WO2024083389A1 - Stromrichtervorrichtung zur konvertierung einer eingangsgleichspannung in eine ausgangsgleichspannung, elektrisches antriebs- und ladesystem und verfahren zur ermittlung eines elektrischen ausgangsstroms - Google Patents

Stromrichtervorrichtung zur konvertierung einer eingangsgleichspannung in eine ausgangsgleichspannung, elektrisches antriebs- und ladesystem und verfahren zur ermittlung eines elektrischen ausgangsstroms Download PDF

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Seifeldin Tarek Mohamed SHAABAN
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Robert Bosch Gmbh
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    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/40—DC to AC converters

Definitions

  • Power converter device for converting an input DC voltage into an output DC voltage, electric drive and charging system and method for determining an electrical output current
  • the present invention relates to a power converter device for converting an input direct voltage into an output direct voltage, an electric drive and charging system and a method for determining an electrical output current in a power converter device for converting an input direct voltage into an output direct voltage.
  • Vehicles that are fully or at least partially electrically powered usually have an electric drive system in which electrical energy is provided by an energy storage device, such as a traction battery, to an electric machine using a power converter.
  • the electrical energy storage device used for this can be charged using an external energy source. This usually requires a separate charging circuit.
  • the present invention provides a power converter device for converting an input DC voltage into an output DC voltage, an electric drive and charging system and a method for determining a electrical output current with the features of the independent patent claims. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent patent claims.
  • a power converter device for converting an input direct voltage into an output direct voltage, for supplying a multi-phase electrical machine with an electrical power converter, an input connection, a first voltage sensor, a second voltage sensor, at least one current sensor and a control device.
  • the electrical power converter comprises a direct voltage connection and an alternating voltage connection.
  • the direct voltage connection is designed to be connected to a positive connection of an electrical energy storage device at a first connection point of the direct voltage connection and to a negative connection of the electrical energy storage device at a second connection point of the direct voltage connection.
  • the alternating voltage connection comprises several alternating voltage connection points. Each of the several alternating voltage connection points is designed to be connected to a corresponding connection point of a multi-phase electrical machine.
  • the input connection is designed to be connected to a positive connection of an electrical direct voltage source at a first input connection point and to a negative connection of the electrical direct voltage source at a second input connection point.
  • the first input connection point is designed to be connected to a star point or one of the connection points of the electrical machine.
  • the second input connection point of the input terminal is connected to the second connection point of the DC voltage connection of the electrical power converter.
  • the first voltage sensor is designed to detect an electrical input voltage between the first input connection point and the second input connection point of the input terminal.
  • the second voltage sensor is designed to detect an electrical output voltage between the first connection point of the DC voltage connection and a second connection point of the DC voltage connection of the electrical power converter.
  • the at least one current sensor is designed to determine an electrical current that characterizes or corresponds to an electrical input current between the first input connection point of the input connection and the electrical power converter.
  • the at least one current sensor is designed to determine an electrical input current between the first input connection point of the input connection and the electrical power converter.
  • the control device is designed to calculate an electrical output current that characterizes or corresponds to the output current between the first connection point of the DC voltage connection and the electrical energy storage device using the detected input voltage, the detected output voltage and the determined input current.
  • the control device is designed to calculate an electrical output current between the first connection point of the DC voltage connection and the electrical energy storage device using the detected input voltage, the detected output voltage and the determined input current.
  • the control device is designed to control the electrical power converter using the calculated output current.
  • the input connection of the power converter arrangement is designed to be coupled to a direct voltage charging station for an electric vehicle.
  • a method for determining an electrical output current in a device for converting an input DC voltage into a Output DC voltage can in particular be the previously described power converter device according to the invention.
  • the device can comprise an electrical power converter and an input connection.
  • the electrical power converter can comprise a DC voltage connection and an AC voltage connection.
  • the DC voltage connection is designed to be connected to a positive connection of an electrical energy storage device at a first connection point of the DC voltage connection and to a negative connection of the electrical energy storage device at a second connection point of the DC voltage connection.
  • the AC voltage connection comprises several AC voltage connection points. Each of the several AC voltage connection points is connected to a corresponding connection point of a multi-phase electrical machine.
  • the input connection is designed to be connected to a positive connection of an electrical DC voltage source at a first input connection point and to a negative connection of the electrical DC voltage source at a second input connection point.
  • the first input connection point is connected to a star point of the electrical machine.
  • the second input connection point is connected to the second connection point of the DC voltage connection of the electrical power converter.
  • the method comprises a step for determining an electrical input voltage between the first input connection point and the second input connection point of the input connection and a step for determining an electrical output voltage between the first connection point of the DC voltage connection and a second connection point of the DC voltage connection of the electrical power converter.
  • the method comprises a step for determining an input current which characterizes or corresponds to an input current between the first input connection point of the input connection to the electrical power converter.
  • the method comprises a step for determining an input current between the first input connection point of the Input connection to the electrical power converter.
  • the method further comprises a step for calculating an electrical output current which characterizes or corresponds to the electrical output current between the first connection point of the DC voltage connection and the electrical energy storage device using the determined input voltage, the determined output voltage and the determined input current.
  • the method further comprises a step for calculating an electrical output current between the first connection point of the DC voltage connection and the electrical energy storage device using the determined input voltage, the determined output voltage and the determined input current.
  • the present invention is based on the knowledge that electrical sensors, such as current sensors, for high-voltage applications, such as in a high-voltage network of an electric vehicle, can be relatively expensive. It is therefore desirable to minimize the required number of such sensors if necessary.
  • the present invention is based on the knowledge that in an electrical drive system, such as in an electric vehicle, some current and voltage sensors are already present for monitoring and controlling the drive system, and their sensor signals can also be used for other applications if necessary.
  • the present invention provides not to measure the output current during the DC voltage conversion using an additional sensor, but to determine this current value using sensor values from sensors available in the system. In this way, an additional current sensor can be saved.
  • the power converter device comprises a plurality of current sensors.
  • Each of the plurality of current sensors can detect an electrical phase current between one of the alternating connection points of the alternating voltage connection and a corresponding connection point of the multi-phase electrical machine.
