WO2015128101A1 - Electric drive system - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an electric drive system, in particular for an electrically operated vehicle such as an electric car or a hybrid vehicle.
- an inverter 102 in the form of a
- Pulse-controlled inverter For this purpose, a DC voltage provided by a DC voltage intermediate circuit 103 can be converted into a multi-phase AC voltage, for example a three-phase AC voltage.
- the DC intermediate circuit 103 is fed by a string 104 of serially connected battery modules 105 or any DC voltage sources.
- Document DE 10 2011 085 731 A1 discloses an electric drive system for a six-phase motor with two inverters connected in parallel.
- the document DE 10 2008 008 978 AI discloses modular drive converters.
- Document DE 10 2010 001 250 A1 discloses an electric drive system for an electric machine with two
- the present invention provides an electric drive system with a 3 * n-phase electric machine, n> l, which has at least two three-phase winding strands, a first
- Inverter whose output terminals are connected to the phase terminals of a first of the three-phase winding phases of the electric machine, a second parallel to the first inverter switched
- Inverter whose output terminals are connected to the phase terminals of a second of the three-phase winding phases of the electric machine, a first DC voltage source, which
- One idea of the present invention is to control electrical machines by means of standardized power assemblies, such as inverters, for example in B6 topology.
- standardized power assemblies such as inverters, for example in B6 topology.
- Such inverters are available as standardized module types, which are inexpensive to procure and implement by economies of scale.
- the modularization of the power modules advantageously increases the efficiency of the electric drive system without the implementation of the electrical machine or of the individual power units per se being more expensive or expensive.
- simple mechanical connection means can be provided for all power modules, by means of which the system modules can be interconnected.
- a central control device for example on a central control board, can be provided equally for all power assemblies.
- the first and the second inverter each having a three-phase self-commutated inverter comprising three balanced half-bridges of two power semiconductor switches in series circuit.
- the switching elements may each comprise power semiconductor switches, preferably MOSFET switches or IGBT switches. These switches are particularly durable and reliable to control.
- the drive system may further comprise a control device, which is designed to control the power semiconductor switches of the first inverter and the second inverter, wherein the control device is arranged on a central control board for the first inverter and the second inverter.
- the drive system may further comprise a first
- Input terminals of the second inverter is coupled.
- the first DC voltage source and the second DC voltage source are connected to the first DC voltage source and the second DC voltage source.
- DC voltage source to be coupled via an electrically conductive connection.
- Fig. 1 is a schematic representation of an exemplary conventional electric drive system
- Fig. 2 is a schematic representation of an electric drive system according to an embodiment of the present invention.
- FIG. 2 shows a schematic representation of an electric drive system 10 with a six-phase electrical machine 6, which may be, for example, a switched reluctance machine or a rotating field machine.
- the electric machine 6 has two three-phase winding strands 6a and 6b which are coupled together in their neutral point or in each case in
- the electric drive system 10 also has an inverter system of at least one first
- Inverter 3a and a second inverter 3b In this case, the first inverter 3a feeds the first three-phase winding branch 6a of the electric machine 6 at its output terminals.
- the second inverter 3b feeds the second three-phase winding branch 6b of the electrical machine 6 at its output terminals.
- the inverters 3a and 3b each have a B6 full-bridge topology, that is, each of the inverters has a three-phase self-commutated inverter, the three symmetrical half-bridges of two power semiconductor switches Hl and H2, H3 and H4 or H5 and H6 in
- the power semiconductor switches may be, for example, MOSFET switches or IGBT switches. However, it is also possible to use any other type of switching elements as switches Hl to H6 and to switch parallel to each switching element Hl to H6 a freewheeling diode.
- a first of the phases of the three-phase winding strands 6a and 6b is coupled, at a middle tap of a second half-bridge of the inverters 3a or 3b a second of the phases of the three-phase winding strands 6a and 6b, respectively.
- a third half-bridge of the inverters 3a and 3b a third of the phases of the three-phase winding strands 6a and 6b, respectively.
- the first inverter 3a and the second inverter 3b can either as a separate inverter units or in a
- a control device (not explicitly shown) may be used which, for example, on a common control board
- the inverters 3a and 3b may each consist of a
- DC intermediate circuit 2a and 2b are fed, which in turn is supplied by a DC voltage source la or lb, for example, a traction battery of an electric vehicle with electrical DC voltage.
