCTION IN POWER MODULES THROUGH THE USE OF INTEGRATED CAPACITORS ON THE SUBSTRATE LEVEL" mit der Patentnummer 6,636,429 , erteilt am 21. Oktober 2003; die nicht vorläufige Patentanmeldung mit dem Titel „LEADFRAME-BASED MODULE DC BUS DESIGN TO REDUCE MODULE INDUCTANCE" mit der laufenden Nummer 10/109,555, eingereicht am 27. März 2002; die nicht vorläufige Patentanmeldung mit dem Titel „DUAL POWER MODULE POWER SYSTEM" mit der laufenden Nummer 10/642,424, eingereicht am 14. August 2003; die nicht vorläufige Patentanmeldung mit dem Titel „INTEGRATION OF PLANAR TRANSFORMER AND/OR PLANAR INDUCTOR WITH POWER SWITCHES IN POWER CONVERTER" mit der laufenden Nummer 10/964,000, eingereicht am 12. Oktober 2004; die nicht vorläufige Patentanmeldung mit dem Titel „INTERLEAVED POWER CONVERTER" mit der laufenden Nummer 10/861,319, eingereicht am 4. Juni 2004; die vorläufige Patentanmeldung mit dem Titel „POWER MODULE ARCHITECTURE" mit der laufenden Nummer 60/471,387, eingereicht am 16. Mai 2003; die nicht vorläufige Patentanmeldung mit dem Titel „LEADFRAME-BASED MODULE DC BUS DESIGN TO REDUCE MODULE INDUCTANCE" mit der laufenden Nummer 11/245,723, eingereicht am 6. Oktober 2005; die nicht vorläufige Patentanmeldung mit dem Titel „POWER SYSTEM METHOD AND APPARATUS" mit der laufenden Nummer 11/255,162, eingereicht am 20. Oktober 2005; die nicht vorläufige Patentanmeldung mit dem Titel „POWER CONVERTER ARCHITECTURE EMPLOYING AT LEAST ONE CAPACITOR ACROSS A DC BUS" mit der laufenden Nummer 10/664,808, eingereicht am 17. September 2003; das US-amerikanische Patent mit dem Titel "POWER MODULE WITH VOLTAGE OVERSHOOT LIMITING" mit der Patentnummer 6,906,404 , erteilt am 14. Juni 2005; die nicht vorläufige Patentanmeldung mit dem Titel „TRI-LEVEL INVERTER" mit der laufenden Nummer 10/658,804, eingereicht am 9. September 2003; und das US-amerikanische Patent mit dem Titel „POWER CONVERTER SYSTEM" mit der Patentnummer 6,845,020 , erteilt am 18. Januar 2005, gelten als durch diesen Verweis als insgesamt in diese Patentanmeldung aufgenommen, ebenso wie die Abschnitte der vorliegenden Spezifikation. Gesichtspunkte der Erfindung können erforderlichenfalls modifiziert werden, um Systeme, Schaltungen und Konzepte der verschiedenen Patente, Patentanmeldungen und Veröffentlichungen dafür zu nutzen, noch weitere Ausführungsformen der Erfindung bereitzustellen.
  • Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, dass hier zwar spezifische Ausführungsformen der Erfindung zum Zwecke der Veranschaulichung beschrieben wurden, jedoch verschiedene Modifikationen realisiert werden können, ohne von dem Geist und Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Dementsprechend ist die Erfindung in keiner Weise beschränkt außer durch die beigefügten Patentansprüche.
