WO2019215128A1 - Wechselrichter, elektrischer antriebsstrang, fahrzeug und verfahren zum betrieb eines wechselrichters - Google Patents

Wechselrichter, elektrischer antriebsstrang, fahrzeug und verfahren zum betrieb eines wechselrichters Download PDF

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WO2019215128A1
WO2019215128A1 PCT/EP2019/061650 EP2019061650W WO2019215128A1 WO 2019215128 A1 WO2019215128 A1 WO 2019215128A1 EP 2019061650 W EP2019061650 W EP 2019061650W WO 2019215128 A1 WO2019215128 A1 WO 2019215128A1
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charging
inverter
voltage
contactor
phase
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PCT/EP2019/061650
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Taleb Janbein
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y04S10/126—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV], i.e. power aggregation of EV or HEV, vehicle to grid arrangements [V2G]

Definitions

  • the present invention relates to an inverter for converting electrical energy of a DC voltage source into an AC voltage and to
  • Vehicle with an electric drive train a method for operating an inverter, a computer program and a machine-readable
  • Electromobility is an important building block in efforts to develop greener modes of transportation. However, in order to achieve wide acceptance of electric vehicles, several must be
  • Charging station such as when connecting to the public power grid, the AC voltage from an in-vehicle rectifier in DC (DC) is converted.
  • DC in-vehicle rectifier in DC
  • quick charging stations which provide DC voltage and are characterized by a lower charging time.
  • An exemplary DC fast charging station is known from WO
  • a central power station can with a
  • the power supply station converts the AC voltage into DC voltage provided to one or more charging stations.
  • the charging stations typically each comprise DC-DC converters which supply the DC voltage and convert the converted DC voltage via cable connections to the electric vehicles for charging the batteries.
  • the present invention provides an inverter with the features of claim 1, an electric drive train with the features of claim 8, a vehicle having the features of claim 10, a method of operating an inverter with the features of claim 11, a computer program having the features of
  • the invention therefore relates to an inverter for converting electrical energy of a DC voltage source into a
  • the inverter includes a bipolar
  • the inverter has a first charging connection for connecting a first charging connection pole of the
  • the invention therefore relates to an electric drive train with an n-phase electric machine, where n> l, with a battery for providing electrical energy and with an inverter for increasing a charging voltage of a charging device and for converting the electrical energy of the battery in an alternating voltage.
  • Inverter has an n-phase AC voltage terminal which is connected to the electric machine and serves to supply the electric machine with the AC voltage.
  • the powertrain further includes a DC charging plug for connecting a first charging terminal pole of the charging device, and a charging connection for connecting the DC charging plug to the charging terminal via a charging contactor electrical machine and / or the battery and / or the inverter connects.
  • the invention relates to a vehicle with an electric drive train according to the invention.
  • the invention relates to a method for operating an inverter according to the invention.
  • the circuit breakers of the invention are not limited to a method for operating an inverter according to the invention.
  • Inverter are clocked so that electrical energy of a
  • DC voltage source is converted into an AC voltage for supplying a connected electric machine, in particular when the first, second, third, fourth and / or fifth charging contactor is open.
  • circuit breaker of the inverter for raising a
  • Charging voltage of a charging device connected to the charging device clocked in particular when the first and / or second and / or third and / or fourth and / or fifth charging contactor is closed.
  • the invention relates to a computer program which is designed to carry out the method according to the invention.
  • the invention finally relates to a
  • the present invention makes it possible to further reduce the cost of providing a charging infrastructure, as the built in the vehicle
  • Inverter itself can provide the required DC-DC functionality.
  • the vehicle can thereby be connected to charging devices of all kinds, ie with external stationary or mobile loaders and / or
  • DC power sources such as battery, PV system, fuel cell, power supply such as a PFC
  • these loaders must have no additional power electronics.
  • the vehicle can also directly via a DC mains are charged.
  • the vehicle may be used by charging the vehicle itself to charge the batteries of other vehicles and / or to support the network.
  • Another advantage is that the inverter and the electrical machine are already designed for high performance, so that a high flexibility of the charging power can be achieved.
  • a fast charging mode may additionally be possible. This way, long charging times, for example compared to charging on a single-phase household network, can be avoided.
  • the inverter is used on the one hand during operation of the electric vehicle to convert electrical energy of a DC voltage source or battery into an AC voltage to supply the electric machine.
  • the inverter may be used in the charging mode to boost a charging voltage of a charging device connected to the charging port.
  • the inverter has exactly one charging connection. This can reduce costs.
  • the first charging terminal is connected to a phase of the n-phase AC voltage terminal.
  • the charging port can be connected to any phase.
  • the inverter has a first charging contactor, wherein the first charging contactor is connected between the first charging connection and a phase of the n-phase AC voltage connection.
  • the integration of the charging contactor in the inverter can save a cable and a plug compared to the case of an external charging contactor.
  • the topology can be compared to an external Charging contactor and a longer cable can be saved, since the connection between the inverter and electrical machine is typically shorter than the connection between the electrical machine and battery.
  • the inverter has a second charging connection for connecting a second charging connection pole, as well as a second charging contactor.
  • the second charging contactor is between the second charging port and a phase of the n-phase
  • the first charging connection is connected to a neutral connection for connecting a neutral point of the connectable n-phase electrical machine.
  • the inverter has a first charging contactor, wherein the first charging contactor is connected between the first charging connection and the neutral connection for connecting a star point of the connectable n-phase electrical machine.
  • the inverter has a second charging connection for connecting a second charging connection pole.
  • the inverter further includes a third charging contactor and a fourth charging contactor.
  • the third charging contactor is between the first
  • the fourth charging contactor is between the second charging port and a second charging port
  • This structure is characterized by a better symmetrical load of the inverter and the electric machine, resulting in less aging of the components.
  • the inverter is one of those described in the embodiments,
  • Inverter circuit breaker are clocked to lower a battery voltage of the DC voltage source to charge an external battery connected to the charging port.
  • the battery of the vehicle can serve as a DC voltage source, for example, to charge the batteries of another vehicle.
  • batteries of vehicles with more charge capacity or a higher state of charge may charge the batteries of other vehicles traveling with them, so that there is less dependence on external charging sources.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a vehicle according to a vehicle
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an electric drive train with an inverter according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 is a schematic representation of an electric drive train with an inverter according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an electric drive train with an inverter according to a third embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an electric drive train with an inverter according to a fourth embodiment of the invention
  • FIG. 6 shows a schematic representation of an electric drive train with an inverter according to a fifth embodiment of the invention.
  • FIG. 7 shows a schematic illustration of an electric drive train with an inverter according to a sixth embodiment of the invention
  • FIG. 8 shows a schematic illustration of an electric drive train with an inverter according to a seventh embodiment of the invention
  • FIG. 9 shows a schematic representation of an electric drive train with an inverter according to an eighth embodiment of the invention.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of an electric drive train with an inverter according to a ninth embodiment of the invention.
