DE202019100805U1 - Dc link - Google Patents

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Abstract

Gleichspannungszwischenkreis aufweisend eine Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit (110) und wenigstens eine von der Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit mit Gleichspannung versorgte Kondensatoranordnung (150) mit einer Nennspannung und einer Entladeschlussspannung, welche größer Null ist.

Figure DE202019100805U1_0000
DC intermediate circuit comprising a DC intermediate circuit supply unit (110) and at least one of the DC voltage supply unit DC voltage supplied capacitor arrangement (150) having a nominal voltage and a discharge voltage, which is greater than zero.
Figure DE202019100805U1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gleichspannungszwischenkreis.The present invention relates to a DC voltage intermediate circuit.

Stand der TechnikState of the art

Gleichspannungszwischenkreise sind im Stand der Technik bekannt. Sie weisen eine oder mehrere Versorgungseinheiten (z.B. geregelter Netzgleichrichter) auf, durch die die Gleichspannung für den Zwischenkreis zur Verfügung gestellt wird. Aus dem Zwischenkreis wird die Leistung beispielsweise über Wechselrichter (sog. Inverter) als Wechselstrom z.B. für elektrische Antriebe entnommen. Zur Spannungsglättung und Pufferung im Zwischenkreis können Kondensatoren (sog. Zwischenkreiskondensator) dienen. Eine solche Lösung mit einer insbesondere als Elektrolytkondensator ausgebildeten Pufferkapazität ist beispielsweise in der DE 10 2010 025 647 A1 gezeigt.DC intermediate circuits are known in the art. They have one or more supply units (eg regulated mains rectifier), through which the DC voltage for the DC link is made available. From the intermediate circuit, the power is taken, for example, via inverters (so-called inverters) as alternating current, eg for electric drives. Voltage smoothing and buffering in the DC link can be provided by capacitors (so-called DC link capacitors). Such a solution with a designed in particular as an electrolytic capacitor buffer capacity is for example in the DE 10 2010 025 647 A1 shown.

Die Verbraucher bestimmen die Last im Gleichspannungszwischenkreis. Beispielsweise bei Beschleunigungs- oder Abbremsvorgängen von Elektromotoren als Verbraucher werden hohe kurzzeitige Lastspitzen erreicht. Durch diese kurzzeitigen Lastspitzen kann es zu kurzzeitigen Spannungspeaks (Zeitraum wenige Sekunden) kommen. Zur Reduzierung dieser kurzzeitigen Spannungspeaks können Energiespeicher mit hoher Leistungsfähigkeit, z.B. Superkondensatoren oder Doppelschichtkondensatoren, eingesetzt werden, welche zur Spannungsanpassung mit dem Gleichspannungszwischenkreis über einen Gleichspannungswandler gekoppelt werden. Dies ist jedoch aufwendig.The consumers determine the load in the DC intermediate circuit. For example, during acceleration or deceleration processes of electric motors as consumers high short-term peak loads are achieved. These short-term peak loads can lead to short-term voltage peaks (period of a few seconds). To reduce these short-term voltage peaks, high-performance energy storage devices, e.g. Supercapacitors or double-layer capacitors, are used, which are coupled for voltage adjustment with the DC link via a DC-DC converter. However, this is expensive.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung schlägt einen Gleichspannungszwischenkreis gemäß Anspruch 1 vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.The invention proposes a DC voltage intermediate circuit according to claim 1. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.

Die Erfindung bedient sich der Maßnahme, in dem Gleichspannungszwischenkreis eine Kondensatoranordnung mit einer Ladeschlussspannung, einer Entladeschlussspannung, welche größer Null ist, und einer dazwischen liegenden Nennspannung zu verwenden. Insbesondere werden somit keine herkömmlichen Kondensatoranordnungen aufweisend z.B. Elektrolyt- oder Doppelschichtkondensatoren, deren Entladeschlussspannung Null ist, verwendet. Eine besonders geeignete Kondensatoranordnung hat im entladenen Zustand bei wenigstens 30% Energieinhalt wenigstens 75% der Nennspannung. Vorzugsweise hat die Kondensatoranordnung im entladenen Zustand bei ca. 10% Energieinhalt immer noch ca. 80% der Nennspannung. Die Nennspannung selbst entspricht üblicherweise einem weiten Ladezustandsbereich von ca. 40% bis ca. 70%. Darüber steigt die Ladespannung bis zur Ladeschlussspannung an, darunter sinkt sie bis zur Entladeschlussspannung ab.The invention uses the measure to use in the DC voltage intermediate circuit a capacitor arrangement with a charge end voltage, a discharge end voltage which is greater than zero, and a nominal voltage therebetween. In particular, therefore, no conventional capacitor arrangements comprising e.g. Electrolytic or double-layer capacitors whose discharge voltage is zero used. A particularly suitable capacitor arrangement has at least 30% energy content at least 75% of the rated voltage in the discharged state. Preferably, the capacitor arrangement in the discharged state at about 10% energy content still about 80% of the rated voltage. The rated voltage itself usually corresponds to a wide state of charge range of about 40% to about 70%. In addition, the charging voltage increases up to the charging end voltage, below which it drops to the discharge end voltage.