  • the input current can be determined by the current sensors between the alternating voltage connection of the power converter and the phase connections of the electrical machine. The sum of the phase currents determined in this way corresponds to the total input current. Since such current sensors for controlling the electrical machine are already present in an electrical drive system, no additional current sensors are required for the direct voltage conversion. In this case, the
  • the control device may be configured to determine the input current using a sum of the phase currents detected by the plurality of current sensors.
  • control device is designed to temporally filter the determined input current and to calculate the output current using the filtered input current.
  • temporally Filtering for example averaging over a given time range, can provide a stable value for the input current.
  • control device is designed to calculate the electrical output current between the first connection point of the DC voltage connection and the electrical energy storage device using a predetermined efficiency of the electrical power converter.
  • This efficiency can, for example, reflect the electrical losses in the power converter device for DC voltage conversion.
  • the output power and thus also the output current can be determined on the basis of the conservation of energy from the input power and the electrical losses specified by the efficiency.
  • the control device comprises a memory.
  • This memory can be designed to provide data for an efficiency of the electrical power converter. For example, this data can be obtained beforehand by measurement, simulations, calculations or any other means.
  • the control device can be designed to calculate the electrical output current between the first connection point of the DC voltage connection and the electrical energy storage device using the data provided by the memory for the efficiency of the electrical power converter. This makes it easy to determine the electrical losses during DC voltage conversion. Accordingly, the electrical power provided on the output side can also be determined from the difference between the input power and the losses.
  • the first voltage sensor and/or the second voltage sensor comprise a resistance divider.
  • a resistance divider in the form of a series connection of several ohmic resistors, a relatively low electrical voltage can be provided for a voltage sensor, which is proportional to the high electrical voltage to be determined. Relatively simple and inexpensive voltage sensors can thus be used.
  • the power converter device is further designed to generate an alternating voltage using an electrical direct voltage provided at the direct voltage connection. This alternating voltage can be provided at the alternating voltage connection of the electrical machine connected there. The generated alternating voltage can be suitable for controlling the electrical machine connected to the alternating voltage connection.
  • Fig. 1 a schematic diagram of an electric drive and charging system, as may form the basis of an embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 a flow chart underlying a method according to an embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a power converter device 1 for converting an input DC voltage into an output DC voltage according to an embodiment.
  • the power converter device 1 comprises a Power converter 10 with a direct voltage connection 11 and an alternating voltage connection 12.
  • a direct voltage source in particular an electrical energy storage device 3, for example a traction battery of an electric vehicle, can be connected to the direct voltage connection 11.
  • a first connection point of the direct voltage connection 11 can be connected to the positive pole of the energy storage device 3 and a second connection point of the direct voltage connection 11 can be connected to the negative pole of the energy storage device 3.
  • the power converter device 1 can be connected to an electrical machine 20.
  • the phase connections of the electrical machine 20 are electrically connected to corresponding connection points of the AC voltage connection 12 of the power converter 10.
  • the phase windings of the electrical machine 20 are connected in a star configuration. An electrical connection for this star point is accessible on the electrical machine 2.
  • electrical energy from the electrical energy store 3, which is provided at the DC voltage connection 11 of the power converter 10 can thus be converted by the power converter 10 into a multi-phase electrical alternating voltage.
  • This multi-phase alternating voltage is provided at the AC voltage connection 12 and thus also at the phase connections of the electrical machine 20.
  • an electrical alternating voltage can be provided by the electrical machine 20 at the AC voltage connection 12.
  • This electrical alternating voltage can be converted by the power converter 10 into a DC voltage, which is provided at the DC voltage connection 11, for example to charge the electrical energy store 3.
  • the converter device 1 shown can also be used to convert an input DC voltage into an output DC voltage.
  • a Input connection 30 is provided.
  • An external DC voltage source 4 can be connected to this input connection 30 between the two input connection points.
  • a first input connection point of the input connection 30 can be connected to a positive pole of the DC voltage source 4 and a second input connection point of the input connection 30 can be connected to the corresponding negative pole of the DC voltage source 4.
  • This external DC voltage source 4 can be, for example, a charging station which provides a DC voltage for charging an electric vehicle.
  • the first input connection point of the input connection 30 is electrically connected to the star point or one of the connection points of the electrical machine 20.
  • the second input connection point of the input connection 30 is directly connected to the second connection point of the DC voltage connection 11.
  • the switching elements of the power converter 10 can be controlled in a suitable manner.
  • the input direct current voltage can be converted into a direct current output voltage with a predetermined voltage level by utilizing the inductances in the phase windings of the electrical machine 20.
  • the basic principle of such a direct current conversion is considered to be known and is therefore not explained in detail here.
  • the input voltage can be determined, for example, by means of a first voltage sensor 41 at the input terminal 30.
  • the output voltage can be determined, for example, by means of a second voltage sensor 51 at the DC voltage terminal 11.
  • a resistance divider in the form of a series connection of at least two ohmic resistors can be provided, the electrical voltage being divided proportionally to the resistance values.
  • a voltage sensor 51 for relatively low electrical voltages can measure an electrical voltage at one of the resistors that is proportional to the total voltage across the resistance divider.
  • the input current can be determined, for example, by means of a current sensor 42 between the first input connection point of the input connection 30 and the star point of the electrical machine 20.
  • a current sensor 42 between the first input connection point of the input connection 30 and the star point of the electrical machine 20.
  • the input current I Jn corresponds to the sum of the electrical currents in all phase lines.
  • the value of the input current determined by the current sensor 42-i or the current sensors 43-i can be filtered before further processing.
  • an average value can be formed over a predetermined period of time or a predetermined time interval.
  • any other filtering methods such as low-pass filtering or similar, are also possible.
  • an input power PJn can be calculated, which results from the product of input current I Jn and input voltage UJn. Due to the conservation of energy, this input power PJn flowing into the system must correspond to the power delivered by the system.
  • This delivered power consists of the electrical power P_out delivered at the DC voltage connection 11 and the power loss of the system.
  • the power loss of the system can be determined or at least estimated, for example, on the basis of an efficiency w of the system during DC voltage conversion. For example, this efficiency w of the system can be determined beforehand determined by measurement, simulation or other suitable means.
