WO2018087073A1 - Kraftfahrzeug-bordnetz für ein elektrisch angetriebenes fahrzeug und verfahren zum betrieb eines kraftfahrzeug-bordnetzes - Google Patents

Kraftfahrzeug-bordnetz für ein elektrisch angetriebenes fahrzeug und verfahren zum betrieb eines kraftfahrzeug-bordnetzes Download PDF

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Franz Pfeilschifter
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • vehicles with an electrical energy storage which is used in particular for traction, can be charged via a charging interface on the exterior of the vehicle (“plug-in"), this interface also being used to regenerate electrical energy from the vehicle to a stationary one
  • plug-in a charging interface on the exterior of the vehicle
  • this interface also being used to regenerate electrical energy from the vehicle to a stationary one
  • equally controlling elements are necessary, which are also designed as semiconductor devices in particular.
  • DC connection is transmitted power when the vehicle is not driving, the two functions do not interfere with each other, although at least one switch element is used for both functions. In particular, there is no additional switch for power transmission over the
  • a motor vehicle electrical system is equipped with a power converter, windings of an electric machine and a triangle switch group.
  • the electric machine is connected to the power converter with a DC connection terminal provided.
  • the delta switch group connecting the windings in three ⁇ corner configuration.
  • At least one switch of the three Furthermore, the eck switch group connects at least one AC connection of the converter to the DC connection terminal.
  • a configuration control activates the three- corner switch group and, on the one hand, has the function of closing or openly activating the triangle switch group within a driving state in accordance with a configuration specification.
  • At least one switch of the delta switch group is driven by the configuration control according to a closed switching state. Furthermore, an associated method is described.
  • a motor vehicle electrical system which comprises a power converter, an electric machine, a three- corner switch group and a DC connection terminal.
  • the power converter is provided with a ground connection or with a ground potential, which is connected to the DC connection terminal, in particular with its ground terminal.
  • the electric machine has windings, which with the
  • Power converters are connected.
  • the electric machine with AC terminals of the power converter is ver ⁇ connected.
  • the power converter is preferably an inverter and can be designed as a unidirectional or bidirectional inverter.
  • the triangle switch group connects the windings in delta configuration. When the switch group is closed, the windings are connected in delta configuration. When open
  • the DC connection terminal is further connected via at least one switch of the triangle switch group to at least one of AC connections (of the converter) connected.
  • at least one switch of the triangular switch group connects the DC connection terminal (in particular its positive terminal) to the power converter.
  • the AC power connections are at the side of the power converter where AC power can be delivered, the power converter further having a DC side.
  • an energy storage unit is connected to these.
  • the DC connection terminal is thus connected to ground and via at least one switch of the delta switch group to the power converter or to one of its AC terminals. In this case, this connection can be provided via a switch of the delta switch group, via two switches of the delta switch group or via all switches of the delta switch group.
  • the vehicle electrical system also has a configuration control that is drivingly connected to the triangle switch group.
  • the configuration controller is individually drivingly connected to each of the switches of the delta switch group.
  • the configuration control is set up to open or openly control the delta switch group according to a configuration device when the vehicle electrical system is in a driving state.
  • the con figuration ⁇ controller is adapted to at least one
  • the at least one switch is that at least one switch which connects the DC connection terminal to at least one of the AC terminals of the power converter.
  • the configuration controller may have a configuration input to which a signal indicative of a desired configuration may be received.
  • the configuration here refers to the configuration of the windings.
  • the signal gives the n
  • Configuration again, specifying in particular that a triangle configuration is to be set, that a triangle configuration is to be opened (that is, that the three- corner switch group is to be opened partially or completely), or may specify that a star configuration should be present, in which one end of each winding is connected to a common star point, or represents that a star configuration is to be resolved (where at least one winding or all
  • the configuration specification may in particular also consist in that at least one switch of the triangular switch group ge ⁇ joined should be in order to enable the electrical system in a state that transmits the power from the DC-link port via the delta group of switches to the power converter can ,
  • the latter configuration corresponds to a charging ⁇ state.
  • the configuration to be set may therefore be a configuration suitable for a driving state, ie, a star configuration or a triangle configuration, and may further be a charging configuration in which at least one switch of the delta switch group is closed to supply power between the DC connection terminal on the one hand and the power converter and the power storage unit ande ⁇ hand, be able to transmit (at least one switch via).
  • a star switch group that connects the windings with a common star point (via individual switch).
  • This star switch group is also connected to the configuration control.
  • the configuration controller is also drivingly connected to the star switch group.
  • Configuration control is established, the configuration input either the three ⁇ eck switch group concluded under and open to control the star switch group or the delta switch group are open and the Star switch group closed to control.
  • the triangle switch group and the star switch group are mutually open or closed. It can be provided over ⁇ ordered control that controls the configuration control (preferably directly) and the power converter (preferably via a power converter control of the electrical system or also directly).
  • the electrical system preferably has a power converter control. This can be part of the power converter or can not be part of the power converter, but it can be part of the electrical system.
  • the power converter control and the configuration control can be designed as an integral unit, preferably together with the higher-level control.
  • the converter control system is connected to the switches of the converter.
  • the power converter forms a B6C bridge or other full-wave bridge circuit, the switches being the individual switches of the bridge.
  • the power converter controller may be configured to drive the switches of the power converter to generate a rotating field in the windings when the vehicle electrical system is in the driving state.
  • the switches of the converter generate a three-phase current, which is converted in the windings in a magnetic rotary field.
  • the power converter control is set up to control the switches of the power converter for generating a three-phase current or a rotating field in the windings, given a corresponding configuration specification or with a corresponding signal from a higher-level controller.
  • the converter control is further configured to control all switches of the power converter open, if over the
  • the Converter control include an input at which a signal can be received, which as the ⁇ state (driving state or configuration state or energy transfer state).
  • the higher-level control can be set up to detect whether the on-board network or via the DC connection terminal is charged or fed back, wherein the power converter control is further configured, when transmitting energy (that is, when charging or regenerating) all switches of Openly drive the power converter.
  • closed control refers to the state in which the relevant switches are actuated according to a closed state.
  • Open controlled refers to a state in which the relevant switches are actuated according to an opened switch state.
  • the switches are in particular semiconductor switches, for example transistors, preferably MOSFET transistors and in particular insulated gate bipolar transistors (IGBTs).
  • the switches are circuit breakers.
  • the control can be implemented by means of a programmable processor, for example by means of a microprocessor and associated memory, and / or by means of an ASIC, possibly further components (drivers, amplifiers , sensors, etc.) being used for the conversion.
  • the electrical system can also have an AC connection. This is connected via the windings with the AC terminals of the power converter.
  • the configuration controller is set up to openly open the delta switch group when power is transferred through the AC connection terminal.
  • the configuration controller is further configured to openly control the star switch group (if any) when 0
  • the configuration control is set up to control a switch, a switch, or a plurality of switches, in particular all switches of the star switch group, when energy is transmitted via the DC connection.
  • Star switch group is connected to those ends of the windings which are opposite to the ends which are (directly) connected to the power converter.
  • the star switch group and the power converter are on opposite sides of the windings.
  • the vehicle electrical system preferably also has an energy storage unit. This is connected to the ground connection and on
  • the energy storage unit is connected to a
  • the current ⁇ judge is designed here, energy between the
  • the power converter is designed to transfer energy between the ground terminal and a DC supply potential on the one hand and the AC terminals on the other hand.
  • the switches of the power converter are preferably semiconductor switches, as described above.
  • the switches of the power converter are preferably semiconductor switches, as described above.
  • Switch groups are also preferably semiconductor switches, as described above, but may also be electromechanical switches, or may be realized by means of thyristors or TRIACs.
  • the energy storage unit comprises a traction battery ⁇ and is adapted to supply the electric machine as a traction engine of the vehicle.
  • the electric machine another electric drive of the Be vehicle, for example, a drive of an electric air compressor or a starter generator.
  • the energy ⁇ storage unit comprises a series circuit of the galvanic cells, preferably secondary cells, especially lithium-based batteries cells.
  • the energy storage unit can in particular comprise a lithium accumulator, which is preferably connected to the converter (without further conversion and thus directly), or which is connected to the converter via a DC / DC converter (the energy storage unit).
  • the abbreviations DC and AC are used here for direct current or alternating current, as is generally known.
  • the electric machine is preferably an asynchronous motor, but may also correspond to another type of electric machine.
  • the electrical machine may comprise a plurality of groups of said windings, wherein at least one group of the windings is connected as described herein, in particular by means of a delta switch group, which is controlled by a configuration control as described herein.
  • the AC connection terminals and the DC connection terminals may also be secure connections and / or one
  • EMC filters include.
  • a method for operating a motor vehicle electrical system is also described.
  • the motor vehicle electrical system preferably corresponds to the motor vehicle electrical system described hereinbefore.
  • a method is described for operating a motor vehicle electrical system that includes windings of an electrical machine, an energy storage unit and a power converter that connects them.
  • windings, the electric machine, the energy storage unit and / or the power converter realized as shown above.
  • the windings of the electric machine in a triangle configuration.
  • the triangle switch group is used to establish the triangle configuration.
  • the triangular switch group is preferably correspondingly driven by the configuration controller in order to represent the triangular configuration of the windings.
  • the DC Anitatis- preferably corresponding connection to the above-described DC-An ⁇ connection port.
  • the energy over at least one switch of the triangular switch group and preferably also over the
  • At least one switch of the delta switch group is used by both functions or used in both states.
  • a driving state a state is described in which the motor vehicle is driving or ready for driving and ins ⁇ Speeds up, without acceleration or decelerates, preferably by recuperation.
