EP2365919A1 - Betriebsanordnung für ein elektrisch betriebenes fahrzeug - Google Patents

Betriebsanordnung für ein elektrisch betriebenes fahrzeug

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EP2365919A1
EP2365919A1 EP09804016A EP09804016A EP2365919A1 EP 2365919 A1 EP2365919 A1 EP 2365919A1 EP 09804016 A EP09804016 A EP 09804016A EP 09804016 A EP09804016 A EP 09804016A EP 2365919 A1 EP2365919 A1 EP 2365919A1
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EP
European Patent Office
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battery
converter
converter circuit
operated
voltage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09804016A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Komma
Kai Kriegel
Jürgen RACKLES
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2365919A1 publication Critical patent/EP2365919A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to an operating arrangement, comprising a battery, converter and electric motor, for an electrically operated vehicle and an operating method for such an arrangement.
  • a rechargeable battery is provided as an extended car battery, which stores the electrical energy for the drive.
  • the battery is connected to an inverter, which converts the single-phase battery voltage into a three-phase voltage for the connected electric motor (s).
  • the battery of an electrically powered vehicle must be connected to an external power grid, usually the normal power grid, for recharging. It is desirable to enable the simplest possible and flexible connection and at the same time to be able to use the highest possible power for charging the battery.
  • the object of the present invention is to provide an operating arrangement for an electrically operated vehicle, which has a simplified structure, in particular for charging the battery from an external power grid.
  • a further object of the invention is to specify an operating method for such an operating arrangement.
  • the operating arrangement according to the invention for an electrically operated vehicle has a battery for storing electrical energy, for example with Li-ion elements. Furthermore, a converter circuit is provided with an intermediate circuit capacitor. The converter circuit is connected to the side of the link capacitor with the battery. Furthermore, a preferably three-phase electric motor is provided. The electric motor is connected to the three-phase output side of the inverter. Finally, there is a control device for controlling the converter circuit.
  • the operating arrangement is configured to operate the converter so that the voltage across the intermediate circuit capacitor is at least 650V.
  • the inverter is operated in an engine operating state as an inverter for feeding the electric motor from the battery. Furthermore, it is operated in a charging mode as a rectifier for charging the battery from an external 3-phase supply network.
  • the inverter is operated in such a way that the voltage in its DC link is at least 650 V.
  • the converter is preferably operated in a regenerative operating state as a rectifier for charging the battery.
  • the inverter which primarily serves the operation of the electric motor or the electric motors from the battery as energy storage, is also used as a charging rectifier.
  • the vehicle can be connected to any three-phase external supply, without the need for a special charger for the connection. Due to the intermediate circuit voltage set to at least 650 V, safe operation is possible on a three-phase external power supply, that is to say in particular on the general power supply. network, for example, allows home care. In particular, uncontrolled charging of the DC link via the freewheeling diodes of the converter, which would lead to a triggering of upstream fuses, is avoided.
  • connection to the three-phase network advantageously also enables an improved regenerative capacity from the battery into the connected supply network.
  • the number of active vehicles can then be, for example, in Germany in the order of 60 million, the vehicles then of course contain a corresponding number of batteries. These batteries must be recharged regularly for a longer period of time in the hour. With sufficient regenerative capability, the batteries would be able to compensate for peak electrical loads.
  • the invention is applicable to purely electrically powered vehicles such as cars and trucks or buses, but also to hybrid vehicles with additional internal combustion engine.
  • the electric motor may be an asynchronous machine or a synchronous machine, in particular a permanent-magnet synchronous machine, for example in field weakening operation.
  • the inverter is operated as a buck converter. It is advantageous, however, if the inverter is operated as a boost converter. It is particularly advantageous if the converter is operated so that it has a sinusoidal current consumption, ie with power factor correction (PFC).
  • PFC power factor correction
  • a switching device is preferably provided.
  • the switching device allows a connection of the external power supply to the motor windings. The switching device ensures separation of the star point.
  • the external power supply may be between the motor and the inverter.
  • a switching device is provided which switch the phase lines between the engine and the external power supply, i. In charging mode, the electric motor is decoupled from the inverter.
  • the switching device allows for example for the operation of the electric motor as a synchronous machine in the field weakening operation in case of failure, a separation of the electric motor and inverter.