  • a control device 60 can, for example, receive the sensor values of the first voltage sensor 41, the second voltage sensor 51 and the current sensor 42 or the current sensors 43-i and use these to determine the input voltage, output voltage and input current, as well as calculate the output current.
  • the additional data required for this regarding the efficiency w can, for example, be stored and made available in a memory of the control device 60. Any form is possible for this, for example as a look-up table for different operating points or the like.
  • control device 60 can control the switching elements in the power converter 10 using the sensor values and the calculated output current.
  • an electrical direct voltage provided at the input terminal 30 can be used to charge an electrical energy storage device 3 connected to the direct voltage terminal 11, such as the traction battery of an electric vehicle.
  • the voltage level of the direct voltage provided at the input terminal can be adjusted in such a way that it is used to charge the electrical energy storage device 3.
  • This also makes it possible, for example, to increase the electrical direct voltage provided at the input connection 30, so that, for example, a direct voltage charging station for a lower direct voltage level, for example in the range of 350 V to 400 V, can be used to charge electrical energy storage devices of a higher voltage level, for example in the range of 800 V to 1000 V.
  • Figure 2 shows a flow chart of the method for determining an electrical output current in a power converter device 1 for converting an input DC voltage into an output DC voltage according to one embodiment.
  • the power converter device 1 can be, for example, the previously described power converter device 1 for converting an input DC voltage into an output DC voltage. Accordingly, all statements made previously also apply to the method described below. Furthermore, the previously described power converter device 1 can also comprise any components that are suitable for carrying out the method described below.
  • an electrical input voltage is determined, in particular an electrical voltage between the first input connection point and the second input connection point of the input connection 30.
  • the input voltage can be determined, for example, by means of the first voltage sensor 31 described above.
  • step S2 an electrical output voltage U_out is determined.
  • the output voltage can be determined, for example, by means of the second voltage sensor 41 described above.
  • an input current l_in is determined, in particular an input current from the first input connection point of the input connection 30 to the electrical power converter 10.
  • This Input current can be measured, for example, by means of a single current sensor 42 between the first input connection point of the input connection 30 and a star point of the phase windings or one of the connection points of the electrical machine 20. Additionally or alternatively, the input current can be determined by means of current sensors 43-i in the phase lines between the phase connections of the electrical machine 20 and the inverter 10. In this case, the input current results from the sum of the determined phase currents.
  • an electrical output current l_out is calculated, in particular the output current at the DC voltage connection 11.
  • This output current U_out can be calculated, for example, on the basis of the energy balance between the electrical energy fed in and the energy delivered.
  • the present invention relates to the determination of an output current in an electric drive system operated as a DC-DC converter.
  • the output current is calculated using measured quantities such as input current, input voltage and output voltage.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft das Ermitteln eines Ausgangsstromes in einem als Gleichspannungskonverter betriebenen elektrischen Antriebssystem. Hierzu wird der Ausgangsstrom unter Verwendung von messtechnisch ermittelten Größen wie Eingangsstrom, Eingangsspannung und Ausgangsspannung berechnet.

Description

Beschreibung
Titel
Stromrichtervorrichtung zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung, elektrisches Antriebs- und Ladesystem und Verfahren zur Ermittlung eines elektrischen Ausgangsstroms
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromrichtervorrichtung zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung, ein elektrisches Antriebs- und Ladesystem und Verfahren zur Ermittlung eines elektrischen Ausgangsstroms in einer Stromrichtervorrichtung zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung.
Stand der Technik
Ganz oder zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge verfügen in der Regel über ein elektrisches Antriebssystem, bei welchem elektrische Energie von einem Energiespeicher, wie beispielsweise einer Traktionsbatterie, mittels eines Stromrichters an einer elektrischen Maschine bereitgestellt wird. Der hierfür genutzte elektrische Energiespeicher kann mittels einer externen Energiequelle aufgeladen werden. Hierzu ist in der Regel eine separate Ladeschaltung erforderlich.
Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, Komponenten des elektrischen Antriebssystems für das Aufladen des elektrischen Energiespeichers zu nutzen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2018 207 188 Al beschrieben.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Stromrichtervorrichtung zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung, ein elektrisches Antriebs- und Ladesystem und Verfahren zur Ermittlung eines elektrischen Ausgangsstroms mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Stromrichtervorrichtung zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung, zur Versorgung einer mehrphasigen elektrischen Maschinemit einem elektrischen Stromrichter, einem Eingangsanschluss, einem ersten Spannungssensor, einem zweiten Spannungssensor, mindestens einem Stromsensor und einer Steuereinrichtung. Der elektrische Stromrichter umfasst einen Gleichspannungsanschluss und einen Wechselspannungsanschluss. Der Gleichspannungsanschluss ist dazu ausgelegt, an einem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses mit einem positiven Anschluss eines elektrischen Energiespeichers verbunden zu werden und an einem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses mit einem negativen Anschluss des elektrischen Energiespeichers verbunden zu werden. Der Wechselspannungsanschluss umfasst mehrere Wechselspannungsanschlusspunkte. Jeder der mehreren Wechselspannungsanschlusspunkte ist dazu ausgelegt, mit einem korrespondierenden Anschlusspunkt einer mehrphasigen elektrischen Maschine verbunden zu werden. Der Eingangsanschluss ist dazu ausgelegt, an einem ersten Eingangsanschlusspunkt mit einem positiven Anschluss einer elektrischen Gleichspannungsquelle verbunden zu werden und an einem zweiten Eingangsanschlusspunkt mit einem negativen Anschluss der elektrischen Gleichspannungsquelle verbunden zu werden. Der erste Eingangsanschlusspunkt ist dazu ausgelegt, mit einem Sternpunkt oder einem der Anschlusspunkte der elektrischen Maschine verbunden zu werden. Der zweite Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschlusses ist mit dem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschluss des elektrischen Stromrichters verbunden. Der erste Spannungssensor ist dazu ausgelegt, eine elektrische Eingangsspannung zwischen dem ersten Eingangsanschlusspunkt und dem zweiten Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschlusses zu erfassen. Der zweite Spannungssensor ist dazu ausgelegt, eine elektrische Ausgangsspannung zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschluss und einem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschluss des elektrischen Stromrichters zu erfassen. Der mindestens eine Stromsensor ist dazu ausgelegt, einen elektrischen Strom zu ermitteln, der einen elektrischen Eingangsstrom zwischen dem ersten Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschlusses und dem elektrischen Stromrichter charakterisiert oder diesem entspricht. Bevorzugt ist der mindestens eine Stromsensor ist dazu ausgelegt, einen elektrischen Eingangsstrom zwischen dem ersten Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschlusses und dem elektrischen Stromrichter zu ermitteln. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, unter Verwendung der erfassten Eingangsspannung, der erfassten Ausgangsspannung und dem ermittelten Eingangsstrom, einen elektrischen Ausgangsstrom zu berechnen, der den Ausgangsstrom zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses und dem elektrischen Energiespeicher charakterisiert oder diesem entspricht. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, unter Verwendung der erfassten Eingangsspannung, der erfassten Ausgangsspannung und dem ermittelten Eingangsstrom, einen elektrischen Ausgangsstrom zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses und dem elektrischen Energiespeicher zu berechnen. Ferner ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den elektrischen Stromrichter unter Verwendung des berechneten Ausgangsstroms anzusteuern.