Um diese Vorteile gezielt nutzen zu können, kann die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis auf einen Sollspannungswert geregelt werden, der einem Ladestand der Kondensatoranordnung von wenigstens 50% und höchstens 80%, vorzugsweise wenigstens 60% und höchstens 70% entspricht. Da die in der Kondensatoranordnung gespeicherte Energie (kWh) in diesem Bereich abhängig von der Ladespannung ist, stehen für die Pufferung z.B. im letzten Fall 30-40% nach oben und nach unten zur Verfügung. Ein Zusammenhang zwischen Ladezustand und Spannung ist zumindest für kommerziell erhältliche Kondensatoren für den belasteten und unbelasteten Zustand beispielsweise aus Datenblättern bekannt oder zumindest ermittelbar. Insbesondere kann der Sollspannungswert die Nennspannung der Kondensatoranordnung sein.In order to be able to make targeted use of these advantages, the voltage in the DC voltage intermediate circuit can be regulated to a nominal voltage value which corresponds to a charge state of the capacitor arrangement of at least 50% and at most 80%, preferably at least 60% and at most 70%. Since the energy (kWh) stored in the capacitor arrangement in this region is dependent on the charging voltage, buffering is used, for example. in the latter case 30-40% up and down available. A relationship between state of charge and voltage is at least for commercially available capacitors for the loaded and unloaded state, for example from data sheets known or at least ascertainable. In particular, the nominal voltage value may be the rated voltage of the capacitor arrangement.

Unterschreitet die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis den Sollspannungswert, z.B. in Folge von Leistungsentnahme, wird die Kondensatoranordnung entladen und die Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit lädt automatisch Leistung nach, um die Sollspannung zu halten oder wieder zu erreichen. Überschreitet die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis den Sollspannungswert, z.B. in Folge des Abschaltens von Verbrauchern, wird die Kondensatoranordnung geladen.If the voltage in the DC intermediate circuit drops below the nominal voltage value, e.g. as a result of power removal, the capacitor assembly is discharged and the DC link power supply automatically recharges power to maintain or recover the desired voltage. If the voltage in the DC intermediate circuit exceeds the nominal voltage value, e.g. as a result of consumer shutdown, the capacitor assembly is charged.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass ein Großteil der in der Kondensatoranordnung gespeicherten Energie in einem kleinen Spannungsbereich zur Verfügung steht und daher insbesondere keine Gleichspannungswandler o.ä. zur Anpassung der Spannungsniveaus zwischen Gleichspannungszwischenkreis und Kondensatoranordnung verwendet werden müssen und dennoch ein wesentlicher Umfang der Speicherkapazität genutzt werden kann. Im Unterschied zur einleitend genannten DE102010025648A1 wird die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis an die elektrischen Eigenschaften der Kondensatoranordnung angepasst, weshalb ein Ladegerät oder ein DC/DC-Wandler zwischen Gleichspannungszwischenkreis und Kondensatoranordnung eingespart werden und ein hoher Anteil der speicherbaren Energie mit wenig Regelungsaufwand genutzt werden kann.The invention has the advantage that a large part of the energy stored in the capacitor arrangement is available in a small voltage range and therefore in particular no DC-DC converter or the like. must be used to adjust the voltage levels between the DC link and capacitor assembly and yet a significant amount of storage capacity can be used. In contrast to the aforementioned DE102010025648A1 the voltage in the DC voltage intermediate circuit is adapted to the electrical properties of the capacitor arrangement, which is why a charger or a DC / DC converter between DC intermediate circuit and capacitor arrangement can be saved and a high proportion of the storable energy can be used with little control effort.

