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DE102017216388B4 - Traktionsnetz eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Traktionsnetz eines Kraftfahrzeuges Download PDF

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DE102017216388B4 DE102017216388.7A DE102017216388A DE102017216388B4 DE 102017216388 B4 DE102017216388 B4 DE 102017216388B4 DE 102017216388 A DE102017216388 A DE 102017216388A DE 102017216388 B4 DE102017216388 B4 DE 102017216388B4
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Abstract

Traktionsnetz (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend mindestens ein Steuergerät (6), eine Hochvoltbatterie (2), mindestens einen Zwischenkreiskondensator (3), eine dreiphasige Elektromaschine (5), einen Wechselrichter (4) mit drei Halbbrücken (7.1-7.3), wobei in den Halbbrücken (7.1-7.3) jeweils mindestens zwei Halbleiterschaltelemente (8.1-8.3; 9.1-9.3) angeordnet sind, zu denen jeweils eine Diode (D1-D6) antiparallel geschaltet ist, wobei mindestens ein Anschluss (A) zum Anschließen einer externen Gleichspannungsquelle vorgesehen ist, wobei das Steuergerät (6) derart ausgebildet ist, den Wechselrichter (4) derart anzusteuern, dass dieser unter Einschluss der Induktivitäten (L1-L3) der Elektromaschine (5) als DC/DC-Wandler betrieben wird, wobeimindestens der Induktivität (L3) einer Phase Schaltelemente zugeordnet sind, wobei das Steuergerät (6) derart ausgebildet ist, die Schaltelemente derart anzusteuern, dass der Stromfluss durch die Induktivität (L3) gegensinnig zum Stromfluss durch die Induktivitäten (L1, L2) der beiden anderen Phasen ist,dadurch gekennzeichnet, dassder Anschluss (A) mit einem Sternpunkt (SP) der Elektromaschine (5) verbunden ist, wobei der Induktivität (L3) drei Schaltelemente (S10-S12) zugeordnet sind, wobei ein erstes Schaltelement (S11) zwischen dem Sternpunkt (SP) und einem ersten Anschluss der Induktivität (L3), ein zweites Schaltelement (S10) zwischen Sternpunkt (SP) und einem zweiten Anschluss der Induktivität (L3) und das dritte Schaltelement (S12) zwischen dem ersten Anschluss der Induktivität (L3) und einem Mittelabgriff (M3) der zugeordneten Halbbrücke (7.3) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Traktionsnetz eines Kraftfahrzeuges.
  • Ein Traktionsnetz eines Kraftfahrzeuges umfasst üblicherweise mindestens ein Steuergerät, eine Hochvoltbatterie, mindestens einen Zwischenkreiskondensator, eine dreiphasige Elektromaschine und einen Wechselrichter mit drei Halbbrücken. In den Halbbrücken sind Halbleiterschaltelemente angeordnet, die vorzugsweise als Transistoren ausgebildet sind, wobei jede Halbbrücke ein Low-Side und ein High-Side-Schaltelement aufweist, zwischen denen der Mittelabgriff der Halbbrücke liegt. Antiparallel zu den Halbleiterschaltelementen sind Dioden angeordnet, die die Funktion von Freilaufdioden aufweisen. Dabei ist es weiter bekannt, dass das Traktionsnetz einen Anschluss zum Anschließen einer externen Gleichspannungsquelle vorgesehen ist, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, den Wechselrichter derart auszusteuern, dass dieser unter Einschluss der Induktivitäten der Elektromaschine als DC/DC-Wandler arbeitet.
  • Ein solches Traktionsnetz wird beispielsweise in der DE 10 2012 014 178 A1 als Stand beschrieben. Als nachteilig hat sich dabei die geringe Induktivität der Elektromaschine erwiesen.