  • the DC power transmission ⁇ state excludes the driving condition. In the same way, the driving state also excludes the DC power transmission state. This also applies to an AC power transmission state.
  • the windings of the electric machine are either (preferably by means of Triangle switch group) are operated in triangular configurations, or (in particular by means of a star switch group) operated in star configuration.
  • electrical energy is transferred between the DC connection terminal and the energy storage unit via at least one switch of the delta switch group.
  • energy is transmitted via at least one switch of the star switch group (and also via at least one switch of the triangle switch group).
  • this electrical energy is transmitted via the power converter, in which case energy is not transmitted over the entire power converter but preferably only one or more, but not all switches of the power converter.
  • energy is transmitted via an inverse diode of a switch or via a plurality of inverse diodes of several switches of the power converter.
  • diodes connected in antiparallel to the switch of the power converter can also be used.
  • An inverse diode is diodes formed by the semiconductor structure which also forms a (semiconductor) switch.
  • a connected diode is designed in particular as a physically independent component, in particular as a discrete component, which has its own connections and / or its own housing.
  • the current by means of which the electrical energy is transmitted is preferably at least 10%, at least 15% or at least 20% or 30% and in particular at least 50% above the maximum switching current of the power converter or above the maximum
  • the energy is transmitted (in the form of a current) via at least one inverse diode of a switch of the power converter or via at least one diode connected in antiparallel to the switch.
  • the energy can thus be transmitted via an inverse diode of a switch, or via a diode which is connected in antiparallel to the switch, or both.
  • the energy may be transmitted via the inodes of a plurality of switches, or via the diodes, which are each connected in antiparallel to a switch, or both.
  • the electric machine When driving, depending on a current torque request and / or depending on a speed request or depending on an actual speed, the electric machine can be operated in star configuration or in a triangle configuration.
  • the windings are the electric machine in star configuration operated.
  • the electric machine is operated in a star configuration when the vehicle is in a start-up phase, which in particular is linked to a speed that is below a speed threshold.
  • the windings of the electric machine are operated in a triangle configuration.
  • the windings by means of
  • Star switch group operated in star configuration or operated by means of the triangle switch group in Dreieckkonfigu ⁇ ration.
  • An AC power transmission state may also be provided.
  • electric energy is between one
  • connection terminals are preferably male connectors ⁇ , for example according to a standard such as CHAdeMO (ISO 51851-23 and -24) or CCS (IEC 60309) or IEC 62196 or SAE J1772.
  • FIG. 1 serves for a more detailed explanation of the vehicle electrical system described here, as well as the method described here.
  • 1 shows an exemplary motor vehicle electrical system with an energy storage ES, a power converter SR, windings Wl to W3 an electrical machine and with a DC connection terminal, which is represented by the positive terminal DC + and by the negative terminal DC-.
  • the windings W1 to W3 are connected via the power converter SR to the energy storage unit ES.
  • the DC connection terminal in particular its positive terminal DC +, is connected to the power converter via the windings W1 to W3.
  • the windings Wl to W3 are connected to an AC side of the power converter SR, and the power storage unit ES is connected to a DC side of the power converter SR.
  • the energy storage unit ES is in particular connected to a DC side of the power converter SR, which comprises a ground potential and a positive potential P.
  • the power converter SR comprises a plurality of full bridges
  • High-side switches 11 to 13 and low-side switches 21 to 23 Each of a high-side and a low-side switch are connected in series, wherein the connection point provides an AC connection AI to A3.
  • the AC terminals AI to A3 may also be referred to as phase terminals of the power converter SR.
  • Parallel to each switch 11 to 23 antiparallel diodes 1 to 6 are connected. If one of the switches 11 to 23 is activated according to a closed switching state, the flow direction of the current is opposite to the forward direction of the associated diode 1 to 6.
  • the diodes 1 to 6 are the inverse diodes or body diodes, which are inherently part of the relevant semiconductor switch.
  • the diodes 1-6 can also be antiparallel to the switches 11-23 connected diodes, which is designed as an independent component. It is also a combination of inverse diodes and diodes as an independent component possible.
  • An example of a diode as a self-contained device is shown as a diode 1 ⁇ (in dashed lines). This is connected antiparallel to the switch. In other words, the diode 1 ⁇ (as well as the diodes 1-6) on a flow direction, which points to the positive potential P of the power converter (or the DC ⁇ current side of the power converter SR).
  • each switch 11 to 23 comprises a control terminal (indicated by an arrow directed to the relevant switch). It is symbolically ⁇ is provided that a power converter control C2 is individually or individually connected to these switches. This is to be represented by the double arrow, which, starting from the power converter control C2, points to the switches 11 - 23 or their control connections.
  • Converter converter C2 from the DC voltage of the energy store (given by mass and the positive potential P) a multi-phase AC voltage, which is the windings Wl to W3 supplied. As a result, the windings W1 to W3 generate a rotating field, so that the electric machine rotates.
  • windings Wl to W3 are also connected to each other via triangle switch group Dl to D3. If the switches D 1, D 2, D 3 of the delta-switch group D 1 to D 3 are closed, the windings W 1 to W 3 are connected to one another in a three-phase delta connection.
  • a star switch group Sl, S2 is shown, by means of which the windings Wl to W3 at one end to each other can be connected so as to form a common star point.
  • a configuration control C1 is provided, which is connected to the switch groups D1 to D3 and S1, S2 in a controlled manner.
  • a driving state either all the switches of the triangle switch group Dl - D3 are closed and the switches of the star switch group Sl, S2 are open, or all switches of the triangle switch group Dl - D3 are open and the switches Sl, S2 of the star switch switch group (all) ge ⁇ closed. It can also be provided within the driving state, an idle state, which provides that all switches of all switch groups Dl - D3 and Sl, S2 are open.
  • DC energy is to be transmitted via the DC connection terminal through the positive terminal DC + and the ground terminal, then (for example, the configuration control C1) closes the switch D1 and all other switches D2, D3, S1, S2 remain open. Then, via the connection between DC + and via the switch Dl, current can flow to the AC connection AI, and from there flow via the diode 1 and / or via the diode 1 ⁇ to the energy storage unit ES in order to charge it.
  • energy can be transmitted via the diode 1 (and / or diode 1 ⁇ ), the AC terminal AI and the switch D2 energy to the DC connection terminal.
  • Another possibility is to provide the switches Dl, S2 and D3 closed in the power transmission state, while the other switches of the switch groups are opened.
  • energy from the positive terminal DC + on the one hand via the switch Dl and the AC power and on the Diode 1 (or diode 1 ⁇ ) flow to the energy storage unit ES, and may also in parallel thereto via the switch S2, and via the switch D3 (which are in this case in series), energy to the AC terminal A3, and transmitted from there via the diode 3 to the energy storage unit ES.
  • energy can also flow in the opposite direction, for example, to re-energize the vehicle.
  • Star switch group (switch Sl, S2) are closed in Energy undergraduatetra ⁇ ment state, so that there are three paths: a first path from the terminal DC + via the switch Dl, the
  • switches Dl-D3 are configured to configure windings W1-W3 in a triangular configuration (and optionally also in a star configuration, see switches S1, S2) in the driving state, whereby at least one of the switches D1, D2 and / or D3 which Triangle) configuration is used to bridge the windings Wl, W2 and / or W3, so that , 0
  • Power converter SR can flow.
  • the triangle switch group is further used to bridge at least one winding when energy is transferred between the energy storage unit and the energy storage unit
  • the switches S1 and S2 are preferably opened. If only single-phase energy is transmitted via the AC connection terminal, then at least one switch of the star switch group Sl, S2 can be closed. In an alternative embodiment, all switches of all switch groups are opened when AC power is to be transmitted via the AC connection terminal in a power transmission ⁇ state.
  • the power transmission state can thus include two (up übli ⁇ chzel exclusive) states, namely supply condition a DC power transmission state and an AC Energyberger- tra-.
  • energy is exchanged between the DC connection terminal and the energy storage unit ES, in particular via at least one of the switches of the delta switch group and possibly also via a switch of the star switch group, as well as via at least one diode of the power converter SR.
  • the diode can be part of a switch , _
  • energy can be transmitted between the AC connection terminal and the energy storage unit ES, in this case in particular via the windings W1, W2 and W3 (preferably at the open position)
  • Star switch group Sl, S2 In this case, furthermore, the energy is transmitted via the power converter SR, in particular via its switches 11 to 23.
  • the triangle switch group When the triangle switch group is closed at the same time, in the AC power transmission state, the
  • Windings Wl to W3 bridged. If these are open, the energy flows through at least one of the windings W1 to W3, which in this case can realize a filtering effect.
  • control system can also control the configura tion control ⁇ Cl, so that these depending on the desired configuration and at the desired lock-up (during a power transmission state), the switch groups Sl and Dl to D3, actuates S2 as described above.
  • the switches 11-23 of the power converter SR are preferably switched off for switching frequencies above one kilohertz (preferably over 10 or 20 kilohertz)
  • the switches D1 to D3 and S1, S2 can be designed for significantly lower switching frequencies, in particular for significantly fewer switching operations during the Lifetime as compared to the switches 11 to 23. Therefore, come for the switch Dl to D3 and Sl, S2 also electromechanical switch into consideration.
  • the switches 11 to 23, however, are preferably formed by a transistor which can form as the inverse diodes 1 to 6.
  • Parallel to the diode 1, 2 or 3, to the diodes 1 and 3, to the diodes 2 and 3, to the diodes 1 and 2, or to the diodes 1, 2 and 3 can each have a (further) diode like the diode 1 ⁇ be connected to increase the current carrying capacity.
