WO2023111069A1 - Wechselrichter und ausgangsfiltersystem zur bereitstellung von ein-phasen und drei-phasen ausgangspannungen - Google Patents

Wechselrichter und ausgangsfiltersystem zur bereitstellung von ein-phasen und drei-phasen ausgangspannungen Download PDF

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Andre EHRSAM
Martin Mach
Vladimir Dvorak
Gabriel Scherer
Tato Gervais Amani
Matthias Engicht
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Zf Friedrichshafen Ag
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Definitions

  • the present approach relates to an inverter device for a vehicle and a method for operating an inverter device.
  • Some vehicles such as commercial vehicles, have a power take-off that provides power from a vehicle battery of the vehicle for an additional electrical device.
  • An inverter device for a vehicle has a 3-phase inverter and a filter device.
  • the 3-phase inverter has a first supply voltage connection for feeding DC voltage from a vehicle battery, a second supply voltage connection for connecting to the vehicle battery, a first supply connection for supplying first AC voltage, a second supply connection for supplying second AC voltage and a third supply connection for supply from third alternating voltage.
  • the filter device has at least a first coupling connection for electrically coupling to the first supply connection and a second coupling connection for electrically coupling to the second supply connection, at least one filter output for providing filtered AC voltage and a neutral conductor output.
  • the filter device has at least one first phase inductance is connected between the first coupling terminal and the filter output, and has a second phase inductance connected between the second coupling terminal and the neutral conductor output, and a filter capacitance connected between the filter output and the neutral conductor output.
  • the first AC voltage can be generated by a switch pair of the 3-phase inverter connected between the first and second supply voltage connection.
  • the second AC voltage can be generated by a second switch pair of the 3-phase inverter connected between the first and second supply voltage connection and/or the third AC voltage can be generated by a third switch pair of the 3-phase inverter connected between the first and second supply voltage connection become.
  • the first AC voltage, second AC voltage and/or third AC voltage can be 400V/vf, where “vf” is to be understood as “variable frequency”.
  • the filter output can be used to connect an electrical device, with the neutral conductor output advantageously ensuring that an imbalance is compensated for during operation of the device.
  • the filter device can also have a quadrature phase inductance which is connected between the first coupling connection and the neutral conductor output. In this way, a voltage curve can be harmonized.
  • the neutral conductor output can be coupled to the first supply voltage connection by means of a first high-voltage neutral conductor capacitance and/or wherein the neutral conductor output can be coupled to the second supply voltage connection by means of a second high-voltage neutral conductor capacitance, in particular wherein the second high-voltage neutral conductor capacitance forms part of the filter capacitance can.
  • Capacitors of this type for example in the form of capacitors, can be used to store electrical charge.
  • the filter device can also have a first auxiliary phase inductance, which is connected between a first tapping point between the first phase inductance and the first auxiliary phase inductance and the filter output, with a Positive phase capacitance is connected between the first tapping point and the first supply voltage connection and/or wherein a negative phase capacitance can be connected between the first tapping point and the second supply voltage connection, in particular wherein the negative phase capacitance can form part of the filter capacitance.
  • the filter output can be designed to provide an AC voltage of 230V/50Hz.
  • a 1-phase micro network for a 230V consumer can thus be implemented.
  • the filter device can also have at least one second filter output for providing a second AC voltage and a further phase inductance, which is connected between the second coupling connection and the second filter output, and/or the filter device can have at least one third coupling connection for electrical coupling the third supply connection, a third filter output for supplying third AC voltage and a third phase inductance, which is connected between the third coupling connection and the third filter output.
  • a symmetrical 3-phase filter for example, can be implemented in this way.
  • the filter device can also have a second auxiliary phase inductance, which is connected between a second tapping point between the further phase inductance and the second auxiliary phase inductance and the second filter output, with a second positive phase capacitance being connected between the second tapping point and the first supply voltage connection and/or with a second negative phase capacitance can be connected between the second tap point and the second supply voltage connection.
  • the filter device can also have a third auxiliary phase inductance, which can be connected between a third tap point between the third phase inductance and the third auxiliary phase inductance and the third filter output, a third positive phase capacitance being connected between the third tap point and the first supply voltage connection and/or wherein one third negative-phase capacitance can be connected between the third tap point and the second supply voltage connection.
  • a third auxiliary phase inductance which can be connected between a third tap point between the third phase inductance and the third auxiliary phase inductance and the third filter output, a third positive phase capacitance being connected between the third tap point and the first supply voltage connection and/or wherein one third negative-phase capacitance can be connected between the third tap point and the second supply voltage connection.
  • the filter device can have a third quadrature phase inductance, which is connected between the third coupling connection and the neutral conductor output.
  • the filter output, the second filter output and/or the third filter output can be designed to provide an AC voltage of 400V/vf.
  • a high-voltage network for a 400V consumer can thus be implemented.
  • a method for operating one of the inverter devices described above has at least one step of connecting the first supply voltage connection and the second supply voltage connection to the vehicle battery in order to provide the filtered AC voltage at least at the filter output.
  • This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
  • a further aspect of the invention is a vehicle which has a vehicle battery and an inverter device according to the invention.
  • the vehicle is a commercial vehicle which at least at times has a power take-off that is connected to the filter outlet.
  • the power take-off preferably includes a work function in which structures on the vehicle are moved or temperature-controlled, such as crane, tipping, mixing or refrigerated structures or in the case of agricultural equipment.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an inverter device according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an inverter device according to an embodiment
  • FIG 3 shows a flow chart of a method according to an embodiment for operating an inverter device.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an inverter device 100 according to an embodiment.