  • FIG. 11 shows a schematic representation of a first alternative connection of the inverter according to a variation of the ninth embodiment of the invention.
  • FIG. 12 is a schematic representation of a second alternative
  • FIG. 13 is a schematic view of an electric powertrain having an inverter according to a tenth embodiment of the invention.
  • FIG. 14 is a flowchart for explaining a method of operating an inverter according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a vehicle 210.
  • the vehicle includes an electric drive train 110, which drives the vehicle 210.
  • the electric drive train 110 includes an electrical
  • the battery 130 stores electrical energy and provides it in the form of DC voltage, which is converted by the inverter into AC voltage.
  • the inverter 10 is configured to boost a charging voltage to charge the battery 130, in addition to the above-described conversion of the electric power to AC voltage provided from the battery 130.
  • the inverter 10 comprises a charging connection L, via which the inverter 10 can be connected to a charging device 140, which provides the charging voltage.
  • the inverter 10 may also have a plurality of charging ports L, in particular two charging ports.
  • FIGS. 2 to 10 and 13 depict various embodiments of the drive train 110, which will be described in more detail below.
  • FIG. 2 illustrates a drive train 110a according to a first embodiment.
  • the first drive train 110a comprises a battery or
  • the DC voltage source 130 whose first pole is connected via a device 160 for disconnecting the battery disconnect unit (BDU) to a first battery terminal Bl of an inverter 10a.
  • the device 160 for disconnecting the battery 130 comprises a sixth charging contactor LS12 and, connected in parallel, a precharging contactor LS13 and one with the
  • Precharging contactor LS13 in series pre-charging resistor R A second pole of the battery 130 is connected via a seventh charging contactor LS14 to a second battery terminal B2 of the inverter 10a. Between the sixth charging contactor LS12 and the first battery connection Bl, an electrical connection is connected, which is connected via a third charging contactor LS3 to a first pole of a DC charging plug 150. Between the seventh charging contactor LS14 and the second battery terminal B2, a further electrical connection is connected, which is connected via a fourth charging contactor LS4 to a second pole of the DC charging plug 150.
  • the inverter 10a has an intermediate circuit capacitor CI and six half bridges with parallel-connected transistors TI to T6 and diodes D1 to D6, which are preferably designed as semiconductor elements.
  • AC voltage terminal Ul to U3 of a 3-phase electric machine 120 is provided.
  • Inverter 10a is connected.
  • the first charging terminal LI is connected to one of the phases U3 of the n-phase AC voltage terminal Ul to U3.
  • the selected phase U1 to U3 can be selected essentially freely here.
  • the electric machine 120 is operated, wherein the
  • Inverter 10 a the DC voltage transformed into AC voltage.
  • the third charging contactor LS3, the fourth charging contactor LS4 and the first charging contactor LSI are open.
  • In charging mode is a charging device 140, that is an external
  • Voltage source such as a fast charging station, a DC power grid or other vehicle according to the invention, connected to the DC charging plug 150.
  • the fourth charging contactor LS4 is closed. If the first charging contactor LSI is opened and the third charging contactor LS3 is closed, the battery 130 is charged by means of conventional DC charging.
  • the transistors TI to T6 are permanently switched off. In this case, the charging current is controlled by the external charging device 140 itself or the voltage is set at the terminal.
  • the first charging contactor LSI can also be closed and the third charging contactor LS3 can be opened.
  • the charging terminal LI then serves to connect to a charging terminal pole of the charging device 140.
  • the battery 130 is charged via the inverter 10a.
  • all transistors TI to T6 can be permanently switched off, wherein a continuous current profile takes place via the diode D5. This again corresponds to conventional DC charging.
  • a second mode by appropriate clocking the power switch of the inverter 10 a on the DC charging plug 150 provided DC voltage, also drawn as a charging voltage, highly transformed and the battery 130 thereby charged. The inverter 10a is thus used to boost the charging voltage.
  • the provided charging voltage or source voltage is thus always smaller than the battery voltage of the battery 130.
  • the second transistor T2 and the fourth transistor T4 are controlled or clocked accordingly for the purpose of setting the voltage.
  • the current profile is commutated via the diodes Dl and D3, respectively, when the transistors T2 and T4 are switched off.
  • the fifth and sixth transistors T5, T6 are permanently switched off.
  • the switches to be clocked can either simultaneously, ie
  • the inverter may be operated in an inverse charging mode wherein the battery voltage of the battery 130 is used to charge an external battery connected to the DC charging plug 150.
  • the electrical connection comprising the third charging contactor LS3 is optional. If this is missing, the battery 130 is always charged via the inverter 10a according to one of the two modes.
  • the first charging contactor LSI is optional.
  • FIG. 3 illustrates a drive train 110b according to a second embodiment.
  • the electrical connection connected to the charging connection LI of the inverter 10a is connected between the fourth charging contactor LS4 and the first pole of the DC charging connector 150.
  • the third charging contactor LS3 When charging, the third charging contactor LS3 is closed. When the fourth charging contactor LS4 is closed and the first charging contactor LSI is open, conventional DC charging takes place again.
  • first and a second mode are possible.
  • all transistors TI to T6 are permanently switched off.
  • the first transistor TI and the third transistor T3 are respectively controlled and clocked for the purpose of setting the voltage.
  • the fifth and sixth transistors T5, T6 are permanently switched off.
  • the switches to be clocked can be clocked simultaneously, ie simultaneously, or in interleave mode, ie offset.
  • FIG. 4 shows a drive train 110c according to a third embodiment, which essentially corresponds to the drive train 110a according to the first embodiment
  • Embodiment corresponds.
  • the inverter 10c of the powertrain 110c differs in that the charging terminal LI is connected to a star point terminal S1, which in turn is connected to a star point 121 of the electric machine 120.
  • the fourth charging contactor LS4 When charging, the fourth charging contactor LS4 is closed. When the third charging contactor LS3 is closed and the first charging contactor LSI is open, conventional DC charging takes place again.
  • the switches to be clocked can be either simultaneously, i. H. simultaneously, or in interleave mode, d. H. offset, clocked.
  • FIG. 5 illustrates a drive train 11d according to a fourth embodiment, which substantially corresponds to the drive train 110b according to the second embodiment, but the inverter 10c corresponds to the inverter 10c of the third embodiment.
  • the third charging contactor LS3 is closed.
  • the fourth charging contactor LS4 is closed and the first charging contactor LSI is open, conventional DC charging takes place again.
  • the charging takes place via the inverter 10c.
  • the first transistor TI, the third transistor T3 and the fifth transistor T5 become controlled or clocked accordingly for the purpose of adjusting the voltage.
  • the switches to be clocked can either simultaneously, ie
  • the charging contactors which are inserted between the DC charging plug 150 and the switching elements of the inverter 10a and 10c can also be integrated directly into the inverter 10a and 10c, respectively.
  • the drive trains 11Oe to 110h illustrated in FIGS. 6 to 9 correspond to the correspondingly modified drive trains 110a to 110d according to the first four embodiments.