  • the further diode 1 ⁇ is connected in parallel to the (inverse) diode 1 and is connected in anti-parallel to the switch 11. The direction of flow of the diode or diodes points to the positive potential P of the power converter SR.
  • transistors which have an inverse diode can be used as switches of the power converter SR or as switches of the full-bridge circuit formed there (multiphase).
  • an additional diode such as the diode 1 ⁇ may be connected in parallel with at least one of the inverse diodes. This does not disturb the operation of the current ⁇ judge as an inverter (in the driving state), since it usually does not conduct in this state, and increases the maximum transferable power in the energy transfer state. It can all switches with an additional diode are designed as a discrete component (with a flow direction as shown in FIG. 1), only the high-side switches of the power converter can be equipped with such an additional discrete diode or only those can be equipped
  • High-side switch can be equipped with an additional discrete diode, via which the configuration control Dl (by controlling the respective switch) also flow current.
  • a diode may be connected in antiparallel as a discrete component at least at one switch of the power converter. This is the case, in particular, when the switches do not use components which have an inversion diode, but also in the case where switching elements having an inverse diode are used, an (additional) discrete, antiparallel-connected diode 1 ⁇ is applied the relevant switch is connected.
  • SR converter in particular as an inverter, preferably designed as a B6C bridge and in particular as a full-wave bridge circuit

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Abstract

Es wird ein Kraftfahrzeugbordnetz mit einem Stromrichter (SR), Wicklungen (W1 bis W3) einer elektrischen Maschine und einer Dreieck-Schaltergruppe (D1 - D3) beschrieben. Die elektrische Maschine ist an den Stromrichter (SR) angeschlossen, wobei ein DC-Anbindungsanschluss (DC+, DC-) vorgesehen ist. Die Dreieck-Schaltergruppe (D1 - D3) verbindet die Wicklungen in Dreieckkonfiguration. Mindestens ein Schalter (D1) der Dreieck-Schaltergruppe verbindet ferner mindestens einen Wechselstromanschluss (A1) des Stromrichters (SR) mit dem DC-Anbindungsanschluss (DC+, DC-). Eine Konfigurationssteuerung (C1) steuert die Dreieck-Schaltergruppe (D1 - D3) an und hat zum einen die Funktion, gemäß einer Konfigurationsvorgabe die Dreieck-Schaltergruppe innerhalb eines Fahrzustandes geschlossen oder offen anzusteuern. Wenn über den DC-Anbindungsanschluss Energie übertragen wird, wird mindestens ein Schalter (D1) der Dreieck-Schaltergruppe von der Konfigurationssteuerung gemäß einem geschlossenen Schaltzustand angesteuert. Ferner ist ein zugehöriges Verfahren beschrieben

Description

Beschreibung
KRAFTFAHRZEUG-BORDNETZ FÜR EIN ELEKTRISCH ANGETRIEBENES FAHRZEUG UND
VERFAHREN ZUM BETRIEB EINES KRAFTFAHRZEUG-BORDNETZES
Es ist bekannt, Kraftfahrzeuge mittels einer Batterie als Energiespeicher anzutreiben, wobei der elektrische Antrieb eine elektrische Maschine umfasst. Zum einen sind zur Erzeugung eines Drehfelds und allgemein zur Steuerung der elektrischen Maschine Halbleiter erforderlich, insbesondere die Halbleiterschalter eines Stromrichters, um mittels der Gleichspannung des Ener¬ giespeichers die elektrische Maschine betreiben zu können.
Weiterhin ist allgemein bekannt, dass Fahrzeuge mit einem elektrischen Energiespeicher, der insbesondere zur Traktion dient, über eine Ladeschnittstelle am Äußeren des Fahrzeugs („Plug-in") aufgeladen werden kann, wobei diese Schnittstelle auch zur Rückspeisung elektrischer Energie aus dem Fahrzeug an eine stationäre Einheit verwendet werden kann. Zu dieser Energieübertragung sind ebenso steuerende Elemente notwendig, die insbesondere ebenso als Halbleiterbauelemente ausgebildet sind .
Da gerade bei höheren Leistungen von mehreren Kilowatt die erforderlichen Leistungshalbleiter einen erheblichen Kostenpunkt darstellen können, ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mittels der ein elektrischer Antrieb eines Fahrzeugs und das zugehörige Fahrzeugbordnetz kosten¬ effizient realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch das Kraftfahrzeug-Bordnetz und durch das Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere Merkmale, Eigen- Schäften und Ausführungsformen sowie deren Wirkungsweisen ergeben sich mit der weiteren Beschreibung und der Figur 1.
Es wird vorgeschlagen, einen Energiespeicher eines Kraft- fahrzeug-Bordnetzes mit einem DC-Anbindungsanschluss über mindestens einen Schalter zu verbinden, der auch zur Auswahl einer Dreieckkonfiguration der Wicklungen der elektrischen Maschine des Antriebs verwendet wird. Dadurch können insbe¬ sondere die Wicklungen der elektrischen Maschine von einem oder mehreren Schaltern einer Dreieck-Schaltergruppe überbrückt werden, sodass ein DC-Anbindungsanschluss direkt über den Stromrichter bzw. über ein oder mehrere Schalter hiervon Energie direkt in eine Energiespeichereinheit übertragen kann, die über den Stromrichter mit der elektrischen Maschine verbunden ist. Dadurch kann zumindest ein Schalter der Dreieck-Schaltergruppe (welche zur Realisierung einer Dreieckkonfiguration der elektrischen Maschine verwendet werden kann) für zwei Funktionen verwendet, nämlich zum Erzeugen der Dreieckskonfiguration sowie zum Überleiten von Energie zwischen einer Energiespeichereinheit und einem DC-Anbindungsanschluss. Da nur dann über den
DC-Anbindungsanschluss Energie übertragen wird, wenn das Fahrzeug nicht fährt, beeinträchtigen sich die beiden Funktionen gegenseitig nicht, obwohl zumindest ein Schalterelement für beide Funktionen verwendet wird. Es ist insbesondere kein zusätzlicher Schalter zur Energieübertragung über den
DC-Anbindungsanschluss notwendig, der zur Energieübertragung geschlossen wird und ansonsten offen angesteuert wird.
Ein Kraftfahrzeugbordnetz ist mit einem Stromrichter, Wicklungen einer elektrischen Maschine und einer Dreieck-Schaltergruppe ausgestattet. Die elektrische Maschine ist an den Stromrichter angeschlossen, wobei ein DC-Anbindungsanschluss vorgesehen ist. Die Dreieck-Schaltergruppe verbindet die Wicklungen in Drei¬ eckkonfiguration. Mindestens ein Schalter der Drei- eck-Schaltergruppe verbindet ferner mindestens einen Wech- selstromanschluss des Stromrichters mit dem DC-Anbindungsan- schluss. Eine Konfigurationssteuerung steuert die Drei¬ eck-Schaltergruppe an und hat zum einen die Funktion, gemäß einer Konfigurationsvorgabe die Dreieck-Schaltergruppe innerhalb eines Fahrzustandes geschlossen oder offen anzusteuern. Wenn über den DC-Anbindungsanschluss Energie übertragen wird, wird mindestens ein Schalter der Dreieck-Schaltergruppe von der Konfigurationssteuerung gemäß einem geschlossenen Schaltzustand angesteuert. Ferner ist ein zugehöriges Verfahren beschrieben.
Es wird ein Kraftfahrzeug-Bordnetz beschrieben, das einen Stromrichter, eine elektrische Maschine, eine Drei¬ eck-Schaltergruppe und einen DC-Anbindungsanschluss umfasst. Der Stromrichter ist mit einem Masseanschluss bzw. mit einem Massepotential ausgestattet, der mit dem DC-Anbindungsanschluss verbunden ist, insbesondere mit dessen Masseanschluss. Die elektrische Maschine weist Wicklungen auf, die mit dem
Stromrichter verbunden sind. Insbesondere ist die elektrische Maschine mit Wechselstromanschlüssen des Stromrichters ver¬ bunden. Der Stromrichter ist vorzugsweise ein Inverter und kann als unidirektionaler oder bidirektionaler Inverter ausgestaltet sein. Die Dreieck-Schaltergruppe verbindet die Wicklungen in Dreieckkonfiguration. Bei geschlossener Schaltergruppe sind die Wicklungen in Dreieckkonfiguration geschaltet. Bei offener
Dreieck-Schaltergruppe sind die Wicklungen nicht in Dreieck¬ konfiguration geschaltet. Bei einer Dreieckkonfiguration bilden die Wicklungen einen geschlossenen Kreis; die Wicklungen sind in diesem Fall in Reihe geschaltet, wobei die Enden der Reihen- Schaltung miteinander verbunden sind (wodurch die Reihenschaltung in sich geschlossen ist) .
Der DC-Anbindungsanschluss ist ferner über mindestens einen Schalter der Dreiecks-Schaltergruppe an mindestens einen der Wechselstromanschlüsse (des Stromrichters) angeschlossen. Mit anderen Worten verbindet mindestens ein Schalter der Drei- ecks-Schaltergruppe den DC-Anbindungsanschluss (insbesondere dessen positiven Anschluss) mit dem Stromrichter. Die Wech- selstromanschlüsse sind an der Seite des Stromrichters, an dem Wechselstrom abgegeben werden kann, wobei der Stromrichter ferner eine Gleichstromseite aufweist. An diese ist insbesondere eine Energiespeichereinheit angeschlossen. Der DC-Anbindungsanschluss ist somit mit Masse sowie über mindestens einen Schalter der Dreieck-Schaltergruppe an den Stromrichter bzw. an einen von dessen Wechselstromanschlüssen verbunden. Hierbei kann diese Verbindung über einen Schalter der Dreieck-Schaltergruppe, über zwei Schalter der Dreieck-Schaltergruppe oder über alle Schalter der Dreieck-Schaltergruppe vorgesehen sein.