  • the inverter device 100 is suitable for use in a vehicle 102 .
  • the inverter device 100 has a 3-phase inverter 105 and a filter device 110 .
  • the 3-phase inverter 105 has a first supply voltage connection VA1 for feeding DC voltage from a vehicle battery 115, a second supply voltage connection VA2 for connecting to the vehicle battery 115, a first supply connection BA1 for providing first AC voltage, a second supply connection BA2 for providing second AC voltage and a third supply connection BA3 for providing third AC voltage.
  • the filter device 110 has at least one first coupling connection KA1 for electrical coupling to the first supply connection BA1 and a second coupling connection KA2 for electrical coupling to the second supply connection BA2, at least one filter output FA for providing filtered AC voltage and a neutral conductor output NA.
  • the filter device 110 has at least a first phase inductance PI1, which is connected between the first coupling connection KA1 and the filter output FA, and a second phase inductance PI2, which is connected between the second coupling connection KA2 and is connected to the neutral conductor output NA, and a filter capacitance FK, which is connected between the filter output FA and the neutral conductor output NA.
  • the first AC voltage is generated by a switch pair S of the 3-phase inverter 105 connected between the first supply voltage connection VA1 and the second supply voltage connection VA2.
  • the second AC voltage according to this exemplary embodiment is switched by a second pair of switches S2 of the 3-phase inverter 105 connected between the first supply voltage connection VA1 and the second supply voltage connection VA2, and/or the third AC voltage is switched by a third pair of switches connected between the first supply voltage connection VA1 and the second supply voltage connection VA2 S3 of the 3-phase inverter 105 is generated.
  • the first AC voltage, second AC voltage and/or third AC voltage is 400 V/vf.
  • the filter output FA is designed to provide an AC voltage of 230V/50Hz.
  • the inverter device 100 implements a 230V/50Hz output and a floating neutral conductor output NA.
  • the 3-phase inverter 105 which can also be referred to as “AC/DC inverter” or “e-mobility inverter”
  • various connections and filters 110 on its Output in the form of the delivery connections BA1, BA2, BA3 different functions.
  • the neutral conductor N which opens into the neutral conductor output NA, which can also be referred to as “floating neutral”
  • an imbalance caused by the charge and/or consumers in the 230V AC microgrid is advantageously compensated.
  • the inverter device 100 presented here uses a 3-phase inverter 105 to control an electric motor of a power take-off in order to set up a 230V/50Hz microgrid/microgrid and set up a potential-free neutral point, here at the neutral conductor output NA.
  • a microgrid with 230VAC/50Hz is provided with the following features:
  • the inverter device 100 includes the AC/DC inverter 105 with DC input and AC output, which includes three wires. Furthermore, using the inverter device 100, different, for example three, functions of an inverter 105 are made possible by different connections and filters 110 at its output:
  • the 3-phase inverter 105 includes the filter device 110 at the output in order to obtain 230V/50Hz, 10A or 16A and to set up a 1-phase microgrid.
  • the 3-phase inverter supplies a 3-phase eMotor as a drive with a variable frequency, for example 400V/vf.
  • a symmetrical filter generates a neutral point between a positive high-voltage path HV+ and a negative high-voltage path HV- for the 3-phase system.
  • the neutral point allows the system to handle an unbalanced system on average for light loads, for example a 230V application.
  • the inverter device 100 offers a cost-effective solution for a utility grid.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an inverter device 100 according to an embodiment.
  • This can be the inverter device 100 described in FIG. 1 , with the difference that the inverter device 100 according to this exemplary embodiment is the one described in FIG. 1 3.
  • the filter device 110 also has a transverse phase inductance QI1, which is connected between the first coupling connection KA1 and the neutral conductor output NA.
  • the neutral conductor output NA is also coupled to the first supply voltage connection VA1 by means of a first neutral conductor high-voltage capacitance NHK1 and/or the neutral conductor output NA is coupled to the second supply voltage connection VA2 by means of a second neutral conductor high-voltage capacitance NHK2.
  • the second neutral conductor high-voltage capacitance NHK2 forms part of the filter capacitance.
  • the filter device 110 also has a first auxiliary phase inductance H 11, which is connected between a first tapping point AP1 between the first phase inductance PI1 and the first auxiliary phase inductance HI1 and the filter output FA, with a positive phase capacitance PK between the first tapping point AP1 and is connected to the first supply voltage connection VA1 and/or wherein a negative phase capacitance NK is connected between the first tap point AP1 and the second supply voltage connection VA2.
  • the negative-phase capacitance NK forms part of the filter capacitance.
  • the filter device 110 also has at least one second filter output FA2 for providing a second AC voltage and a further phase inductance Plw, which is connected between the second coupling connection KA2 and the second filter output FA2. Furthermore, according to this exemplary embodiment, the filter device 110 has at least a third coupling connection KA3 for electrical coupling to the third supply connection BA3, a third filter output FA3 for providing a third AC voltage and a third phase inductance PI3, which is connected between the third coupling connection KA3 and the third filter output FA3 is.
  • the filter device 110 also has a second
  • Auxiliary phase inductance HI2 between a second tapping point AP2 is connected between the further phase inductance Plw and the second auxiliary phase inductance HI2 and the second filter output FA2, with a second positive phase capacitance PK2 being connected between the second tap point AP2 and the first supply voltage connection VA1 and/or with a second negative phase capacitance NK2 between the second Tapping point AP2 and the second supply voltage connection VA2 is connected.