  • Aus der US 2015/0231978 A1 ist ein Traktionsnetz für Kraftfahrzeuge bekannt, umfassend mindestens ein Steuergerät, eine Hochvoltbatterie, mindestens einen Zwischenkreiskondensator, eine dreiphasige Elektromaschine, einen Wechselrichter mit drei Halbbrücken, wobei in den Halbbrücken jeweils mindestens zwei Halbleiterschaltelemente angeordnet sind, zu denen jeweils eine Diode antiparallel geschaltet ist. Dabei ist mindestens ein Anschluss zum Anschließen einer externen Gleichspannungsquelle vorgesehen, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, den Wechselrichter derart anzusteuern, dass dieser unter Einschluss der Induktivitäten der Elektromaschine als DC/DC-Wandler betrieben wird, wobei mindestens der Induktivität einer Phase Schaltelemente zugeordnet sind. Das Steuergerät ist dabei derart ausgebildet, die Schaltelemente derart anzusteuern, dass der Stromfluss durch die Induktivität gegensinnig zu Stromfluss durch die Induktivitäten der beiden anderen Phasen ist.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Traktionsnetz für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, wobei die Funktionalität des Wechselrichters, genutzt als DC/DC-Wandler, insbesondere als Hochsetzsteller verbessert ist.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Traktionsnetz mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 2 oder 5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Hierzu umfasst das Traktionsnetz mindestens ein Steuergerät, eine Hochvoltbatterie, mindestens einen Zwischenkreiskondensator, eine dreiphasige Elektromaschine und einen Wechselrichter mit drei Halbbrücken, wobei in den Halbbrücken jeweils mindestens zwei Halbleiterschaltelemente angeordnet sind, zu denen jeweils eine Diode antiparallel geschaltet ist. Weiter ist mindestens ein Anschluss zum Anschließen einer externen Gleichspannungsquelle vorgesehen. Das Steuergerät ist derart ausgebildet, den Wechselrichter derart anzusteuern, dass dieser unter Einschluss der Induktivitäten der Elektromaschine als DC/DC-Wandler betrieben wird. Dabei sind mindestens der Induktivität einer Phase Schaltelemente zugeordnet, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, die Schaltelemente derart anzusteuern, dass der Stromfluss durch die Induktivität gegensinnig zum Stromfluss durch die Induktivitäten der beiden anderen Phasen ist. Hierdurch heben sich die erzeugten magnetischen Felder teilweise nicht auf, sodass die wirksame Induktivität erhöht wird.
  • Dabei ist dabei der Anschluss der externen Gleichspannungsquelle mit einem Sternpunkt der Elektromaschine verbunden. Weiter sind der Induktivität drei Schaltelemente zugeordnet, wobei ein erstes Schaltelement zwischen dem Sternpunkt und einem ersten Anschluss der Induktivität, ein zweites Schaltelement zwischen Sternpunkt und einem zweiten Anschluss der Induktivität und das dritte Schaltelement zwischen dem ersten Anschluss der Induktivität und einem Mittelabgriff der zugeordneten Halbbrücke angeordnet ist.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist der Anschluss über mindestens ein Schaltelement an ein Low-Side Halbleiterschaltelement geführt, wobei mindestens ein weiteres Schaltelement zwischen dem Low-Side Halbleiterschaltelement und den benachbarten Low-Side Halbleiterschaltelementen angeordnet ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass der Sternpunkt nicht mehr herausgeführt werden muss, wobei sich zusätzlich teilweise die Induktivitäten addieren, da die Induktivität der Phasen, über die der Strom eingespeist wird, in Reihe zu den beiden Induktivitäten geschaltet ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist jedem Low-Side-Halbleiterschaltelement ein Schaltelement zugeordnet, wobei zwischen den drei Low-Side-Halbleiterschaltelementen jeweils ein weiteres Schaltelement zugeordnet ist, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, dass jeweils nur ein Low-Side-Halbleiterschaltelement mit dem Anschluss verbunden ist. Somit kann die thermische und elektrische Belastung der Bauelemente verteilt werden, indem jeweils die Phase, über die der Strom eingespeist wird, gewechselt werden kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist das mindestens eine Schaltelement und/oder das mindestens eine weitere Schaltelement als Relais oder als Halbleiterschalter ausgebildet. Der Vorteil des Relais ist die galvanische Trennung der Phasen am Anschluss.