Das Fahrzeugbordnetz weist ferner eine Konfigurationssteuerung auf, die mit der Dreieck-Schaltergruppe ansteuernd verbunden ist. Insbesondere ist die Konfigurationssteuerung mit jedem der Schalter der Dreieck-Schaltergruppe individuell ansteuernd verbunden. Die Konfigurationssteuerung ist eingerichtet, gemäß einer Konfigurationsvorrichtung die Dreieck-Schaltergruppe geschlossen oder offen anzusteuern, wenn sich das Fahrzeugbordnetz in einem Fahrzustand befindet. Ferner ist die Kon¬ figurationssteuerung eingerichtet, den mindestens einen
Schalter der Dreieck-Schaltergruppe geschlossen anzusteuern, wenn über den DC-Anbindungsanschluss Energie übertragen wird. Der mindestens eine Schalter ist hierbei derjenige mindestens eine Schalter, der den DC-Anbindungsanschluss mit mindestens einem der Wechselstromanschlüsse des Stromrichters verbindet.
Die Konfigurationssteuerung kann einen Konfigurationseingang haben, an dem ein Signal empfangen werden kann, welches eine Soll-Konfiguration angibt. Die Konfiguration bezieht sich hierbei auf die Konfiguration der Wicklungen. Das Signal gibt die n
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Konfiguration wieder und gibt insbesondere wieder, dass eine Dreieck-Konfiguration einzustellen ist, dass eine Dreieck-Konfiguration zu öffnen ist (das heißt dass die Drei¬ eck-Schaltergruppe teilweise oder vollständig zu öffnen ist) oder kann vorgeben, dass eine Sternkonfiguration bestehen soll, bei der ein Ende jeder Wicklung mit einem gemeinsamen Sternpunkt verbunden ist, oder wiedergeben, dass eine Sternkonfiguration aufzulösen ist (wobei zumindest eine Wicklung oder alle
Wicklungen nicht mit dem Sternpunkt verbunden sind) . Die Konfigurationsvorgabe kann insbesondere auch darin bestehen, dass mindestens ein Schalter der Dreieck-Schaltergruppe ge¬ schlossen sein soll, um das Bordnetz in einen Zustand zu versetzen, bei dem Energie von dem DC-Anbindungsanschluss über die Dreieck-Schaltergruppe an den Stromrichter übertragen werden kann. Die letztgenannte Konfiguration entspricht einem Lade¬ zustand. Die einzustellende Konfiguration kann daher eine für einen Fahrzustand geeignete Konfiguration sein, d.h. eine Sternkonfiguration oder eine Dreieckkonfiguration, und kann ferner eine zum Laden geeignete Konfiguration sein, bei der mindestens ein Schalter der Dreieck-Schaltergruppe geschlossen ist, um Energie zwischen dem DC-Anbindungsanschluss einerseits und dem Stromrichter bzw. der Energiespeichereinheit ande¬ rerseits (über den mindestens einen Schalter) übertragen zu können .
Es kann eine Stern-Schaltergruppe vorgesehen sein, die die Wicklungen mit einem gemeinsamen Sternpunkt (über individuelle Schalter) verbindet. Auch diese Stern-Schaltergruppe ist mit der Konfigurationssteuerung verbunden. Mit anderen Worten ist die Konfigurationssteuerung auch ansteuernd mit der Stern-Schaltergruppe verbunden. Die Konfigurationssteuerung ist eingerichtet, gemäß der Konfigurationsvorgabe entweder die Drei¬ eck-Schaltergruppe geschlossen und die Stern-Schaltergruppe offen anzusteuern, oder die Dreieck-Schaltergruppe offen und die Stern-Schaltergruppe geschlossen anzusteuern. Im Fahrzustand sind die Dreieck-Schaltergruppe und die Stern-Schaltergruppe wechselseitig geöffnet oder geschlossen. Es kann eine über¬ geordnete Steuerung vorgesehen sein, die die Konfigurations- Steuerung (vorzugsweise direkt) und den Stromrichter (vorzugsweise über eine Stromrichtersteuerung des Bordnetzes oder ebenso direkt) ansteuert.
Das Bordnetz weist vorzugsweise eine Stromrichtersteuerung auf. Diese kann Teil des Stromrichters sein oder kann nicht Teil des Stromrichters, jedoch Teil des Bordnetzes sein. Insbesondere kann die Stromrichtersteuerung und die Konfigurationssteuerung als eine integrale Einheit ausgebildet sein, vorzugsweise zusammen mit der übergeordneten Steuerung. Die Stromrichter- Steuerung ist ansteuernd mit Schaltern des Stromrichters verbunden. Der Stromrichter bildet insbesondere eine B6C-Brücke oder eine andere Vollwellenbrückenschaltung, wobei die Schalter die einzelnen Schalter der Brücke sind. Die Stromrichtersteuerung kann eingerichtet sein, die Schalter des Stromrichters zur Erzeugung eines Drehfelds in den Wicklungen anzusteuern, wenn sich das Fahrzeugbordnetz in dem Fahrzustand befindet. Ins¬ besondere wenn die Konfigurationssteuerung die betreffende Schaltergruppe gemäß einer Sternkonfiguration oder gemäß einer Dreieckkonfiguration ansteuert, erzeugen die Schalter des Stromrichters einen Drehstrom, der in den Wicklungen in ein magnetisches Drehfeld gewandelt wird. Die Stromrichtersteuerung ist eingerichtet, bei entsprechender Konfigurationsvorgabe bzw. bei entsprechendem Signal einer übergeordneten Steuerung die Schalter des Stromrichters zur Erzeugung eines Drehstroms bzw. eines Drehfelds in den Wicklungen anzusteuern.
Die Stromrichtersteuerung ist ferner eingerichtet, alle Schalter des Stromrichters offen anzusteuern, wenn über den
DC-Anbindungsanschluss Energie übertragen wird. Hierbei kann die Stromrichtersteuerung einen Eingang umfassen, an dem ein Signal empfangen werden kann, welches den Zustand (Fahrzustand bzw. Konfigurationszustand oder Energieübertragungszustand) wie¬ dergibt .
Hierbei kann die eine übergeordnete Steuerung eingerichtet sein, zu erfassen, ob das Bordnetz bzw. über den DC-Anbindungsanschluss geladen oder rückgespeist wird, wobei die Stromrichtersteuerung ferner eingerichtet ist, beim Übertragen von Energie (das heißt beim Laden oder beim Rückspeisen) alle Schalter des Stromrichters offen anzusteuern.
Mit „geschlossen ansteuern" wird der Zustand bezeichnet, in dem die betreffenden Schalter gemäß einem geschlossenen Zustand angesteuert werden. Mit „offen ansteuern" wird ein Zustand bezeichnet, in dem die betreffenden Schalter gemäß einem geöffneten Schalterzustand angesteuert werden.
Die Schalter sind insbesondere Halbleiterschalter, bei- spielsweise Transistoren, vorzugsweise MOSFET-Transistoren und insbesondere Bipolar-Transistoren mit isoliertem Gate (IGBTs) . Die Schalter sind Leistungsschalter. Die Steuerung kann mittels eines programmierbaren Prozessors umgesetzt werden, etwa mittels eines Mikroprozessors und zugehörigem Speicher, und/oder mittels eines ASICs, wobei ggf. weitere Bauelemente (Treiber, Ver¬ stärker, Sensoren, ...) zur Umsetzung verwendet werden.
Das Bordnetz kann ferner einen AC-Anbindungsanschluss aufweisen. Dieser ist über die Wicklungen mit den Wechselstromanschlüssen des Stromrichters verbunden. Die Konfigurationssteuerung ist eingerichtet, die Dreieck-Schaltergruppe offen anzusteuern, wenn über den AC-Anbindungsanschluss Energie übertragen wird. Die Konfigurationssteuerung ist ferner eingerichtet, die Stern-Schaltergruppe (sofern vorhanden) offen anzusteuern, wenn 0
o über den AC-Anbindungsanschluss Energie übertragen wird. Die Konfigurationssteuerung ist eingerichtet, keinen Schalter, einen Schalter, oder mehrere Schalter, insbesondere alle Schalter der Stern-Schaltergruppe geschlossen anzusteuern, wenn über den DC-Anschluss Energie übertragen wird. Die
Stern-Schaltergruppe ist an denjenigen Enden der Wicklungen angeschlossen, welche entgegengesetzt zu den Enden sind, die mit dem Stromrichter (direkt) verbunden sind. Mit anderen Worten befindet sich die Stern-Schaltergruppe und der Stromrichter an entgegengesetzten Seiten der Wicklungen.
Das Bordnetz weist vorzugsweise ferner eine Energiespeichereinheit auf. Diese ist an den Masseanschluss und an ein
DC-Versorgungspotential des Stromrichters angeschlossen. Mit anderen Worten ist die Energiespeichereinheit an eine
Gleichstromseite des Stromrichters angeschlossen. Der Strom¬ richter ist hierbei ausgebildet, Energie zwischen der
Gleichstromseite und der Wechselstromseite wandelnd zu über¬ tragen. Der Stromrichter ist ausgebildet, Energie zwischen dem Masseanschluss und einer dem DC-Versorgungspotential einerseits und den Wechselstromanschlüssen andererseits wandelnd zu übertragen .