Eine Kondensatoranordnung mit einer Entladeschlussspannung, welche größer Null ist, weist insbesondere sog. Hybridkondensatoren, z.B. Lithium-Ionen-Kondensatoren u.ä. auf. Als Hybridkondensatoren werden Kondensatoren bezeichnet, welche Energie auf mindestens zwei Arten speichern, beispielsweise elektrostatisch und elektrochemisch. Solche Kondensatoren vereinen die Vorteile der elektrostatischen (kurze Lade- und Entladezeiten, hohe spezifische Leistung (W/kg)) und der elektrochemischen (hohe spezifische Energie (Wh/kg)) Energiespeicherung. Hybridkondensatoren weisen zwei unterschiedliche Elektroden auf, eine Doppelschichtelektrode, welche die elektrische Energie elektrostatisch in einer elektrischen Helmholtz-Doppelschicht speichert, und eine Batterie ähnliche Elektrode, welche die Energie elektrochemisch speichert. Ihre elektrische Kapazität setzt sich somit aus der Serienschaltung einer Elektrode eines herkömmlichen Doppelschichtkondensators mit einer statischen Doppelschichtkapazität und einer batterieähnlichen Elektrode mit einer elektrochemischen Pseudokapazität zusammen.A capacitor arrangement with a discharge end voltage which is greater than zero has in particular so-called hybrid capacitors, for example lithium-ion capacitors and the like. on. As hybrid capacitors capacitors are referred to, which Store energy in at least two ways, for example electrostatically and electrochemically. Such capacitors combine the advantages of electrostatic (short charge and discharge times, high specific power (W / kg)) and electrochemical (high specific energy (Wh / kg)) energy storage. Hybrid capacitors have two different electrodes, a double-layer electrode that stores the electrical energy electrostatically in an electric Helmholtz double layer, and a battery-like electrode that stores the energy electrochemically. Their electrical capacitance is thus composed of the series connection of an electrode of a conventional double-layer capacitor with a static double-layer capacitance and a battery-like electrode with an electrochemical pseudo-capacitance.

Vorzugsweise weist die Kondensatoranordnung ein dielektrisches Material mit der nicht-stöchiometrischen Formel MeOx auf, wobei Me ein Metall ist und x=1, 2, 3, wie z.B. MgO, CaO, Y2O3, Sc2O3, Fe2O3, La2O3, Nd2O3, Sm2O3, Yb2O3, Lu2O3, Pr2O3, CeO2, Er2O3, Dy2O3, Dy2O3, Gd2O3, Eu2O3, Bi2O3, BeO, AION, ZnO, MgTiO3, CaTiO3.Preferably, the capacitor arrangement comprises a dielectric material having the non-stoichiometric formula MeO x , where Me is a metal and x = 1, 2, 3, such as MgO, CaO, Y 2 O 3, Sc 2 O 3, Fe 2 O 3, La 2 O 3, Nd 2 O 3, Sm 2 O 3, Yb 2 O 3 , Lu2O3, Pr2O3, CeO2, Er2O3, Dy2O3, Dy2O3, Gd2O3, Eu2O3, Bi2O3, BeO, AION, ZnO, MgTiO3, CaTiO3.

Vorzugsweise weist die Kondensatoranordnung als Elektrolyt eine wässrige Lösung wie z.B. KOH und KI auf.Preferably, the capacitor arrangement comprises as the electrolyte an aqueous solution, e.g. KOH and AI on.

Vorzugsweise weist die Kondensatoranordnung als Elektrode Aktivkohle (AC) und/oder als Elektrode ein wasserstoffspeicherndes Metall (MeH) auf.The capacitor arrangement preferably has activated carbon (AC) as electrode and / or a hydrogen-storing metal (MeH) as electrode.

Vorzugsweise weist die Kondensatoranordnung wenigstens einen Hybridkondensator der Form MeOx/KOH/MeH-AC und/oder der Form MeOx/KOH/AC auf.The capacitor arrangement preferably has at least one hybrid capacitor of the form MeO x / KOH / MeH-AC and / or of the form MeO x / KOH / AC.

Ein oder mehrere der oben genannten Konfigurationen können eingesetzt werden, um einen Hybridkondensator mit großer spezifischer Leistung und Energie bereitzustellen.One or more of the above configurations may be used to provide a hybrid capacitor with high specific power and energy.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Hybridkondensatoren eine flachere Entladekennlinie haben als Superkondensatoren bzw. Doppelschichtkondensatoren. Dadurch wird die Zwischenkreisspannung weniger volatil und die Verbraucher sind einfacher zu regeln. Außerdem kann auf einen herkömmlichen Zwischenkreiskondensator verzichtet werden, wenn Hybridkondensatoren mit ihrer hohen Strombelastbarkeit eingesetzt werden. Das Vorsehen eines eigenen Pufferspeichers zusätzlich zum Zwischenkreiskondensator entfällt und bei Funktionen werden durch das gleiche Bauteil erfüllt.Another advantage is that hybrid capacitors have a flatter discharge characteristic than supercapacitors or double-layer capacitors. As a result, the intermediate circuit voltage is less volatile and the consumers are easier to control. In addition, can be dispensed with a conventional DC link capacitor when hybrid capacitors are used with their high current carrying capacity. The provision of a separate buffer memory in addition to the DC link capacitor is eliminated and functions are fulfilled by the same component.