  • a protective measure is provided which would otherwise have to be provided additionally - for example in the form of a VPM (Voltage Protection Module).
  • the semiconductor components used in the converter have a dielectric strength of at least 1200V.
  • the semiconductor components In today's electrically operated vehicles with an intermediate circuit voltage of only 400 V, the semiconductor components have a dielectric strength of, for example, about 600 V.
  • the battery is usually designed for a DC link voltage of substantially less than 650 V.
  • a DC / DC converter for example a step-down converter or step-up converter, can be provided between converter and battery.
  • FIG. 3 shows a third arrangement of synchronous motor, converter, DC / DC converter and battery
  • Figures 1 to 3 show structures according to a first to third embodiment of the invention.
  • the bodies are some elements in common.
  • a battery 1 is connected via two electrical lines directly in the case of Figures 1 and 2 or indirectly in Figure 3 with an inverter 2.
  • the converter 2 comprises, on the side of the battery 1, an intermediate circuit capacitor (not shown in FIGS. 1 to 3).
  • the converter 2 is connected via its three output lines with a permanent-magnet synchronous machine 3.
  • a switching device 6, 7 is provided between the inverter 2 and the permanent-magnet synchronous machine 3.
  • the switching devices each comprise three switches, one for each of the three phase lines.
  • the switching device 6 can separate the connection between the inverter 2 and the permanent-magnet synchronous machine 3 for each of the phases. If the connection is disconnected, a connection from the converter 2 to a three-phase mains connection 5 is simultaneously established. The permanent-magnet synchronous machine 3 then has no electrical connection to the parts considered here.
  • an inductance 9 is provided, which is used for a power factor correction. As a result, a sinusoidal current drain is made from the supply network connected to the mains connection 5.
  • the inductance can thereby be be provided, but also outside the vehicle as part of a charging station.
  • the first embodiment allows operation in three different states.
  • the first state the engine operating state
  • the permanent-magnet synchronous machine 3 is operated in a known manner from the battery 1, wherein the inverter for converting the single-phase DC voltage from the battery 1 into a three-phase AC voltage for the permanent-magnet synchronous machine 3 provides.
  • the switching device 6 is suitably set so that the connection to the power supply 5 is disconnected and a connection between the inverter 2 and the permanent-magnet synchronous machine 3 is made.
  • a second operating state the regenerative operation, electrical energy from the permanent-magnet synchronous machine 3 is fed back into the battery in a known manner, which usually happens during braking of the vehicle.
  • the switching device 6 is set as well as in the first operating state, i. there is no connection to the network connection 5.
  • a third operating state is in the charging mode.
  • the battery 1 is charged from an external supply network, usually the household network.
  • This state has a changed state of the switching device 6, in which the connection between inverter 2 and permanent-magnet synchronous machine 3 is disconnected. Instead, the inverter 2 is connected to the mains connection 5.
  • the inverter 2 acts as a boost converter. He is controlled so that he is in his DC, i. on the side of the battery 1, a DC voltage of 680 V generated.
  • This DC voltage is advantageous because it is safely above the peak voltage in any power network that has a three-phase has phase voltage of 400V +/- 15%. In such a network, the peak voltage can reach up to
  • the switching device 6 can be used to separate the connection between the permanently excited synchronous machine 3 and the converter 2 if a malfunction occurs, for example, in the converter 2. Such a malfunction is especially problematic when the permanent-magnet synchronous machine 3 is in motion. Since this is usually only to be expected if the vehicle is not simultaneously connected to an external supply network, switching of the switching device 6 usually no connection of the inverter 2 is made with the supply network, the switch then corresponds only to a separation of the connection between the permanent magnet synchronous machine 3 and inverter 2.
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the invention.
  • the switching device 7 used here corresponds in structure to the switching device 6, but is arranged differently.
  • the switching device 7 is arranged so that it can now connect the motor windings 4 to the neutral point 8, for example for the engine operating state or the regenerative operating state.
  • the connection of the motor windings 4 to the star point 8 can be separated.
  • the switching device 7 then establishes instead a connection of the three phase lines to the mains connection 5.
  • the motor windings 4 are used for the line factor correction.
  • additional used inductors 9 are omitted or at least smaller inductances can be used.