  • the second negative-phase capacitance NK2 forms part of the filter capacitance.
  • the filter device 110 also has a third auxiliary phase inductance H I3 which is connected between a third tap point AP3 between the third phase inductance PI3 and the third auxiliary phase inductance H I3 and the third filter output FA3, with a third positive phase capacitance PK3 between the third Tapping point AP3 and the first supply voltage connection VA1 is connected and/or wherein a third negative-phase capacitance NK3 is connected between the third tapping point AP3 and the second supply voltage connection VA2.
  • the filter device 110 has a third transverse phase inductance QI3, which is connected between the third coupling connection KA3 and the neutral conductor output NA.
  • the filter output FA, the second filter output FA2 and/or the third filter output FA3 are designed to provide an AC voltage of 400 V/vf ⁇ 15%.
  • the inverter device 100 implements at least one 400V/vf output and potential-free neutral conductor, which can also be referred to as “floating neutral” FN.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method 300 according to an embodiment for operating an inverter device. This can be the inverter device described in FIG. 1 or 2 .
  • Method 300 has at least one step 305 of connecting, in which the first supply voltage connection and the second supply voltage connection are connected to the vehicle battery in order to provide the filtered AC voltage at least at the filter output.
  • the method 300 further comprises, before the step 305 of connecting, a step 310 of providing, in which the inverter device and the vehicle battery are provided.
  • an embodiment includes an "and/or" link between a first feature and a second feature, this should be read in such a way that the embodiment according to one embodiment includes both the first feature and the second feature and according to a further embodiment either only that having the first feature or only the second feature.

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Abstract

Der vorliegende Ansatz betrifft eine Wechselrichtervorrichtung (100) für ein Fahrzeug (102). Die Wechselrichtervorrichtung (100) weist einen 3-Phasen-Wechselrichter (105) und eine Filtereinrichtung (110) auf. Der 3-Phasen-Wechselrichter (105) weist einen ersten Versorgungsspannungsanschluss (VA1) zum Einspeisen von Gleichspannung von einer Fahrzeugbatterie (115), einen zweiten Versorgungsspannungsanschluss (VA2) zum Verbinden mit der Fahrzeugbatterie (115), einen ersten Bereitstellungsanschluss (BA1) zum Bereitstellen von erster Wechselspannung, einen zweiten Bereitstellungsanschluss (BA2) zum Bereitstellen von zweiter Wechselspannung und einen dritten Bereitstellungsanschluss (BA3) zum Bereitstellen von dritter Wechselspannung auf. Die Filtereinrichtung (110) weist zumindest einen ersten Koppelanschluss (KA1) zum elektrischen Koppeln mit dem ersten Bereitstellungsanschluss (BA1) und einen zweiten Koppelanschluss (KA2) zum elektrischen Koppeln mit dem zweiten Bereitstellungsanschluss (BA2), zumindest einen Filterausgang (FA) zum Bereitstellen von gefilterter Wechselspannung und einen Neutralleiterausgang (NA) auf. Ferner weist die Filtereinrichtung (110) zumindest eine erste Phaseninduktivität (PI1) auf, die zwischen dem ersten Koppelanschluss (KA1) und dem Filterausgang (FA) geschaltet ist, und eine zweite Phaseninduktivität (PI2) auf, die zwischen dem zweiten Koppelanschluss (KA2) und dem Neutralleiterausgang (NA) geschaltet ist, und eine Filterkapazität (FK) auf, die zwischen dem Filterausgang (FA) und den Neutralleiterausgang (NA) geschaltet ist.

Description

WECHSELRICHTER UND AUSGANGSFILTERSYSTEM ZUR BEREITSTELLUNG VON EIN-PHASEN UND DREI-PHASEN AUSGANGSPANNUNGEN
Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf eine Wechselrichtervorrichtung für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer Wechselrichtervorrichtung.
Einige Fahrzeuge, beispielsweise Nutzfahrzeuge, verfügen über einen Nebenabtrieb, der Versorgungsenergie von einer Fahrzeugbatterie des Fahrzeugs für ein zusätzliches elektrisches Gerät bereitstellt.
Vor diesem Hintergrund schafft der vorliegende Ansatz eine verbesserte Wechselrichtervorrichtung für ein Fahrzeug und ein Verfahren zum Betreiben einer verbesserten Wechselrichtervorrichtung gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass ein praktikabler Nebenabtrieb mit einer eine Unwucht ausgleichenden Funktion für ein Fahrzeug geschaffen wird.
Eine Wechselrichtervorrichtung für ein Fahrzeug weist einen 3-Phasen-Wechselrich- ter und eine Filtereinrichtung auf. Der 3-Phasen-Wechselrichter weist einen ersten Versorgungsspannungsanschluss zum Einspeisen von Gleichspannung von einer Fahrzeugbatterie, einen zweiten Versorgungsspannungsanschluss zum Verbinden mit der Fahrzeugbatterie, einen ersten Bereitstellungsanschluss zum Bereitstellen von erster Wechselspannung, einen zweiten Bereitstellungsanschluss zum Bereitstellen von zweiter Wechselspannung und einen dritten Bereitstellungsanschluss zum Bereitstellen von dritter Wechselspannung auf. Die Filtereinrichtung weist zumindest einen ersten Koppelanschluss zum elektrischen Koppeln mit dem ersten Bereitstellungsanschluss und einen zweiten Koppelanschluss zum elektrischen Koppeln mit dem zweiten Bereitstellungsanschluss, zumindest einen Filterausgang zum Bereitstellen von gefilterter Wechselspannung und einen Neutralleiterausgang auf. Ferner weist die Filtereinrichtung zumindest eine erste Phaseninduktivität auf, die zwischen dem ersten Koppelanschluss und dem Filterausgang geschaltet ist, und eine zweite Phaseninduktivität auf, die zwischen dem zweiten Koppelanschluss und dem Neutralleiterausgang geschaltet ist, und eine Filterkapazität auf, die zwischen dem Filterausgang und den Neutralleiterausgang geschaltet ist.