Vorzugsweise ist die Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit auch dazu eingerichtet, Energie ins Versorgungsnetz rückzuspeisen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Ladestand der Kondensatoranordnung relativ hoch oder voll ist. Ohne Rückspeisung müsste die elektrische Energie dann insbesondere in einem sog. Bremswiderstand in Wärme umgewandelt werden.Preferably, the DC voltage intermediate supply unit is also configured to feed back energy into the supply network. This is advantageous in particular when the charge level of the capacitor arrangement is relatively high or full. Without regeneration, the electrical energy would then have to be converted into heat, in particular in a so-called braking resistor.

Vorzugsweise ist die Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit auch dazu eingerichtet, einen durch sie fließenden elektrischen Strom (d.h. vom Versorgungsnetz in den Zwischenkreis bzw. retour) auf einen Nennwert mit einer zulässigen Toleranz von z.B. +/-10% zu begrenzen. Dadurch werden insbesondere netzseitige Strom- und Leistungsspitzen reduziert. Darüber hinaus gehender Leistungs- oder Rückspeisebedarf wird vorzugsweise von der Kondensatoranordnung aufgefangen.Preferably, the DC intermediate circuit supply unit is also arranged to supply an electric current (i.e., from the supply network to the DC link) flowing through it to a nominal value with an allowable tolerance of e.g. Limit +/- 10%. As a result, in particular network-side current and power peaks are reduced. In addition, going power or recovery requirement is preferably absorbed by the capacitor assembly.

Vorzugsweise wird im Gleichspannungszwischenkreis ein Bremswiderstand der Kondensatoranordnung parallel geschaltet, wenn die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis die maximal zulässige Spannung überschreitet. Dadurch kann eine Schädigung der Kondensatoranordnung vermieden werden. Der Bremswiderstand sollte aus Sicherheitsgründen entweder die gesamte mögliche Rückspeiseleistung der Verbraucher oder diese Rückspeiseleistung abzüglich der Netz-Rückspeiseleistung der Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit aufnehmen können.Preferably, in the DC intermediate circuit, a braking resistor of the capacitor arrangement is connected in parallel when the voltage in the DC intermediate circuit exceeds the maximum permissible voltage. As a result, damage to the capacitor arrangement can be avoided. For safety reasons, the braking resistor should be able to accommodate either the total possible regenerative power of the consumers or this regenerative power minus the regenerative power of the DC intermediate circuit supply unit.

Eine Erhöhung der Speicherkapazität kann erzielt werden, wenn parallel zur Kondensatoranordnung 150 eine Lithium/Ionen-Batterie geschaltet ist.An increase in the storage capacity can be achieved if parallel to the capacitor arrangement 150 a lithium / ion battery is connected.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichspannungszwischenkreises. 1 schematically shows a preferred embodiment of a DC intermediate circuit according to the invention.
  • 2 zeigt Lade- und Entladekennlinien einer bevorzugten Kondensatoranordnung für unterschiedliche Stromwerte. 2 shows charging and discharging characteristics of a preferred capacitor arrangement for different current values.
  • 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichspannungszwischenkreises in einem Fahrantrieb. 3 shows a preferred embodiment of a DC intermediate circuit according to the invention in a traction drive.
  • 4 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichspannungszwischenkreises in einem Fahrantrieb. 4 shows a further preferred embodiment of a DC intermediate circuit according to the invention in a traction drive.
  • 5 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichspannungszwischenkreises in einem Fahrantrieb. 5 shows a further preferred embodiment of a DC intermediate circuit according to the invention in a traction drive.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gleichspannungszwischenkreises schematisch dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Der Gleichspannungszwischenkreis weist eine als Gleichspannungsregler 110 ausgebildete Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit auf, die eingangsseitig eine z.B. zwei- oder dreiphasige Wechselspannung aus einem Versorgungsnetz empfängt und diese ausgangsseitig in eine Gleichspannung wandelt. Diese Gleichspannung liegt zwischen zwei Versorgungsleitungen +/- des Gleichspannungszwischenkreises an.In 1 a preferred embodiment of a DC intermediate circuit according to the invention is shown schematically and designated 100 in total. The DC voltage intermediate circuit has a DC regulator 110 formed DC intermediate circuit supply unit on the input side receives, for example, a two- or three-phase AC voltage from a supply network and this converts the output side into a DC voltage. This DC voltage is applied between two supply lines +/- of the DC intermediate circuit.