  • In einer alternativen Ausführungsform weist die Elektromaschine eine Polpaarzahl größer 1 auf, wobei die Induktivität der Polpaare einer Phase parallel geschaltet sind, wobei mindestens einer Induktivität Schaltelemente zugeordnet sind, wobei das Steuergerät derart ausgebildet ist, die Schaltelemente derart anzusteuern, dass im Traktionsbetrieb die Induktivitäten parallel geschaltet sind und der Stromfluss durch die Induktivitäten gleichsinnig ist und im Ladebetrieb die Induktivitäten parallel geschaltet sind und der Stromfluss durch die mindestens eine Induktivität mit den Schaltelementen gegensinnig zu dem Stromfluss mit den Induktivitäten ohne Schaltelemente ist. Diese Ausführungsform kann bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen zur Anwendung kommen, wobei sich dabei die erzeugten Motormomente im Ladebetrieb reduzieren bzw. bei Symmetrie sogar aufheben, sodass die Motormomente nicht mehr (z.B. durch eine Parkbremse) abgestützt werden müssen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. Die Figuren zeigen:
    • 1 eine Teildarstellung eines Traktionsnetzes im Ladebetrieb in einer ersten Ausführungsform,
    • 2 eine Teildarstellung eines Traktionsnetzes im Ladebetrieb in einer zweiten Ausführungsform,
    • 3 eine Teildarstellung eines Traktionsnetzes in einer dritten Ausführungsform,
    • 4 eine schematische Darstellung einer Verschaltung der Induktivitäten einer mehrpoligen Elektromaschine,
    • 5 eine schematische Darstellung eines Traktionsnetzes (Stand der Technik),
    • 6 eine schematische Darstellung eines Hochsetztellers (Stand der Technik),
    • 7 eine schematische Darstellung einer Verschaltung der Induktivitäten einer mehrpoligen Elektromaschine in einer ersten Ausführungsform (Stand der Technik) und
    • 8 eine schematische Darstellung einer Verschaltung der Induktivitäten einer mehrpoligen Elektromaschine in einer zweiten Ausführungsform (Stand der Technik).
  • Bevor die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung erläutert werden, soll zunächst anhand der 5 der Aufbau eines Traktionsnetzes 1 näher erläutert werden. Das Traktionsnetz 1 umfasst eine Hochvoltbatterie 2, einen Zwischenkreiskondensator 3, einen Wechselrichter 4 und eine dreiphasige Elektromaschine 5, von der nur die Induktivitäten L1-L3 der Rotorwicklungen dargestellt sind. Weiter umfasst das Traktionsnetz 1 ein Steuergerät 6. Der Wechselrichter 4 weist drei Halbbrücken 7.1-7.3 auf, wobei die Mittelabgriffe der Halbbrücken 7.1-7.3 jeweils mit einer Induktivität L1-L3, welche die Wicklungen der 3-phasigen E-Maschine repräsentieren, verbunden sind. Die Halbbrücken 7.1-7.3 weisen jeweils ein High-Side-Halbleiterschaltelement 8.1-8.3 sowie ein Low-Side-Halbleiterschaltelement 9.1-9.3 auf, die vorzugsweise als Transistoren ausgebildet sind und hier vereinfacht als Schalter dargestellt sind. Die Halbleiterschaltelemente 8.1-8.3, 9.1-9.3 werden von Steuergerät 6 angesteuert, vorzugsweise mittels PWM-Signalen. Antiparallel zu den Halbleiterschaltelementen 8.1-8.3, 9.1-9.3 sind jeweils Dioden D1-D6 angeordnet. Ein gemeinsamer Sternpunkt SP der drei Induktivitäten L1-L3 ist aus der Elektromaschine 5 zu einem Anschluss A herausgeführt, an den eine nicht dargestellte externe Gleichspannungsquelle angeschlossen werden kann. Der Minuspol der externen Gleichspannungsquelle wird dabei an der Unterseite der Low-Side-Halbleiterschaltelemente 9.1 - 9.3 angeschlossen.