  • Zusammenfassung
  • Ein System und Verfahren zum Steuern von Stromrichtern werden offenbart. Kurz beschrieben ist eine Ausführungsform ein Verfahren, welches umfasst, mindestens ein erstes Steuerungssignal von einer Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter an einen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter zu übertragen, wobei der Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter in einem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten sind; und mindestens ein zweites Steuerungssignal von der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter an einen Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter zu übertragen, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter in einem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (29)

  1. Energieversorgungssystem zum Steuern von Energieübertragungen an eine elektrische Maschine, welches folgendes umfasst: einen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter, der dazu dient, Wechselstrom (AC), der von der elektrischen Maschine empfangen wird, in Gleichstrom (DC) umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine als Energieerzeuger arbeitet, und dazu dient, Gleichstrom, der von mindestens einer Gleichstromquelle empfangen wird, in Wechselstrom umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine als Motor arbeitet; mindestens einen Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter, der dazu dient, eine niedrige Gleichspannung in eine hohe Gleichspannung umzuwandeln; und eine Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter, die dazu dient, den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter zu steuern.
  2. Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter folgendes umfasst: eine Brücke aus Transistorvorrichtungen, die dazu dient, die niedrige Gleichspannung in die hohe Gleichspannung umzuwandeln; und eine Gatteransteuerung, die mit der Brücke aus Transistorvorrichtungen und der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter gekoppelt ist und dazu dient, eine Mehrzahl von Gattersignalen an die Gatteransteuerung bereitzustellen, in Übereinstimung mit mindestens einem Steuerungssignal, das von der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter empfangen wird.
  3. Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 1, wobei der Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter folgendes umfasst: eine Brücke aus Transistorvorrichtungen, die dazu dient, den Wechselstrom (AC) in den Gleichstrom (DC) umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine im Energieerzeugungs-Modus arbeitet, und dazu dient, den Gleichstrom in den Wechselstrom umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine im Motor-Modus arbeitet; und eine Gatteransteuerung, die mit der Brücke und der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter gekoppelt ist und dazu dient, eine Mehrzahl von Gattersignalen an die Brücke aus Transistorvorrichtungen bereitzustellen, in Übereinstimung mit mindestens einem Steuerungssignal, das von der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter empfangen wird.
  4. Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 1, welches ferner folgendes umfasst: einen zweiten Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter, der von der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter gesteuert wird.
  5. Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 1, welches ferner folgendes umfasst: einen Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus, der den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter miteinander koppelt; und einen Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Bus, der die Gleichstromquelle und den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter miteinander koppelt, wobei der Wechselstrom, der von der elektrischen Maschine empfangen wird, über den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter, den Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus, den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und den Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Bus übertragen wird und in der Gleichstromquelle gespeichert wird; und wobei der Gleichstrom, der von der Gleichstromquelle empfangen wird, über den Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Bus, den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter, den Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus und den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter übertragen wird und an die elektrische Maschine bereitgestellt wird.
  6. Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 1, welches ferner folgendes umfasst: ein Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems, in dem der Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter, der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter und die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter enthalten sind.
  7. Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 1, welches ferner folgendes umfasst: einen Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus, der den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter miteinander koppelt; und einen schaltbaren Entladewiderstand, der mit dem Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus gekoppelt ist und der dazu dient, den Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus zu entladen, wenn er durch die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter angesteuert wird.