Die Schalter des Stromrichters sind vorzugsweise Halbleiter- Schalter, wie sie oben beschrieben sind. Die Schalter der
Schaltergruppen sind ebenso vorzugsweise Halbleiterschalter, wie sie vorangehend beschrieben sind, können jedoch auch elektromechanische Schalter sein, oder können mittels Thyristoren bzw. TRIACs realisiert werden.
Die Energiespeichereinheit umfasst insbesondere eine Traktions¬ batterie bzw. ist eingerichtet, die elektrische Maschine als Traktionsmaschine des Fahrzeugs zu versorgen. Ferner kann die elektrische Maschine ein anderer elektrischer Antrieb des Fahrzeugs sein, beispielsweise ein Antrieb eines elektrischen Klimakompressors oder eines Startergenerators. Die Energie¬ speichereinheit umfasst insbesondere eine Reihenschaltung von galvanischen Zellen, vorzugsweise von Sekundärzellen, insbe- sondere Lithium-basierten Akkumulatorenzellen. Die Energiespeichereinheit kann insbesondere einen Lithiumakkumulator umfassen, der vorzugsweise (ohne weitere Wandlung und somit direkt) mit dem Stromrichter verbunden ist, oder der über einen DC/DC-Wandler (der Energiespeichereinheit) mit dem Stromrichter verbunden ist.
Die Abkürzungen DC bzw. AC werden hierbei für Gleichstrom bzw. Wechselstrom verwendet, wie allgemein bekannt ist. Die elektrische Maschine ist vorzugsweise ein Asynchronmotor, kann jedoch auch einem anderen Typ einer elektrischen Maschine entsprechen. Die elektrische Maschine kann mehrere Gruppen der genannten Wicklungen umfassen, wobei zumindest eine Gruppe der Wicklungen wie hierin beschrieben angeschlossen ist, insbesondere mittels einer Dreieck-Schaltergruppe, die von einer Konfigurationssteuerung angesteuert wird, wie sie hierin beschrieben wird.
Die AC-Anbindungsanschlüsse und die DC-Anbindungsanschlüsse können ferner gesicherte Anschlüsse sein und/oder einen
EMV-Filter umfassen.
Es wird ferner ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes beschrieben. Hierbei entspricht vorzugsweise das Kraftfahrzeug-Bordnetz dem hier vorangehend beschriebenen Kraftfahrzeug-Bordnetz. Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes, das Wicklungen einer elektrischen Maschine, eine Energiespeichereinheit und einen Stromrichter umfasst, der diese verbindet, beschrieben. Hierbei sind die Wicklungen, die elektrische Maschine, die Energiespeicher- einheit und/oder der Stromrichter wie vorangehend dargestellt realisiert .
In einem Fahrzustand des Bordnetzes (bzw. des Kraftfahrzeugs) werden die Wicklungen der elektrischen Maschine in Dreieckkonfiguration. Hierzu wird insbesondere die Dreieck-Schaltergruppe verwendet, um die Dreieckkonfiguration herzustellen. Vorzugsweise wird hierbei die Dreieck-Schaltergruppe von der Konfigurationssteuerung entsprechend angesteuert, um die Dreieckkonfiguration der Wicklungen darzustellen.
In einem DC-Energieübertragungszustand wird elektrische Energie zwischen einem DC-Anbindungsanschluss und der Energiespei¬ chereinheit übertragen. Hierbei entspricht der DC-Anbindungs- anschluss vorzugsweise dem vorangehend beschriebenen DC-An¬ bindungsanschluss. Insbesondere wird in dem DC-Energieüber¬ tragungszustand die Energie über mindestens einen Schalter der Dreieck-Schaltergruppe (und vorzugsweise auch über den
Stromrichter) übertragen. Dadurch, dass im DC-Energieüber- tragungszustand Energie über die Dreieck-Schaltergruppe übertragen wird, und auch im Fahrzustand ein Strom über die Dreieck-Schaltergruppe fließt (insbesondere zur Erzeugung eines Drehfelds) , wird mindestens ein Schalter der Dreieck-Schaltergruppe von beiden Funktionen nutzt bzw. in beiden Zuständen verwendet. Als Fahrzustand wird ein Zustand beschrieben, in dem das Kraftfahrzeug fährt oder zum Fahren bereit ist und ins¬ besondere beschleunigt, ohne Beschleunigung fährt oder abbremst, vorzugsweise per Rekuperation . Der DC-Energieübertragungs¬ zustand schließt den Fahrzustand aus. In gleicher Weise schließt der Fahrzustand auch den DC-Energieübertragungszustand aus . Dies trifft auch für einen AC-Energieübertragungszustand zu.
In dem Fahrzustand des Bordnetzes werden die Wicklungen der elektrischen Maschine entweder (vorzugsweise mittels der Dreieck-Schaltergruppe) in Dreieckkonfigurationen betrieben, oder werden (insbesondere mittels einer Stern-Schaltergruppe) in Sternkonfiguration betrieben. In dem DC-Energieübertragungszustand wird elektrische Energie zwischen dem DC-Anbindungsanschluss und der Energiespeichereinheit über mindestens einen Schalter der Dreieck-Schaltergruppe übertragen. Ferner kann vorgesehen sein, dass hierbei Energie über mindestens einen Schalter der Stern-Schaltergruppe übertragen wird (und auch über mindestens einen Schalter der Dreieck-Schaltergruppe) . Ferner ist vorgesehen, dass hierbei elektrische Energie über den Stromrichter übertragen wird, wobei hierbei Energie nicht über den gesamten Stromrichter sondern vorzugsweise nur über einen oder mehrere, jedoch nicht über alle Schalter des Stromrichters übertragen wird. Beispielsweise wird hierbei Energie über eine Inversdiode eines Schalters oder über mehrere Inversdioden mehrerer Schalter des Stromrichters übertragen. Anstatt oder in Kombination mit Inversdioden können auch antiparallel zu dem Schalter des Stromrichters ange- schlossene Dioden verwendet werden. Eine Inversdiode ist sind Dioden, die von der Halbleiterstruktur ausgebildet wird, die auch einen (Halbleiter- ) Schalter ausbildet. Eine angeschlossene Diode ist insbesondere als körperlich eigenständiges Bauelement ausgebildet, insbesondere als diskretes Bauelement, das über eigene Anschlüsse und/oder über ein eigenes Gehäuse verfügt.
Es kann vorgesehen sein, dass in dem Energieübertragungszustand elektrische Energie mittels eines Stroms übertragen wird, der über den maximalen Schaltstrom des Stromrichters liegt. Der maximale Schaltstrom des Stromrichters ergibt sich aus der
Dimensionierung der Schalter bzw. des Stromrichters und ist mit der Ausgestaltung des Stromrichters verknüpft. Da während des Energieübertragungszustands der Stromrichter kein Wechselfeld erzeugen muss, müssen auch dessen Schalter nicht geschaltet werden, sodass nicht der maximale Schaltstrom als obere Grenze zur Energieübertragung eine Rolle spielt, sondern der maximal zulässige Dauerstrom, der über die Schalter des Stromrichters bzw. über den Stromrichter übertragen werden kann. Der Strom, mittels dem die elektrische Energie übertragen wird, liegt vorzugsweise mindestens 10%, mindestens 15% oder mindestens 20% oder 30% und insbesondere mindestens 50% über dem maximalen Schaltstrom des Stromrichters bzw. über dem maximalen
Schaltstrom der Schalter des Stromrichters.
Im Energieübertragungszustand sind alle Schalter des Strom¬ richters geöffnet. Umfasst der Stromrichter eine mehrphasige Vollbrücke, so sind vorzugsweise beide Schalter jedes Brü¬ ckenzweigs in offenem Zustand. Die Energie wird hierbei (in Form eines Stroms) über mindestens eine Inversdiode eines Schalters des Stromrichters oder über mindestens eine antiparallel zu dem Schalter geschaltete Diode übertragen. Die Energie kann somit über einen Inversdiode eines Schalters übertragen werden, oder über eine Diode, die antiparallel zu dem Schalter geschaltet ist, oder über beides. Alternativ kann die Energie über die In- versdioden mehrerer Schalter übertragen werden, oder über die Dioden, die jeweils antiparallel zu einem Schalter angeschlossen sind, oder beides. Im Fahrbetrieb kann abhängig von einer aktuellen Drehmomentanforderung und/oder abhängig von einer Drehzahlanforderung oder abhängig von einer Ist-Drehzahl die elektrische Maschine in Sternkonfiguration oder in Dreieckkonfiguration betrieben werden. Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine gemäß einem Soll-Drehmoment, das oberhalb eines vorbestimmten Drehmo¬ ment-Schwellenwerts liegt, wobei der Betrieb ferner vorsieht, dass gemäß einer Soll-Drehzahl betrieben wird, die unterhalb eines vorbestimmten Drehzahl-Schwellenwerts liegt, werden die Wicklungen der elektrischen Maschine in Stern-Konfiguration betrieben. Mit anderen Worten wird die elektrische Maschine in Stern-Konfiguration betrieben, wenn sich das Fahrzeug in einer Anfahrphase befindet, die insbesondere mit einer Drehzahl verknüpft ist, die unter einem Drehzahl-Schwellenwert liegt.
Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine gemäß einer
Soll-Drehzahl oberhalb des Drehzahl-Schwellenwerts werden die Wicklungen der elektrischen Maschine in Dreieckkonfiguration betrieben. Hierbei werden die Wicklungen mittels der
Stern-Schaltergruppe in Sternkonfiguration betrieben oder werden mittels der Dreieck-Schaltergruppe in Dreieckkonfigu¬ ration betrieben.