  • the permanent-magnet synchronous machine 3 is expediently held by a brake, which is not shown in FIG. 2, in order to prevent unintentional movements.
  • the converter 2 is configured to maintain an intermediate circuit voltage of at least 650 V, for example 700 V, and to operate as a step-up adjuster with sinusoidal current consumption.
  • the third embodiment according to the figure 3 corresponds to the structure of the switching device 6 again the first embodiment.
  • a difference from the first embodiment is that in the third embodiment between the inverter 2 and the battery 1 now a DC / DC converter 10 is provided.
  • the converter 2 is configured to maintain an intermediate circuit voltage of at least 650 V, for example 720 V, and to operate as a step-up converter with a sinusoidal current consumption.
  • the intermediate circuit voltage only extends to the DC / DC converter 10. This converts the intermediate circuit voltage into another DC voltage, in the third exemplary embodiment 400 V. This makes it possible to use a battery 1 which has a 400 V DC link voltage is designed.
  • the DC / DC converter 10 thus makes the battery 1 independent of the DC link voltage.
  • the use of the DC / DC converter 10 and the positioning of the switching devices 6, 7, ie the choice of whether the motor windings 4 are to be shared or not, are independent of each other.
  • a DC / DC converter 10 can be used.
  • the structure of the converter 2 corresponds to the interconnection of the elements of a known converter 2, especially a converter 2 for electrically powered vehicles.
  • the semiconductor devices conventionally used for an inverter 2 in an electric vehicle can not withstand voltages of up to 600 V at DC link voltages of up to 400 V. Instead, the semiconductor devices here have a dielectric strength of 1200 V.

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Abstract

Es wird vorgeschlagen, bei einem elektrisch betriebenen Fahrzeug (Elektroauto, auch Hybridfahrzeug) mit Batterie, Umrichterschaltung und Elektromotor die Umrichterschaltung für die Ladung der Batterie aus dem Stromnetz mitzuverwenden. Dafür wird sie so betrieben, dass die Spannung im Zwischenkreis wenigstens 650V beträgt und eine sinusförmige Stromaufnahme gewährleistet ist.

Description

Beschreibung
Betriebsanordnung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Betriebsanordnung, umfassend eine Batterie, Umrichter und Elektromotor, für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug sowie ein Betriebsverfahren für eine solche Anordnung.
In modernen elektrisch betriebenen oder hybriden Fahrzeugen, insbesondere solchen für den Straßenverkehr wie PKWs oder LKWs ist als erweitere Autobatterie eine wiederaufladbare Batterie vorgesehen, die die elektrische Energie für den Antrieb speichert. Die Batterie ist mit einem Umrichter verbun- den, der die einphasige Batteriespannung in eine dreiphasige Spannung für den oder die verbundenen Elektromotoren umwandelt.
Die Batterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs muss zur Wiederaufladung an ein externes Versorgungsnetz, üblicherweise das normale Stromnetz, angeschlossen werden. Dabei ist es wünschenswert, einen möglichst einfachen und flexiblen An- schluss zu ermöglich und gleichzeitig eine möglichst hohe Leistung für die Ladung der Batterie verwenden zu können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Betriebsanordnung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug anzugeben, die einen vereinfachten Aufbau insbesondere für die Ladung der Batterie aus einem externen Stromnetz aufweist. Eine wei- tere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Betriebsverfahren für eine solche Betriebsanordnung anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch eine Betriebsanordnung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die erfindungsgemäße Betriebsanordnung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug weist eine Batterie zur Speicherung elektrischer Energie auf, beispielsweise mit Li-Ionen-Elementen . Weiterhin ist eine Umrichterschaltung mit einem Zwischen- kreiskondensator vorgesehen. Die Umrichterschaltung ist auf Seiten des Zwischenkreiskondensators mit der Batterie verbunden. Weiterhin ist ein bevorzugt dreiphasiger Elektromotor vorgesehen. Der Elektromotor ist mit der dreiphasigen Ausgangsseite des Umrichters verbunden. Schließlich ist eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Umrichterschaltung vorhanden. Die Betriebsanordnung ist ausgestaltet, den Umrichter so zu betreiben, dass die Spannung über den Zwischen- kreiskondensator wenigstens 650V beträgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Umrichters in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug mit einer Batterie und wenigstens einem Elektromotor wird der Umrichter in einem Motorbetriebszustand als Wechselrichter zur Speisung des Elektromotors aus der Batterie betrieben. Weiterhin wird er in einem Ladebetriebszustand als Gleichrichter zur Aufladung der Batterie aus einem externen 3-phasigen Versorgungsnetz betrieben. Dabei wird der Umrichter so betrieben, dass die Spannung in seinem Zwischenkreis mindestens 650 V beträgt. In bekannte Weise wird bevorzugt der Umrichter in ei- nem Rückspeisebetriebszustand als Gleichrichter zur Aufladung der Batterie betrieben.