Weiterhin ist vorgesehen:
Ein Elektrisches Antriebs- und Ladesystem mit einer elektrischen Maschine und einer erfindungsgemäßen Stromrichtervorrichtung zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung. Der Eingangsanschluss der Stromrichteranordnung ist hierbei dazu ausgelegt, mit einer Gleichspannungsladestation für ein Elektrofahrzeug gekoppelt zu werden.
Schließlich ist vorgesehen:
Ein Verfahren zur Ermittlung eines elektrischen Ausgangsstroms in einer Vorrichtung zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung. Bei der Vorrichtung zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung kann es sind insbesondere um die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Stromrichtervorrichtung handeln. Die Vorrichtung kann einen elektrischen Stromrichter und einen Eingangsanschluss umfassen. Der elektrische Stromrichter kann einen Gleichspannungsanschluss und einem Wechselspannungsanschluss umfassen. Der Gleichspannungsanschluss ist dazu ausgelegt, an einem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses mit einem positiven Anschluss eines elektrischen Energiespeichers verbunden zu werden und an einem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses mit einem negativen Anschluss des elektrischen Energiespeichers verbunden zu werden. Der Wechselspannungsanschluss umfasst mehrere Wechselspannungsanschlusspunkte. Jeder der mehreren Wechselspannungsanschlusspunkte ist mit einem korrespondierenden Anschlusspunkt einer mehrphasigen elektrischen Maschine verbunden. Der Eingangsanschluss ist dazu ausgelegt, an einem ersten Eingangsanschlusspunkt mit einem positiven Anschluss einer elektrischen Gleichspannungsquelle verbunden zu werden und an einem zweiten Eingangsanschlusspunkt mit einem negativen Anschluss der elektrischen Gleichspannungsquelle verbunden zu werden. Der erste Eingangsanschlusspunkt ist mit einem Sternpunkt der elektrischen Maschine verbunden. Der zweite Eingangsanschlusspunkt ist mit dem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschluss des elektrischen Stromrichters verbunden. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Ermitteln einer elektrische Eingangsspannung zwischen dem ersten Eingangsanschlusspunkt und dem zweiten Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschluss und einen Schritt zum Ermitteln einer elektrische Ausgangsspannung zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses und einem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses des elektrischen Stromrichters. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt zum Ermitteln eines Eingangsstroms, der einen Eingangsstrom zwischen dem ersten Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschluss zu dem elektrischen Stromrichter charakterisiert oder diesem entspricht. Bevorzugt umfasst das Verfahren einen Schritt zum Ermitteln eines Eingangsstroms zwischen dem ersten Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschluss zu dem elektrischen Stromrichter. Weiter umfasst das Verfahren einen Schritt zum Berechnen eines elektrischen Ausgangsstroms, der den elektrischen Ausgangsstrom zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses und dem elektrischen Energiespeicher charakterisiert oder diesem entspricht unter Verwendung der ermittelten Eingangsspannung, der ermittelten Ausgangsspannung und dem ermittelten Eingangsstrom. Bevorzugt umfasst das Verfahren weiter einen Schritt zum Berechnen eines elektrischen Ausgangsstroms zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses und dem elektrischen Energiespeicher unter Verwendung der ermittelten Eingangsspannung, der ermittelten Ausgangsspannung und dem ermittelten Eingangsstrom.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass elektrische Sensoren, wie beispielsweise Stromsensoren, für Hochvolt-Anwendungen, wie beispielsweise in einem Hochvoltnetz eines Elektrofahrzeugs, relativ teuer sein können. Daher ist es wünschenswert, gegebenenfalls die erforderliche Anzahl derartiger Sensoren zu minimieren. Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass in einem elektrischen Antriebssystem, wie beispielsweise in einem Elektrofahrzeug, für die Überwachung und Steuerung des Antriebssystems bereits einige Strom- und Spannungssensoren vorhanden sind, deren Sensorsignale gegebenenfalls auch für weitere Anwendungsfälle genutzt werden können.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Möglichkeit vorzusehen, bei der Nutzung von Komponenten eines elektrischen Antriebssystems als Gleichspannungswandler zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung die erforderlichen elektrischen Größen möglichst ohne zusätzliche Sensoren ermitteln zu können. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den Ausgangsstrom bei der Gleichspannungskonvertierung nicht messtechnisch mittels eines zusätzlichen Sensors zu erfassen, sondern diesen Stromwert unter Verwendung von Sensorwerten aus in dem System verfügbaren Sensoren zu berechnen. Auf diese Weise kann ein zusätzlicher Stromsensor eingespart werden.