  • a drive train 11Oe is according to a fifth
  • the inverter 10e has a second charging terminal L2 in addition to the first charging terminal LI.
  • the first charging terminal LI has a second charging terminal L2 in addition to the first charging terminal LI.
  • Charging terminal LI is directly connected to a first pole of the DC charging plug 150, and the second charging terminal L2 is directly connected to the second pole of the DC charging plug 150.
  • a first charging contactor LSI is connected between the first charging terminal LI and a phase U3 of the 3-phase AC voltage terminal Ul to U3.
  • a third charging contactor LS3 is connected between the first charging terminal LI and the first battery terminal pole Bl.
  • a fourth charging contactor LS4 is connected between the second charging terminal L2 and the second battery connecting terminal B2.
  • the second charging terminal L2 is connected to the first pole of the DC charging plug 150, and the first charging terminal LI is connected to the second pole of FIG
  • FIG. 8 shows a powertrain 110g according to a seventh embodiment, wherein the inverter 10g differs from the inverter 10e of the fifth embodiment in that the first charge terminal LI is over the first charging contactor LSI is connected to a star point connection S1 for connection of the neutral point 121 of the electrical machine 120.
  • FIG. 9 shows a drive train 110h according to an eighth embodiment, which essentially corresponds to the drive train HOf according to the sixth
  • Embodiment corresponds, however, wherein the first charging terminal LI, however, in turn via the first charging contactor LSI with a neutral point connection S1 to
  • the invention is not limited to the embodiments described above. In particular, it does not have to be a 3-phase electrical machine. More generally, any n-phase electric machine may be operated with n> 1.
  • FIG. 10 illustrates a drive train HOi according to a ninth embodiment, which represents a combination of the fifth and sixth embodiments. Combinations of other embodiments are possible.
  • the inverter 10i includes a first charging terminal LI and a second charging terminal L2, which are connected to the first pole and the second pole of the DC charging plug 150, respectively.
  • the first charging connection LI is from a first contact side Al via a first charging contactor LSI to a second contact side A2 toward a phase U3 of the 3-phase
  • Charging terminal L2 is connected to the same phase U3 from a third contact side A3 via a second charging contactor LS2 to the second contact side A2. Furthermore, a third charging contactor LS3 and a fourth charging contactor LS4 are provided, which are connected between the first charging connection LI and a first battery connection pole Bl or between the second charging connection L2 and a second battery connection pole B2. According to further embodiments, the first charging terminal LI, the second charging terminal L2 and the phase U3 may be linked together in other ways.
  • FIG. 11 an alternative is illustrated in FIG. 11, wherein a change-over contactor 12b and a fifth charging contactor LS5 are connected in series, wherein the change-over contact 12b changes between the first contact side A1 and the third contact side A3.
  • Charging contactor LS5 is omitted.
  • FIG. 13 shows a drive train HOj according to a tenth embodiment of the invention.
  • This essentially corresponds to the first embodiment shown in FIG. 2, but the connection between DC charging plug 150 and one phase of the electrical machine 120 extends outside of the inverter 10j.
  • the inverter 10j can thus be a conventional, unmodified inverter.
  • the first pole of the DC charging plug 150 is connected to the phase of the electric machine 120 via the connection by the first charging contactor LSI, and to the battery 130 through the AC power terminal Ul to U3 of the inverter 10j, so that the battery 130 is charged as described above can.
  • the first pole of the DC charging plug 150 may also be connected to the star point terminal S1 via the connection by means of the first charging contactor LSI.
  • FIG. 14 shows a flow chart for explaining a method 310 for operating an inverter 10 according to an embodiment of the invention.
  • the inverter 10 may be an inverter 10 of a drive train 110 of a vehicle 210, which may be designed in particular according to one of the embodiments described above.
  • the inverter 10 can be operated in a drive mode, wherein the power switches of the inverter be clocked so that the provided electrical energy of the battery 130 is converted into an AC voltage, which operates the electric machine 120.
  • the first to fourth charging contactors LSI to LS4 are at least partially open.
  • the inverter 10 is operated in a charging mode, wherein the power switches of the inverter 10 are clocked such that it serves to increase a charging voltage of a charging device 140 connected to the charging port L. in the
  • the first to fourth charging contactors LSI to LS4 are at least partially closed.
  • the inverter 10 can be operated in an inverse charging mode.
  • the circuit breakers of the inverter 10 can be operated in an inverse charging mode.
  • Inverter 10 is clocked to serve to lower a battery voltage of battery 130 to charge an external battery connected to DC charging plug 150.
  • the method steps 311, 312 and 313 can be carried out alternately, that is, driving and charging or inverse charging alternate.

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft einen Wechselrichter (10; 10a bis 10i) zum Wandeln elektrischer Energie einer Gleichspannungsquelle (130) in eine Wechselspannung und zum Hochsetzen einer Ladespannung einer Ladevorrichtung (140), mit: einem zweipoligen Batterieanschluss (B1, B2) zum Anschließen der Gleichspannungsquelle (130); einem n-phasigen Wechselspannungsanschluss (U1, U2, U3) zum Anschließen einer n-phasigen elektrischen Maschine (120) und zum Versorgen der elektrischen Maschine (120) mit der Wechselspannung, wobei n>1; und einem ersten Ladeanschluss (L1) zum Anschließen eines ersten Ladeanschlusspols der Ladevorrichtung (140).

Description

Wechselrichter, elektrischer Antriebsstrang, Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wechselrichter zur Wandlung elektrischer Energie einer Gleichspannungsquelle in eine Wechselspannung und zum
Hochsetzen einer Ladespannung, einen elektrischen Antriebsstrang, ein
Fahrzeug mit einem elektrischen Antriebsstrang, ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares
Speichermedium.
Stand der Technik
Bei den Bemühungen, umweltfreundlichere Fortbewegungsmethoden zu entwickeln, bildet Elektromobilität einen wichtigen Baustein. Um jedoch eine breite Akzeptanz von Elektrofahrzeugen zu erzielen, müssen mehrere
Voraussetzungen erfüllt sein. So ist neben einer ausreichenden Reichweite des Fahrzeugs eine flächendeckende Versorgung mit Energiequellen erforderlich, um jederzeit ein Aufladen der Elektrofahrzeuge zu gewährleisten. Weiter muss die erforderliche Ladezeit geringgehalten werden, um große Verzögerungen zu vermeiden.
Beim Laden des Elektrofahrzeugs an einer Wechselspannungs- (AC-)
Ladestation, etwa beim Verbinden mit dem öffentlichen Stromnetz, wird die Wechselspannung von einem fahrzeuginternen Gleichrichter in Gleichspannung (DC) gewandelt. Zunehmend verbreitet sind Schnellladestationen, welche Gleichspannung zur Verfügung stellen und sich durch eine geringere Ladezeit auszeichnen. Eine beispielhafte DC-Schnellladestation ist aus der WO
2012/038222 A3 bekannt.