- a DC voltage source la or lb for example, a traction battery of an electric vehicle with electrical DC voltage.
- the reference potentials of the DC voltage sources la and lb can be coupled via an electrically conductive connection.
- DC voltage sources la and lb can, for example, a
- Winding strands are assigned and electrically connected with selbigem.
- DC sources la and lb can improve the performance of the electric drive system 10 while maintaining the desired
- Power semiconductor switch Hl to H6 of the inverters 3a and 3b compared to conventional power semiconductor switches Hl to H6 are not increased.
- the defective or defective part of the inverter system can be deactivated, and the electric machine 6 is at least temporarily by the rest
- the electric machine 6 for example, a synchronous or asynchronous machine, a
- Reluctance machine or a brushless DC motor (BLDC, "brushless DC motor”). It may also be possible, the electric
- Passenger or goods transport vehicles which are designed for locomotion on or under the water, for example, ships, motor boats or the like.
Abstract
The invention relates to an electric drive system, having a 3⋅n-phase electric machine, n>1, which has at least two three-phase winding sections, a first power inverter whose output terminals are connected to the phase terminals of a first of the three-phase winding sections of the electric machine, a second power inverter which is connected in parallel with the first power inverter whose output terminals are connected to the phase terminals of a second of the three-phase winding sections of the electric machine, a first DC voltage source which feeds input terminals of the first power inverter with a DC voltage, and a second DC voltage source which feeds input terminals of the second power inverter with a DC voltage.
Description
Beschreibung Titel Description title
Elektrisches Antriebssystem Electric drive system
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem, insbesondere für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug wie ein Elektroauto oder ein Hybridfahrzeug. The invention relates to an electric drive system, in particular for an electrically operated vehicle such as an electric car or a hybrid vehicle.
Stand der Technik State of the art
Wie in Fig. 1 beispielhaft dargestellt, erfolgt in einem elektrischen Antriebssystem 100 die Einspeisung von mehrphasigem Strom in eine elektrische Maschine 101 üblicherweise durch einen Wechselrichter 102 in Form eines As shown by way of example in FIG. 1, in an electric drive system 100, the feeding of multi-phase current into an electric machine 101 is usually carried out by an inverter 102 in the form of a
Pulswechselrichters. Dazu kann eine von einem Gleichspannungszwischenkreis 103 bereitgestellte Gleichspannung in eine mehrphasige Wechselspannung, beispielsweise eine dreiphasige Wechselspannung umgerichtet werden. Der Gleichspannungszwischenkreis 103 wird dabei von einem Strang 104 aus seriell verschalteten Batteriemodulen 105 oder beliebigen Gleichspannungsquellen gespeist. Pulse-controlled inverter. For this purpose, a DC voltage provided by a DC voltage intermediate circuit 103 can be converted into a multi-phase AC voltage, for example a three-phase AC voltage. The DC intermediate circuit 103 is fed by a string 104 of serially connected battery modules 105 or any DC voltage sources.
Um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Leistung und Energie erfüllen zu können, werden häufig mehrere Batteriemodule oder Batteriezellen in einem Energiespeichersystem in Serie geschaltet. Wenn jedoch hohe Leistungen an der elektrischen Maschine benötigt werden, kann es notwendig werden, Maßnahmen in der Implementierung des elektrischen Antriebssystems 100 zu treffen, die den erhöhten Leistungsanforderungen gerecht werden. In order to meet the power and energy requirements of a given application, multiple battery modules or battery cells are often connected in series in an energy storage system. However, when high power is required on the electric machine, it may become necessary to take measures in the implementation of the electric drive system 100 that will meet the increased performance requirements.
Beispielsweise kann es möglich sein, mehrere Stränge 104 aus seriell verschalteten Batteriemodulen 105 parallel zu schalten. Dies kann jedoch zu unerwünschten Ausgleichsströmen zwischen den Strängen 104 führen.