Für die Berechnungsgrundlage wird hierbei der Grundsatz der Energieerhaltung genutzt. Insbesondere wird davon ausgegangen, dass die in das System hineinfließen Energie der aus dem System herausfließenden Energie abzüglich der in dem System auftretenden Verluste entspricht. Somit ist es ausreichend, neben dem Eingangsstrom und der Eingangsspannung lediglich die Ausgangsspannung messtechnisch zu erfassen und daraufhin unter Verwendung eines Wirkungsgrades für das System und den daraus resultierenden Verlusten den Ausgangsstrom zu berechnen. Somit kann auf einen zusätzlichen Stromsensor für den Ausgangsstrom bei der Gleichspannungskonvertierung verzichtet werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Stromrichtervorrichtung mehrere Stromsensoren. Dabei kann jeder der mehreren Stromsensoren einen elektrischen Phasenstrom zwischen jeweils einem der Wechselanschlusspunkte des Wechselspannungsanschlusses und einem mit einem korrespondierenden Anschlusspunkt der mehrphasigen elektrischen Maschine erfassen. Mit anderen Worten, der Eingangsstrom kann durch die Stromsensoren zwischen dem Wechselspannungsanschluss des Stromrichters und den Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine ermittelt werden. Dabei entspricht die Summe der so ermittelten Phasenströme dem gesamten Eingangsstrom. Da derartige Stromsensoren zur Regelung elektrischen Maschine in einem elektrischen Antriebssystem bereits vorhanden sind, sind somit keine zusätzlichen Stromsensoren für die Gleichspannungskonvertierung erforderlich. In diesem Fall kann daher die
Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, den Eingangsstrom unter Verwendung einer Summe der mittels der mehreren Stromsensoren erfassten Phasenströme zu bestimmen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den ermittelten Eingangsstrom zeitlich zu filtern und den Ausgangsstrom unter Verwendung des gefilterten Eingangsstroms zu berechnen. Durch eine zeitliche Filterung, beispielsweise eine Mittelwertbildung über einen vorgegebenen Zeitbereich, kann ein stabiler Wert für den Eingangsstrom bereitgestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, den elektrischen Ausgangsstrom zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses und dem elektrischen Energiespeicher unter Verwendung eines vorgegebenen Wirkungsgrads des elektrischen Stromrichters zu berechnen. Dieser Wirkungsgrad kann beispielsweise die elektrischen Verluste in der Stromrichtervorrichtung zur Gleichspannungskonvertierung widerspiegeln. Wie oben bereits angeführt, kann auf Grundlage der Energieerhaltung aus der Eingangsleistung und den durch den Wirkungsgrad spezifizierten elektrischen Verlusten somit die Ausgangsleistung und damit auch der Ausgangsstrom bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Steuereinrichtung einem Speicher. Dieser Speicher kann dazu ausgelegt sein, Daten für einen Wirkungsgrad des elektrischen Stromrichters bereitzustellen. Beispielsweise können diese Daten zuvor messtechnisch, durch Simulationen, Berechnungen oder auch beliebige andere Weise gewonnen werden. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, den elektrischen Ausgangsstrom zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses und dem elektrischen Energiespeicher unter Verwendung der von dem Speicher bereitgestellten Daten für den Wirkungsgrads des elektrischen Stromrichters zu berechnen. Somit können auf einfache Weise die elektrischen Verluste bei der Gleichspannungskonvertierung ermittelt werden, Entsprechend kann auch die ausgangsseitig bereitgestellte elektrische Leistung aus der Differenz der Eingangsleistung und den Verlusten bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen der erste Spannungssensor und/oder der zweite Spannungssensor einen Widerstandteiler. Mittels eines Widerstandsteilers in Form einer Serienschaltung mehrerer ohmscher Widerstände kann für einen Spannungssensor eine relativ geringe elektrische Spannung bereitgestellt werden, welche proportional zu der zu ermittelten hohen elektrischen Spannung ist. Somit können relativ einfache und preiswerte Spannungssensoren eingesetzt werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Stromrichtervorrichtung ferner dazu ausgelegt, unter Verwendung einer an dem Gleichspannungsanschluss bereitgestellten elektrischen Gleichspannung eine Wechselspannung zu generieren. Diese Wechselspannung kann an dem Wechselspannungsanschluss der dort angeschlossenen elektrischen Maschine bereitgestellt werden. Dabei kann die generierte Wechselspannung dazu geeignet sein, die an dem Wechselspannungsanschluss angeschlossene elektrische Maschine anzusteuern.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1: ein Prinzipschaubild eines elektrischen Antriebs- und Ladesystem, wie es einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen kann; und
Fig. 2: ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromrichtervorrichtung 1 zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung gemäß einer Ausführungsform. Die Stromrichtervorrichtung 1 umfasst einen Stromrichter 10 mit einem Gleichspannungsanschluss 11 und einem Wechselspannungsanschluss 12. An dem Gleichspannungsanschluss 11 kann beispielsweise eine Gleichspannungsquelle, insbesondere eine elektrische Energiespeicher 3, beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges, angeschlossen werden. Zum Beispiel kann ein erster Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschluss 11 mit dem positiven Pol des Energiespeichers 3 verbunden werden und ein zweiter Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschluss 11 kann mit dem negativen Pol des Energiespeichers 3 verbunden werden.
Ferner kann die Stromrichtervorrichtung 1 mit einer elektrischen Maschine 20 verbunden werden. Hierbei sind die Phasenanschlüsse der elektrischen Maschine 20 mit korrespondierenden Anschlusspunkten des Wechselspannungsanschluss 12 des Stromrichter 10 elektrisch verbunden. Die Phasenwicklungen der elektrischen Maschine 20 sind hierbei in einer Sternkonfiguration verschaltet. Ein elektrischer Anschluss für diesen Sternpunkt ist an elektrischen Maschine 2 zugänglich.
In einem motorischen Betrieb kann somit elektrische Energie von dem elektrischen Energiespeicher 3, die am Gleichspannungsanschluss 11 des Stromrichter 10 bereitgestellt wird, durch den Stromrichter 10 in eine mehrphasige elektrische Wechselspannung konvertiert werden. Diese mehrphasige Wechselspannung wird an dem Wechselspannungsanschluss 12 und somit auch an den Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine 20 bereitgestellt. Hierdurch ist ein motorischer Betrieb der elektrischen Maschine 20 möglich. Ferner kann beispielsweise in einem Generatorbetrieb von der elektrischen Maschine 20 eine elektrische Wechselspannung an dem Wechselspannungsanschluss 12 bereitgestellt werden. Dies elektrische Wechselspannung kann durch den Stromrichter 10 in eine Gleichspannung konvertiert werden, welche am Gleichspannungsanschluss 11 bereitgestellt wird, um beispielsweise den elektrischen Energiespeicher 3 aufzuladen.