Die erste Wechselspannung kann durch ein zwischen dem ersten und zweiten Versorgungsspannungsanschluss geschaltetes Schalterpaar des 3-Phasen-Wechsel- richters erzeugt werden. Entsprechend kann die zweite Wechselspannung durch ein zwischen dem ersten und zweiten Versorgungsspannungsanschluss geschaltetes zweites Schalterpaar des 3-Phasen-Wechselrichters erzeugt werden und/oder die dritte Wechselspannung durch ein zwischen dem ersten und zweiten Versorgungsspannungsanschluss geschaltetes drittes Schalterpaar des 3-Phasen-Wechselrich- ters erzeugt werden. Die erste Wechselspannung, zweite Wechselspannung und/oder dritte Wechselspannung kann 400V/vf betragen, wobei „vf“ als „variable Frequenz“ zu verstehen ist. Der Filterausgang kann dazu dienen, um ein elektrisches Gerät anzuschließen, wobei der Neutralleiterausgang vorteilhafterweise beim Betrieb des Geräts dafür sorgt, dass eine Unwucht ausgeglichen wird.
Die Filtereinrichtung kann ferner eine Querphaseninduktivität aufweisen, die zwischen dem ersten Koppelanschluss und dem Neutralleiterausgang geschaltet ist. So kann ein Spannungsverlauf harmonisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Neutralleiterausgang mittels einer ersten Neutralleiter-Hochvoltkapazität mit dem ersten Versorgungsspannungsanschluss gekoppelt sein und/oder wobei der Neutralleiterausgang mittels einer zweiten Neutralleiter-Hochvoltkapazität mit dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss gekoppelt sein kann, insbesondere wobei die zweite Neutralleiter-Hochvoltkapazität einen Teil der Filterkapazität bilden kann. Derartige Kapazitäten, beispielsweise in Form von Kondensatoren, können dazu dienen, um elektrische Ladung zu speichern.
Die Filtereinrichtung kann ferner eine erste Hilfsphaseninduktivität aufweisen, die zwischen einem ersten Abgriffspunkt zwischen der ersten Phaseninduktivität und der ersten Hilfsphaseninduktivität und dem Filterausgang geschaltet ist, wobei eine Positiv-Phasenkapazität zwischen dem ersten Abgriffspunkt und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss geschaltet ist und/oder wobei eine Negativ-Phasenkapazität zwischen dem ersten Abgriffspunkt und dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss geschaltet sein kann, insbesondere wobei die Negativ-Phasenkapazität einen Teil der Filterkapazität bilden kann.
Der Filterausgang kann ausgebildet sein, um eine Wechselspannung von 230V/50Hz bereitzustellen. So kann ein 1 -phasiges-Mikronetz für einen 230V-Verbraucher realisiert sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Filtereinrichtung aber auch zumindest einen zweiten Filterausgang zum Bereitstellen von zweiter Wechselspannung, und eine weitere Phaseninduktivität aufweisen, die zwischen dem zweiten Koppelanschluss und dem zweiten Filterausgang geschaltet ist, und/oder wobei die Filtereinrichtung zumindest einen dritten Koppelanschluss zum elektrischen Koppeln mit dem dritten Bereitstellungsanschluss, einen dritten Filterausgang zum Bereitstellen von dritter Wechselspannung und eine dritte Phaseninduktivität aufweisen kann, die zwischen dem dritten Koppelanschluss und dem dritten Filterausgang geschaltet ist. So kann ein beispielsweise symmetrischer 3-Phasen-Filter realisiert sein.
Die Filtereinrichtung kann ferner eine zweite Hilfsphaseninduktivität aufweisen, die zwischen einem zweiten Abgriffspunkt zwischen der weiteren Phaseninduktivität und der zweiten Hilfsphaseninduktivität und dem zweiten Filterausgang geschaltet ist, wobei eine zweite Positiv-Phasenkapazität zwischen dem zweiten Abgriffspunkt und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss geschaltet ist und/oder wobei eine zweite Negativ-Phasenkapazität zwischen dem zweiten Abgriffspunkt und dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss geschaltet sein kann.
Die Filtereinrichtung kann ferner eine dritte Hilfsphaseninduktivität aufweisen, die zwischen einem dritten Abgriffspunkt zwischen der dritten Phaseninduktivität und der dritten Hilfsphaseninduktivität und dem dritten Filterausgang geschaltet sein kann, wobei eine dritte Positiv-Phasenkapazität zwischen dem dritten Abgriffspunkt und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss geschaltet ist und/oder wobei eine dritte Negativ-Phasenkapazität zwischen dem dritten Abgriffspunkt und dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss geschaltet sein kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Filtereinrichtung eine dritte Querphaseninduktivität aufweisen, die zwischen dem dritten Koppelanschluss und dem Neutralleiterausgang geschaltet ist.
Der Filterausgang, der zweite Filterausgang und/oder der dritte Filterausgang können gemäß einer Ausführungsform ausgebildet sein, um eine Wechselspannung von 400V/vf bereitzustellen. So kann ein Hochvolt-Netz für einen 400V-Verbraucher realisiert sein.