  • Im Ladebetrieb durch die externe Gleichspannungsquelle kann nun das Steuergerät 6 mittels Steuersignalen S den Wechselrichter 4 unter Einschluss der Induktivitäten L1-L3 der Elektromaschine 5 als DC/DC-Wandler bzw. Hochsetzsteller betreiben und somit beispielsweise mittels einer 400 V-Gleichspannungsquelle eine Hochvoltbatterie mit einer Nennspannung von 800 V laden.
  • In der 6 ist ein Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers dargestellt, wobei die zugehörigen Bezugszeichen für die erste Halbbrücke 7.1 aus 5 verwendet werden. Um nun zu dieser Schaltung zu gelangen, wird der High-Side-Halbleiterschalter 8.1 permanent geöffnet und der Low-Side-Halbleiterschalter 9.1 getaktet, wobei die Diode D2 in Sperrrichtung gepolt ist.
  • In der 1 ist eine erste Ausführungsform dargestellt. Dabei ist der Sternpunkt SP mit dem Anschluss A verbunden, über den ein Ladestrom ILaden von der externen Gleichspannungsquelle eingespeist wird. Aus Übersichtsgründen sind dabei die Dioden D1-D6 nicht dargestellt.
  • Erfindungsgemäß fließt nun der Strom in einer Phase gegensinnig durch die zugeordnete Induktivität im Vergleich zu den beiden anderen Phasen. Hierzu sind der dritten Induktivität L3 drei Schaltelemente S10-S12 zugeordnet, die beispielsweise als Relais oder Halbleiterschaltelemente ausgebildet sind. Dabei liegt ein Schaltelement S11 zwischen Sternpunkt SP und einem ersten Anschluss der Induktivität L3. Ein zweites Schaltelement S10 liegt zwischen Sternpunkt SP und einem zweiten Anschluss der Induktivität L3 und ein drittes Schaltelement S12 liegt zwischen dem ersten Anschluss der Induktivität L3 und dem Mittelabgriff M3 der dritten Halbbrücke 7.3. Im Traktionsbetrieb ist das erste Schaltelement S11 geschlossen und die beiden anderen Schaltelemente S10, S12 offen, sodass der Strom durch alle drei Phasen gleichsinnig fließt. Soll hingegen die Traktionsbatterie durch die externe Gleichspannungsquelle geladen werden, so wird das erste Schaltelement S11 geöffnet und die beiden anderen Schaltelemente S10, S12 geschlossen. Im Ergebnis fließt dann der Strom gegensinnig durch die dritte Induktivität L3 im Vergleich zu den beiden anderen Induktivitäten L1, L2, wobei sich der Ladestrom ILaden gleichmäßig auf die drei Phasen aufteilt. Aufgrund der Stromumkehrung in einer der Phasen löschen sich die Felder in der Elektromaschine nicht mehr aus und es entsteht eine größere wirksame Induktivität. Durch die dargestellte Verschaltung kann die Ladeleistung auf alle drei Phasen verteilt werden und dennoch eine höhere Induktivität erreicht werden, was positive Auswirkungen auf die möglichen Ladeleistungen hat. Dabei kann prinzipiell auch vorgesehen sein, dass allen Induktivitäten die drei Schaltelemente S10-S12 zugeordnet sind, sodass die Phase mit dem gegensinnigen Strom gewechselt werden kann.