Zusätzlich dazu kann es auch notwendig sein, die Stromtragfähigkeit der Komponenten des Wechselrichters 102 und der elektrischen Maschine 101 zu erhöhen. Alternativ könnte auch die Zwischenkreisspannung angehoben werden. In jedem Fall werden umfangreiche Anpassungsentwicklungen und Änderungen in der Implementierung des elektrischen Antriebssystems nötig, die wiederum zu erhöhtem Implementierungsaufwand und -kosten führen. For example, it may be possible to connect several strings 104 of serially connected battery modules 105 in parallel. However, this can lead to undesirable balance currents between the strands 104. In addition, it may also be necessary to increase the current carrying capacity of the components of the inverter 102 and the electric machine 101. Alternatively, the DC link voltage could be raised. In any case, extensive adaptation developments and changes in the implementation of the electric drive system are required, which in turn lead to increased implementation effort and costs.
Die Druckschrift US 2007/0070667 AI offenbart ein Antriebssystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit mehrfach parallel geschalteten The publication US 2007/0070667 Al discloses a drive system for an electrically operated vehicle with several parallel connected
Wechselrichtern, die einen mehrphasigen Motor mit Wechselspannung versorgen. Die Druckschrift DE 10 2011 085 731 AI offenbart ein elektrisches Antriebssystem für einen sechsphasigen Motor mit zwei parallel geschalteten Wechselrichtern. Die Druckschrift DE 10 2008 008 978 AI offenbart modulare Antriebsstromrichter. Die Druckschrift DE 10 2010 001 250 AI offenbart ein elektrisches Antriebssystem für eine elektrische Maschine mit zwei Inverters that supply a multiphase motor with AC voltage. Document DE 10 2011 085 731 A1 discloses an electric drive system for a six-phase motor with two inverters connected in parallel. The document DE 10 2008 008 978 AI discloses modular drive converters. Document DE 10 2010 001 250 A1 discloses an electric drive system for an electric machine with two
Phasensystemen, die über getrennte Wechselrichter gespeist werden. Phase systems powered by separate inverters.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem ersten Aspekt ein elektrisches Antriebssystem, mit einer 3*n-phasigen elektrischen Maschine, n>l, welche mindestens zwei dreiphasige Wicklungsstränge aufweist, einem ersten According to a first aspect, the present invention provides an electric drive system with a 3 * n-phase electric machine, n> l, which has at least two three-phase winding strands, a first
Wechselrichter, dessen Ausgangsanschlüsse mit den Phasenanschlüssen eines ersten der dreiphasigen Wicklungsstränge der elektrischen Maschine verbunden sind, einem parallel zu dem ersten Wechselrichter geschalteten zweiten Inverter whose output terminals are connected to the phase terminals of a first of the three-phase winding phases of the electric machine, a second parallel to the first inverter switched
Wechselrichter, dessen Ausgangsanschlüsse mit den Phasenanschlüssen eines zweiten der dreiphasigen Wicklungsstränge der elektrischen Maschine verbunden sind, einer ersten Gleichspannungsquelle, welche Inverter whose output terminals are connected to the phase terminals of a second of the three-phase winding phases of the electric machine, a first DC voltage source, which
Eingangsanschlüsse des ersten Wechselrichters mit einer Gleichspannung speist, und einer zweiten Gleichspannungsquelle, welche Eingangsanschlüsse des zweiten Wechselrichters mit einer Gleichspannung speist. Input terminals of the first inverter with a DC voltage, and a second DC voltage source, which feeds input terminals of the second inverter with a DC voltage.