Ein Verfahren zum Betreiben einer der vorangehend beschriebenen Wechselrichtervorrichtungen weist zumindest einen Schritt des Verbindens des ersten Versorgungsspannungsanschluss und des zweiten Versorgungsspannungsanschluss mit der Fahrzeugbatterie auf, um die gefilterte Wechselspannung an zumindest dem Filterausgang bereitzustellen.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug, welches eine Fahrzeugbatterie und eine erfindungsgemäße Wechselrichtervorrichtung aufweist.
Insbesondere handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein Nutzfahrzeug, welches zumindest zeitweise einen Nebenabtrieb aufweist, der mit dem Filterausgang verbunden ist. Der Nebenabtrieb umfasst vorzugsweise eine Arbeitsfunktion, bei der Aufbauten am Fahrzeug bewegt oder temperiert sind, wie Kran-, Kipp-, Misch- oder Kühlaufbauten oder bei landwirtschaftlichen Geräten.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Wechselrichtervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Betreiben einer Wechselrichtervorrichtung.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Wechselrichtervorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Wechselrichtervorrichtung 100 ist zur Verwendung in einem Fahrzeug 102 geeignet.
Die Wechselrichtervorrichtung 100 weist einen 3-Phasen-Wechselrichter 105 und eine Filtereinrichtung 110 auf. Der 3-Phasen-Wechselrichter 105 weist einen ersten Versorgungsspannungsanschluss VA1 zum Einspeisen von Gleichspannung von einer Fahrzeugbatterie 115, einen zweiten Versorgungsspannungsanschluss VA2 zum Verbinden mit der Fahrzeugbatterie 115, einen ersten Bereitstellungsanschluss BA1 zum Bereitstellen von erster Wechselspannung, einen zweiten Bereitstellungsanschluss BA2 zum Bereitstellen von zweiter Wechselspannung und einen dritten Bereitstellungsanschluss BA3 zum Bereitstellen von dritter Wechselspannung auf. Die Filtereinrichtung 110 weist zumindest einen ersten Koppelanschluss KA1 zum elektrischen Koppeln mit dem ersten Bereitstellungsanschluss BA1 und einen zweiten Koppelanschluss KA2 zum elektrischen Koppeln mit dem zweiten Bereitstellungsanschluss BA2, zumindest einen Filterausgang FA zum Bereitstellen von gefilterter Wechselspannung und einen Neutralleiterausgang NA auf. Ferner weist die Filtereinrichtung 110 zumindest eine erste Phaseninduktivität PI1 auf, die zwischen dem ersten Koppelanschluss KA1 und dem Filterausgang FA geschaltet ist, und eine zweite Phaseninduktivität PI2 auf, die zwischen dem zweiten Koppelanschluss KA2 und dem Neutralleiterausgang NA geschaltet ist, und eine Filterkapazität FK auf, die zwischen dem Filterausgang FA und dem Neutralleiterausgang NA geschaltet ist.
Die erste Wechselspannung wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch ein zwischen dem ersten Versorgungsspannungsanschluss VA1 und zweiten Versorgungsspannungsanschluss VA2 geschaltetes Schalterpaar S des 3-Phasen-Wechselrich- ters 105 erzeugt. Entsprechend werden die zweite Wechselspannung gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch ein zwischen dem ersten Versorgungsspannungsanschluss VA1 und zweiten Versorgungsspannungsanschluss VA2 geschaltetes zweites Schalterpaar S2 des 3-Phasen-Wechselrichters 105 und/oder die dritte Wechselspannung durch ein zwischen dem ersten Versorgungsspannungsanschluss VA1 und zweiten Versorgungsspannungsanschluss VA2 geschaltetes drittes Schalterpaar S3 des 3-Phasen-Wechselrichters 105 erzeugt. Die erste Wechselspannung, zweite Wechselspannung und/oder dritte Wechselspannung betragen gemäß diesem Ausführungsbeispiel 400V/vf. Der Filterausgang FA ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um eine Wechselspannung von 230V/50Hz bereitzustellen.
Die Wechselrichtervorrichtung 100 realisiert gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen 230V/50Hz-Ausgang und potenzialfreien Nullleiterausgang NA. Bei der hier vorgestellten Wechselrichtervorrichtung 100 erhält man unter Verwendung des 3-Pha- sen-Wechselrichters 105, der auch als „AC/DC-Wechselrichter“ oder „E-Mobility- Wechselrichter“ bezeichnet werden kann, und verschiedenen Anschlüssen und Filtern 110 an seinem Ausgang in Form der Bereitstellungsanschlüsse BA1 , BA2, BA3 verschiedene Funktionen. Dank des in dem Neutralleiterausgang NA mündenden Neutralleiters N, der auch als „floating neutral“ bezeichnet werden kann, wird vorteilhafterweise eine Unwucht ausgeglichen, die durch die Ladung und/oder Verbraucher im 230V-Wechselstrom -Microgrid verursacht wird.