Mit anderen Worten wird also der Umrichter, der primär dem Betrieb des Elektromotors oder der Elektromotoren aus der Batterie als Energiespeicher dient, gleichzeitig als Ladegleichrichter verwendet. Hierdurch entfällt vorteilhaft die Notwendigkeit, einen speziellen Gleichrichter beispielsweise extern zur Verfügung zu stellen. Somit kann das Fahrzeug an jede dreiphasige externe Versorgung angeschlossen werden, oh- ne dass ein spezielles Ladegerät für den Anschluss nötig wäre. Bedingt durch die auf wenigstens 650 V gesetzte Zwischen- kreisspannung ist ein sicherer Betrieb an einem dreiphasigen externen Stromnetz, also insbesondere am allgemeinen Strom- netz beispielsweise der Hausversorgung ermöglicht. Insbesondere wird eine unkontrollierte Ladung des Zwischenkreises über die Freilaufdioden des Umrichters, was zu einem Auslösen von vorgelagerten Sicherungen führen würde, vermieden.
Weiterhin ermöglicht der Anschluss an das dreiphasige Netz vorteilhaft auch eine verbesserte Rückspeisefähigkeit aus der Batterie in das angeschlossene Versorgungsnetz. Es wird für die Zukunft eine große Verbreitung von rein elektrisch be- triebenen Fahrzeugen erwartet. Die Zahl der aktiven Fahrzeuge kann dann beispielsweise in Deutschland in der Größenordnung von 60 Millionen liegen, wobei die Fahrzeuge dann natürlich eine entsprechende Anzahl von Batterien enthalten. Diese Batterien müssen regelmäßig für eine längere Zeit im Stundenbe- reich aufgeladen werden. Bei ausreichender Rückspeisefähigkeit würden sich die Batterien dazu eignen, elektrische Spitzenlasten auszugleichen.
Die Erfindung ist auf rein elektrisch betriebene Fahrzeuge wie Autos und LKWs oder Busse, aber auch auf hybride Fahrzeuge mit zusätzlichem Verbrennungsmotor anwendbar. Der Elektromotor kann eine Asynchronmaschine oder eine Synchronmaschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, beispielsweise im Feldschwächebetrieb, sein.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Umrichter als Tiefsetzsteller betrieben. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Umrichter als Hochsetzsteller betrieben wird. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Umrichter so betrieben wird, dass er eine sinusförmige Stromaufnahme aufweist, also mit Leistungsfaktorkorrektur (Power Factor Correction, PFC) .
Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Windungen des Elektromotors für die Leistungsfaktorkorrektur verwendet werden. Da- durch können zusätzliche Induktivitäten extra für die Leistungsfaktorkorrektur entfallen oder wenigstens kleiner ausfallen. Dabei ist es zweckmäßig, wenn mittels einer Bremse der Motor festgehalten wird, um ungewollte Bewegungen zu ver- hindern. Bei dieser Anschlussmethode ist bevorzugt eine Schalteinrichtung vorgesehen. Die Schalteinrichtung ermöglicht einen Anschluss der externen Stromversorgung an die Motorwindungen. Dabei sorgt die Schalteinrichtung für eine Auf- trennung des Sternpunkts.
Alternativ kann der der externen Stromversorgung auch zwischen dem Motor und dem Umrichter erfolgen. Auch hier ist eine Schalteinrichtung vorgesehen, die die Phasenleitungen zwi- sehen dem Motor und der externen Stromversorgung umschalten, d.h. im Ladebetriebszustand ist der Elektromotor vom Umrichter entkoppelt.