Vorteile der Erfindung
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, elektrische Maschinen mithilfe von standardisierten Leistungsbaugruppen, wie etwa Wechselrichtern, beispielsweise in B6-Topologie, anzusteuern. Derartige Wechselrichter sind als standardisierte Modultypen verfügbar, die durch Skaleneffekte kostengünstig zu beschaffen und implementieren sind. Durch die Modularisierung der Leistungsbaugruppen wird die Leistungsfähigkeit des elektrischen Antriebssystems vorteilhafterweise erhöht, ohne dass die Ausführung der elektrischen Maschine oder der einzelnen Leistungsbaugruppen an sich aufwändiger oder kostenintensiver wird. Für alle Leistungsbaugruppen können zudem einfache mechanische Verbindungsmittel vorgesehen werden, durch die die Systemmodule zusammengeschaltet werden können. Außderdem kann eine zentrale Steuereinrichtung, beispielsweise auf einer zentralen Steuerplatine, für alle Leistungsbaugruppen gleichermaßen vorgesehen werden. Advantages of the invention One idea of the present invention is to control electrical machines by means of standardized power assemblies, such as inverters, for example in B6 topology. Such inverters are available as standardized module types, which are inexpensive to procure and implement by economies of scale. The modularization of the power modules advantageously increases the efficiency of the electric drive system without the implementation of the electrical machine or of the individual power units per se being more expensive or expensive. In addition, simple mechanical connection means can be provided for all power modules, by means of which the system modules can be interconnected. Furthermore, a central control device, for example on a central control board, can be provided equally for all power assemblies.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen According to one embodiment of the electrical according to the invention
Antriebssystems können der erste und der zweite Wechselrichter jeweils einen dreiphasigen selbstgeführten Wechselrichter aufweisen, der drei symmetrische Halbbrücken aus jeweils zwei Leistungshalbleiterschaltern in Serienschaltung umfasst. Drive system, the first and the second inverter each having a three-phase self-commutated inverter comprising three balanced half-bridges of two power semiconductor switches in series circuit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems können die Schaltelemente jeweils Leistungshalbleiterschalter, vorzugsweise MOSFET-Schalter oder IGBT-Schalter, aufweisen. Diese Schalter sind besonders belastbar und zuverlässig anzusteuern. According to a further embodiment of the electric drive system according to the invention, the switching elements may each comprise power semiconductor switches, preferably MOSFET switches or IGBT switches. These switches are particularly durable and reliable to control.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems kann das Antriebssystem weiterhin eine Steuereinrichtung aufweisen, welche dazu ausgelegt ist, die Leistungshalbleiterschalter des ersten Wechselrichters und des zweiten Wechselrichters anzusteuern, wobei die Steuereinrichtung auf einer zentralen Steuerplatine für den ersten Wechselrichter und den zweiten Wechselrichter angeordnet ist. According to a further embodiment of the electric drive system according to the invention, the drive system may further comprise a control device, which is designed to control the power semiconductor switches of the first inverter and the second inverter, wherein the control device is arranged on a central control board for the first inverter and the second inverter.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems kann das Antriebssystem weiterhin einen ersten According to a further embodiment of the electric drive system according to the invention, the drive system may further comprise a first
Gleichspannungszwischenkreis, welcher zwischen die Eingangsanschlüsse des
ersten Wechselrichters gekoppelt ist, und einen zweiten DC intermediate circuit, which between the input terminals of the coupled first inverter, and a second
Gleichspannungszwischenkreis aufweisen, welcher zwischen die Have DC voltage intermediate circuit, which between the
Eingangsanschlüsse des zweiten Wechselrichters gekoppelt ist. Input terminals of the second inverter is coupled.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems können die erste Gleichspannungsquelle und die zweite According to a further embodiment of the electric drive system according to the invention, the first DC voltage source and the second
Gleichspannungsquelle jeweils eine Vielzahl von in Reihe geschalteten DC voltage source in each case a plurality of series-connected
Batteriemodulen aufweisen. Have battery modules.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems können die Bezugspotentiale der ersten und zweiten According to a further embodiment of the electric drive system according to the invention, the reference potentials of the first and second