  • In der 2 ist eine alternative Ausführung dargestellt, wo im Gegensatz zu 1 der Sternpunkt SP nicht herausgeführt ist, sondern das Low-Side-Halbleiterschaltelement 9.3 der dritten Phase über ein Schaltelement S3 mit dem Anschluss A verbunden ist, wobei zusätzlich zwischen dem Low-Side-Halbleiterschaltelement 9.3 und dem benachbarten Low-Side-Halbleiterschaltelement 9.2 ein weiteres Schaltelement S4 angeordnet ist. Im Traktionsbetrieb ist dabei das Schaltelement S3 offen und das weitere Schaltelement S4 geschlossen. Im Ladebetrieb mit der externen Gleichspannungsquelle ist hingegen das Schaltelement S3 geschlossen und das weitere Schaltelement S4 offen. Zusätzlich wird das Low-Side-Halbleiterschaltelement 9.3 geschlossen das High-Side-Halbleiterschaltelement 8.3 geöffnet. Somit wird der gesamte Ladestrom ILaden über die dritte Induktivität L3 eingespeist. Dieser teilt sich dann auf die erste und zweite Induktivität L1, L2 auf, wobei die dritte Induktivität L3 in Reihe zur ersten Induktivität L1 und zur zweiten Induktivität L2 geschaltet ist, sodass sich die Gesamtinduktivität erhöht, wobei zusätzlich der Strom durch die dritte Induktivität L3 gegensinnig zur Stromrichtung in den beiden anderen Induktivitäten L1, L2 ist. Die Hochsetzsteller werden dabei durch die erste und zweite Halbbrücke gebildet. Einer der Vorteile ist, dass der Sternpunkt SP nicht mehr herausgeführt werden muss sowie die hohe wirksame Induktivität. Nachteilig sind die zusätzlichen Schaltelemente S3-S4 sowie die ungleichmäßige Belastung der Phasen. Um nun die Belastung wieder gleichmäßig zu verteilen, kann vorgesehen sein, dass wechselweise über jede Halbbrücke der Ladestrom ILaden eingespeist werden kann.
  • Eine solche Ausführungsform ist in 3 dargestellt. Dabei ist jedem Low-Side-Halbleiterschaltelement 9.1-9.3 ein Schaltelement S1-S3 zugeordnet, wobei zwischen den Low-Side-Halbleiterschaltelementen 9.1-9.3 jeweils weitere Schaltelemente S4, S5 angeordnet sind, mittels derer jeweils die Verbindung zwischen den Low-Side-Halbleiter-schaltelementen 9.1-9.3 aufgetrennt werden kann. Soll beispielsweise der Ladestrom ILaden über die erste Induktivität L1 eingespeist werden, so wird S1 geschlossen und S2 und S3 bleiben offen. Die beiden Halbleiterschaltelemente 8.1 und 9.1 bleiben offen. Zusätzlich wird das weitere Schaltelement S4 geschlossen und S5 geöffnet. Der Hochsetzsteller kann dann durch die zweite und dritte Halbbrücke jeweils gebildet werden. Somit kann die Belastung der Phasen gleichmäßig verteilt werden, da die Phase, über die der Ladestrom ILaden eingespeist wird, gewechselt werden kann.
  • Bevor nun eine weitere Ausführungsform näher erläutert werden soll, soll zunächst eine Verschaltung einer 4-poligen Elektromaschine 5 anhand der 7 und 8 kurz erläutert werden. Dabei weist jede Phase zwei Spulen auf, die räumlich versetzt angeordnet sind, aber parallel geschaltet sind. Beispielsweise weist die erste Phase eine erste Teil-Induktivität L1.1 und eine zweite Teil-Induktivität L1.2 auf, wobei in 7 ein gemeinsamer Sternpunkt SP existiert und in 8 die ersten Teil-Induktivitäten L1.1-L3.1 einen ersten Sternpunkt und die zweiten Teil-Induktivitäten L1.2-L3.1 einen zweiten Sternpunkt aufweisen, wobei der erste und der zweite Sternpunkt miteinander verbunden sind.
  • Dies kann nun erfindungsgemäß ausgenutzt werden, indem durch geeignete Verschaltung der Strom gegensinnig durch eine zweite Teil-Induktivität im Vergleich zur ersten Teilinduktivität geführt wird, was in 4 für eine Verschaltung gemäß 7 dargestellt ist.