  8. Verfahren zum Steuern von Stromrichtern, wobei das Verfahren folgendes umfasst: Übertragen mindestens eines ersten Steuerungssignals von einer Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter an einen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter, wobei der Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter in einem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten sind; und Übertragen mindestens eines zweiten Steuerungssignals von der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter an einen Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter in dem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten ist.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei als Reaktion auf die Übertragung des ersten und des zweiten Steuerungssignals das Verfahren ferner folgendes umfasst: Umwandeln von Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) durch den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter in Übereinstimmung mit dem empfangenen ersten Steuerungssignal; Übertragen des Gleichstroms von dem Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter an den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter über einen Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus; und Umwandeln des empfangenen Gleichstroms von einer hohen Gleichspannung in eine niedrige Gleichspannung in Übereinstimmung mit dem empfangenen zweiten Steuerungssignal.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Umwandeln des Wechselstroms in Gleichstrom ferner umfasst, den Wechselstrom von der elektrischen Maschine zu empfangen, wenn die elektrische Maschine als Energieerzeuger arbeitet.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, welches ferner folgendes umfasst: Übertragen des Gleichstroms, der in die niedrige Gleichspannung umgewandelt wurde, an eine Gleichstromquelle; und Speichern des empfangenen Gleichstroms in der Gleichstromquelle.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei als Reaktion auf die Übertragung des ersten und des zweiten Steuerungssignals das Verfahren ferner folgendes umfasst: Umwandeln des empfangenen Gleichstroms von einer niedrigen Gleichspannung in eine hohe Gleichspannung in Übereinstimmung mit dem empfangenen zweiten Steuerungssignal; Übertragen des Gleichstroms mit der hohen Gleichspannung von dem Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter an den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter über einen Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus; und Umwandeln von Wechselstrom in Gleichstrom durch den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter in Übereinstimmung mit dem empfangenen ersten Steuerungssignal.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Umwandeln des Gleichstroms von der niedrigen Gleichspannung in die hohe Gleichspannung ferner umfasst, den Gleichstrom mit der niedrigen Gleichspannung von einer Gleichstromquelle zu empfangen.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 13, welches ferner umfasst, den Wechselstrom an die elektrische Maschine zu übertragen, wenn die elektrische Maschine als ein Motor arbeitet.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Übertragen des zweiten Steuerungssignals ferner umfasst, von der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter eine Mehrzahl von Gattersignalen an eine Gatteransteuerung zu übertragen, welche in dem Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter enthalten ist, um eine Brücke aus Transistorvorrichtungen zu veranlassen, eine niedrige Gleichspannung in eine hohe Gleichspannung umzuwandeln.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das Übertragen des ersten Steuerungssignals ferner umfasst, von der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter eine Mehrzahl von Gattersignalen an eine Gatteransteuerung zu übertragen, welche in dem Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter enthalten ist, um eine Brücke aus Transistorvorrichtungen zu veranlassen, den Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine in einem Energieerzeugungs-Modus arbeitet, und den Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine in einem Motor-Modus arbeitet.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 8, welches ferner folgendes umfasst: Installieren der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter, des Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichters und des Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichters in dem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 8, welches ferner folgendes umfasst: Empfangen von Informationen von mindestens einem Sensor; und Anpassen mindestens eines der ersten und zweiten Steuerungssignale auf der Grundlage der von dem Sensor empfangenen Informationen.
  19. System zum Steuern von Energieübertragungen über ein Energieversorgungssystem, welches folgendes umfasst: Mittel zum Übertragen mindestens eines ersten Steuerungssignals von einer Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter an einen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter, wobei der Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter in einem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten sind; Mittel zum Umwandeln von Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) durch den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter in Übereinstimmung mit dem empfangenen ersten Steuerungssignal; Mittel zum Übertragen mindestens eines zweiten Steuerungssignals von der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter an einen Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter in dem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten ist; und Mittel zum Umwandeln des empfangenen Gleichstroms von einer hohen Gleichspannung in eine niedrige Gleichspannung in Übereinstimmung mit dem empfangenen zweiten Steuerungssignal.
  20. System gemäß Anspruch 19, welches ferner folgendes umfasst: Mittel zum Übertragen des Gleichstroms zwischen dem Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und dem Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter.
  21. System gemäß Anspruch 19, wobei das Mittel zum Umwandeln des empfangenen Gleichstroms von der hohen Gleichspannung in die niedrige Gleichspannung ferner ein Mittel umfasst, um den Gleichstrom mit der niedrigen Gleichspannung an eine Gleichstromquelle zu übertragen, wobei die Gleichstromquelle dazu dient, den empfangenen Gleichstrom zu speichern.
  22. Prozessorlesbares Medium, welches Anweisungen speichert, um einen Prozessor dazu zu veranlassen, Energieübertragungen zu steuern durch: Bestimmen mindestens eines ersten Steuerungssignals, das von einer Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter an einen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter übertragen wird, wobei der Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und die Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter in einem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten sind; und Bestimmen mindestens eines zweiten Steuerungssignals, das von der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter an einen Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter übertragen wird, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter in dem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten ist.