Anders als bei beispielsweise einer Verwendung für die Traktion, wird bei der hier vorgestellten Wechselrichtervorrichtung 100 ein 3-Phasen-Wechselrichter 105 zur Steuerung eines eMotors eines Nebenabtriebs verwendet, um ein Microgrid/Mikro- netz 230V/50Hz aufzubauen und einen potenzialfreien Neutralpunkt aufzubauen, hier am Neutralleiterausgang NA. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein Microgrid mit 230VAC/50Hz mit folgenden Merkmalen bereitgestellt:
- Wechselspannung: 1x 0..230V ± 15%
- mit Frequenz: 50Hz ± 10% oder 60Hz ± 10%
Die Wechselrichtervorrichtung 100 umfasst den AC/DC-Wechselrichter 105 mit DC- Eingang und AC-Ausgang, der drei Drähte umfasst. Ferner sind unter Verwendung der Wechselrichtervorrichtung 100 verschiedene, beispielsweise drei, Funktionen von einem Wechselrichter 105 durch verschiedene Anschlüsse und Filter 110 an seinem Ausgang ermöglicht:
1 . Funktion: Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst der 3-Phasen-Wechselrich- ter 105 am Ausgang die Filtereinrichtung 110, um 230V/50Hz,10A oder 16A, zu erhalten und ein 1-phasiges Microgrid aufzubauen.
2. Funktion: Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel versorgt der 3-Phasen- Wechselrichter einen 3-phasigen eMotor als Antrieb mit variabler Frequenz, beispielsweise 400V/vf.
3. Funktion: Gemäß einem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel erzeugt ein symmetrischer Filter einen Neutralpunkt zwischen einem positiven Hochvoltpfad HV+ und einem negativen Hochvoltpfad HV- für das 3-Phasen-System. Der Neutralpunkt ermöglicht es dem System, ein unsymmetrisches System im Durchschnitt für leichte Last, beispielsweise eine 230V-Anwendung, zu handhaben.
Die Wechselrichtervorrichtung 100 bietet eine kostengünstige Lösung für ein Versorgungsnetz.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Wechselrichtervorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um die in Fig. 1 beschriebene Wechselrichtervorrichtung 100 handeln, mit dem Unterschied, dass die Wechselrichtervorrichtung 100 gemäß diesem Ausführungsbeispiel die in Fig. 1 beschriebene 3. Funktion realisiert, bei der die Filtereinrichtung 110 in Form eines symmetrischen Filters den Neutralpunkt NP zwischen dem positiven Hochvoltpfad HV+ und dem negativen Hochvoltpfad HV- erzeugt.
Die Filtereinrichtung 110 weist hierzu gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner eine Querphaseninduktivität QI1 auf, die zwischen dem ersten Koppelanschluss KA1 und dem Neutralleiterausgang NA geschaltet ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Neutralleiterausgang NA ferner mittels einer ersten Neutralleiter-Hochvoltkapazität NHK1 mit dem ersten Versorgungsspannungsanschluss VA1 gekoppelt und/oder der Neutralleiterausgang NA mittels einer zweiten Neutralleiter-Hochvoltkapazität NHK2 mit dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss VA2 gekoppelt. Die zweite Neutralleiter-Hochvoltkapazität NHK2 bildet gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Teil der Filterkapazität. Die Filtereinrichtung 110 weist ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine erste Hilfsphaseninduktivität H 11 auf, die zwischen einem ersten Abgriffspunkt AP1 zwischen der ersten Phaseninduktivität PI1 und der ersten Hilfsphaseninduktivität HI1 und dem Filterausgang FA geschaltet ist, wobei eine Positiv-Phasenkapazität PK zwischen dem ersten Abgriffspunkt AP1 und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss VA1 geschaltet ist und/oder wobei eine Negativ- Phasenkapazität NK zwischen dem ersten Abgriffspunkt AP1 und dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss VA2 geschaltet ist. Die Negativ-Phasenkapazität NK bildet gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Teil der Filterkapazität. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Filtereinrichtung 110 ferner zumindest einen zweiten Filterausgang FA2 zum Bereitstellen von zweiter Wechselspannung und eine weitere Phaseninduktivität Plw auf, die zwischen dem zweiten Koppelanschluss KA2 und dem zweiten Filterausgang FA2 geschaltet ist. Ferner weist die Filtereinrichtung 110 gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest einen dritten Koppelanschluss KA3 zum elektrischen Koppeln mit dem dritten Bereitstellungsanschluss BA3, einen dritten Filterausgang FA3 zum Bereitstellen von dritter Wechselspannung und eine dritte Phaseninduktivität PI3 auf, die zwischen dem dritten Koppelanschluss KA3 und dem dritten Filterausgang FA3 geschaltet ist.
Die Filtereinrichtung 110 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ferner eine zweite
Hilfsphaseninduktivität HI2 auf, die zwischen einem zweiten Abgriffspunkt AP2 zwischen der weiteren Phaseninduktivität Plw und der zweiten Hilfsphaseninduktivität HI2 und dem zweiten Filterausgang FA2 geschaltet ist, wobei eine zweite Positiv- Phasenkapazität PK2 zwischen dem zweiten Abgriffspunkt AP2 und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss VA1 geschaltet ist und/oder wobei eine zweite Negativ-Phasenkapazität NK2 zwischen dem zweiten Abgriffspunkt AP2 und dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss VA2 geschaltet ist. Die zweite Negativ-Phasenkapazität NK2 bildet gemäß einem Ausführungsbeispiel einen Teil der Filterkapazität. Die Filtereinrichtung 110 weist ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine dritte Hilfsphaseninduktivität H I3 auf, die zwischen einem dritten Abgriffspunkt AP3 zwischen der dritten Phaseninduktivität PI3 und der dritten Hilfsphaseninduktivität H I3 und dem dritten Filterausgang FA3 geschaltet ist, wobei eine dritte Positiv-Phasenkapazität PK3 zwischen dem dritten Abgriffspunkt AP3 und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss VA1 geschaltet ist und/oder wobei eine dritte Negativ-Phasenkapazität NK3 zwischen dem dritten Abgriffspunkt AP3 und dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss VA2 geschaltet ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Filtereinrichtung 110 eine dritte Querphaseninduktivität QI3 auf, die zwischen dem dritten Koppelanschluss KA3 und dem Neutralleiterausgang NA geschaltet ist. Der Filterausgang FA, der zweite Filterausgang FA2 und/oder der dritte Filterausgang FA3 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um eine Wechselspannung von 400V/vf ± 15%bereitzustellen. Die Wechselrichtervorrichtung 100 realisiert gemäß diesem Ausführungsbeispiel zumindest einen 400V/vf-Ausgang und potenzialfreien Neutralleiter, der auch als „Floating Neutral“ FN bezeichnet werden kann.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Betreiben einer Wechselrichtervorrichtung. Dabei kann es sich um die in Fig. 1 oder 2 beschriebene Wechselrichtervorrichtung handeln.