In beiden Fällen ermöglicht die Schalteinrichtung beispiels- weise für den Betrieb des Elektromotors als Synchronmaschine im Feldschwächebetrieb im Fehlerfall eine Trennung von Elektromotor und Umrichter. So ist gleichzeitig für eine Schutz- massnahme gesorgt, die ansonsten zusätzlich - beispielsweise in Form eine VPM (Voltage Protection Module) vorgesehen sein müsste.
Zweckmäßig ist es, wenn die im Umrichter verwendeten Halbleiterbauteile eine Spannungsfestigkeit von wenigsten 1200V aufweisen. In heutigen elektrisch betriebenen Fahrzeugen mit ei- ner Zwischenkreisspannung von nur 400 V weisen die Halbleiterbauteile eine Spannungsfestigkeit von beispielsweise ca. 600 V auf. Auch die Batterie ist dabei üblicherweise auf eine Zwischenkreisspannung von wesentlich weniger als 650 V ausgelegt. Um beispielsweise eine solche Batterie auch bei der er- findungsgemäß erhöhten Zwischenkreisspannung verwenden zu können, kann zwischen Umrichter und Batterie ein DC/DC- Wandler, beispielsweise ein Tiefsetzsteller oder Hochsetz- steller vorgesehen sein.
Bevorzugte, jedoch keinesfalls einschränkende Ausführungsbeispiele für die Erfindung werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei sind die Merkmale schematisiert darge- stellt und sich entsprechende Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen markiert. Die Figuren zeigen dabei im Einzelnen
Figur 1 eine Anordnung aus Synchronmotor, Umrichter und Batterie,
Figur 2 eine zweite Anordnung aus Synchronmotor, Umrichter und Batterie,
Figur 3 eine dritte Anordnung aus Synchronmotor, Umrichter, DC/DC-Wandler und Batterie,
Die Figuren 1 bis 3 zeigen Aufbauten gemäß einem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Den Aufbauten sind dabei einige Elemente gemeinsam. So ist eine Batterie 1 ist dabei über zwei elektrische Leitungen direkt im Falle der Figuren 1 und 2 oder indirekt in Figur 3 mit einem Umrichter 2 verbunden. Der Umrichter 2 umfasst dabei auf der Seite der Batterie 1 einen in den Figuren 1 bis 3 nicht gezeigten Zwischenkreiskondensator .
Weiterhin ist der Umrichter 2 über seine drei Ausgangsleitungen mit einer permanenterregten Synchronmaschine 3 verbunden. Zwischen dem Umrichter 2 und der permanenterregten Synchronmaschine 3 ist dabei eine Schalteinrichtung 6, 7 vorgesehen. Die Schalteinrichtungen umfassen dabei jeweils drei Schalter, einen für jede der drei Phasenleitungen.
In Figur 1 kann die Schalteinrichtung 6 die Verbindung zwischen dem Umrichter 2 und der permanenterregten Synchronmaschine 3 für jede der Phasen auftrennen. Ist die Verbindung aufgetrennt, so ist gleichzeitig eine Verbindung vom Umrichter 2 zu einem dreiphasigen Netzanschluss 5 hergestellt. Die permanenterregten Synchronmaschine 3 hat dann keine elektrische Verbindung mehr zu den hier betrachteten Teilen. In jeder der Phasenverbindungen zum Netzanschluss 5 ist eine In- duktivität 9 vorgesehen, die für eine Leistungsfaktorkorrektur verwendet wird. Hierdurch wird eine sinusförmige Stromentnahme aus dem am Netzanschluss 5 angeschlossenen Versorgungsnetz vorgenommen. Die Induktivität kann dabei im Fahr- zeug vorgesehen sein, aber auch außerhalb des Fahrzeugs als Teil einer Ladestation.
Das erste Ausführungsbeispiel ermöglicht wie auch die anderen Ausführungsbeispiele einen Betrieb in drei verschiedenen Zuständen. Im ersten Zustand, dem Motorbetriebszustand, wird die permanenterregten Synchronmaschine 3 in bekannter Weise aus der Batterie 1 betrieben, wobei der Umrichter für eine Umwandlung der einphasigen DC-Spannung aus der Batterie 1 in eine dreiphasige Wechselspannung für die permanenterregten Synchronmaschine 3 sorgt. Hierbei ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel für die Erfindung die Schalteinrichtung 6 zweckmäßig so eingestellt, dass die Verbindung zum Netzan- schluss 5 getrennt ist und eine Verbindung zwischen dem Um- richter 2 und der permanenterregten Synchronmaschine 3 hergestellt ist.