  23. Prozessorlesbares Medium gemäß Anspruch 22, welches ferner Anweisungen speichert, um den Prozessor dazu zu veranlassen, Energieübertragungen zu steuern durch: Empfangen von Informationen von mindestens einem Sensor; und Anpassen mindestens eines der ersten und zweiten Steuerungssignale auf der Grundlage der von dem Sensor empfangenen Informationen.
  24. Modular aufgebautes Energieversorgungssystem, das Energieübertragungen zwischen einer elektrischen Maschine und mindestens einer Gleichstromquelle steuert und das folgendes umfasst: ein Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems; einen Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter, der in dem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten ist und der dazu dient, von der elektrischen Maschine empfangenen Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine als Energieerzeuger arbeitet, und dazu dient, von der Gleichstromquelle empfangenen Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine als Motor arbeitet; mindestens einen Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter, der in dem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten ist und dazu dient, eine niedrige Gleichspannung in eine hohe Gleichspannung umzuwandeln; und eine Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter, die in dem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten ist und dazu dient, den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter zu steuern, indem sie mindestens ein erstes Steuerungssignal an den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter überträgt, und dazu dient, den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter zu steuern, indem sie mindestens ein zweites Steuerungssignal an den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter überträgt.
  25. Modular aufgebautes Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 24, welches ferner folgendes umfasst: einen Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus, der in dem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten ist, wobei der Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter und den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter miteinander koppelt; und einen Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Busteil, der in dem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten ist, wobei der Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Bus die Gleichstromquelle und den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter miteinander koppelt, wobei der Wechselstrom, der von der elektrischen Maschine empfangen wird, über den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter, den Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus, den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter und den Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Busteil übertragen wird und in der Gleichstromquelle gespeichert wird; und wobei der Gleichstrom, der von der Gleichstromquelle empfangen wird, über den Niederspannungs-Gleichstrom(LVDC)-Busteil, den Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter, den Hochspannungs-Gleichstrom(HVDC)-Bus und den Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter übertragen wird und an die elektrische Maschine bereitgestellt wird.
  26. Modular aufgebautes Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 24, wobei der Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter folgendes umfasst: eine Brücke aus Transistorvorrichtungen, die dazu dient, die niedrige Gleichspannung in die hohe Gleichspannung umzuwandeln; und eine Gatteransteuerung, die mit der Brücke und der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter gekoppelt ist und dazu dient, eine Mehrzahl von Gattersignalen an die Gatteransteuerung bereitzustellen, in Übereinstimung mit dem zweiten Steuerungssignal, das von der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter empfangen wird.
  27. Modular aufgebautes Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 24, wobei der Wechselstrom/Gleichstrom(AC/DC)-Stromrichter folgendes umfasst: eine Brücke aus Transistorvorrichtungen, die dazu dient, den Wechselstrom in den Gleichstrom umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine im Energieerzeugungs-Modus arbeitet, und dazu dient, den Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, wenn die elektrische Maschine im Motor-Modus arbeitet; und eine Gatteransteuerung, die mit der Brücke aus Transistorvorrichtungen und der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter gekoppelt ist und dazu dient, eine Mehrzahl von Gattersignalen an die Brücke aus Transistorvorrichtungen bereitzustellen, in Übereinstimung mit dem ersten Steuerungssignal, das von der Systemsteuerungseinheit für mehrere Stromrichter empfangen wird.
  28. Modular aufgebautes Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 24, welches ferner einen zweiten Gleichstrom/Gleichstrom(DC/DC)-Stromrichter umfasst, der in dem Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems enthalten ist und der dazu dient, eine zweite niedrige Gleichspannung in die hohe Gleichspannung umzuwandeln.
  29. Modulares Energieversorgungssystem gemäß Anspruch 24, wobei das Elektronikgehäuse des Energieversorgungssystems mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist.
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