  • Dabei sind jeder zweiten Teil-Induktivität L1.2-L3.2 jeweils 4 Schaltelemente 21-24 zugeordnet. Im Traktionsbetrieb soll dabei der Strom durch die erste Teil-Induktivität L1.1-L3.1 und die zweite Teil-Induktivität L1.2-L3.2 gleichsinnig fließen. Entsprechend werden die Schaltelemente 21, 22 geschlossen und die Schaltelemente 23, 24 geöffnet. Im Ladebetrieb soll hingegen der Strom gegensinnig durch die bestromten Teil-Induktivitäten fließen. Wird also z.B. die erste Phase bestromt, so werden die Schalter 23, 24 geschlossen und die Schalter 21, 22 geöffnet. Hierdurch heben sich die erzeugten Motormomente auf und müssen nicht (z.B. durch eine Parkbremse) abgestützt werden. Dies lässt sich analog auch für eine Verschaltung gemäß 8 realisieren.
  • Die Ausführungsform gemäß 4 kann dabei mit jeder der Ausführungsformen gemäß den 1 bis 3 kombiniert werden.

Claims (5)

  1. Traktionsnetz (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend mindestens ein Steuergerät (6), eine Hochvoltbatterie (2), mindestens einen Zwischenkreiskondensator (3), eine dreiphasige Elektromaschine (5), einen Wechselrichter (4) mit drei Halbbrücken (7.1-7.3), wobei in den Halbbrücken (7.1-7.3) jeweils mindestens zwei Halbleiterschaltelemente (8.1-8.3; 9.1-9.3) angeordnet sind, zu denen jeweils eine Diode (D1-D6) antiparallel geschaltet ist, wobei mindestens ein Anschluss (A) zum Anschließen einer externen Gleichspannungsquelle vorgesehen ist, wobei das Steuergerät (6) derart ausgebildet ist, den Wechselrichter (4) derart anzusteuern, dass dieser unter Einschluss der Induktivitäten (L1-L3) der Elektromaschine (5) als DC/DC-Wandler betrieben wird, wobei mindestens der Induktivität (L3) einer Phase Schaltelemente zugeordnet sind, wobei das Steuergerät (6) derart ausgebildet ist, die Schaltelemente derart anzusteuern, dass der Stromfluss durch die Induktivität (L3) gegensinnig zum Stromfluss durch die Induktivitäten (L1, L2) der beiden anderen Phasen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (A) mit einem Sternpunkt (SP) der Elektromaschine (5) verbunden ist, wobei der Induktivität (L3) drei Schaltelemente (S10-S12) zugeordnet sind, wobei ein erstes Schaltelement (S11) zwischen dem Sternpunkt (SP) und einem ersten Anschluss der Induktivität (L3), ein zweites Schaltelement (S10) zwischen Sternpunkt (SP) und einem zweiten Anschluss der Induktivität (L3) und das dritte Schaltelement (S12) zwischen dem ersten Anschluss der Induktivität (L3) und einem Mittelabgriff (M3) der zugeordneten Halbbrücke (7.3) angeordnet ist.
  2. Traktionsnetz (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend mindestens ein Steuergerät (6), eine Hochvoltbatterie (2), mindestens einen Zwischenkreiskondensator (3), eine dreiphasige Elektromaschine (5), einen Wechselrichter (4) mit drei Halbbrücken (7.1-7.3), wobei in den Halbbrücken (7.1-7.3) jeweils mindestens zwei Halbleiterschaltelemente (8.1-8.3; 9.1-9.3) angeordnet sind, zu denen jeweils eine Diode (D1-D6) antiparallel geschaltet ist, wobei mindestens ein Anschluss (A) zum Anschließen einer externen Gleichspannungsquelle vorgesehen ist, wobei das Steuergerät (6) derart ausgebildet ist, den Wechselrichter (4) derart anzusteuern, dass dieser unter Einschluss der Induktivitäten (L1-L3) der Elektromaschine (5) als DC/DC-Wandler betrieben wird, wobei mindestens der Induktivität (L3) einer Phase Schaltelemente zugeordnet sind, wobei das Steuergerät (6) derart ausgebildet ist, die Schaltelemente derart anzusteuern, dass der Stromfluss durch die Induktivität (L3) gegensinnig zum Stromfluss durch die Induktivitäten (L1, L2) der beiden anderen Phasen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (A) über mindestens ein Schaltelement (S1-S3) an ein Low-Side-Halbleiterschaltelement (9.1-9.3) geführt ist, wobei mindestens ein weiteres Schaltelement (S4, S5) zwischen dem Low-Side-Halbleiterschaltelement (9.1-9.3) und dem benachbarten Low-Side-Halbleiterschaltelement (9.1-9.3) angeordnet ist, um diese direkt unmittelbar miteinader zu verbinden.