Gleichspannungsquelle über eine elektrisch leitfähige Verbindung gekoppelt sein. DC voltage source to be coupled via an electrically conductive connection.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the attached
Zeichnungen. Drawings.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Es zeigen: Brief description of the drawings In the drawings:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften konventionellen elektrischen Antriebssystems; und Fig. 1 is a schematic representation of an exemplary conventional electric drive system; and
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 is a schematic representation of an electric drive system according to an embodiment of the present invention.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen im Allgemeinen gleichartige oder gleich wirkende Komponenten. Die in den Figuren gezeigten schematischen Like reference numerals generally designate like or equivalent components. The schematic shown in the figures
Darstellungen sind nur beispielhafter Natur, die aus Gründen der Representations are only exemplary in nature, for the sake of
Übersichtlichkeit idealisiert abgebildet sind. Es versteht sich, dass die Clarity idealized are shown. It is understood that the
dargestellten Komponenten lediglich zur Veranschaulichung von Prinzipien und funktionellen Aspekten der vorliegenden Erfindung dienen.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems 10 mit einer sechsphasigen elektrischen Maschine 6, welche beispielsweise eine geschaltete Reluktanzmaschine oder eine Drehfeldmaschine sein kann. Die elektrische Maschine 6 weist zwei dreiphasige Wicklungsstränge 6a und 6b auf, die in ihrem Sternpunkt miteinander gekoppelt oder aber jeweils in illustrated components are merely illustrative of principles and functional aspects of the present invention. FIG. 2 shows a schematic representation of an electric drive system 10 with a six-phase electrical machine 6, which may be, for example, a switched reluctance machine or a rotating field machine. The electric machine 6 has two three-phase winding strands 6a and 6b which are coupled together in their neutral point or in each case in
Dreieckschaltung ausgeführt sein können. Das elektrische Antriebssystem 10 weist zudem ein Wechselrichtersystem aus mindestens einem ersten Triangle circuit can be executed. The electric drive system 10 also has an inverter system of at least one first
Wechselrichter 3a und und einem zweiten Wechselrichter 3b auf. Dabei speist der erste Wechselrichter 3a an seinen Ausgangsanschlüssen den ersten dreiphasigen Wicklungsstrang 6a der elektrischen Maschine 6. Der zweite Wechselrichter 3b speist an seinen Ausgangsanschlüssen den zweiten dreiphasigen Wicklungsstrang 6b der elektrischen Maschine 6. Inverter 3a and a second inverter 3b. In this case, the first inverter 3a feeds the first three-phase winding branch 6a of the electric machine 6 at its output terminals. The second inverter 3b feeds the second three-phase winding branch 6b of the electrical machine 6 at its output terminals.
Die Wechselrichter 3a und 3b weisen dabei jeweils eine B6-Vollbrückentopologie auf, das heißt, jeder der Wechselrichter weist einen dreiphasigen selbstgeführten Wechselrichter auf, der drei symmetrische Halbbrücken aus jeweils zwei Leistungshalbleiterschaltern Hl und H2, H3 und H4 bzw. H5 und H6 in The inverters 3a and 3b each have a B6 full-bridge topology, that is, each of the inverters has a three-phase self-commutated inverter, the three symmetrical half-bridges of two power semiconductor switches Hl and H2, H3 and H4 or H5 and H6 in
Serienschaltung umfasst. Die Leistungshalbleiterschalter können beispielsweise MOSFET-Schalter oder IGBT-Schalter sein. Es ist dabei jedoch auch möglich, jede andere Art von Schaltelementen als Schalter Hl bis H6 zu verwenden und dabei parallel zu jedem Schaltelement Hl bis H6 eine Freilaufdiode zu schalten. An einem Mittelabgriff einer ersten Halbbrücke der Wechselrichter 3a bzw. 3b ist eine erste der Phasen der dreiphasigen Wicklungsstränge 6a bzw. 6b gekoppelt, an einem Mittelabgriff einer zweiten Halbbrücke der Wechselrichter 3a bzw. 3b eine zweite der Phasen der dreiphasigen Wicklungsstränge 6a bzw. 6b, und an einem Mittelabgriff einer dritten Halbbrücke der Wechselrichter 3a bzw. 3b eine dritte der Phasen der dreiphasigen Wicklungsstränge 6a bzw. 6b. Series connection includes. The power semiconductor switches may be, for example, MOSFET switches or IGBT switches. However, it is also possible to use any other type of switching elements as switches Hl to H6 and to switch parallel to each switching element Hl to H6 a freewheeling diode. At a center tap of a first half-bridge of the inverters 3a and 3b, respectively, a first of the phases of the three-phase winding strands 6a and 6b is coupled, at a middle tap of a second half-bridge of the inverters 3a or 3b a second of the phases of the three-phase winding strands 6a and 6b, respectively. and at a center tap of a third half-bridge of the inverters 3a and 3b, a third of the phases of the three-phase winding strands 6a and 6b, respectively.