Darüber hinaus kann die dargestellte Stromrichtervorrichtung 1 auch für eine Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung genutzt werden. Hierzu ist an der Stromrichtervorrichtung 1 ein Eingangsanschluss 30 vorgesehen. An diesem Eingangsanschluss 30 kann zwischen den zwei Eingangsanschlusspunkten eine externe Gleichspannungsquelle 4 angeschlossen werden. Zum Beispiel kann ein erster Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschluss 30 mit einem positiven Pol der Gleichspannungsquelle 4 verbunden werden und ein zweiter Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschluss 30 kann mit dem korrespondierenden negativen Pol der Gleichspannungsquelle 4 verbunden werden. Bei dieser externen Gleichspannungsquelle 4 kann es sich beispielsweise um eine Ladestation handeln, welche eine Gleichspannung zum Aufladen eines Elektrofahrzeuges bereitstellt.
Der erste Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschluss 30 ist mit dem Sternpunkt oder einem der Anschlusspunkte der elektrischen Maschine 20 elektrisch verbunden. Der zweite Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschluss 30 ist direkt mit dem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses 11 verbunden.
Zur Konvertierung der an dem Eingangsanschluss 30 bereitgestellten Gleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung können die Schaltelemente des Stromrichters 10 in geeigneter Weise angesteuert werden. Hierbei kann unter Ausnutzung der Induktivitäten in den Phasenwicklungen der elektrischen Maschine 20 die Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung mit einer vorgegebenen Spannungshöhe konvertiert werden. Das Grundprinzip einer derartigen Gleichspannungswandlung wird als bekannt angesehen und wird daher hier nicht im Detail erläutert.
Zur Generierung der Ansteuersignale und zur Regelung der Gleichspannungskonvertierung sind neben Sollwerten auch die Istwerte für Eingangsspannung U Jn, Eingangsstrom I Jn, Ausgangsspannung U_out und Ausgangsstrom l_out erforderlich.
Die Eingangsspannung kann beispielsweise mittels eines ersten Spannungssensors 41 am Eingangsanschluss 30 ermittelt werden. Analog kann die Ausgangsspannung beispielsweise mittels eines zweiten Spannungssensors 51 am Gleichspannungsanschluss 11 ermittelt werden. Zum Beispiel kann hierzu ein Widerstandsteilers in Form einer Serienschaltung von mindestens zwei ohmschen Widerständen vorgesehen sein, wobei sich die elektrische Spannung proportional zu den Widerstandswerten aufteilt. Somit kann durch einen Spannungssensor 51 für relativ niedrige elektrische Spannungen an einem der Widerstände eine elektrische Spannung gemessen werden, die proportional zu der Gesamtspannung über dem Widerstandsteiler ist.
Der Eingangsstrom kann beispielsweise mittels eines Stromsensors 42 zwischen dem ersten Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschlusses 30 und dem Sternpunkt der elektrischen Maschine 20 ermittelt werden. Alternativ ist es auch möglich, den Eingangsstrom durch Stromsensoren 43-i in den Leitungen der Phasenanschlüsse, beispielsweise den elektrischen Verbindungen zwischen den Phasenanschlüssen elektrischen Maschine 20 und den Anschlusspunkten des Wechselspannungsanschlusses 12 zu erfassen. Dabei entspricht der Eingangsstrom I Jn der Summe der elektrischen Ströme in allen Phasenleitungen.
Gegebenenfalls kann der Wert des durch den Stromsensor 42-i oder die Stromsensoren 43-i ermittelten Eingangsstroms vor der Weiterverarbeitung gefiltert werden. Zum Beispiel kann ein Mittelwert über eine vorgegebene Zeitspanne bzw. ein vorgegebenes Zeitintervall gebildet werden. Grundsätzlich sind jedoch auch beliebige andere Verfahren zur Filterung, beispielsweise eine Tiefpassfilterung o.ä., möglich.
Aus dem ermittelten Eingangsstrom I J n und der ermittelten Eingangsspannung UJn kann eine Eingangsleistung PJn berechnet werden, die sich aus dem Produkt von Eingangsstrom I Jn und Eingangsspannung UJn ergibt. Aufgrund der Energieerhaltung muss diese in das System hineinfließende Eingangsleistung PJn der durch das System abgegebenen Leistung entsprechen. Diese abgegebene Leistung setzt sich aus der am Gleichspannungsanschluss 11 abgegebenen elektrischen Leistung P_out und der Verlustleistung des Systems zusammen. Die Verlustleistung des Systems kann dabei beispielsweise auf Grundlage eines Wirkungsgrades w des Systems bei der Gleichspannungskonvertierung ermittelt oder zumindest abgeschätzt werden. Beispielsweise kann dieser Wirkungsgrad w des Systems zuvor messtechnisch, mittels Simulation oder auf andere geeignete Weise ermittelt werden.
Die Ausgangsleistung P_out am Gleichspannungsanschluss 11 ergibt sich aus dem Produkt der Eingangsleistung PJn und dem Wirkungsgrad w zu P_out = w * PJn.
Da sich die Leistung aus dem Produkt von Strom und Spannung errechnen lässt, kann diese Gleichung wie folgt geschrieben werden: l_out * U_out = w * I Jn * UJn.
Damit ergibt sich der Ausgangsstrom aus dem Produkt von Wirkungsgrad w, Eingangsstrom IJn und Eingangsspannung UJn geteilt durch die Ausgangsspannung U_out, also l_out = (w * I J n * UJn) / U_out .
Eine Steuereinrichtung 60 kann beispielsweise die Sensorwerte des ersten Spannungssensors 41, des zweiten Spannungssensors 51 sowie des Stromsensors 42 bzw. der Stromsensoren 43-i empfangen und hieraus sowohl Eingangsspannung, Ausgangsspannung und Eingangsstrom bestimmen, als auch den Ausgangsstrom berechnen. Die hierfür zusätzlich erforderlichen Daten zu dem Wirkungsgrad w können beispielsweise in einem Speicher der Steuereinrichtung 60 abgespeichert und bereitgestellt werden. Hierzu ist jede beliebige Form, beispielsweise als Look-up-Tabelle für verschiedene Betriebspunkte o. ä. möglich.
