WO2011104101A2 - Schaltungsanordnung zum laden von fahrzeugbatterien in einem fahrzeug und zugehöriges verfahren - Google Patents

Schaltungsanordnung zum laden von fahrzeugbatterien in einem fahrzeug und zugehöriges verfahren Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a circuit arrangement for charging vehicle batteries in a vehicle, with a first, the vehicle batteries downstream inverter are connected to the first star connected windings of an electric drive motor, and which is connectable for the charging operation of the vehicle batteries with a three-phase network.
  • the invention relates to a corresponding method for charging vehicle batteries in a vehicle.
  • Such circuit arrangements for charging vehicle batteries in a vehicle are, for example, from US 5,341,075 ⁇ be known.
  • the inverter and the windings of the drive motor for charging the vehicle batteries are used.
  • the harmonic currents picked up by the supply network are unacceptably high.
  • Appropriate tech ⁇ American measures must therefore be taken to reduce the harmonic content to acceptable levels.
  • the invention is therefore based on the object, a scarf ⁇ tion arrangement for charging vehicle batteries in a vehicle of the type mentioned above and to propose a corresponding method, the network is as little as possible loaded with harmonics in the situation and on additional costly components with large volume and weight is waived.
  • a second, the vehicle batteries downstream inverter is provided, are connected to the second connected in star windings of the electric drive motor, wherein the first and the second windings a common Star point, which is formed by a switch in the closed state, and which can be separated for the charging operation by opening the switch, whereby the first and second windings together form a three-phase choke for damping harmonics.
  • This circuit arrangement is advantageously applicable both for driving and for the charging operation.
  • Fahrbe ⁇ drive the switch is closed and the first and second windings are fed via the respective first and second inverter with power.
  • For the loading operation is the
  • the drawing shows a circuit arrangement according to the invention for charging vehicle batteries 1 in a vehicle.
  • the particular advantage of this circuit arrangement is that it is applicable not only for the charging operation but also for the driving operation.
  • first U1, V1, W1 and second windings U2, V2, W2 are provided. These are connected to a switch S, by which, depending on the switching position, a common separable neutral point is formed.
  • the first windings U1, V1, W1 are connected to a first inverter II and the second windings U2, V2, W2 to a second inverter 12.
  • these are used to feed the first U1, V1, W1 and second windings U2, V2, W2 from the vehicle batteries 1, i. the phase currents IU1, IV1, IW1 or IU2, IV2, IW2 flow to the common star point, which is formed by the closed switch S.
  • the three-phase current side of the first inverter II can be connected to the three-phase current network LI, 12, 13, N via a three-phase current filter 2.
  • the switch S is open, ie the common neutral point is separated and the first U1, V1, W1 and second windings U2, V2, W2 thus form a three-phase inductor, through which the load on the three-phase system LI, 12, 13, reduced with harmonics becomes.
  • the inverter 12 is not needed for the charging operation and therefore deactivated.
  • Inverter II is now operated as a three-phase PFC (Power Factor Controller).
  • the output voltage of Germany is synchronized verters II to the mains voltage and is set in Ampli ⁇ tude and phase by a controller so that the Pha ⁇ mass flows are sinusoidal and the DC current in the direct voltage intermediate circuit is equal destrom the adoptedem from the battery laser ,
  • phase currents IU1, IV1 directed IW1 in the ent ⁇ speaking windings U1, V1, W1 to separated neutral point, while the phase currents IU2, IV2; IW2 in the two-th windings U2, V2, W2 are directed away from the split star point ,
  • Switch S is the star point separated and thus the on ⁇ drive motor switched torque free.
  • this circuit arrangement consists in the fact that it is designed with two inverters 11,12 half power and the possible corresponding to failure of one of the in ⁇ verter 11,12 still further operating at half power. In addition, this circuit arrangement comes without switch, which must carry the full traction current.