Der erste Wechselrichter 3a und der zweite Wechselrichter 3b können dabei entweder als separate Wechselrichtereinheiten oder auch in einem The first inverter 3a and the second inverter 3b can either as a separate inverter units or in a
gemeinsamen Wechselrichtermodul implementiert sein. In letzterem Fall kann ein einziges Wechselrichtermodul mit sechs symmetrischen Halbbrücken be implemented common inverter module. In the latter case, a single inverter module with six symmetrical half-bridges
vorgesehen werden, dass in entsprechender Weise mit der elektrischen be provided that in a similar manner with the electric
Maschine 6 gekoppelt wird. Für die Ansteuerung der Leistungshalbleiterschalter Hl bis H6 kann eine (nicht explizit dargestellte) Steuereinrichtung eingesetzt
werden, welche beispielsweise auf einer gemeinsamen Steuerplatine Machine 6 is coupled. For controlling the power semiconductor switches H1 to H6, a control device (not explicitly shown) may be used which, for example, on a common control board
implementiert werden kann. can be implemented.
Die Wechselrichter 3a und 3b können beispielsweise jeweils aus einem The inverters 3a and 3b may each consist of a
Gleichspannungszwischenkreis 2a bzw. 2b gespeist werden, der wiederum durch eine Gleichspannungsquelle la bzw. lb, beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mit elektrischer Gleichspannung versorgt wird. Die Bezugspotentiale der Gleichspannungsquellen la und lb können dabei über eine elektrisch leitfähige Verbindung gekoppelt werden. Die DC intermediate circuit 2a and 2b are fed, which in turn is supplied by a DC voltage source la or lb, for example, a traction battery of an electric vehicle with electrical DC voltage. The reference potentials of the DC voltage sources la and lb can be coupled via an electrically conductive connection. The
Gleichspannungsquellen la und lb können dazu beispielsweise eine DC voltage sources la and lb can, for example, a
Serienschaltung aus Batteriemodulen 5 aufweisen, deren Anzahl in Fig. 2 nur beispielhaft mit 3 dargestellt ist - jede andere Anzahl an Batteriemodulen 5 kann ebenso möglich sein. Weiterhin ist klar, dass auch die Anzahl der Phasen der Wechselrichter 3a und 3b von der in Fig. 2 dargestellten beispielhaften Anzahl von drei abweichen kann, je nach erforderlicher Anzahl der Phasen der Series connection of battery modules 5, whose number is shown in Fig. 2 only by way of example with 3 - any other number of battery modules 5 may also be possible. Furthermore, it is clear that the number of phases of the inverters 3a and 3b may differ from the exemplary number of three shown in FIG. 2, depending on the required number of phases of the
Wicklungsstränge 6a und 6b der elektrischen Maschine 6, deren Phasenanzahl jede beliebige Zahl annehmen kann. Ebenso ist es möglich, mehr als zwei Wechselrichter 3a und 3b parallel zu schalten, insbesondere wenn die elektrische Maschine 6 mehr als zwei mehrphasige Wicklungsstränge 6a und 6b aufweist. Dazu kann jeder der Wechselrichter einem der mehrphasigen Winding strands 6a and 6b of the electric machine 6, whose phase number can take any number. It is also possible to connect more than two inverters 3a and 3b in parallel, in particular if the electric machine 6 has more than two polyphase winding strands 6a and 6b. For this purpose, each of the inverters one of the multi-phase
Wicklungsstränge zugeordnet und mit selbigem elektrisch verbunden werden. Winding strands are assigned and electrically connected with selbigem.