Eine zentrale Energieversorgungsstation kann mit einem
Wechselspannungsnetz, typischerweise einem 20-kV-Netz, verbunden sein. Die Energieversorgungsstation wandelt die Wechselspannung in Gleichspannung, welche einer oder mehreren Ladestationen bereitgestellt wird. Die Ladestationen umfassen typischerweise jeweils DC-DC-Wandler, welche die Gleichspannung wandeln und die gewandelte Gleichspannung über Kabelverbindungen den Elektrofahrzeugen zum Aufladen der Batterien bereitstellen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft einen Wechselrichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, einen elektrischen Antriebsstrang mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8, ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10, ein Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11, ein Computerprogramm mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 13 und ein maschinenlesbares Speichermedium mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft Erfindung demnach einen Wechselrichter zur Wandlung elektrischer Energie einer Gleichspannungsquelle in eine
Wechselspannung und zum Hochsetzen einer Ladespannung einer
Ladevorrichtung. Der Wechselrichter umfasst einen zweipoligen
Batterieanschluss zum Anschluss der Gleichspannungsquelle und einen n- phasigen Wechselspannungsanschluss zum Anschluss einer n-phasigen elektrischen Maschine und zum Versorgen der elektrischen Maschine mit der Wechselspannung, mit n>l. Weiter weist der Wechselrichter einen ersten Ladeanschluss zum Anschluss eines ersten Ladeanschlusspols der
Ladevorrichtung auf.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung demnach einen elektrischen Antriebsstrang mit einer n-phasigen elektrischen Maschine, wobei n>l, mit einer Batterie zum Bereitstellen elektrischer Energie und mit einem Wechselrichter zum Hochsetzen einer Ladespannung einer Ladevorrichtung und zum Wandeln der elektrischen Energie der Batterie in eine Wechselspannung. Der
Wechselrichter weist einen n-phasigen Wechselspannungsanschluss auf, welcher mit der elektrischen Maschine verbunden ist und zum Versorgen der elektrischen Maschine mit der Wechselspannung dient. Der Antriebsstrang umfasst weiter einen Gleichspannung-Ladestecker zum Anschließen eines ersten Ladeanschlusspols der Ladevorrichtung, und eine Ladeverbindung, welche den Gleichspannung-Ladestecker über einen Ladeschütz mit der elektrischen Maschine und/oder der Batterie und/oder dem Wechselrichter verbindet.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsstrang.
Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Wechselrichters. Die Leistungsschalter des
Wechselrichters werden derart getaktet, dass elektrische Energie einer
Gleichspannungsquelle in eine Wechselspannung zur Versorgung einer angeschlossenen elektrischen Maschine gewandelt wird, insbesondere bei geöffnetem ersten, zweiten, dritten, vierten und/oder fünften Ladeschütz. Weiter wird der Leistungsschalter des Wechselrichters zum Hochsetzen einer
Ladespannung einer an den Ladeanschluss angeschlossenen Ladevorrichtung getaktet, insbesondere bei geschlossenem ersten und/oder zweiten und/oder dritten und/oder vierten und/oder fünften Ladeschütz.
Gemäß einem fünften Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, welches dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen.
Gemäß einem sechsten Aspekt betrifft die Erfindung schließlich ein
maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, die Kosten zum Bereitstellen einer Ladeinfrastruktur weiter zu reduzieren, da der im Fahrzeug verbaute
Wechselrichter selbst die benötigte DC-DC-Funktionalität bereitstellen kann. Das Fahrzeug kann dadurch mit Ladevorrichtungen aller Art verbunden werden, also mit externen stationären oder auch mobilen Ladern und/oder
Gleichspannungsquellen (wie z.B. Batterie, PV-Anlage, Brennstoffzelle, Netzteil wie ein PFC), welche Gleichspannung bereitstellen, wobei diese Lader keine zusätzliche Leistungselektronik aufweisen müssen. Neben einen Anschluss an eine mobile oder stationäre Ladesäule kann das Fahrzeug auch direkt über ein Gleichspannungsnetz geladen werden. Darüber hinaus kann das Fahrzeug durch inverses Betreiben des Ladevorgangs selbst dazu eingesetzt werden, die Batterien anderer Fahrzeuge zu laden und/oder das Netz zu unterstützen.
Dadurch wird die Anzahl von Energiequellen, welche zum Laden des Fahrzeugs verwendbar sind, erhöht, was eine verbesserte Marktdurchdringung von
Elektrofahrzeugen nach sich ziehen kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Wechselrichter und die elektrische Maschine bereits für hohe Leistungen ausgelegt sind, sodass eine hohe Flexibilität der Ladeleistung erzielt werden kann. Neben einem normalen Lademodus kann zusätzlich ein Schnelllademodus möglich sein. So können lange Ladezeiten, etwa im Vergleich zum Laden am einphasigen Haushaltsnetz, vermieden werden.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist hierbei die Mehrfachbenutzung der Bauteile des Elektrofahrzeugs. So wird der Wechselrichter einerseits beim Betrieb des Elektrofahrzeugs zur Wandlung von elektrischen Energie einer Gleichspannungsquelle bzw. Batterie in eine Wechselspannung eingesetzt, um die elektrische Maschine zu versorgen. Andererseits kann der Wechselrichter im Lademodus zum Hochsetzen einer Ladespannung einer mit dem Ladeanschluss verbundenen Ladevorrichtung eingesetzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der Wechselrichter genau einen Ladeanschluss auf. Dadurch können die Kosten reduziert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Ladeanschluss mit einer Phase des n-phasigen Wechselspannungsanschlusses verbunden. Der Ladeanschluss kann mit einer beliebigen Phase verbunden werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Wechselrichter einen ersten Ladeschütz auf, wobei der erste Ladeschütz zwischen den ersten Ladeanschluss und eine Phase des n-phasigen Wechselspannungsanschlusses geschaltet ist. Durch die Integration des Ladeschützes in den Wechselrichter können ein Kabel und ein Stecker eingespart werden gegenüber dem Fall eines externen Ladeschützes. Je nach Topologie kann gegenüber einem externen Ladeschütz auch ein längeres Kabel eingespart werden, da die Verbindung zwischen Wechselrichter und elektrischer Maschine typischerweise kürzer ist als die Verbindung zwischen elektrischer Maschine und Batterie.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Wechselrichter einen zweiten Ladeanschluss zum Anschluss eines zweiten Ladeanschlusspols auf, sowie einen zweiten Ladeschütz. Der zweite Ladeschütz ist zwischen den zweiten Ladeanschluss und eine Phase des n-phasigen
Wechselspannungsanschlusses geschaltet, bevorzugt mit derjenigen, welche mit dem ersten Ladeschütz verbunden ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Wechselrichters ist der erste Ladeanschluss mit einem Sternpunktanschluss zum Anschluss eines Sternpunkts der anschließbaren n-phasigen elektrischen Maschine verbunden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Wechselrichter einen ersten Ladeschütz auf, wobei der erste Ladeschütz zwischen den ersten Ladeanschluss und den Sternpunktanschluss zum Anschluss eines Sternpunkts der anschließbaren n-phasigen elektrischen Maschine geschaltet ist. Durch Integration des Ladeschützes in den Wechselrichter ist der Aufbau des