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Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Schaltungsanordnung zum Laden von Fahrzeugbatterien (1) in einem Fahrzeug vorgeschlagen. Die Schaltungsanordnung weist einen ersten, den Fahrzeugbatterien (1) nachgeschalteten Inverter (I1) auf, an den erste in Stern geschaltete Wicklungen (U1, V1, W1) eines elektrischen Antriebsmotors angeschlossen sind, und der für den Ladebetrieb der Fahrzeugbatterien mit einem Drehstromnetz verbindbar ist. Weiterhin ist ein zweiter, den Fahrzeugbatterien nachgeschalteter Inverter (I2) vorgesehen, an den zweite in Stern geschaltete Wicklungen (U2, V2, W2) des elektrischen Antriebsmotors angeschlossen sind, wobei die ersten (U1, V1, W1) und die zweiten Wicklungen (U2, V2, W2) einen gemeinsamen Sternpunkt aufweisen, der durch einen Schalter (S) im geschlossenen Zustand gebildet ist, und der für den Ladebetrieb durch Öffnen des Schalters (S) auftrennbar ist. Hierdurch bilden die ersten (U1, V1, W1) und zweiten Wicklungen (U2, V2, W2) gemeinsam eine Drehstromdrossel zur Dämpfung von Oberschwingungen.

Description

Beschreibung
Schaltungsanordnung zum Laden von Fahrzeugbatterien in einem Fahrzeug und zugehöriges Verfahren
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Laden von Fahrzeugbatterien in einem Fahrzeug, mit einem ersten, den Fahrzeugbatterien nachgeschalteten Inverter, an den erste in Stern geschaltete Wicklungen eines elektrischen Antriebsmo- tors angeschlossen sind, und der für den Ladebetrieb der Fahrzeugbatterien mit einem Drehstromnetz verbindbar ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zum Laden von Fahrzeugbatterien in einem Fahrzeug.
Derartige Schaltungsanordnungen zum Laden von Fahrzeugbatterien in einem Fahrzeug sind z.B. aus der US 5,341,075 be¬ kannt. Hierbei werden der Inverter und die Wicklungen des Antriebsmotors zum Laden der Fahrzeugbatterien verwendet. Die dabei vom speisenden Netz aufgenommenen Oberschwingungsströme sind jedoch unzulässig hoch. Daher müssen entsprechende tech¬ nische Maßnahmen getroffen werden, um den Oberschwingungsgehalt auf zulässige Werte zu reduzieren. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schal¬ tungsanordnung zum Laden von Fahrzeugbatterien in einem Fahrzeug der oben genannten Art und ein entsprechendes Verfahren vorzuschlagen, wobei das Netz beim Lagevorgang möglichst wenig mit Oberschwingungen belastet wird und auf zusätzliche kostenaufwändige Komponenten mit großem Volumen und Gewicht verzichtet wird.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dabei ist ein zweiter, den Fahrzeugbatterien nachgeschalteter Inverter vorgesehen, an den zweite in Stern geschaltete Wicklungen des elektrischen Antriebsmotors angeschlossen sind, wobei die ersten und die zweiten Wicklungen einen gemeinsamen Sternpunkt aufweisen, der durch einen Schalter im geschlossenen Zustand gebildet ist, und der für den Ladebetrieb durch Öffnen des Schalters auftrennbar ist, wodurch die ersten und zweiten Wicklungen gemeinsam eine Drehstromdrossel zur Dämp- fung von Oberschwingungen bilden.