Gleichspannungsverbraucher sind über Gleichspannungswandler 120 mit den Versorgungsleitungen verbunden. Wechselspannungsverbraucher, wie insbesondere Elektromotoren, sind über Wechselrichter 130 mit den Versorgungsleitungen verbunden. Zwischen die Versorgungsleitungen ist durch Betätigung eines Schalters 141 ein Bremswiderstand 140 schaltbar, um überschüssige elektrische Energie in Wärme umwandeln zu können, um Schäden an den Komponenten zu verhindern.DC consumers are via DC-DC converters 120 connected to the supply lines. AC consumers, in particular electric motors, are via inverters 130 connected to the supply lines. Between the supply lines is by pressing a switch 141 a braking resistor 140 switchable to convert excess electrical energy into heat to prevent damage to the components.

Gemäß der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist auch eine Kondensatoranordnung 150 mit den Versorgungsleitungen verbunden, die eine bauart- bzw. typbedingte Nennspannung, Ladeschlussspannung und Entladeschlussspannung größer Null hat. Beispielsweise kann die Kondensatoranordnung Hybridkondensatoren aufweisen und im entladenen Zustand bei ca. 10% Energieinhalt immer noch ca. 80% der Nennspannung haben. Dies ist auf eine elektrochemische Energiespeichereigenschaft der Kondensatoranordnung 150 zurückzuführen. Beispielsweise können die Nennspannung 480 V, die Ladeschlussspannung ca. 500 V und die Entladeschlussspannung ca. 380 V betragen. Zu diesem Zweck ist die Kondensatoranordnung 150 insbesondere als Kondensatorbatterie aufweisend eine Vielzahl von Kondensatoren ausgebildet. Beispielsweise können N Kondensatoren in Reihe geschaltet sein und M solcher Reihen parallel geschaltet sein, so dass insgesamt NxM Kondensatoren vorhanden sind.According to the illustrated embodiment of the invention is also a capacitor arrangement 150 connected to the supply lines, which has a design or type-related rated voltage, end of charge and discharge voltage greater than zero. For example, the capacitor arrangement may comprise hybrid capacitors and in the discharged state at about 10% energy content still have about 80% of the nominal voltage. This is due to an electrochemical energy storage characteristic of the capacitor arrangement 150 due. For example, the nominal voltage 480 V, the end-of-charge voltage about 500 V and the discharge end voltage can be about 380 V. For this purpose, the capacitor arrangement 150 formed in particular as a capacitor bank comprising a plurality of capacitors. For example, N capacitors may be connected in series and M of such series may be connected in parallel, so that a total of NxM capacitors are present.

Die Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit 110 ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, die Spannung in dem Gleichspannungszwischenkreis auf einen Sollspannungswert zu regeln, der einem Ladestand der Kondensatoranordnung von wenigstens 50% und höchstens 80%, beispielsweise 70% entspricht. Somit stehen ca. 30% der Kapazität noch oben und nach unten zur Abfederung von Strom- und Leistungsspitzen zur Verfügung. Unterschreitet die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis den Sollspannungswert, z.B. in Folge von Leistungsentnahme, wird die Kondensatoranordnung entladen und die Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit lädt automatisch Leistung nach, um die Sollspannung zu halten oder wieder zu erreichen. Überschreitet die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis den Sollspannungswert, z.B. in Folge des Abschaltens von Verbrauchern, wird die Kondensatoranordnung geladen.The DC voltage supply unit 110 is, in particular programmatically, arranged to regulate the voltage in the DC voltage intermediate circuit to a desired voltage value, which corresponds to a charge level of the capacitor arrangement of at least 50% and at most 80%, for example 70%. Thus, about 30% of the capacity is still available at the top and bottom for cushioning power and power peaks. If the voltage in the DC intermediate circuit drops below the nominal voltage value, eg as a result of power consumption, the capacitor arrangement is discharged and the DC intermediate circuit supply unit automatically charges power in order to maintain or reach the setpoint voltage. If the voltage in the DC voltage intermediate circuit exceeds the nominal voltage value, for example as a result of switching off consumers, the capacitor arrangement is charged.