Wechselrichters kompakter.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Wechselrichter einen zweiten Ladeanschluss zum Anschluss eines zweiten Ladeanschlusspols auf. Der Wechselrichter umfasst weiter einen dritten Ladeschütz und einen vierten Ladeschütz. Der dritte Ladeschütz ist zwischen den ersten
Ladeanschluss und einen ersten Batterieanschlusspol geschaltet. Der vierte Ladeschütz ist zwischen den zweiten Ladeanschluss und einen zweiten
Batterieanschlusspol geschaltet. Dieser Aufbau zeichnet sich durch eine bessere symmetrische Belastung des Wechselrichters und der elektrischen Maschine auf, was zu einer geringeren Alterung der Bauteile führt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Antriebsstranges ist der Wechselrichter einer der in den Ausführungsformen beschriebenen,
erfindungsgemäßen Wechselrichter, Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die
Leistungsschalter des Wechselrichters zum Tiefsetzen einer Batteriespannung der Gleichspannungsquelle getaktet werden, um eine an den Ladeanschluss angeschlossene externe Batterie zu laden. Dadurch kann die Batterie des Fahrzeugs als Gleichspannungsquelle dienen, etwa um die Batterien eines weiteren Fahrzeugs aufzuladen. Insbesondere können Batterien von Fahrzeugen mit mehr Ladungskapazität oder einem höheren Ladezustand die Batterien von weiteren, mit ihnen gemeinsam unterwegs seienden Fahrzeugen laden, so dass eine geringere Abhängigkeit von externen Ladequellen besteht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
FIG. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Fahrzeugs gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 2 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebsstrangs mit einem Wechselrichter gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 3 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebsstrangs mit einem Wechselrichter gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 4 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebsstrangs mit einem Wechselrichter gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 5 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebsstrangs mit einem Wechselrichter gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 6 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebsstrangs mit einem Wechselrichter gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 7 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebsstrangs mit einem Wechselrichter gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung; FIG. 8 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebsstrangs mit einem Wechselrichter gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 9 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebsstrangs mit einem Wechselrichter gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 10 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebsstrangs mit einem Wechselrichter gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 11 eine schematische Darstellung einer ersten alternativen Verschaltung des Wechselrichters gemäß einer Variation der neunten Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 12 eine schematische Darstellung einer zweiten alternativen
Verschaltung des Wechselrichters gemäß einer Variation der neunten Ausführungsform der Erfindung;
FIG. 13 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebsstrangs mit einem Wechselrichter gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung; und
FIG. 14 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Betrieb eines Wechselrichters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
In den Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Fahrzeugs 210. Das Fahrzeug umfasst einen elektrischen Antriebsstrang 110, welcher das Fahrzeug 210 antreibt. Der elektrische Antriebstrang 110 umfasst eine elektrische
Maschine 120 und eine Batterie 130, welche durch einen Wechselrichter 10 miteinander gekoppelt sind. Die Batterie 130 speichert elektrische Energie und stellt diese in Form von Gleichspannung bereit, welche von dem Wechselrichter in Wechselspannung gewandelt wird. Mittels der Wechselspannung wird die elektrische Maschine 120 betrieben, welche das Fahrzeug 210 antreibt. Der Wechselrichter 10 ist dazu ausgebildet, zusätzlich zur oben beschriebenen Wandlung der von der Batterie 130 bereitgestellten elektrischen Energie in Wechselspannung, eine Ladespannung hochzusetzen, um die Batterie 130 aufzuladen. Der Wechselrichter 10 umfasst hierzu einen Ladeanschluss L, über welchen der Wechselrichter 10 mit einer Ladevorrichtung 140 verbunden werden kann, welcher die Ladespannung bereitstellt. Der Wechselrichter 10 kann auch mehrere Ladeanschlüsse L, insbesondere zwei Ladeanschlüsse aufweisen.
In den Figuren 2 bis 10 und 13 sind verschiedene Ausführungsformen des Antriebsstrangs 110 abgebildet, welche im Folgenden detaillierter beschrieben werden.
In Figur 2 ist ein Antriebsstrang 110a gemäß einer ersten Ausführungsform illustriert. Der erste Antriebsstrang 110a umfasst eine Batterie bzw.
Gleichspannungsquelle 130, deren erster Pol über eine Vorrichtung 160 zum Trennen der Batterie 130 (battery disconnect unit, BDU) mit einem ersten Batterieanschluss Bl eines Wechselrichters 10a verbunden ist. Die Vorrichtung 160 zum Trennen der Batterie 130 umfasst einen sechsten Ladeschütz LS12 und, parallelgeschaltet, einen Vorladeschütz LS13 und einen mit dem
Vorladeschütz LS13 in Reihe geschalteten Vorladewiderstand R. Ein zweiter Pol der Batterie 130 ist über einen siebten Ladeschütz LS14 mit einem zweiten Batterieanschluss B2 des Wechselrichters 10a verbunden. Zwischen dem sechsten Ladeschütz LS12 und dem ersten Batterieanschluss Bl ist eine elektrische Verbindung angeschlossen, welche über einen dritten Ladeschütz LS3 mit einem ersten Pol eines Gleichspannung-Ladesteckers 150 verbunden ist. Zwischen dem siebten Ladeschütz LS14 und dem zweiten Batterieanschluss B2 ist eine weitere elektrische Verbindung angeschlossen, welche über einen vierten Ladeschütz LS4 mit einem zweiten Pol des Gleichspannung- Ladesteckers 150 verbunden ist.
Der Wechselrichter 10a weist einen Zwischenkreiskondensator CI und sechs Halbbrücken mit parallel geschalteten Transistoren TI bis T6 und Dioden Dl bis D6 auf, welche vorzugweise als Halbleiterelemente ausgebildet sind. Durch geeignetes Ansteuern der Leistungsschalter beziehungsweise Transistoren TI bis T6 des Wechselrichters 10a wird die Gleichspannung der Batterie 130 in Wechselspannung transformiert, welcher über einen 3-phasigen
Wechselspannungsanschluss Ul bis U3 einer 3-phasigen elektrischen Maschine 120 bereitgestellt wird.
Zwischen dem dritten Ladeschütz LS3 und dem ersten Pol des Gleichspannung- Ladesteckers 150 ist eine weitere elektrische Verbindung eingebracht, welche über einen ersten Ladeschütz LSI mit einem Ladeanschluss LI des
Wechselrichters 10a verbunden ist. Der erste Ladeanschluss LI ist mit einer der Phasen U3 des n-phasigen Wechselspannungsanschlusses Ul bis U3 verbunden. Die gewählte Phase Ul bis U3 kann hierbei im Wesentlichen frei gewählt werden.