Diese Schaltungsanordnung ist sowohl für den Fahrbetrieb als auch für den Ladebetrieb vorteilhaft anwendbar. Im Fahrbe¬ trieb ist der Schalter geschlossen und die ersten und zweiten Wicklungen werden über den jeweiligen ersten und zweiten In- verter mit Strom gespeist. Für den Ladebetrieb wird der
Schalter geöffnet und auf diese Weise der gemeinsame Stern¬ punkt der ersten und zweiten Wicklungen aufgetrennt. Hierdurch bilden die ersten und zweiten Wicklungen eine Dreh- stromdrossel, die die Belastung des Drehstromnetzes mit Ober¬ schwingungen dämpft. In diesem Zustand haben die Ströme der ersten und zweiten Wicklungen in Bezug auf den aufgetrennten Sternpunkt eine gegensinnige Richtung. Hierbei ist der Strom- fluss im Gegensatz zum Fahrbetrieb, in dem die Ströme in den ersten und zweiten Wicklungen in Richtung des Sternpunkts fließen, in den ersten Wicklungen zum aufgetrennten Sternpunkt gerichtet, während er in den zweiten Wicklungen vom aufgetrennten Sternpunkt weggerichtet ist, wobei die ersten und zweiten Wicklungen von demselben Strom durchflössen wer- den. Dies hat zur Folge, dass im Ladebetrieb zwei entgegenge¬ setzte, d.h. sich aufhebende Drehmomente auf den Antriebsmo¬ tor wirken und dieser im Stillstand verharrt.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteran- Sprüchen zu entnehmen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der zweite Inverter gemäß Anspruch 2 im Ladebetrieb deaktiviert ist, da er hierfür nicht benötigt wird und in diesem Fall keine Verluste verur- sacht.
Ist der gemeinsame Sternpunkt der ersten und zweiten Wicklungen gemäß Anspruch 3 bei Ausfall des ersten oder zweiten In- verters durch den Schalter auftrennbar, lässt sich auf diese Weise der Antriebsmotor vorteilhaft momentfrei schalten.
Die das Verfahren zum Laden von Fahrzeugbatterien in einem Fahrzeug betreffende Aufgabe wird mit Verfahrensschritten ge¬ löst, die den Lösungsmerkmalen für die erfindungsgemäße
Schaltanordnung entsprechen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden an- hand einer Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Laden von Fahrzeugbatterien 1 in einem Fahrzeug. Der besondere Vorteil dieser Schaltungsanordnung besteht darin, dass sie nicht nur für den Ladebetrieb, sondern auch für den Fahrbetrieb anwendbar ist.
Für den Fahrbetrieb ist ein elektrischer Antriebsmotor mit ersten U1,V1,W1 und zweiten Wicklungen U2,V2,W2 vorgesehen. Diese sind mit einem Schalter S verbunden, durch den je nach Schaltstellung ein gemeinsamer auftrennbarer Sternpunkt gebildet wird. Die ersten Wicklungen U1,V1,W1 sind an einen ersten Inverter II und die zweiten Wicklungen U2,V2,W2 an einen zweiten Inverter 12 angeschlossen. Über diese werden im Fahrbetrieb die ersten U1,V1,W1 und zweiten Wicklungen U2,V2, W2 von den Fahrzeugbatterien 1 gespeist, d.h. es fließen die Phasenströme IU1,IV1,IW1 bzw. IU2,IV2,IW2 zu dem gemeinsamen Sternpunkt, der durch den geschlossenen Schalter S gebildet ist .
Für den Ladebetrieb ist die Drehstromseite des ersten Inver- ters II über ein Drehstromfilter 2 an das Drehstromnetz LI, 12,13,N anschließbar. Im Ladebetrieb ist der Schalter S geöffnet, d.h. der gemeinsame Sternpunkt ist aufgetrennt und die ersten U1,V1,W1 und zweiten Wicklungen U2,V2,W2 bilden somit eine Drehstromdrossel, durch die die Belastung des Drehstromnetzes LI, 12, 13, mit Oberschwingungen verringert wird. Der Inverter 12 wird für den Ladebetrieb nicht benötigt und daher deaktiviert.