Es kann ferner ein AC-Energieübertragungszustand vorgesehen sein. In diesem wird elektrische Energie zwischen einem
AC-Anbindungsanschluss und der Energiespeichereinheit über die Wicklungen der elektrischen Maschine sowie über den Stromrichter übertragen. Hierbei wandelt der Stromrichter den Stromtyp. In dem AC-Energieübertragungszustand ist eine Stern-Schaltergruppe, welche zur Verbindung der Wicklungen in Sternkonfiguration eingerichtet ist, geöffnet. Ferner ist die Dreieck-Schalter¬ gruppe vorzugsweise geöffnet. Der AC-Anbindungsanschluss entspricht insbesondere dem vorangehend genannten AC-Anbind¬ ungsanschluss. Als Anbindungsanschluss werden Anschlüsse be- zeichnet, die in einer Außenhaut eines Fahrzeugs vorgesehen sind. Anbindungsanschlüsse sind von einem Ort außerhalb des Fahrzeugs kontaktierbar . Anbindungsanschlüsse sind vorzugsweise Steck¬ anschlüsse, etwa gemäß eines Standards wie CHAdeMO (ISO 51851-23 und -24) oder CCS (IEC 60309) oder IEC 62196 oder SAE J1772.
Die Figur 1 dient zur näheren Erläuterung des hier beschriebenen Bordnetzes sowie dies hier beschriebene Verfahrens. Die Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Kraftfahrzeug-Bordnetz mit einem Energiespeicher ES, einem Stromrichter SR, Wicklungen Wl bis W3 einer elektrischen Maschine und mit einem DC-Anbindungs- anschluss, der durch den positiven Anschluss DC+ und durch den negativen Anschluss DC- wiedergegeben ist. Die Wicklungen Wl bis W3 sind über den Stromrichter SR mit der Energiespeichereinheit ES verbunden. Der DC-Anbindungsanschluss , insbesondere dessen positiver Anschluss DC+, ist über die Wicklungen Wl bis W3 mit dem Stromrichter verbunden. Die Wicklungen Wl bis W3 sind an eine Wechselstromseite des Stromrichters SR angeschlossen, und die Energiespeichereinheit ES ist an eine Gleichstromseite des Stromrichters SR angeschlossen. Die Energiespeichereinheit ES ist insbesondere an eine Gleichstromseite des Stromrichters SR angeschlossen, die ein Massepotential und ein positives Po- tential P umfasst.
Der Stromrichter SR umfasst mehrere Vollbrücken mit
High-Side-Schaltern 11 bis 13 und Low-Side-Schaltern 21 bis 23. Jeweils ein High-Side- und ein Low-Side-Schalter sind in Reihe geschaltet, wobei der Verknüpfungspunkt einen Wechselstrom- anschluss AI bis A3 bietet. Die Wechselstromanschlüsse AI bis A3 können auch als Phasenanschlüsse des Stromrichters SR bezeichnet werden. Parallel zu jedem Schalter 11 bis 23 sind antiparallele Dioden 1 bis 6 angeschlossen. Wird einer der Schalter 11 bis 23 gemäß einem geschlossenen Schaltzustand angesteuert, so ist die Flussrichtung des Stroms entgegengesetzt zur Durchlassrichtung der zugehörigen Diode 1 bis 6.
Falls der Stromrichter SR mittels MOSFETS oder IGBTS ausgestattet ist, so sind die Dioden 1 bis 6 die Inversdioden bzw. Bodydioden, welche inhärent Teil des betreffenden Halbleiterschalters sind. Die Dioden 1 - 6 können auch antiparallel zu den Schaltern 11 - 23 angeschlossene Dioden sein, die als eigenständiges Bauelement ausgeführt wird. Es ist auch eine Kombination von Inversdioden und Dioden als eigenständiges Bauelement möglich. Ein Beispiel für eine Diode als eigenständiges Bauelement ist als Diode 1 λ dargestellt (in gestrichelten Linien) . Diese ist antiparallel zm Schalter angeschlossen. Mit anderen Worten weist die Diode 1λ (wie auch die Dioden 1 - 6) eine Durchflussrichtung auf, die zum positiven Potential P des Stromrichters (bzw. der Gleich¬ stromseite des Stromrichters SR) weist.
In der Figur 1 umfasst jeder Schalter 11 bis 23 einen Steu- eranschluss auf (gekennzeichnet durch einen Pfeil, der auf den betreffenden Schalter gerichtet ist) . Es ist symbolhaft dar¬ gestellt ist, dass eine Stromrichtersteuerung C2 mit diesen Schaltern einzeln bzw. individuell verbunden ist. Dies soll durch den Doppelpfeil wiedergegeben werden, der ausgehend von der Stromrichtersteuerung C2 auf die Schalter 11 - 23 bzw. deren Steueranschlüsse weist.
Wenn die Wicklungen Wl bis W3 zum Erzeugen eines Drehfelds (und somit zum Drehen des Motors) angesteuert werden sollen, so erzeugen die Schalter 11 bis 23, angesteuert durch die
Stromrichtersteuerung C2, aus der Gleichspannung des Energiespeichers (gegeben durch Masse und dem positiven Potential P) eine mehrphasige Wechselspannung, die den Wicklungen Wl bis W3 zugeführt wird. Dadurch erzeugen die Wicklungen Wl bis W3 ein Drehfeld, sodass sich die elektrische Maschine dreht.
Die Wicklungen Wl bis W3 sind ferner über Dreieck-Schaltergruppe Dl bis D3 miteinander verbunden. Sind die Schalter Dl, D2, D3 der Dreieck-Schaltergruppe Dl bis D3 geschlossen, so sind die Wicklungen Wl bis W3 in einer dreiphasigen Dreieckschaltung untereinander verbunden.
Ferner ist eine Stern-Schaltergruppe Sl, S2 dargestellt, mittels der die Wicklungen Wl bis W3 an jeweils einem Ende miteinander verbunden werden können, um so einen gemeinsamen Sternpunkt auszubilden .
Es ist eine Konfigurationssteuerung Cl vorgesehen, die an- steuernd mit den Schaltergruppen Dl bis D3 sowie Sl, S2 verbunden ist .
In einem Fahrzustand sind entweder alle Schalter der Dreieck-Schaltergruppe Dl - D3 geschlossen und die Schalter der Stern-Schaltergruppe Sl , S2 sind geöffnet, oder alle Schalter der Dreieck-Schaltergruppe Dl - D3 sind offen angesteuert und die Schalter Sl, S2 der Stern-Schaltergruppe sind (alle) ge¬ schlossen. Es kann ferner innerhalb des Fahrzustands ein Leerlaufzustand vorgesehen sein, der vorsieht, dass alle Schalter aller Schaltergruppen Dl - D3 und Sl, S2 geöffnet sind.
Wenn über den DC-Anbindungsanschluss gegeben durch den positiven Anschluss DC+ und den Masseanschluss DC-Energie übertragen werden soll, so wird (von der Konfigurationssteuerung Cl) beispielsweise der Schalter Dl geschlossen und alle anderen Schalter D2, D3, Sl, S2 bleiben offen. Dann kann über die Verbindung zwischen DC+ und über den Schalter Dl Strom zum Wechselstromanschluss AI fließen, und von dort über die Diode 1 und/oder über die Diode 1 λ zur Energiespeichereinheit ES fließen, um diese aufzuladen. In komplementärer Weise kann ausgehend von der Energiespeichereinheit ES Energie über die Diode 1 (und/oder Diode 1λ), den Wechselstromanschluss AI und den Schalter D2 Energie an den DC-Anbindungsanschluss übertragen werden. Eine weitere Möglichkeit ist es, die Schalter Dl, S2 und D3 im Energieübertragungszustand geschlossen vorzusehen, während die anderen Schalter der Schaltergruppen geöffnet sind. In diesem Fall kann Energie von dem positiven Anschluss DC+ zum einen über den Schalter Dl und den Wechselstromanschluss sowie über die Diode 1 (bzw. Diode 1 λ) an die Energiespeichereinheit ES fließen, und kann ferner parallel hierzu über den Schalter S2, sowie über den Schalter D3 (die in diesem Fall in Serie sind) , Energie an den Wechselstromanschluss A3 übertragen, und von dort über die Diode 3 an die Energiespeichereinheit ES. Wie erwähnt kann auch Energie in der umgekehrten Richtung fließen, etwa um Energie vom Fahrzeug rückzuspeisen .
Weiterhin ist es möglich, dass alle Schalter der Drei- eck-Schaltergruppe (Schalter Dl bis D3) und alle der
Stern-Schaltergruppe (Schalter Sl, S2) im Energieübertra¬ gungszustand geschlossen sind, sodass drei Pfade bestehen: ein erster Pfad vom Anschluss DC+ über den Schalter Dl, den
Wechselstromanschluss AI und die Diode 1 zur Energiespei- chereinheit, ein zweiter Pfad über den Schalter S2, den Schalter D3, den Wechselstromanschluss A3 über die Diode 3 zur Ener¬ giespeichereinheit ES und ein dritter Pfad über den Schalter S2, den Schalter Sl und den Schalter S2 zum Wechselstromanschluss A2 über die Diode 3 zur Energiespeichereinheit ES. Es können parallel zu den Schaltern des Stromrichters SR, über die im Energieübertragungszustand Strom fließt, Dioden als eigen¬ ständiges Bauelement (antiparallel) angeschlossen sein. Dies betrifft den Schalter 11, die Schalter 11 und 13 oder die Schalter 11, 12 und 13. Durch die angeschlossenen Dioden lässt sich die Stromtragfähigkeit erhöhen im Vergleich zu dem Fall, dass nur die Inversdiode oder Inversdioden im Energieübertragungszustand Strom leiten.