In einem zweiten Betriebszustand, dem Rückspeisebetrieb, wird in bekannter Weise elektrische Energie aus der permanenter- regten Synchronmaschine 3 in die Batterie zurückgespeist, was üblicherweise während einer Bremsung des Fahrzeugs passiert. Dabei ist die Schalteinrichtung 6 ebenso eingestellt wie im ersten Betriebszustand, d.h. es besteht keine Verbindung zum Netzanschluss 5.
Ein dritter Betriebszustand besteht im Ladebetriebszustand. In diesem wird die Batterie 1 aus einem externen Versorgungsnetz, üblicherweise dem Haushaltsnetz, aufgeladen. Dieser Zustand weist einen geänderten Zustand der Schalteinrichtung 6 auf, in dem die Verbindung zwischen Umrichter 2 und permanenterregter Synchronmaschine 3 getrennt ist. Stattdessen ist der Umrichter 2 mit dem Netzanschluss 5 verbunden. In diesem Fall agiert der Umrichter 2 als Hochsetzsteller . Er wird dabei so gesteuert, dass er in seinem Zwischenkreis, d.h. auf Seite der Batterie 1 eine Gleichspannung von 680 V erzeugt.
Diese Gleichspannung ist vorteilhaft, da sie sicher über der Spitzenspannung in jedem Stromnetzwerk liegt, das eine drei- phasige Spannung von 400V +/- 15% hat. Bei einem solchen Netz kann die Spitzenspannung bis zu
betragen. Liegt die Zwischenkreisspannung unter dieser Spannung, kann es zu einer unkontrollierten Ladung des Zwischenkreises über die Freilaufdioden des Umrichters 2 kommen, was wiederum Sicherungen im externen Netz auslösen würde.
Wird die permanenterregte Synchronmaschine 3 im Feldschwäche- Modus betrieben, so kann die Schalteinrichtung 6 dazu verwendet werden, die Verbindung zwischen der permanenterregten Synchronmaschine 3 und dem Umrichter 2 aufzutrennen, falls eine Fehlfunktion beispielsweise im Umrichter 2 auftritt. Eine solche Fehlfunktion ist vor allem problematisch, wenn die permanenterregte Synchronmaschine 3 in Bewegung ist. Da das üblicherweise nur zu erwarten ist, wenn das Fahrzeug nicht gleichzeitig an ein externes Versorgungsnetz angeschlossen ist, wird bei Umschalten der Schalteinrichtung 6 üblicherweise keine Verbindung des Umrichter 2 mit dem Versorgungsnetz hergestellt, die Umschaltung entspricht dann nur einer Auftrennung der Verbindung zwischen der permanenterregten Synchronmaschine 3 und Umrichter 2.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die Erfindung. Die hier verwendete Schalteinrichtung 7 entspricht im Aufbau der Schalteinrichtung 6, ist jedoch anders angeordnet. Die Schalteinrichtung 7 ist so angeordnet, dass sie jetzt ei- ne Verbindung der Motorwindungen 4 zum Sternpunkt 8 herstellen kann, beispielsweise für den Motorbetriebszustand oder den Rückspeisebetriebszustand. Für den Ladebetriebszustand wiederum kann die Verbindung der Motorwindungen 4 zum Sternpunkt 8 aufgetrennt werden. Die Schalteinrichtung 7 stellt dann stattdessen eine Verbindung der drei Phasenleitungen zum Netzanschluss 5 her. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Motorwindungen 4 für die Leitungsfaktorkorrektur mitverwendet. Dadurch können die im ersten Ausführungsbeispiel zusätz- lieh verwendeten Induktivitäten 9 weggelassen werden oder es können zumindest kleinere Induktivitäten verwendet werden. Hierbei wird zweckmäßig die permanenterregte Synchronmaschine 3 durch eine Bremse, die in Figur 2 nicht gezeigt ist, fest- gehalten, um unbeabsichtigte Bewegungen zu verhindern.