Der Inverter II wird nun als dreiphasiger PFC ( PowerFaktor- Controller) betrieben. Dazu wird die Ausgangsspannung des In- verters II auf die Netzspannung synchronisiert und in Ampli¬ tude und Phase von einem Regler so eingestellt, dass die Pha¬ senströme sinusförmig sind und der DC-Strom im Gleichspannungszwischenkreis gleich dem von der Batterie benötigtem La- destrom ist.
Im Ladebetrieb sind die Phasenströme IU1,IV1,IW1 in den ent¬ sprechenden Wicklungen U1,V1,W1 zum aufgetrennten Sternpunkt gerichtet, während die Phasenströme IU2,IV2;IW2 in den zwei- ten Wicklungen U2,V2,W2 vom aufgetrennten Sternpunkt weggerichtet sind.
Dabei werden die ersten U1,V1,W1 und zweiten Wicklungen U2, V2,W2 von demselben Strom durchflössen. Dies hat zur Folge, dass im Ladebetrieb zwei entgegengesetzte, d.h. sich aufhe¬ bende Drehmomente auf den Antriebsmotor wirken. Es tritt also kein resultierendes Drehmoment im Antriebsmotor auf.
Dieser Vorteil wird daher auch für den Fall genutzt, dass ei- ner der beiden Inverter 11,12 ausfällt. Durch Öffnen des
Schalters S wird der Sternpunkt aufgetrennt und somit der An¬ triebsmotor momentfrei geschaltet.
Ein weiterer Vorteil dieser Schaltungsanordnung besteht dar- in, dass sie mit zwei Invertern 11,12 der halben Leistung ausgeführt ist und dem entsprechend bei Ausfall eines der In¬ verter 11,12 noch der Weiterbetrieb mit halber Leistung möglich ist. Außerdem kommt diese Schaltungsanordnung ohne Umschalter aus, die den vollen Fahrstrom tragen müssen.

Claims

Patentansprüche
1. Schaltungsanordnung zum Laden von Fahrzeugbatterien (1) in einem Fahrzeug, mit einem ersten den Fahrzeugbatterien (1) nachgeschalteten Inverter (II), an den erste in Stern geschaltete Wicklungen (U1,V1,W1) eines elektrischen Antriebsmotors angeschlossen sind, und der für den Ladebetrieb der Fahrzeugbatterien mit einem Drehstromnetz verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter den Fahrzeugbatterien nachgeschalteter Inverter (12) vorgesehen ist, an den zweite in Stern geschaltete Wicklungen (U2,V2,W2) des elektrischen Antriebsmotors angeschlossen sind, wobei die ersten (U1,V1, Wl) und die zweiten Wicklungen (U2,V2,W2) einen gemeinsamen Sternpunkt aufweisen, der durch einen Schalter (S) im ge- schlossenen Zustand gebildet ist, und der für den Ladebetrieb durch Öffnen des Schalters (S) auftrennbar ist, wodurch die ersten (U1,V1,W1) und zweiten Wicklungen (U2,V2,W2) gemeinsam eine Drehstromdrossel zur Dämpfung von Oberschwingungen bilden .
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Inverter (12) im Ladebetrieb deaktiviert ist .
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sternpunkt der ersten (U1,V1,W1) und zweiten Wicklungen (U2,V2,W2) durch den Schalter (S) bei Ausfall des ersten (II) oder zweiten Inverters (12) auftrennbar ist .
4. Verfahren zum Laden von Fahrzeugbatterien in einem Fahrzeug mit einer Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (S) für den Ladebetrieb ge¬ öffnet wird, wodurch mit den ersten (U1,V1,W1) und zweiten Wicklungen (U2,V2,W2) eine Drehstromdrossel zur Dämpfung von Oberschwingungen gebildet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Ladebetrieb der zweite Inverter (12) deaktiviert wird .
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (S) bei Ausfall des ersten (II) oder zwei¬ ten Inverters (12) geöffnet wird, d.h. der Sternpunkt aufge¬ trennt wird.
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