Im Fahrmodus wird die elektrische Maschine 120 betrieben, wobei der
Wechselrichter 10a die Gleichspannung in Wechselspannung transformiert. Hierbei sind der dritte Ladeschütz LS3, der vierte Ladeschütz LS4 und der erste Ladeschütz LSI geöffnet.
Im Lademodus ist eine Ladevorrichtung 140, das heißt eine externe
Spannungsquelle, etwa eine Schnellladestation, ein Gleichspannungsnetz oder ein anderes erfindungsgemäßes Fahrzeug, an den Gleichspannung-Ladestecker 150 angeschlossen. Der vierte Ladeschütz LS4 ist geschlossen. Falls der erste Ladeschütz LSI geöffnet und der dritte Ladeschütz LS3 geschlossen ist, wird die Batterie 130 mittels herkömmlichem DC-Laden aufgeladen. Die Transistoren TI bis T6 sind dauerhaft ausgeschaltet. Hierbei wird der Ladestrom von der externen Ladevorrichtung 140 selbst geregelt bzw. die Spannung wird am Anschluss eingestellt.
Weiter kann jedoch auch der erste Ladeschütz LSI geschlossen und der dritte Ladeschütz LS3 geöffnet sein. Der Ladeanschluss LI dient dann zur Verbindung mit einem Ladeanschlusspol der Ladevorrichtung 140. In diesem Fall wird die Batterie 130 über den Wechselrichter 10a aufgeladen. In einem ersten Modus können hierbei alle Transistoren TI bis T6 dauerhaft ausgeschaltet sein, wobei ein Dauerstromverlauf über die Diode D5 erfolgt. Dies entspricht wiederum dem herkömmlichen DC-Laden. In einem zweiten Modus wird durch entsprechendes Takten der Leistungsschalter des Wechselrichters 10a die an dem Gleichspannung-Ladestecker 150 bereitgestellte Gleichspannung, auch als Ladespannung gezeichnet, hochtransformiert und die Batterie 130 dadurch geladen. Der Wechselrichter 10a wird somit zum Hochsetzen der Ladespannung eingesetzt. Die bereitgestellte Ladespannung bzw. Quellspannung ist somit stets kleiner als die Batteriespannung der Batterie 130. Hierzu werden der zweite Transistor T2 und der vierte Transistor T4 zwecks Einstellung der Spannung entsprechend gesteuert bzw. getaktet. Der Stromverlauf wird über die Dioden Dl bzw. D3 kommutiert, wenn die Transistoren T2 bzw. T4 ausgeschaltet werden. Der fünfte und sechste Transistor T5, T6 sind dauerhaft ausgeschaltet. Im zweiten Modus können die zu taktenden Schalter entweder simultan, d. h.
gleichzeitig, oder im Interleave-Modus, d. h. versetzt, getaktet werden.
Zusätzlich kann der Wechselrichter in einem inversen Lademodus betrieben werden, wobei die Batteriespannung der Batterie 130 dazu verwendet wird, eine an den Gleichspannung-Ladestecker 150 angeschlossene externe Batterie zu laden.
Die elektrische Verbindung umfassend den dritten Ladeschütz LS3 ist optional. Fehlt diese, wird die Batterie 130 stets über den Wechselrichter 10a gemäß einem der beiden Modi aufgeladen.
Schließlich ist auch der erste Ladeschütz LSI optional.
In Figur 3 ist ein Antriebsstrang 110b gemäß einer zweiten Ausführungsform illustriert. Im Unterschied zur in Figur 1 illustrierten Ausführungsform ist die an den Ladeanschluss LI des Wechselrichters 10a angeschlossenen elektrische Verbindung zwischen dem vierten Ladeschütz LS4 und dem ersten Pol des Gleichspannung-Ladesteckers 150 geschaltet.
Beim Laden ist der dritte Ladeschütz LS3 geschlossen. Bei geschlossenem vierten Ladeschütz LS4 und geöffnetem ersten Ladeschütz LSI erfolgt wiederum herkömmliches DC-Laden.
Bei geschlossenem ersten Ladeschütz LSI und geöffnetem oder fehlendem vierten Ladeschütz LS4 sind wiederum ein erster und ein zweiter Modus möglich. Im ersten Modus sind alle Transistoren TI bis T6 dauerhaft ausgeschaltet. Im zweiten Modus werden der erste Transistor TI und der dritte Transistor T3 zwecks Einstellung der Spannung entsprechend gesteuert bzw. getaktet. Der fünfte und sechste Transistor T5, T6 sind dauerhaft ausgeschaltet. Im zweiten Modus können die zu taktenden Schalter entweder simultan, d. h. gleichzeitig, oder im Interleave-Modus, d. h. versetzt, getaktet werden.
Figur 4 zeigt einen Antriebsstrang 110c gemäß einer dritten Ausführungsform, welcher im Wesentlichen dem Antriebsstrang 110a gemäß der ersten
Ausführungsform entspricht. Der Wechselrichter 10c des Antriebsstrangs 110c unterscheidet sich jedoch dadurch, dass der Ladeanschluss LI mit einem Sternpunktanschluss S1 verbunden ist, welcher wiederum mit einem Sternpunkt 121 der elektrischen Maschine 120 verbunden ist.
Beim Laden ist der vierte Ladeschütz LS4 geschlossen. Bei geschlossenem dritten Ladeschütz LS3 und geöffnetem ersten Ladeschütz LSI erfolgt wiederum herkömmliches DC-Laden.
Bei geschlossenem ersten Ladeschütz LSI und geöffnetem oder fehlendem dritten Ladeschütz LS3 erfolgt das Laden über den Wechselrichter 10c. Der zweite Transistor T2, der vierte Transistor T4 und der sechste Transistor T6 werden zwecks Einstellung der Spannung entsprechend gesteuert bzw. getaktet. Im zweiten Modus können die zu taktenden Schalter entweder simultan, d. h. gleichzeitig, oder im Interleave-Modus, d. h. versetzt, getaktet werden.
In Figur 5 ist ein Antriebsstrang llOd gemäß einer vierten Ausführungsform illustriert, welcher im Wesentlichen dem Antriebsstrang 110b gemäß der zweiten Ausführungsform entspricht, der Wechselrichter 10c jedoch dem Wechselrichter 10c der dritten Ausführungsform entspricht. Beim Laden ist der dritte Ladeschütz LS3 geschlossen. Bei geschlossenem vierten Ladeschütz LS4 und geöffnetem ersten Ladeschütz LSI erfolgt wiederum herkömmliches DC-Laden.
Bei geschlossenem ersten Ladeschütz LSI und geöffnetem oder fehlendem vierten Ladeschütz LS4 erfolgt das Laden über den Wechselrichter 10c. Der erste Transistor TI, der dritte Transistor T3 und der fünfte Transistor T5 werden zwecks Einstellung der Spannung entsprechend gesteuert bzw. getaktet. Im zweiten Modus können die zu taktenden Schalter entweder simultan, d. h.
gleichzeitig, oder im Interleave-Modus, d. h. versetzt, getaktet werden.