Beispielsweise ist die Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit 150 auch dazu eingerichtet, Energie ins Versorgungsnetz rückzuspeisen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Ladestand der Kondensatoranordnung 150 relativ hoch oder voll ist. Ohne Rückspeisung müsste die elektrische Energie dann insbesondere in dem Bremswiderstand 140 in Wärme umgewandelt werden.For example, the DC voltage intermediate supply unit 150 also set up to feed energy back into the utility grid. This is advantageous in particular when the charge level of the capacitor arrangement 150 is relatively high or full. Without feedback, the electrical energy would then especially in the braking resistor 140 be converted into heat.

Vorzugsweise ist die Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit 150 auch dazu eingerichtet, den elektrischen Strom durch die Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit (d.h. vom Versorgungsnetz in den Zwischenkreis bzw. retour) auf einen Nennwert mit einer zulässigen Toleranz von z.B. +/-10% zu begrenzen. Dadurch werden insbesondere netzseitige Strom- und Leistungsspitzen reduziert und darüber hinaus gehender Leistungs- oder Rückspeisebedarf wird von der Kondensatoranordnung 150 aufgefangen.Preferably, the DC voltage intermediate supply unit 150 also adapted to limit the electric current through the DC intermediate circuit supply unit (ie from the supply network to the DC link or back) to a nominal value with an allowable tolerance of eg +/- 10%. As a result, in particular network-side current and power peaks are reduced and beyond going power or recovery is required by the capacitor arrangement 150 collected.

Beispielhafte Lade- und Entladekennlinien einer bevorzugten Kondensatoranordnung für unterschiedliche Stromwerte sind in 2 gezeigt. Dabei ist die Entladespannung U über dem Ladestand SOC in % aufgetragen, wobei eine Nennspannungskurve, auf welche beispielsweise geregelt werden kann, mit 210 gekennzeichnet ist. Unterhalb der Nennspannungskurve verlaufen die Entladekennlinien, wobei die Stromentnahme von oben nach unten zunimmt. Bekanntermaßen haben reale Energiequellen einen endlichen Innenwiderstand, so dass die Spannung mit zunehmender Stromentnahme abnimmt. Oberhalb der Nennspannungskurve 210 verlaufen die Ladekennlinien, wobei die Stromaufnahme von unten nach oben zunimmt. Ein im Rahmen der Erfindung vorzugsweise nutzbarer Bereich 220 ist ebenfalls markiert. Insbesondere kann ein Sollspannungswert vorgegeben werden, der ca. 60% - 70% SOC entspricht.Exemplary charge and discharge characteristics of a preferred capacitor arrangement for different current values are shown in FIG 2 shown. In this case, the discharge voltage U is plotted against the charge level SOC in%, with a nominal voltage curve, which can be regulated, for example, with 210. Below the rated voltage curve run the discharge characteristics, the current drain increases from top to bottom. As is known, real energy sources have a finite internal resistance, so that the voltage decreases with increasing current drain. Above the rated voltage curve 210 The charging characteristics run, whereby the current consumption increases from bottom to top. A preferably usable within the scope of the invention range 220 is also marked. In particular, a setpoint voltage value which corresponds to approx. 60% - 70% SOC.

In den 3 bis 5 sind nun verschiedene bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Gleichspannungszwischenkreises dargestellt, der in einem Fahrantrieb verwendet wird. Dabei ist jeweils eine angetriebene Fahrachse mit 300 bezeichnet.In the 3 to 5 now various preferred embodiments of a DC intermediate circuit according to the invention are shown, which is used in a traction drive. In each case, a driven vehicle axle with 300 designated.

In 3 ist ein Verbrennungsmotor 310, beispielsweise ein Dieselmotor, vorgesehen, der über eine Kupplung 320 eine hier als Verstellpumpe ausgebildete hydraulische Maschine 330 antreibt. Die Pumpe 330 ist über einen Hydraulikkreislauf mit einem Hydraulikmotor 340 verbunden, welcher die Fahrachse 300 antreibt. Durch Verstellung der Hydraulikpumpe 330 kann insbesondere die Fahrgeschwindigkeit variiert werden.In 3 is an internal combustion engine 310 , For example, a diesel engine, provided via a clutch 320 a hydraulic machine designed here as a variable displacement pump 330 drives. The pump 330 is via a hydraulic circuit with a hydraulic motor 340 connected, which the driving axle 300 drives. By adjusting the hydraulic pump 330 In particular, the driving speed can be varied.