Auch im zweiten Ausführungsbeispiel ist der Umrichter 2 ausgestaltet, eine Zwischenkreisspannung von wenigstens 650 V, beispielsweise 700 V aufrechtzuerhalten und als Hochsetzstel- ler mit sinusförmiger Stromaufnahme zu arbeiten.
Das dritte Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 3 entspricht vom Aufbau der Schalteinrichtung 6 wieder dem ersten Ausführungsbeispiel. Ein Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass im dritten Ausführungsbeispiel zwischen dem Umrichter 2 und der Batterie 1 nun ein DC/DC-Wandler 10 vorgesehen ist. Auch im dritten Ausführungsbeispiel ist der Umrichter 2 ausgestaltet, eine Zwischenkreisspannung von wenigstens 650 V, beispielsweise 720 V aufrechtzuerhalten und als Hochsetzsteller mit sinusförmiger Stromaufnahme zu arbeiten. Die Zwischenkreisspannung reicht im dritten Ausführungsbeispiel aber nur bis zum DC/DC-Wandler 10. Dieser setzt die Zwischenkreisspannung in eine andere DC-Spannung um, im dritten Ausführungsbeispiel 400 V. Dadurch wird es möglich, eine Batterie 1 einzusetzen, die auf 400 V Zwischenkreisspannung ausgelegt ist. Der DC/DC-Wandler 10 macht also die Batterie 1 unabhängig von der Zwischenkreisspannung.
Es ist klar, dass der Einsatz des DC/DC-Wandler 10 und die Positionierung der Schalteinrichtungen 6, 7, also die Wahl, ob die Motorwindungen 4 mitbenutzt werden sollen oder nicht, unabhängig voneinander sind. Insofern kann in einem vierten Ausführungsbeispiel, das nicht in einer Figur dargestellt ist, auch vom Aufbau gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgegangen werden und auch hier ein DC/DC-Wandler 10 verwendet werden. Der Aufbau des Umrichters 2 entspricht von der Verschaltung der Elemente einem bekannten Umrichter 2, speziell einem Umrichter 2 für elektrisch betriebene Fahrzeuge. Da gemäß der Erfindung eine Zwischenkreisspannung von wenigstens 650 V verwendet wird, können jedoch die herkömmlich für einen Umrichter 2 in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug verwendeten Halbleiterbauelemente mit Spannungsfestigkeiten von bis zu 600 V - bei Zwischenkreisspannungen von bis zu 400 V - nicht aus. Stattdessen weisen die Halbleiterbauelemente hier eine Spannungsfestigkeit von 1200 V auf.

Claims

Patentansprüche
1. Betriebsanordnung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit - einer Batterie (1) für die Speicherung elektrischer Energie,
- einer Umrichterschaltung (2), die einen Zwischenkreiskon- densator umfasst,
- wenigstens einem Elektromotor (3) , und - einer Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Umrichterschaltung (2) , wobei die Betriebsanordnung ausgestaltet ist, die Umrichterschaltung (2) so zu betreiben, dass die Spannung im Zwischenkreis wenigstens 650V beträgt.
2. Betriebsanordnung gemäß Anspruch 1, bei der die in der Umrichterschaltung (2) verwendeten Halbleiterbauteile eine Spannungsfestigkeit von wenigstens 1200 V aufweisen.
3. Betriebsanordnung gemäß Anspruch 1, bei der zwischen dem Zwischenkreis und der Batterie (1) ein DC/DC-Wandler (10) vorgesehen ist.
4. Verfahren zum Betrieb einer Umrichterschaltung (2) in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug mit einer Batterie (1) und wenigstens einem Elektromotor (3), bei dem die Umrichterschaltung (2)
- in einem Motorbetriebszustand als Wechselrichter zur Speisung des Elektromotors (3) aus der Batterie (1) betrieben wird, und
- in einem Ladebetriebszustand als Gleichrichter zur Aufladung der Batterie (1) aus einem externen 3-phasigen Versorgungsnetz betrieben wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die Umrichterschaltung (2) so betrieben wird, dass die Spannung in ihrem Zwischenkreis mindestens 650 V beträgt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, bei dem die Umrichterschaltung (2) im Ladebetriebszustand als Hochsetzsteller betrieben wird.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, bei dem die Umrichterschaltung (2) im Ladebetriebszustand als Hochsetzsteller mit sinusförmiger Stromaufnahme betrieben wird.
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