Die Ladeschütze, welche zwischen dem Gleichspannung-Ladestecker 150 und den Schaltelementen des Wechselrichters 10a bzw. 10c eingebracht sind, können auch direkt in den Wechselrichter 10a bzw. 10c integriert werden. Die in den Figuren 6 bis 9 illustrierten Antriebsstränge llOe bis 110h entsprechen den entsprechend modifizierten Antriebssträngen 110a bis llOd gemäß den ersten vier Ausführungsformen.
In Figur 6 ist demnach ein Antriebsstrang llOe gemäß einer fünften
Ausführungsform illustriert. Der Wechselrichter lOe weist zusätzlich zum ersten Ladeanschluss LI einen zweiten Ladeanschluss L2 auf. Der erste
Ladeanschluss LI ist direkt mit einem ersten Pol des Gleichspannung- Ladesteckers 150 verbunden und der zweite Ladeanschluss L2 ist direkt mit dem zweiten Pol des Gleichspannung-Ladesteckers 150 verbunden.
Ein erster Ladeschütz LSI ist zwischen den ersten Ladeanschluss LI und eine Phase U3 des 3-phasigen Wechselspannungsanschlusses Ul bis U3 geschaltet. Ein dritter Ladeschütz LS3 ist zwischen den ersten Ladeanschluss LI und den ersten Batterieanschlusspol Bl geschaltet. Weiter ist ein vierter Ladeschütz LS4 zwischen den zweiten Ladeanschluss L2 und den zweiten Batterieanschlusspol B2 geschaltet.
Bei dem in Figur 7 illustrierten Antriebsstrang HOf gemäß einer sechsten Ausführungsform ist im Unterschied zur fünften Ausführungsform der zweite Ladeanschluss L2 mit dem ersten Pol des Gleichspannung-Ladesteckers 150 verbunden, und der erste Ladeanschluss LI ist mit dem zweiten Pol des
Gleichspannung-Ladesteckers 150 verbunden.
Figur 8 zeigt einen Antriebsstrang 110g gemäß einer siebten Ausführungsform, wobei sich der Wechselrichter 10g von dem Wechselrichter lOe der fünften Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass der erste Ladeanschluss LI über den ersten Ladeschütz LSI mit einem Sternpunktanschluss S1 zum Anschluss des Sternpunkts 121 der elektrischen Maschine 120 verbunden ist.
Figur 9 zeigt einen Antriebsstrang 110h gemäß einer achten Ausführungsform, welche im Wesentlichen dem Antriebsstrang HOf gemäß der sechsten
Ausführungsform entspricht, wobei der erste Ladeanschluss LI jedoch wiederum über den ersten Ladeschütz LSI mit einem Sternpunktanschluss S1 zum
Anschluss des Sternpunkts 121 der elektrischen Maschine 120 verbunden ist.
Die Stromverläufe sind für die fünften bis achten Ausführungsform jeweils gestrichelt eingezeichnet.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere muss es sich nicht um eine 3-phasige elektrische Maschine handeln. Allgemeiner kann eine beliebige n-phasige elektrische Maschine betrieben werden, mit n>l.
Weiter ist auch eine Kombination der Ausführungsformen möglich. So ist in Figur 10 ein Antriebsstrang HOi gemäß einer neunten Ausführungsform illustriert, welche eine Kombination der fünften und sechsten Ausführungsform darstellt. Auch Kombinationen anderer Ausführungsformen sind möglich.
Der Wechselrichter lOi umfasst einen ersten Ladeanschluss LI und einen zweiten Ladeanschluss L2, welche mit dem ersten Pol bzw. zweiten Pol des Gleichspannung-Ladesteckers 150 verbunden sind. Der erste Ladeanschluss LI ist von einer ersten Kontaktseite Al her über einen ersten Ladeschütz LSI zu einer zweiten Kontaktseite A2 hin mit einer Phase U3 des 3-phasigen
Wechselspannungsanschlusses Ul bis U3 verbunden. Der zweite
Ladeanschluss L2 ist von einer dritten Kontaktseite A3 her über einen zweiten Ladeschütz LS2 zur zweiten Kontaktseite A2 hin mit derselben Phase U3 verbunden. Weiter sind ein dritter Ladeschütz LS3 und ein vierter Ladeschütz LS4 vorgesehen, welche zwischen den ersten Ladeanschluss LI und einen ersten Batterieanschlusspol Bl bzw. zwischen den zweiten Ladeanschluss L2 und einen zweiten Batterieanschlusspol B2 geschaltet sind. Gemäß weiteren Ausführungsformen können der erste Ladeanschluss LI, der zweite Ladeanschluss L2 und die Phase U3 auf andere Weise miteinander verknüpft sein.
So ist in Figur 11 eine Alternative illustriert, wobei ein Wechsler 12b und ein fünfter Ladeschütz LS5 in Reihe geschaltet sind, wobei der Wechsler 12b zwischen der ersten Kontaktseite Al und der dritten Kontaktseite A3 wechselt.
In Figur 12 ist eine weitere Alternative dargestellt, wobei auf den fünften
Ladeschütz LS5 verzichtet wird.
Figur 13 zeigt einen Antriebsstrang HOj gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung. Diese entspricht im Wesentlichen der in Figur 2 gezeigten ersten Ausführungsform, jedoch verläuft die Verbindung zwischen Gleichspannung- Ladestecker 150 und einer Phase der elektrischen Maschine 120 außerhalb des Wechselrichters lOj. Bei dem Wechselrichter lOj kann es sich somit um einen gebräuchlichen, nicht modifizierten Wechselrichter handeln. Der erste Pol des Gleichspannung-Ladesteckers 150 ist über die Verbindung mittels des ersten Ladeschütz LSI mit der Phase der elektrischen Maschine 120 verbunden und über den Wechselspannungsanschluss Ul bis U3 des Wechselrichters lOj mit der Batterie 130, so dass die Batterie 130 wie oben beschrieben aufgeladen werden kann.
Anstelle mit der Phase der elektrischen Maschine 120 kann der erste Pol des Gleichspannung-Ladesteckers 150 auch über die Verbindung mittels des ersten Ladeschütz LSI mit dem Sternpunktanschluss S1 verbunden sein.
Figur 14 zeigt ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens 310 zum Betrieb eines Wechselrichters 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Wechselrichter 10 kann es sich um einen Wechselrichter 10 eines Antriebsstrangs 110 eines Fahrzeugs 210 handeln, welcher insbesondere gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein kann.
In einem ersten Verfahrensschritt 311 kann der Wechselrichter 10 in einem Fahrmodus betrieben werden, wobei die Leistungsschalter des Wechselrichters derart getaktet werden, dass die bereitgestellte elektrische Energie der Batterie 130 in eine Wechselspannung umgewandelt wird, welche die elektrische Maschine 120 betreibt. Die ersten bis vierten Ladeschütze LSI bis LS4 sind zumindest teilweise geöffnet.