Die Hydraulikpumpe 330 ist weiterhin mit einer sowohl motorisch als auch generatorisch betreibbaren elektrischen Maschine 350 verbunden, welche wiederum eingangsseitig mit der Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit 110 verbunden ist. In dieser Ausführungsform kann die in der Kondensatoranordnung 150 gespeicherte Energie zur Antriebsunterstützung verwendet werden, indem die elektrische Maschine 350 motorisch betrieben wird. Weiterhin kann Energie in die Kondensatoranordnung 150 rekuperiert werden, wenn die elektrische Maschine 350 generatorisch betrieben wird.The hydraulic pump 330 is furthermore equipped with an electric motor which can be operated both mechanically and generically 350 connected, which in turn on the input side with the DC voltage intermediate supply unit 110 connected is. In this embodiment, the in the capacitor assembly 150 stored energy can be used for propulsion support by the electric machine 350 is powered by a motor. Furthermore, energy can enter the capacitor arrangement 150 be recuperated when the electric machine 350 is operated as a generator.

In 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der der Verbrennungsmotor 310 über ein Getriebe 420 einerseits eine Hydraulikpumpe 430 insbesondere zur Versorgung von Arbeitsgeräten, wie z.B. Hydraulikzylindern o.ä., mit Hydraulikfluid und andererseits eine als Wechselstromgenerator arbeitende elektrische Maschine 450 antreibt.In 4 an embodiment is shown in which the internal combustion engine 310 via a gearbox 420 on the one hand a hydraulic pump 430 in particular for the supply of working equipment, such as hydraulic cylinders or the like, with hydraulic fluid and on the other hand, as an alternator working electric machine 450 drives.

Der Fahrantrieb selbst ist in 4 ebenfalls elektrisch ausgeführt, indem ein Wechselrichter 130 mit dem Gleichspannungszwischenkreis verbunden ist und eine als Motor ausgebildete elektrische Maschine 460 versorgt. Der Motor 460 wiederum treibt die Antriebsachse 300 an. Diese Ausführungsform ist zur Bereitstellung eines elektrischen Fahrantriebs vorteilhaft.The drive itself is in 4 also carried out electrically by an inverter 130 is connected to the DC voltage intermediate circuit and designed as a motor electric machine 460 provided. The motor 460 in turn drives the drive axle 300 at. This embodiment is advantageous for providing an electric traction drive.

In 5 ist eine weitere Ausführungsform ohne Verbrennungsmotor gezeigt. Die Energieversorgung der Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit 110 erfolgt in diesem Fall insbesondere an einer Ladestation, um die Kondensatoranordnung 150 aufzuladen. Im Betrieb wird die in der Kondensatoranordnung 150 gespeicherte Energie verwendet, um über den Wechselrichter 130 den Motor 460 anzutreiben, welcher wiederum über das Getriebe 420 die Hydraulikpumpe 430 und die Antriebsachse 310 antreibt. Diese Ausführungsform eignet sich für einen emissionsfreien rein elektrischen Fahr- und Arbeitsbetrieb.In 5 another embodiment is shown without an internal combustion engine. The power supply of the DC voltage supply unit 110 takes place in this case, in particular at a charging station to the capacitor assembly 150 charge. In operation, the in the capacitor arrangement 150 stored energy used to go through the inverter 130 the engine 460 which in turn is via the gearbox 420 the hydraulic pump 430 and the drive axle 310 drives. This embodiment is suitable for an emission-free purely electric driving and working operation.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102010025647 A1 [0002]DE 102010025647 A1 [0002]
  • DE 102010025648 A1 [0008]DE 102010025648 A1 [0008]

Claims (15)