Durch die Parallelverschaltung von prinzipiell gleichartigen Due to the parallel connection of basically similar
Gleichspannungsquellen la und lb kann die Leistungsfähigkeit des elektrischen Antriebssystems 10 bei einer Beibehaltung des gewünschten DC sources la and lb can improve the performance of the electric drive system 10 while maintaining the desired
Ausgangsspannungslevels erheblich gesteigert werden. Durch den Einsatz von mehreren prinzipiell gleichartigen Wechselrichtern 3a und 3b könnnen die Phasenströme durch jeden der Wechselrichter 3a und 3b sowie die Output voltage levels are significantly increased. Through the use of several principally similar inverters 3a and 3b, the phase currents through each of the inverters 3a and 3b and the
Spannungsbelastung der jeweils zugeordneten Gleichspannungszwischenkreise 2a bzw. 2b gleich gehalten werden, auch wenn die Zahl der Wechselrichter größer als eins ist. Dadurch muss die Stromtragfähigkeit der Voltage load of each associated DC voltage intermediate circuits 2a and 2b are kept the same, even if the number of inverters is greater than one. As a result, the current carrying capacity of the
Leistungshalbleiterschalter Hl bis H6 der Wechselrichter 3a und 3b gegenüber herkömmlichen Leistungshalbleiterschaltern Hl bis H6 nicht erhöht werden. Zudem kann durch die Modularisierung ein redundantes System geschaffen werden, in dem im Fehlerfall einer einzelnen Gleichspannungsquelle la und lb
oder eines einzelnen Wechselrichters 3a bzw. 3b eine Notbetriebsfunktion mit eingeschränkter Leistungsfähigkeit eingerichtet werden kann. Dazu kann der defekte oder fehlerhafte Teil des Wechselrichtersystems deaktiviert werden, und die elektrische Maschine 6 wird zumindest temporär durch die übrigen Power semiconductor switch Hl to H6 of the inverters 3a and 3b compared to conventional power semiconductor switches Hl to H6 are not increased. In addition, can be created by the modularization of a redundant system in which in case of failure of a single DC voltage source la and lb or a single inverter 3a or 3b may be an emergency operation function with limited performance can be established. For this purpose, the defective or defective part of the inverter system can be deactivated, and the electric machine 6 is at least temporarily by the rest
Wechselrichterteile mit reduzierter Leistung versorgt. Inverter parts supplied with reduced power.
In dem gezeigten Antriebssystem 10 kann die elektrische Maschine 6 beispielsweise eine Synchron- oder Asynchronmaschine, eine In the drive system 10 shown, the electric machine 6, for example, a synchronous or asynchronous machine, a
Reluktanzmaschine oder ein bürstenloser Gleichstrommotor (BLDC,„brushless DC motor") sein. Es kann dabei auch möglich sein, das elektrische Reluctance machine or a brushless DC motor (BLDC, "brushless DC motor"). It may also be possible, the electric
Antriebssystem 10 der Fig. 2 in stationären Systemen einzusetzen, To use drive system 10 of FIG. 2 in stationary systems,
beispielsweise in Kraftwerken, in elektrischen Energiegewinnungsanlagen wie zum Beispiel Windkraftan lagen, Photovoltaikanlagen oder For example, in power plants, in electrical power plants such as Windkraftan, photovoltaic or
Kraftwärmekopplungsanlagen, in Energiespeicheranlagen wie zum Beispiel Druckluftspeicherkraftwerken, Batteriespeicherkraftwerken, Combined Heat and Power plants, in energy storage facilities such as compressed air storage power plants, battery storage power plants,
Schwungradspeichern, Pumpspeichern oder ähnlichen Systemen. Eine weitere Einsatzmöglichkeit des elektrischen Antriebssystems 10 der Fig. 2 sind Flywheel accumulators, pumped storage or similar systems. Another possible use of the electric drive system 10 of FIG. 2 are
Personen- oder Gütertransportfahrzeuge, welche zur Fortbewegung auf oder unter dem Wasser ausgelegt sind, beispielsweise Schiffe, Motorboote oder dergleichen.
Passenger or goods transport vehicles, which are designed for locomotion on or under the water, for example, ships, motor boats or the like.