In einem zweiten Verfahrensschritt 312 wird der Wechselrichter 10 in einem Lademodus betrieben, wobei die Leistungsschalter des Wechselrichters 10 derart getaktet sind, dass dieser zum Hochsetzen einer Ladespannung einer an den Ladeanschluss L angeschlossenen Ladevorrichtung 140 dient. Im
Lademodus sind die ersten bis vierten Ladeschütze LSI bis LS4 zumindest teilweise geschlossen.
In einem dritten Verfahrensschritt 313 kann der Wechselrichter 10 in einem inversen Lademodus betrieben werden. Die Leistungsschalter des
Wechselrichters 10 sind derart getaktet, dass dieser zum Tiefsetzen einer Batteriespannung der Batterie 130 dient, um eine an den Gleichspannung- Ladestecker 150 angeschlossene externe Batterie zu laden.
Die Verfahrensschritte 311, 312 und 313 können abwechselnd durchgeführt werden, das heißt Fahren und Laden bzw. inverses Laden wechseln sich ab.

Claims

Ansprüche
1. Wechselrichter (10; 10a bis lOi) zum Wandeln elektrischer Energie einer Gleichspannungsquelle (130) in eine Wechselspannung und zum Hochsetzen einer Ladespannung einer Ladevorrichtung (140), mit:
einem zweipoligen Batterieanschluss (Bl, B2) zum Anschließen der Gleichspannungsquelle (130);
einem n-phasigen Wechselspannungsanschluss (Ul, U2, U3) zum Anschließen einer n-phasigen elektrischen Maschine (120) und zum Versorgen der elektrischen Maschine (120) mit der Wechselspannung, wobei n>l; und
einem ersten Ladeanschluss (LI) zum Anschließen eines ersten
Ladeanschlusspols der Ladevorrichtung (140).
2. Wechselrichter (10; 10a bis lOi) nach Anspruch 1,
wobei der erste Ladeanschluss (LI) mit einer Phase des n-phasigen Wechselspannungsanschlusses (Ul, U2, U3) verbunden ist.
3. Wechselrichter (10; 10a bis lOi) nach Anspruch 2,
mit einem ersten Ladeschütz (LSI), wobei der erste Ladeschütz (LSI) zwischen den ersten Ladeanschluss (LI) und eine Phase des n-phasigen Wechselspannungsanschlusses (Ul, U2, U3) geschaltet ist.
4. Wechselrichter (10; 10a bis lOi) nach Anspruch 3,
mit einem zweiten Ladeanschluss (L2) zum Anschluss eines zweiten Ladeanschlusspols der Ladevorrichtung (140) und mit einem zweiten Ladeschütz (LS2), wobei der zweite Ladeschütz (LS2) zwischen den zweiten Ladeanschluss (L2) und die Phase des n-phasigen
Wechselspannungsanschlusses (Ul, U2, U3) geschaltet ist, die mit dem ersten Ladeschütz (LSI) verbunden ist.
5. Wechselrichter (10; 10a bis lOi) nach Anspruch 1,
wobei der erste Ladeanschluss (LI) mit einem Sternpunktanschluss (Sl) zum Anschluss eines Sternpunkts (121) der anschließbaren n-phasigen elektrischen Maschine (120) verbunden ist.
6. Wechselrichter (10; 10a bis lOi) nach Anspruch 5,
mit einem ersten Ladeschütz (LSI), wobei der erste Ladeschütz (LSI) zwischen den ersten Ladeanschluss (LI) und den
Sternpunktpunktanschluss (Sl) zum Anschluss eines Sternpunkts (121) der anschließbaren n-phasigen elektrischen Maschine (120) geschaltet ist.
7. Wechselrichter (10; 10a bis lOi) nach Anspruch 3, 4 oder 6,
mit einem zweiten Ladeanschluss (L2) zum Anschluss eines zweiten Ladeanschlusspols und mit einem dritten Ladeschütz (LS3) und einem vierten Ladeschütz (LS4), wobei der dritte Ladeschütz (LS3) zwischen den ersten Ladeanschluss (LI) und einen ersten Batterieanschlusspol (Bl) geschaltet ist und der vierte Ladeschütz (LS4) zwischen den zweiten Ladeanschluss (L2) und einen zweiten Batterieanschlusspol (B2) geschaltet ist.
8. Elektrischer Antriebsstrang (110; 110a bis HOj) mit
einer n-phasigen elektrischen Maschine (120), wobei n>l;
einer Batterie (130) zum Bereitstellen elektrischer Energie,
einem Wechselrichter (10; 10a bis lOj) zum Hochsetzen einer
Ladespannung einer Ladevorrichtung (140) und zum Wandeln der elektrischen Energie der Batterie (130) in eine Wechselspannung, wobei der Wechselrichter einen n-phasigen Wechselspannungsanschluss (Ul, U2, U3) aufweist, welcher mit der elektrischen Maschine (120) verbunden ist und zum Versorgen der elektrischen Maschine (120) mit der
Wechselspannung dient;
einem Gleichspannung-Ladestecker (150) zum Anschließen eines ersten Ladeanschlusspols der Ladevorrichtung (140); und
einer Ladeverbindung, welche den Gleichspannung-Ladestecker (150) über einen Ladeschütz (LSI) mit der elektrischen Maschine (120) und/oder der Batterie (130) und/oder dem Wechselrichter (10; 10a bis 10j) verbindet,
9. Elektrischer Antriebsstrang (110; 110a bis HOi) nach Anspruch 8, wobei der Wechselrichter (10; 10a bis lOi) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
10. Fahrzeug (210) mit einem elektrischen Antriebsstrang (110; 110a bis HOi) nach einem der Ansprüche 8 oder 9.
11. Verfahren (310) zum Betreiben eines Wechselrichters (10; 10a bis lOi) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit den Schritten:
Takten (311) der Leistungsschalter des Wechselrichters (10; 10a bis lOi) zur Wandlung elektrischer Energie einer Gleichspannungsquelle (130) in eine Wechselspannung zur Versorgung einer angeschlossenen elektrischen Maschine (120), insbesondere bei geöffnetem ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Ladeschütz (LSI, LS2, LS3, LS4); und Takten (312) der Leistungsschalter des Wechselrichters (10; 10a bis lOi) zum Hochsetzen einer Ladespannung einer an den Ladeanschluss (LI, L2) angeschlossenen Ladevorrichtung (140); insbesondere bei geschlossenem ersten, zweiten, dritten und/oder vierten Ladeschütz (LSI, LS2, LS3, LS4).
12. Verfahren (310) nach Anspruch 11, wobei die Leistungsschalter des Wechselrichters (10; 10a bis lOi) zum Tiefsetzen einer Batteriespannung der Gleichspannungsquelle (130) getaktet werden, um eine an den Ladeanschluss (LI, L2) angeschlossene externe Batterie zu laden.
13. Computerprogramm, das eingerichtet ist, das Verfahren (310) nach
Anspruch 11 oder 12 auszuführen.
14. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 13 gespeichert ist.
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