Mit anderen Worten bestehen Schalter Dl - D3 zur Konfiguration der Wicklungen Wl - W3 in Dreieckkonfiguration (und gegebenenfalls auch in Sternkonfiguration, vgl. Schalter Sl, S2) im Fahrzustand, wobei zumindest einer der Schalter Dl, D2 und/oder D3, die diese (Dreieck-) Konfiguration definieren, zur Überbrückung der Wicklungen Wl, W2 und/oder W3 verwendet wird, sodass , 0
elektrische Energie zwischen dem DC-Anbindungsanschluss und der Energiespeichereinheit (über mindestens eine Diode des
Stromrichters SR) fließen kann. Die Dreieck-Schaltergruppe wird ferner zur Überbrückung zumindest einer Wicklung verwendet, wenn Energie zwischen der Energiespeichereinheit und dem
DC-Anbindungsanschluss übertragen werden soll.
In der Figur 1 ist ferner ein AC-Anbindungsanschluss AC dar¬ gestellt, über den in einem Energieübertragungszustand bei¬ spielsweise Strom eingespeist werden kann, und über den Schalter Dl (in diesem Fall geschlossen) , über den Schalter D2 (in diesem Fall geschlossen) und/oder über den Schalter D3 (in diesem Fall geschlossen) übertragen werden kann. Wenn Energie über den AC-Anbindungsanschluss übertragen wird, so sind die Schalter Sl und S2 vorzugsweise geöffnet. Falls nur einphasig Energie über den AC-Anbindungsanschluss übertragen wird, so kann zumindest ein Schalter der Stern-Schaltergruppe Sl, S2 geschlossen sein. In einer alternativen Ausführungsform sind alle Schalter aller Schaltergruppen geöffnet, wenn in einem Energieübertragungs¬ zustand Wechselstrom über den AC-Anbindungsanschluss übertragen werden soll.
Es kann vorgesehen sein, dass sich eine Übertragung von Energie über den AC-Anbindungsanschluss AC und eine Übertragung von Energie über den DC-Anbindungsanschluss DC+, DC- ausschließen. Der Energieübertragungszustand kann somit zwei (sich übli¬ cherweise ausschließende) Zustände umfassen, nämlich einen DC-Energieübertragungszustand und einen AC-Energieüber- tra- gungszustand. Im DC-Übertragungszustand wird Energie zwischen dem DC-Anbindungsanschluss und der Energiespeichereinheit ES ausgetauscht, insbesondere über zumindest einen der Schalter der Dreieck-Schaltergruppe und gegebenenfalls auch über einen Schalter der Stern-Schaltergruppe, sowie über zumindest eine Diode des Stromrichters SR. Die Diode kann Teil eines Schalters , _
des Stromrichters sein. Ferner kann eine Diode vorgesehen sein, die an den betreffenden Schalter angeschlossen ist, vergleiche Diode 1 λ . In einem AC-Energieübertragungszustand kann Energie zwischen dem AC-Anbindungsanschluss und der Energiespeicher- einheit ES übertragen werden, hierbei insbesondere über die Wicklungen Wl, W2 und W3 (vorzugsweise bei geöffneter
Stern-Schaltergruppe Sl, S2) . Hierbei wird ferner die Energie über den Stromrichter SR insbesondere über dessen Schalter 11 bis 23 übertragen. Wird gleichzeitig die Dreieck-Schaltergruppe geschlossen, so werden im AC-Energieübertragungszustand die
Wicklungen Wl bis W3 überbrückt. Sind diese geöffnet, so fließt die Energie durch zumindest eine der Wicklungen Wl bis W3, die in diesem Fall eine Filterwirkung realisieren können.
Es kann eine (nicht dargestellte) übergeordnete Steuerung vorgesehen sein, die ansteuernd mit den Steuerungen Cl und C2 verbunden ist. Diese übergeordnete Steuerung kann im Fahrt¬ zustand die Schalter jeder Vollwellenbrücke (des Stromrichters SR) wechselweise ansteuern, insbesondere gemäß einem Pulsmo¬ dulationsverfahren, und kann eingerichtet sein, alle Schalter 11 bis 23 öffnen, wenn ein Energieübertragungszustand vorliegt. Wie erwähnt kann die übergeordnete Steuerung auch die Konfigura¬ tionssteuerung Cl ansteuern, sodass diese je nach gewünschter Konfiguration bzw. bei gewünschter Überbrückung (während einem Energieübertragungszustand) die Schaltergruppen Dl bis D3 sowie Sl, S2 wie vorangehend beschrieben ansteuert.
Während die Schalter 11 - 23 des Stromrichters SR vorzugsweise für Schaltfrequenzen über ein Kilohertz (vorzugsweise über 10 oder 20 Kilohertz) ausgeschaltet sind, können die Schalter Dl bis D3 sowie Sl, S2 für deutlich geringere Schaltfrequenzen ausgestaltet sein, insbesondere für deutlich weniger Schaltspiele während der Lebensdauer als im Vergleich hierzu die Schalter 11 bis 23. Daher kommen für die Schalter Dl bis D3 sowie Sl, S2 auch elektromechanische Schalter in Betracht. Die Schalter 11 bis 23 hingegen werden vorzugsweise von einem Transistor gebildet, der als die Inversdioden 1 bis 6 ausbilden kann. Parallel zu der Diode 1, 2 oder 3, zu den Dioden 1 und 3, zu den Dioden 2 und 3, zu den Dioden 1 und 2, oder zu den Dioden 1, 2 und 3 kann jeweils eine (weitere) Diode wie die Diode 1 λ angeschlossen sein, um die Stromtragfähigkeit zu erhöhen. Die weitere Diode 1λ ist parallel zu der ( Invers- ) Diode 1 angeschlossen und ist antiparallel zu dem Schalter 11 angeschlossen. Die Durchflussrichtung der Diode bzw. der Dioden weist zum positiven Potential P des Stromrichters SR.
Dadurch, dass zumindest eine der Schalter Dl bis D3 zumindest eine der Wicklungen Wl bis W3 überbrückt, können sehr hohe Ladel¬ eistungen erzielt werden, insbesondere auch dadurch, dass die Leitung durch den Stromrichter hindurch von einem Element vorgesehen wird, dessen Schaltzustand während der Energie¬ übertragung nicht geändert wird. Dies betrifft insbesondere die Diode 1 bzw. die Diode 1 die nicht gemäß einem Schaltstrom ausgestaltet sein muss, sondern für die Energieübertragung im Energieübertragungszustand nur dauerhaft leitend sein muss . Dies kann auch die Dioden 2 und/oder 3 betreffen, falls nicht oder nicht nur Dl im Energieübertragungszustand geschlossen ist. Daher ist hier die (im Vergleich zum Schaltstrom höhere) maximale Stromtragfähigkeit der Diode relevant.
Wie erwähnt können als Schalter des Stromrichters SR bzw. als Schalter der dort gebildeten Vollbrückenschaltung (mehrphasig) Transistoren verwendet werden, die eine Inversdiode aufweisen. Zur Erhöhung der Stromtragfähigkeit kann parallel zu zumindest einer der Inversdioden eine zusätzliche Diode wie die Diode 1 λ parallel geschaltet sein. Diese stört den Betrieb des Strom¬ richters als Inverter (im Fahrzustand) nicht, da sie in diesem Zustand üblicherweise nicht leitet, und erhöht die maximal übertragbare Leistung im Energieübertragungszustand. Es können alle Schalter mit einer zusätzlichen Diode als diskretes Bauelement ausgestaltet werden (mit einer Flussrichtung wie in Figur 1 dargestellt) , es können nur die High-Side-Schalter des Stromrichters mit einer derartigen, zusätzlichen diskreten Diode ausgestattet sein oder es können nur diejenigen
High-Side-Schalter mit einer zusätzlichen diskreten Diode ausgestattet sein, über die die Konfigurationssteuerung Dl (durch Ansteuerung des betreffenden Schalters) auch Strom fließen lässt.
Mit anderen Worten kann so mindestens an einem Schalter des Stromrichters eine Diode als diskretes Bauelement antiparallel angeschlossen sein. Dies ist insbesondere der Fall, wenn als Schalter keine Bauelemente verwendet werden, die eine In- versdiode aufweisen, wobei jedoch auch für den Fall, dass Schaltelemente verwendet werden, die eine Inversdiode aufweisen, eine (zusätzliche) diskrete, antiparallel geschaltete Diode 1λ an den betreffenden Schalter angeschlossen ist.
Bezugs zeichenliste
AI - A3 Wechselstromanschlüsse des Stromrichters SR
AC Anbindungsanschluss
DC+, DC- positiver bzw. negativer Anschluss eines
DC-Anbindungsanschlusses
Cl Konfigurationssteuerung
C2 Stromrichtersteuerung
Dl - D3 Schalter einer Dreieck-Schaltergruppe bzw. Drei- eck-Schaltergruppe
ES Energiespeichereinheit
P Positives Potential bzw. positiver Anschluss des
Stromrichters
Sl, S2 Sternschaltergruppe bzw. Schalter der Sternschal- tergruppe
SR Stromrichter, insbesondere als Inverter, vorzugsweise als B6C-Brücke und insbesondere als Vollwellenbrü- ckenschaltung ausgestaltet
Wl - W3 Wicklungen einer elektrischen Maschine
T positiver Anschluss des Stromrichters (auf einer
Gleichstromseite des Stromrichters)
1 - 6 Inversdiode
1 λ zusätzliche Diode als weiteres Bauelement

Claims

Ansprüche
Kraftfahrzeug-Bordnetz mit:
- einem Stromrichter (SR) mit einem Masseanschluss;
- einer elektrischen Maschine, deren Wicklungen (Wl - W3) mit Wechselstromanschlüssen (AI - A3) des Stromrichters (SR) verbunden sind;
- einer Dreieck-Schaltergruppe (Dl - D3) , über die die Wicklungen (Wl - W3) in Dreieckkonfiguration verbunden sind,
- einem DC-Anbindungsanschluss (DC+, DC-) , der an den Masseanschluss und über mindestens einen Schalter (Dl) der Dreieck-Schaltergruppe (Dl - D3) an mindestens einen der Wechselstromanschlüsse (AI) angeschlossen ist, wobei das Fahrzeugbordnetz ferner eine Konfigurationssteuerung (Cl) aufweist, die mit der Dreieck-Schaltergruppe (Dl - D3) ansteuernd verbunden ist und eingerichtet ist, gemäß einer Konfigurationsvorgabe die Drei¬ eck-Schaltergruppe (Dl - D3) geschlossen oder offen anzusteuern, wenn sich das Fahrzeugbordnetz in einem Fahrzustand befindet, und
eingerichtet ist, den mindestens einen Schalter (Dl) der Dreieck-Schaltergruppe geschlossen anzusteuern, wenn über den DC-Anbindungsanschluss (DC+, DC-) Energie übertragen wird.