Claims
1. Elektrisches Antriebssystem (10), mit: 1. Electric drive system (10), with:
einer 3-n-phasigen elektrischen Maschine (6), n>l, welche mindestens zwei dreiphasige Wicklungsstränge (6a, 6b) aufweist; a 3-n-phase electric machine (6), n> l, which has at least two three-phase winding strands (6a, 6b);
einem ersten Wechselrichter (3a), dessen Ausgangsanschlüsse mit den a first inverter (3a), whose output terminals with the
Phasenanschlüssen eines ersten der dreiphasigen Wicklungsstränge (6a, 6b) der elektrischen Maschine (6) verbunden sind; Phase terminals of a first of the three-phase winding strands (6a, 6b) of the electric machine (6) are connected;
einem parallel zu dem ersten Wechselrichter (3a) geschalteten zweiten a second parallel to the first inverter (3a) connected
Wechselrichter (3b), dessen Ausgangsanschlüsse mit den Phasenanschlüssen eines zweiten der dreiphasigen Wicklungsstränge (6a, 6b) der elektrischen Maschine (6) verbunden sind; Inverter (3b) whose output terminals are connected to the phase terminals of a second one of the three-phase phase windings (6a, 6b) of the electrical machine (6);
einer ersten Gleichspannungsquelle (la), welche Eingangsanschlüsse des ersten Wechselrichters (3a) mit einer Gleichspannung speist; und a first DC voltage source (1a) which supplies input terminals of the first inverter (3a) with a DC voltage; and
einer zweiten Gleichspannungsquelle (lb), welche Eingangsanschlüsse des zweiten Wechselrichters (3b) mit einer Gleichspannung speist. a second DC voltage source (Ib), which feeds input terminals of the second inverter (3b) with a DC voltage.
2. Elektrisches Antriebssystem (10) nach Anspruch 1, wobei der erste und der zweite Wechselrichter (3a, 3b) jeweils einen dreiphasigen selbstgeführten Wechselrichter aufweisen, der drei symmetrische Halbbrücken aus jeweils zwei Leistungshalbleiterschaltern (Hl, H2; H3, H4; H5, H6) in Serienschaltung umfasst. An electric drive system (10) according to claim 1, wherein said first and second inverters (3a, 3b) each comprise a three-phase self-commutated inverter comprising three balanced half bridges each of two power semiconductor switches (H1, H2; H3, H4; H5, H6 ) in series connection.
3. Elektrisches Antriebssystem (10) nach Anspruch 2, wobei die 3. Electric drive system (10) according to claim 2, wherein the
Leistungshalbleiterschalter (Hl, H2; H3, H4; H5, H6) MOSFET-Schalter oder IGBT-Schalter aufweisen. Power semiconductor switches (Hl, H2, H3, H4, H5, H6) have MOSFET switches or IGBT switches.
4. Elektrisches Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 3, weiterhin mit: The electric drive system (10) of any one of claims 2 to 3, further comprising:
einer Steuereinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die a control device, which is designed to, the
Leistungshalbleiterschalter (Hl, H2; H3, H4; H5, H6) des ersten Wechselrichters (3a) und des zweiten Wechselrichters (3b) anzusteuern,
wobei die Steuereinrichtung auf einer zentralen Steuerplatine für den ersten Wechselrichter (3a) und den zweiten Wechselrichter (3b) angeordnet ist. Power semiconductor switches (H1, H2, H3, H4, H5, H6) of the first inverter (3a) and the second inverter (3b), wherein the control means is arranged on a central control board for the first inverter (3a) and the second inverter (3b).
5. Elektrisches Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiterhin mit: 5. An electric drive system (10) according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
einem ersten Gleichspannungszwischenkreis (2a), welcher zwischen die Eingangsanschlüsse des ersten Wechselrichters (3a) gekoppelt ist; und einem zweiten Gleichspannungszwischenkreis (2b), welcher zwischen die Eingangsanschlüsse des zweiten Wechselrichters (3b) gekoppelt ist. a first DC link (2a) coupled between the input terminals of the first inverter (3a); and a second DC link (2b) coupled between the input terminals of the second inverter (3b).
6. Elektrisches Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Gleichspannungsquelle (la) und die zweite 6. Electric drive system (10) according to one of claims 1 to 5, wherein the first DC voltage source (la) and the second
Gleichspannungsquelle (lb) jeweils eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Batteriemodulen (5) aufweisen. DC voltage source (lb) each having a plurality of series-connected battery modules (5).
7. Elektrisches Antriebssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Bezugspotentiale der ersten und zweiten Gleichspannungsquelle (la, lb) über eine elektrisch leitfähige Verbindung gekoppelt sind.
7. Electrical drive system (10) according to any one of claims 1 to 6, wherein the reference potentials of the first and second DC voltage source (la, lb) are coupled via an electrically conductive connection.
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