Somit kann die Steuervorrichtung 60 unter Verwendung der Sensorwerte und dem berechneten Ausgangsstrom eine Ansteuerung der Schaltelemente in dem Stromrichter 10 vornehmen.
Auf diese Weise kann beispielsweise eine an dem Eingangsanschluss 30 bereitgestellte elektrische Gleichspannung dazu genutzt werden, einen am Gleichspannungsanschluss 11 angeschlossenen elektrischen Energiespeicher 3, wie zum Beispiel die Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges, aufzuladen. Dabei kann die am Eingangsanschluss bereitgestellte Gleichspannung in der Spannungshöhe derart angepasst werden, dass sie zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 3 geeignet ist. Hierdurch ist es beispielsweise auch möglich, die am Eingangsanschluss 30 bereitgestellte elektrische Gleichspannung anzuheben, sodass zum Beispiel auch eine Gleichspannungs- Ladestation für ein niedrigeres Gleichspannungsniveau, beispielsweise im Bereich von 350 V bis 400 V, dazu genutzt werden kann um elektrische Energiespeicher eines höheren Spannungsniveaus, beispielsweise im Bereich von 800 V bis 1000 V, aufzuladen.
Figur 2 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zur Ermittlung eines elektrischen Ausgangsstroms in einer Stromrichtervorrichtung 1 zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Bei der Stromrichtervorrichtung 1 kann es sich beispielsweise um die zuvor beschriebene Stromrichtervorrichtung 1 zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung handeln. Entsprechend gelten auch für das nachfolgend beschriebene Verfahren alle bereits zuvor gemachten Ausführungen. Ferner kann auch die zuvor beschriebene Stromrichtervorrichtung 1 beliebige Komponenten umfassen, die dazu geeignet sind, das nachfolgend beschriebene Verfahren auszuführen.
In einem Schritt S1 erfolgt ein Ermitteln einer elektrische Eingangsspannung, insbesondere einer elektrischen Spannung zwischen dem ersten Eingangsanschlusspunkt und dem zweiten Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschlusses 30. Die Eingangsspannung kann z.B. mittels des zuvor beschriebenen ersten Spannungssensors 31 ermittelt werden.
In Schritt S2 erfolgt ein Ermitteln einer elektrische Ausgangsspannung U_out. Insbesondere einer elektrischen Spannung zwischen den beiden Anschlusspunkten des Gleichspannungsanschlusses 11 des elektrischen Stromrichters 10. Die Ausgangsspannung kann z.B. mittels des zuvor beschriebenen zweiten Spannungssensors 41 ermittelt werden.
In Schritt S3 erfolgt ein Ermitteln eines Eingangsstroms l_in, insbesondere eines Eingangsstrom von dem ersten Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschlusses 30 zu dem elektrischen Stromrichter 10. Dieser Eingangsstrom kann beispielsweise mittels eines einzelnen Stromsensors 42 zwischen dem ersten Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschlusses 30 und einem Sternpunkt der Phasenwicklungen oder einem der Anschlusspunkte der elektrischen Maschine 20 erfolgen. Zusätzlich oder alternativ kann der Eingangsstrom mittels Stromsensoren 43-i in den Phasenleitungen zwischen den Phasenanschlüssen elektrischen Maschine 20 und dem Wechselrichter 10 ermittelt werden. In diesem Fall ergibt sich der Eingangsstrom aus der Summe der ermittelten Phasenströme.
In Schritt S4 erfolgt schließlich ein Berechnen eines elektrischen Ausgangsstroms l_out, insbesondere des Ausgangsstroms am Gleichspannungsanschluss 11. Dieser Ausgangsstrom U_out kann beispielsweise auf Grundlage des Energiegleichgewichtes zwischen eingespeister elektrischer Energie und abgegebener Energie berechnet werden. Dabei ergibt sich die am Gleichspannungsanschluss 11 abgegebene elektrische Leistung aus dem Produkt von Wirkungsgrad w der Stromrichtervorrichtung 1 und eingespeister elektrische Leistung zu l_out * U_out = w * I Jn * U Jn.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung die Ermittlung eines Ausgangsstromes in einem als Gleichspannungskonverter betriebenen elektrischen Antriebssystem. Hierzu wird der Ausgangsstrom unter Verwendung von messtechnisch ermittelten Größen wie Eingangsstrom, Eingangsspannung und Ausgangsspannung berechnet.

Claims

Ansprüche
1. Stromrichtervorrichtung (1) zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung (U Jn) in eine Ausgangsgleichspannung (U_out), mit einem elektrischen Stromrichter (10), der einen Gleichspannungsanschluss (11) und einen Wechselspannungsanschluss (12) umfasst, wobei der Gleichspannungsanschluss (11) dazu ausgelegt ist, an einem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses (11) mit einem positiven Anschluss eines elektrischen Energiespeichers (3) verbunden zu werden und an einem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses (11) mit einem negativen Anschluss des elektrischen Energiespeichers (3) verbunden zu werden, und wobei der Wechselspannungsanschluss (12) mehrere Wechselspannungsanschlusspunkte umfasst, und jeder der mehreren Wechselspannungsanschlusspunkte dazu ausgelegt ist, mit einem korrespondierenden Anschlusspunkt einer mehrphasigen elektrischen Maschine (20) verbunden zu werden; einem Eingangsanschluss (30), der dazu ausgelegt ist, an einem ersten Eingangsanschlusspunkt mit einem positiven Anschluss einer elektrischen Gleichspannungsquelle (4) verbunden zu werden und an einem zweiten Eingangsanschlusspunkt mit einem negativen Anschluss der elektrischen Gleichspannungsquelle (4) verbunden zu werden, wobei der erste Eingangsanschlusspunkt dazu ausgelegt ist, mit einem Sternpunkt oder einem der Anschlusspunkte der elektrischen Maschine (20) verbunden zu werden, und der zweite Eingangsanschlusspunkt mit dem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschluss (11) des elektrischen Stromrichters (10) verbunden ist; einem ersten Spannungssensor (41), der dazu ausgelegt ist, eine elektrische Eingangsspannung (UJn) zwischen dem ersten Eingangsanschlusspunkt und dem zweiten Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschlusses (30) zu erfassen; einem zweiten Spannungssensor (51), der dazu ausgelegt ist, eine elektrische Ausgangsspannung zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses (11) und einem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses (11) des elektrischen Stromrichters (10) zu erfassen; mindestens einem Stromsensor (42, 43-i), der dazu ausgelegt ist, einen elektrischen Strom zu ermitteln, der einen elektrischen Eingangsstrom zwischen dem ersten Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschlusses (30) und dem elektrischen Stromrichter (10) charakterisiert oder diesem entspricht; und einer Steuereinrichtung (60), die dazu ausgelegt ist, unter Verwendung der erfassten Eingangsspannung, der erfassten Ausgangsspannung und dem ermittelten Eingangsstrom, einen elektrischen Ausgangsstrom zu berechnen, der den Ausgangsstrom zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses (11) und dem elektrischen Energiespeicher (3) charakterisiert oder diesem entspricht und den elektrischen Stromrichter (10) unter Verwendung des berechneten Ausgangsstroms anzusteuern.