Kraftfahrzeug-Bordnetz nach Anspruch 1, das ferner eine Stromrichtersteuerung (C2) aufweist, die ansteuernd mit Schaltern (11 - 23) des Stromrichters (SR) verbunden ist und eingerichtet ist, die Schalter (11 - 23) des Stromrichter (SR) zur Erzeugung eines Drehfelds in den Wicklungen (Wl - W3) anzusteuern, wenn sich das Fahrzeugbordnetz in dem Fahrzustand befindet, wobei die Stromrichtersteuerung (C2) ferner eingerichtet ist, alle Schalter (11 - 23) des Stromrichters (SR) offen anzusteuern, wenn über den DC-Anbindungsanschluss (DC+, DC-) Energie übertragen wird. Kraftfahrzeug-Bordnetz nach Anspruch 1 oder 2, das ferner einen AC-Anbindungsanschluss (AC) aufweist, der über die Wicklungen (Wl - W3) mit den Wechselstromanschlüssen (AI - A3) des Stromrichters (SR) verbunden ist, wobei die Konfigurationssteuerung (Cl) eingerichtet ist, die
Dreieck-Schaltergruppe (Dl - D3) offen anzusteuern, wenn über den AC-Anbindungsanschluss (AC) Energie übertragen wird .
Kraftfahrzeug-Bordnetz nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner eine Energiespeichereinheit (ES) aufweist, die an den Masseanschluss und an ein
DC-Versorgungspotential (P) des Stromrichters (SR) an¬ geschlossen ist.
Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes, das Wicklungen (Wl - W3) einer elektrischen Maschine, eine Energiespeichereinheit (ES) und einen Stromrichter (SR) umfasst, der diese miteinander verbindet, wobei
in einem Fahrzustand des Bordnetzes die Wicklungen (Wl - W3) der elektrischen Maschine mittels einer Drei¬ eck-Schaltergruppe (Dl - D3) in Dreieckkonfiguration betrieben werden und
in einem DC-Energieübertragungszustand elektrische Energie zwischen einem DC-Anbindungsanschluss (DC+, DC-) und der Energiespeichereinheit (ES) über mindestens einen Schalter (Dl) der Dreieck-Schaltergruppe (Dl - D3) und über den Stromrichter übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei in dem Fahrzustand des Bordnetzes die Wicklungen (Wl - W3) der elektrischen Maschine entweder mittels der Dreieck-Schaltergruppe (Dl - D3) in Dreieckkonfiguration betrieben wird oder mittels einer Stern-Schaltergruppe
(Sl, S2) in Sternkonfiguration betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei in dem
DC-Energieübertragungszustand elektrische Energie zwi- sehen dem DC-Anbindungsanschluss (DC+, DC-) und der Energiespeichereinheit (ES) über mindestens einen Schalter
(Dl, D3) der Dreieck-Schaltergruppe (Dl - D3) , über mindestens einen Schalter (S2) der Stern-Schaltergruppe
(Sl, S2) und über den Stromrichter übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 - 7, wobei in dem Energieübertragungszustand elektrische Energie mittels eines Stroms übertragen wird, der über dem maximalen Schaltstrom des Stromrichters liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 - 8, wobei im
Energieübertragungszustand alle Schalter (11 - 23) des Stromrichters geöffnet sind und die Energie über mindestens eine Inversdiode (1, 2, 3) eines Schalters (11, 12, 13) des Stromrichters (SR) oder über mindestens eine antiparallel zu einem Schalter geschaltete Diode übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 - 9, wobei bei einem Betrieb der elektrischen Maschine gemäß einer
Soll-Drehmoment oberhalb eines vorbestimmten Drehmo¬ ment-Schwellenwerts und gemäß einer Soll-Drehzahl un¬ terhalb eines vorbestimmten Drehzahl-Schwellenwerts die Wicklungen (Wl - W3) der elektrischen Maschine in
Stern-Konfiguration betrieben werden und bei einem Betrieb der elektrischen Maschine gemäß einer Soll-Drehzahl oberhalb des Drehzahl-Schwellenwerts die Wicklungen (Wl - W3) der elektrischen Maschine mittels der Drei¬ eck-Schaltergruppe (Dl - D3) in Dreieckkonfiguration betrieben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 5 - 10, wobei in einem AC-Energieübertragungszustand elektrische Energie zwi¬ schen einem AC-Anbindungsanschluss (AC) und der Ener¬ giespeichereinheit (ES) über die Wicklungen (Wl - W3) der elektrischen Maschine sowie über den Stromrichter (SR) übertragen werden, wobei in dem AC-Energieübertragungszustand eine Stern-Schaltergruppe (Sl, S2), die zur Verbindung der Wicklungen (Wl - W3) in Sternkonfiguration eingerichtet ist, geöffnet ist, und die Dreieck-Schaltergruppe (Dl - D3) geöffnet ist.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11479139B2 (en) 2015-09-11 2022-10-25 Invertedpower Pty Ltd Methods and systems for an integrated charging system for an electric vehicle
DE102017123346A1 (de) 2017-10-09 2019-04-11 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zum Initialisieren eines DC-Ladevorgangs einer Batterie mittels eines Inverters
DE102017222376A1 (de) * 2017-12-11 2019-06-13 Continental Automotive Gmbh Fahrzeugbordnetz mit Batterieeinheit, Schaltereinheit, Maschineneinheit und DC-Ladebuchse
DE102018203499A1 (de) * 2018-03-08 2019-09-12 Continental Automotive Gmbh Wechselstromladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Wechselstromladevorrichtung für ein Kraftfahrzeug
DE102018221969A1 (de) * 2018-12-17 2020-06-18 Continental Automotive Gmbh Ladeschaltung und Fahrzeugbordnetz mit Ladeschaltung
DE102020126340B4 (de) 2020-10-08 2023-09-21 Audi Aktiengesellschaft Wechselrichter für eine Antriebseinrichtung eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011151131A1 (de) * 2010-06-02 2011-12-08 Siemens Aktiengesellschaft Antriebseinheit eines elektrofahrzeugs
DE102010054224A1 (de) * 2010-12-11 2012-02-09 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs und Fahrzeug
DE102011075927A1 (de) * 2011-05-16 2012-11-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Multifunktionaler stromrichter von gleichspannung zu gleichspannung, von gleichspannung zu wechselspannung und von wechselspannung zu gleichspannung
EP2527186A2 (de) * 2011-05-27 2012-11-28 ZF Friedrichshafen AG Elektrisches Ladesystem

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4107391A1 (de) * 1991-03-08 1992-09-10 Abb Patent Gmbh Elektrofahrzeug mit mindestens einem batteriegespeisten wechselrichter
US6894455B2 (en) * 2003-04-30 2005-05-17 Remy Inc. Performance improvement of integrated starter alternator by changing stator winding connection
US8143834B2 (en) * 2007-01-22 2012-03-27 Ut-Battelle, Llc Electronically commutated serial-parallel switching for motor windings
US8183820B2 (en) 2008-07-21 2012-05-22 GM Global Technology Operations LLC Power processing systems and methods for use in plug-in electric vehicles
JP2011188601A (ja) * 2010-03-08 2011-09-22 Tabuchi Electric Co Ltd 移動体搭載二次電池の充電システムおよび電動車両
JP5381839B2 (ja) 2010-03-18 2014-01-08 株式会社豊田中央研究所 動力伝達装置
US8415904B2 (en) * 2010-06-29 2013-04-09 Ac Propulsion, Inc. Open delta motor drive with integrated recharge
CN107078678B (zh) * 2014-07-29 2020-02-07 Tm4股份有限公司 多相电机、驱动器及控制
DE102015101187A1 (de) 2015-01-28 2016-07-28 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Hochvolt-Lade-Booster und Verfahren zum Laden einer Gleichstrom-Traktionsbatterie an einer Gleichstrom-Ladesäule sowie entsprechendes Elektrofahrzeug

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011151131A1 (de) * 2010-06-02 2011-12-08 Siemens Aktiengesellschaft Antriebseinheit eines elektrofahrzeugs
DE102010054224A1 (de) * 2010-12-11 2012-02-09 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs und Fahrzeug
DE102011075927A1 (de) * 2011-05-16 2012-11-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Multifunktionaler stromrichter von gleichspannung zu gleichspannung, von gleichspannung zu wechselspannung und von wechselspannung zu gleichspannung
EP2527186A2 (de) * 2011-05-27 2012-11-28 ZF Friedrichshafen AG Elektrisches Ladesystem

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