Gleichspannungszwischenkreis aufweisend eine Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit (110) und wenigstens eine von der Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit mit Gleichspannung versorgte Kondensatoranordnung (150) mit einer Nennspannung und einer Entladeschlussspannung, welche größer Null ist.DC intermediate circuit comprising a DC intermediate circuit supply unit (110) and at least one of the DC DC link power supply unit supplied with DC capacitor arrangement (150) having a nominal voltage and a discharge voltage, which is greater than zero. Gleichspannungszwischenkreis nach Anspruch 1, wobei die Kondensatoranordnung (150) bei wenigstens 30% Energieinhalt wenigstens 75% der Nennspannung hat.DC voltage intermediate circuit after Claim 1 wherein the capacitor assembly (150) has at least 30% energy content at least 75% of the rated voltage. Gleichspannungszwischenkreis nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kondensatoranordnung (150) eine Kondensatorbatterie ist.DC link according to one of the preceding claims, wherein the capacitor arrangement (150) is a capacitor bank. Gleichspannungszwischenkreis nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kondensatoranordnung (150) wenigstens einen Hybridkondensator aufweist.DC link according to one of the preceding claims, wherein the capacitor arrangement (150) comprises at least one hybrid capacitor. Gleichspannungszwischenkreis nach Anspruch 4, wobei der wenigstens eine Hybridkondensator aufweist - ein dielektrisches Material mit der nicht-stöchiometrischen Formel MeOx wobei Me ein Metall ist und x=1, 2, 3, und/oder - als Elektrolyt eine wässrige Lösung, und/oder - als Elektrode Aktivkohle und/oder ein wasserstoffspeicherndes Metall.DC voltage intermediate circuit after Claim 4 wherein the at least one hybrid capacitor comprises - a dielectric material having the non-stoichiometric formula MeO x where Me is a metal and x = 1, 2, 3, and / or - as an electrolyte an aqueous solution, and / or - as an activated carbon electrode and / or a hydrogen storage metal. Gleichspannungszwischenkreis nach Anspruch 5, wobei die Kondensatoranordnung (150) wenigstens einen Hybridkondensator der Form MeOx/KOH/MeH-AC und/oder der Form MeOx/KOH/AC aufweist.DC voltage intermediate circuit after Claim 5 wherein the capacitor arrangement (150) has at least one hybrid capacitor of the form MeO x / KOH / MeH-AC and / or of the form MeO x / KOH / AC. Gleichspannungszwischenkreis nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Schalter (141) dazu eingerichtet ist, einen Bremswiderstand (140) der Kondensatoranordnung (150) parallel zu schalten, wenn die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis die maximal zulässige Spannung überschreitet.DC intermediate circuit according to one of the preceding claims, wherein a switch (141) is adapted to a braking resistor (140) of the capacitor assembly (150) to connect in parallel when the voltage in the DC intermediate circuit exceeds the maximum allowable voltage. Gleichspannungszwischenkreis nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit (110) dazu eingerichtet ist, Energie in ein Versorgungsnetz rückzuspeisen, wenn die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis über dem Sollspannungswert liegt und der Ladestand der Kondensatoranordnung (150) wenigstens 80% oder wenigstens 90% beträgt.DC link circuit according to one of the preceding claims, wherein the DC voltage intermediate supply unit (110) is adapted to feed back energy into a supply network when the voltage in the DC voltage intermediate circuit is above the target voltage value and the charge level of the capacitor assembly (150) is at least 80% or at least 90%. Gleichspannungszwischenkreis nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit (110) dazu eingerichtet ist, einen durch sie fließenden Strom auf einen Nennbereich mit einem Nennwert und einer zulässigen Toleranz zu begrenzen.A DC link as claimed in any one of the preceding claims, wherein the DC link power supply unit (110) is adapted to limit a current flowing therethrough to a nominal range having a nominal value and a tolerable tolerance. Gleichspannungszwischenkreis nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei parallel zur Kondensatoranordnung (150) eine Lithium/Ionen-Batterie geschaltet ist.DC intermediate circuit according to one of the preceding claims, wherein a lithium / ion battery is connected in parallel with the capacitor arrangement (150). Gleichspannungszwischenkreis nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit (110) netzseitig von einem Generator, insbesondere Fahrzeuggenerator, versorgt wird.DC voltage intermediate circuit according to one of the preceding claims, wherein the DC voltage intermediate supply unit (110) is supplied from the mains side by a generator, in particular a vehicle generator. Gleichspannungszwischenkreis nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Generator von einer Brennkraftmaschine angetrieben wird.DC voltage intermediate circuit according to one of the preceding claims, wherein the generator is driven by an internal combustion engine. Gleichspannungszwischenkreis nach einem der vorstehenden Ansprüche, der einen Wechselrichter (130) als Verbraucher aufweist.DC link according to one of the preceding claims, comprising an inverter (130) as a consumer. Gleichspannungszwischenkreis nach Anspruch 13, wobei der Wechselrichter (130) einen Elektromotor antreibt.DC voltage intermediate circuit after Claim 13 wherein the inverter (130) drives an electric motor. Gleichspannungszwischenkreis nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gleichspannungszwischenkreisversorgungseinheit (110) dazu eingerichtet ist, die Spannung in dem Gleichspannungszwischenkreis auf einen Sollspannungswert zu regeln, der einem Ladestand der Kondensatoranordnung (150) von wenigstens 50% und höchstens 80% entspricht.A DC link according to any one of the preceding claims, wherein the DC link supply unit (110) is arranged to regulate the voltage in the DC link to a target voltage value corresponding to a charge level of the capacitor array (150) of at least 50% and at most 80%.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010025647A1 (en) 2010-06-11 2011-12-15 Robert Bosch Gmbh Device for controlling electrical power supplied to e.g. press device, has interface to allow current flow between power supply network and intermediate circuit, when voltage value in intermediate circuit lies within target voltage range

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