2. Stromrichtervorrichtung (1) nach Anspruch 1, mit mehreren Stromsensoren (43-i), wobei jeder der mehreren Stromsensoren (43-i) dazu ausgelegt ist, einen elektrischen Phasenstrom zwischen jeweils einem der Wechselspannungsanschlusspunkte des Wechselspannungsanschlusses (12) und einem mit einem korrespondierenden Anschlusspunkt der mehrphasigen elektrischen Maschine (20) zu erfassen; wobei die Steuereinrichtung (60) dazu ausgelegt ist, den Eingangsstrom (l_in) unter Verwendung einer Summe der mittels der mehreren Stromsensoren (43-i) erfassten Phasenströme zu bestimmen.
3. Stromrichtervorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (60) dazu ausgelegt ist, den ermittelten Eingangsstrom (l_in) zeitlich zu filtern und den Ausgangsstrom unter Verwendung des gefilterten Eingangsstroms zu berechnen.
4. Stromrichtervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (60) dazu ausgelegt ist, den elektrischen Ausgangsstrom (l_out) zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses (11) und dem elektrischen Energiespeicher unter Verwendung eines vorgegebenen Wirkungsgrads des elektrischen Stromrichters (10) zu berechnen.
5. Stromrichtervorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei die Steuereinrichtung (60) einem Speicher umfasst, der dazu ausgelegt ist, Daten für einen Wirkungsgrad des elektrischen Stromrichters (10) bereitzustellen, und wobei die Steuereinrichtung (60) dazu ausgelegt ist, den elektrischen Ausgangsstrom an dem zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses (11) und dem elektrischen Energiespeicher (3) unter Verwendung der von dem Speicher bereitgestellten Daten für den Wirkungsgrad des elektrischen Stromrichters (10) zu berechnen.
6. Stromrichtervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste Spannungssensor (41) und/oder der zweite Spannungssensor (51) einen Widerstandsteiler umfassen.
7. Stromrichtervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Stromrichtervorrichtung (1) ferner dazu ausgelegt ist, unter Verwendung einer an dem Gleichspannungsanschluss (11) bereitgestellten elektrischen Gleichspannung eine Wechselspannung zu generieren, die dazu geeignet ist, die an dem Wechselspannungsanschluss (12) angeschlossene elektrische Maschine (20) anzusteuern.
8. Elektrisches Antriebs- und Ladesystem, mit einer elektrischen Maschine (20); einer Stromrichtervorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7; wobei der Eingangsanschluss (30) der Stromrichtervorrichtung (1) dazu ausgelegt ist, mit einer Gleichspannungsladestation für ein Elektrofahrzeug gekoppelt zu werden.
9. Verfahren zur Ermittlung eines elektrischen Ausgangsstroms (l_out) in einer Vorrichtung (1) zur Konvertierung einer Eingangsgleichspannung (U Jn) in eine Ausgangsgleichspannung, die folgendes umfasst: einen elektrischen Stromrichter (10), mit einem Gleichspannungsanschluss (11) und einem Wechselspannungsanschluss (12), wobei der Gleichspannungsanschluss (11) dazu ausgelegt ist, an einem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses (11) mit einem positiven Anschluss eines elektrischen Energiespeichers (3) verbunden zu werden und an einem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses (11) mit einem mit einem negativen Anschluss des elektrischen Energiespeichers (3) verbunden zu werden, und wobei der Wechselspannungsanschluss (12) mehrere Wechselspannungsanschlusspunkte umfasst, und jeder der mehreren Wechselspannungsanschlusspunkte mit einem korrespondierenden Anschlusspunkt einer mehrphasigen elektrischen Maschine (20) verbunden ist; und einen Eingangsanschluss (30), der dazu ausgelegt ist, an einem ersten Eingangsanschlusspunkt mit einem positiven Anschluss einer elektrischen Gleichspannungsquelle (4) verbunden zu werden und an einem zweiten Eingangsanschlusspunkt mit einem negativen Anschluss der elektrischen Gleichspannungsquelle (4) verbunden zu werden, wobei der erste Eingangsanschlusspunkt mit einem Sternpunkt oder einem der Anschlusspunkte der elektrischen Maschine (20) verbunden ist, und der zweite Eingangsanschlusspunkt mit dem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschluss (11) des elektrischen Stromrichters (10) verbunden ist; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Ermitteln (Sl) einer elektrische Eingangsspannung zwischen dem ersten Eingangsanschlusspunkt und dem zweiten Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschlusses (30);
Ermitteln (S2) einer elektrische Ausgangsspannung zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses (11) und einem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses (11) des elektrischen Stromrichters (10);
Ermitteln (S3) eines Eingangsstroms, der einen Eingangsstrom zwischen dem ersten Eingangsanschlusspunkt des Eingangsanschluss (30) zu dem elektrischen Stromrichter (10) charakterisiert oder diesem entspricht; und
Berechnen (S4) eines elektrischen Ausgangsstroms, der den elektrischen Ausgangsstrom zwischen dem ersten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses (11) und dem elektrischen Energiespeicher (3) charakterisiert oder diesem entspricht unter Verwendung der ermittelten Eingangsspannung, der ermittelten Ausgangsspannung und dem ermittelten Eingangsstrom.
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