  3. Traktionsnetz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Low-Side-Halbleiterschaltelement (9.1-9.3) ein Schaltelement (S1-S3) zugeordnet ist, wobei zwischen den drei Low-Side-Halbleiterschaltelementen (S1-S3) jeweils ein weiteres Schaltelement (S4, S5) zugeordnet ist, wobei das Steuergerät (6) derart ausgebildet ist, dass jeweils nur ein Low-Side-Halbleiterschaltelement (9.1-9.3) mit dem Anschluss (A) verbunden wird.
  4. Traktionsnetz nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schaltelement (S1-S3) und/oder das mindestens eine weitere Schaltelement (S4, S5) als Relais oder als Halbleiterschalter ausgebildet ist.
  5. Traktionsnetz (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend mindestens ein Steuergerät (6), eine Hochvoltbatterie (2), mindestens einen Zwischenkreiskondensator (3), eine dreiphasige Elektromaschine (5), einen Wechselrichter (4) mit drei Halbbrücken (7.1-7.3), wobei in den Halbbrücken (7.1-7.3) jeweils mindestens zwei Halbleiterschaltelemente (8.1-8.3; 9.1-9.3) angeordnet sind, zu denen jeweils eine Diode (D1-D6) antiparallel geschaltet ist, wobei mindestens ein Anschluss (A) zum Anschließen einer externen Gleichspannungsquelle vorgesehen ist, wobei das Steuergerät (6) derart ausgebildet ist, den Wechselrichter (4) derart anzusteuern, dass dieser unter Einschluss der Induktivitäten (L1-L3) der Elektromaschine (5) als DC/DC-Wandler betrieben wird, wobei mindestens der Induktivität (L3) einer Phase Schaltelemente zugeordnet sind, wobei das Steuergerät (6) derart ausgebildet ist, die Schaltelemente derart anzusteuern, dass der Stromfluss durch die Induktivität (L3) gegensinnig zum Stromfluss durch die Induktivitäten (L1, L2) der beiden anderen Phasen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromaschine (5) eine Polpaarzahl größer 1 aufweist, wobei die Induktivität (L1.1, L1.2; L2.1, L2.2; L3.1, L3.2) der Pole einer Phase parallel geschaltet sind, wobei mindestens einer Induktivität Schaltelemente (S21-S24) zugeordnet sind, wobei das Steuergerät (6) derart ausgebildet ist, die Schaltelemente (S21-S24) derart anzusteuern, dass im Traktionsbetrieb die Induktivitäten (L1.1, L1.2; L2.1, L2.2; L3.1, L3.2) parallel geschaltet sind und der Stromfluss durch die Induktivitäten (L1.1, L1.2; L2.1, L2.2; L3.1, L3.2) gleichsinnig ist und im Ladebetrieb die Induktivitäten (L1.1, L1.2; L2.1, L2.2; L3.1, L3.2) parallel geschaltet sind und der Stromfluss durch die mindestens eine Induktivität (L1.2-L3.2) mit den Schaltelementen (S21-S24) gegensinnig zu dem Stromfluss mit den Induktivitäten (L1.1-L3.1) ohne Schaltelemente ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150231978A1 (en) * 2014-02-14 2015-08-20 Jabil Circuit, Inc. Charge transfer system

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