Das Verfahren 300 weist zumindest einen Schritt 305 des Verbinden auf, in dem der erste Versorgungsspannungsanschluss und der zweite Versorgungsspannungsanschluss mit der Fahrzeugbatterie verbunden werden, um die gefilterte Wechselspannung an zumindest dem Filterausgang bereitzustellen. Optional umfasst das Verfahren 300 ferner gemäß diesem Ausführungsbeispiel vor dem Schritt 305 des Verbindens einen Schritt 310 des Bereitstellens, in dem die Wechselrichtervorrichtung und die Fahrzeugbatterie bereitgestellt werden.
Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezuqszeichen
AP1 erster Abgriffspunkt
AP2 zweiter Abgriffspunkt
AP3 dritter Abgriffspunkt
BA1 erster Bereitstellungsanschluss
BA2 zweiter Bereitstellungsanschluss
BA3 dritter Bereitstellungsanschluss
FA Filterausgang
FA2 zweiter Filterausgang
FA3 dritter Filterausgang
FN Floating Neutral
FK Filterkapazität
HI1 erste Hilfsphaseninduktivität
HI2 zweite Hilfsphaseninduktivität
HI3 dritte Hilfsphaseninduktivität
HV+ positiver Hochvoltpfad
HV- negativer Hochvoltpfad
KA1 erster Koppelanschluss
KA2 zweiter Koppelanschluss
KA3 dritter Koppelanschluss
N Neutralleiter
NA Neutralleiterausgang
NP Neutralpunkt
NHK1 erste Neutralleiter-Hochvoltkapazität
NHK2 zweite Neutralleiter-Hochvoltkapazität
NK Negativ-Phasenkapazität
NK2 zweite Negativ-Phasenkapazität
NK3 dritte Negativ-Phasenkapazität
PI1 erste Phaseninduktivität
PI2 zweite Phaseninduktivität
PI3 dritte Phaseninduktivität
Plw weitere Phaseninduktivität PK Positiv-Phasenkapazität
PK2 zweite Positiv-Phasenkapazität
PK3 dritte Positiv-Phasenkapazität
QI1 Querphaseninduktivität
QI2 zweite Querphaseninduktivität
QI3 dritte Querphaseninduktivität
S Schalterpaar
52 zweites Schalterpaar
53 drittes Schalterpaar
VA1 erster Versorgungsspannungsanschluss
VA2 zweiter Versorgungsspannungsanschluss
100 Wechselrichtervorrichtung
102 Fahrzeug
105 3-Phasen-Wechselrichter
110 Filtereinrichtung
115 Fahrzeugbatterie
300 Verfahren zum Betreiben einer Wechselrichtervorrichtung
305 Schritt des Verbindens
310 Schritt des Bereitstellens

Claims

Patentansprüche
1 . Wechselrichtervorrichtung (100) für ein Fahrzeug (102), wobei die Wechselrichtervorrichtung (100) die folgenden Merkmale aufweist: einen 3-Phasen-Wechselrichter (105) mit einem ersten Versorgungsspannungsanschluss (VA1 ) zum Einspeisen von Gleichspannung von einer Fahrzeugbatterie (115), einem zweiten Versorgungsspannungsanschluss (VA2) zum Verbinden mit der Fahrzeugbatterie (115), einem ersten Bereitstellungsanschluss (BA1 ) zum Bereitstellen von erster Wechselspannung, einem zweiten Bereitstellungsanschluss (BA2) zum Bereitstellen von zweiter Wechselspannung und einem dritten Bereitstellungsanschluss (BA3) zum Bereitstellen von dritter Wechselspannung; und einer Filtereinrichtung (110) mit zumindest einem ersten Koppelanschluss (KA1 ) zum elektrischen Koppeln mit dem ersten Bereitstellungsanschluss (BA1 ) und einem zweiten Koppelanschluss (KA2) zum elektrischen Koppeln mit dem zweiten Bereitstellungsanschluss (BA2), zumindest einem Filterausgang (FA) zum Bereitstellen von gefilterter Wechselspannung und einem Neutralleiterausgang (NA), wobei die Filtereinrichtung (110) eine erste Phaseninduktivität (PI1 ) aufweist, die zwischen dem ersten Koppelanschluss (KA1 ) und dem Filterausgang (FA) geschaltet ist, und wobei die Filtereinrichtung (110) eine zweite Phaseninduktivität (PI2) aufweist, die zwischen dem zweiten Koppelanschluss (KA2) und dem Neutralleiterausgang (NA) geschaltet ist, und wobei die Filtereinrichtung (110) eine Filterkapazität (FK) aufweist, die zwischen dem Filterausgang (FA) und den Neutralleiterausgang (NA) geschaltet ist.
2. Wechselrichtervorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 , wobei die Filtereinrichtung (110) eine Querphaseninduktivität (QI1 ) aufweist, die zwischen dem ersten Koppelanschluss (KA1 ) und dem Neutralleiterausgang (NA) geschaltet ist.
3. Wechselrichtervorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Neutralleiterausgang (NA) mittels einer ersten Neutralleiter-Hochvoltkapazität (NHK1 ) mit dem ersten Versorgungsspannungsanschluss (VA1 ) gekoppelt ist und/oder wobei der Neutralleiterausgang (NA) mittels einer zweiten Neutralleiter-Hochvoltkapazität (NHK2) mit dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss (VA2) gekoppelt ist, insbesondere wobei die zweite Neutralleiter-Hochvoltkapazität (NHK2) einen Teil der Filterkapazität (FK) bildet.
4. Wechselrichtervorrichtung (100) gemäß Anspruch 3, wobei die Filtereinrichtung (110) ferner eine erste Hilfsphaseninduktivität (HI1 ) aufweist, die zwischen einem ersten Abgriffspunkt (AP1 ) zwischen der ersten Phaseninduktivität (PI1 ) und der ersten Hilfsphaseninduktivität (HI1 ) und dem Filterausgang (FA) geschaltet ist, wobei eine Positiv-Phasenkapazität (PK) zwischen dem ersten Abgriffspunkt (AP1 ) und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss (VA1 ) geschaltet ist und/oder wobei eine Negativ-Phasenkapazität (NK) zwischen dem ersten Abgriffspunkt (AP1 ) und dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss (VA2) geschaltet ist, insbesondere wobei die Negativ-Phasenkapazität (NK) einen Teil der Filterkapazität (FK) bildet.
5. Wechselrichtervorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterausgang (FA) ausgebildet ist, um eine Wechselspannung von 230V/50Hz bereitzustellen.
6. Wechselrichtervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (110) zumindest einen zweiten Filterausgang (FA2) zum Bereitstellen von zweiter Wechselspannung aufweist, wobei die Filtereinrichtung (110) eine weitere Phaseninduktivität (Plw) aufweist, die zwischen dem zweiten Koppelanschluss (KA2) und dem zweiten Filterausgang (FA2) geschaltet ist, und/oder wobei die Filtereinrichtung (110) zumindest einen dritten Koppelanschluss (KA3) zum elektrischen Koppeln mit dem dritten Bereitstellungsanschluss (BA3), einen dritten Filterausgang (FA3) zum Bereitstellen von dritter Wechselspannung und eine dritte Phaseninduktivität (PI3) aufweist, die zwischen dem dritten Koppelanschluss (KA3) und dem dritten Filterausgang (FA3) geschaltet ist.
7. Wechselrichtervorrichtung (100) gemäß Anspruch 6, wobei die Filtereinrichtung (110) ferner eine zweite Hilfsphaseninduktivität (HI2) aufweist, die zwischen einem zweiten Abgriffspunkt (AP2) zwischen der weiteren Phaseninduktivität (Plw) und der zweiten Hilfsphaseninduktivität (HI2) und dem zweiten Filterausgang (FA2) geschaltet ist, wobei eine zweite Positiv-Phasenkapazität (PK2) zwischen dem zweiten Abgriffspunkt (AP2) und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss (VA1 ) geschaltet ist und/oder wobei eine zweite Negativ-Phasenkapazität (NK2) zwischen dem zweiten Abgriffspunkt (AP2) und dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss (VA2) geschaltet ist.
8. Wechselrichtervorrichtung (100) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die Filtereinrichtung (110) ferner eine dritte Hilfsphaseninduktivität (HI3) aufweist, die zwischen einem dritten Abgriffspunkt (AP3) zwischen der dritten Phaseninduktivität (PI3) und der dritten Hilfsphaseninduktivität (H I3) und dem dritten Filterausgang (FA3) geschaltet ist, wobei eine dritte Positiv-Phasenkapazität (PK3) zwischen dem dritten Abgriffspunkt (AP3) und dem ersten Versorgungsspannungsanschluss (VA1 ) geschaltet ist und/oder wobei eine dritte Negativ-Phasenkapazität (NK3) zwischen dem dritten Abgriffspunkt (AP3) und dem zweiten Versorgungsspannungsanschluss (VA2) geschaltet ist.
9. Wechselrichtervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Filtereinrichtung (110) eine dritte Querphaseninduktivität (QI3) aufweist, die zwischen dem dritten Koppelanschluss (KA3) und dem Neutralleiterausgang (NA) geschaltet ist.
10. Wechselrichtervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterausgang (FA), der zweite Filterausgang (FA2) und/oder der dritte Filterausgang (FA3) ausgebildet ist, um eine Wechselspannung von 400V/vf bereitzustellen.
11 . Verfahren (300) zum Betreiben einer Wechselrichtervorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren (300) zumindest einen Schritt des Verbindens (305) des ersten Versorgungsspannungsanschluss (VA1 ) und des zweiten Versorgungsspannungsanschluss (VA2) mit der Fahrzeugbatterie (115) aufweist, um die gefilterte Wechselspannung an zumindest dem Filterausgang (FA) bereitzustellen.
15
12. Fahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie und einer Wechselrichtervorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 10.
13. Fahrzeug gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest zeitweise einen Nebenabtrieb aufweist, und dass der Nebenantrieb mit dem Filterausgang verbunden ist.
16
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