DE102022206153A1

DE102022206153A1 - Bidirektionales ladesystem für ein fahrzeug

Info

Publication number: DE102022206153A1
Application number: DE102022206153.5A
Authority: DE
Inventors: Jae Hyun Kim; Hyun Wook SEONG; Dong Gyun Woo
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2021-07-09
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2023-01-12
Also published as: US11724612B2; CN115663859A; KR20230009661A; US20230011289A1

Abstract

Ein bidirektionales Ladesystem für ein Fahrzeug der Ausführungsform enthält eine erste Brückenschaltung, die eine Vielzahl von Zweigen mit jeweils zwei ersten Schaltelementen aufweist, die zwischen beiden Enden einer Batterie miteinander in Reihe geschaltet sind, einen Transformator, der eine Vielzahl von primärseitigen Wicklungen, die mit einer Netz- oder Lastseite verbunden sind, und eine Vielzahl von sekundärseitigen Wicklungen aufweist, die von der Vielzahl von primärseitigen Wicklungen isoliert sind, einen Motor, der eine Vielzahl von Eingangsanschlüssen enthält, die jeweils zum Empfangen einer Vielzahl von Phasenspannungen konfiguriert sind, eine Vielzahl von Umschaltern, die zum selektiven Verbinden von Verbindungsknoten der zwei ersten Schaltelemente, die in der Vielzahl von Zweigen enthalten sind, mit jeweils der Vielzahl von sekundärseitigen Wicklungen oder der Vielzahl von Eingangsanschlüssen konfiguriert sind, und eine Steuerung, die zum Steuern von Verbindungszuständen der Vielzahl von Umschaltern gemäß einem im Voraus konfigurierten Betriebsmodus konfiguriert ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein bidirektionales Ladesystem für ein Fahrzeug.
HINTERGRUND
Auf jüngste globale Trends hin zur Verringerung der Kohlenstoffdioxidemissionen folgten abnehmende Nachfragen nach typischen Autos mit Verbrennungskraftmaschinen, die Leistung zum Fahren durch die Verbrennung eines fossilen Kraftstoffes erzeugen, und zunehmende Nachfragen nach Elektroautos, die Leistung zum Fahren unter Verwendung von elektrischer Energie erzeugen, die in Energiespeichervorrichtungen (beispielsweise Batterien) gespeichert wird, um Motoren anzutreiben.
Ein Elektroauto enthält eine Batterie, die konfiguriert ist, um elektrische Energie zu speichern, die einem Motor zum Erzeugen einer Fahrleistung eines Fahrzeugs zuzuführen ist, und ein montiertes Ladegerät zum Laden der Batterie, das konfiguriert ist, um externe Leistung in Leistung umzuwandeln, die zum Laden der Batterie verwendet wird.
Indessen haben jüngste Erhöhungen der Kapazität von Batterien der Elektroautos Nachfragen nach der Entwicklung einer Fahrzeug-zu-Netz-Technologie (V2G-Technologie) oder Fahrzeug-zu-Last-Technologie (V2L-Technologie) zum Versorgen von Netzen oder Lasten mit der in den Fahrzeugbatterien gespeicherten Energie verursacht. Zudem erfolgten Forschungen/Entwicklungen in Bezug auf die Torque-Vectoring-Technologie (zu Deutsch: Drehmomentverteilungs-Technologie), bei welcher Hilfsmotoren auf Rädern vorgesehen werden, die mit beiden Seiten der Antriebswelle verbunden sind, und die Drehzahl jedes Antriebsrads einzeln gesteuert wird, wobei dadurch eine Fahrsicherheit sichergestellt wird.
An sich benötigen Elektroautos nicht nur ein Ladegerät zum einfachen Laden der Batterien, sondern auch verschiedene Schaltkreise bzw. Schaltungen zur Leistungsumwandlung, wie beispielsweise eine Schaltung zum Implementieren von V2G oder V2L und eine Schaltung zum Antreiben der Hilfsmotoren für das Torque Vectoring.
Wenn ein Fahrzeug solche verschiedenen Leistungsumwandlungsschaltungen einzeln enthält, kann eine große Anzahl an elektrischen Bauteilen erfordert werden, um einzelne Umwandlungsschaltungen zu implementieren. Dies kann nicht nur ein Problem einer komplizierten Schaltungsstruktur, sondern auch ein weiteres Problem erhöhter Kosten zur Schaltungsimplementierung verursachen.
Die oben erwähnten Beschreibungen in Bezug auf die Technologien des Hintergrunds erfolgten lediglich zum Unterstützen des Verständnisses des Hintergrunds der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und sind von jemandem mit Fähigkeiten in der Technik nicht anzusehen, dem bereits bekannten Stand der Technik zu entsprechen.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein bidirektionales Ladesystem für ein Fahrzeug. Bestimmte Ausführungsformen betreffen ein bidirektionales Ladesystem für ein Fahrzeug, das eine Leistungsumwandlung zum Laden einer Batterie in dem Fahrzeug und Leistungsumwandlung zum Versorgen eines Netzes, einer Last oder eines in dem Fahrzeug vorgesehenen Motors mit einer in der Batterie in dem Fahrzeug gespeicherten Leistung durchführen kann.
Folglich liefert eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein bidirektionales Ladesystem für ein Fahrzeug, das eine Leistungsumwandlung zum Laden einer Batterie in dem Fahrzeug und Leistungsumwandlung zum Versorgen eines Netzes, einer Last oder eines in dem Fahrzeug vorgesehen Motors mit einer in der Batterie in dem Fahrzeug gespeicherten Leistung unter Verwendung einer minimalen Anzahl an elektrischen Bauteilen implementieren kann.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung liefert ein bidirektionales Ladesystem für ein Fahrzeug, wobei das System eine erste Brückenschaltung, die eine Vielzahl von Zweigen mit jeweils zwei ersten Schaltelementen aufweist, die zwischen beiden Enden einer Batterie miteinander in Reihe geschaltet sind, einen Transformator, der eine Vielzahl von primärseitigen Wicklungen, die mit einer Netz- oder Lastseite verbunden sind, und eine Vielzahl von sekundärseitigen Wicklungen enthält, die von der Vielzahl von primärseitigen Wicklungen isoliert sind, einen Motor, der eine Vielzahl von Eingangsanschlüssen enthält, die jeweils zum Empfangen einer Vielzahl von Phasenspannungen konfiguriert sind, eine Vielzahl von Umschaltern, die zum selektiven Verbinden von Verbindungsknoten der zwei ersten Schaltelemente, die in der Vielzahl von Zweigen enthalten sind, mit jeweils der Vielzahl von sekundärseitigen Wicklungen oder der Vielzahl von Eingangsanschlüssen konfiguriert sind, und eine Steuerung enthält, die zum Steuern von Verbindungszuständen der Vielzahl von Umschaltern gemäß einem im Voraus konfigurierten Betriebsmodus konfiguriert ist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung in einem ersten Betriebsmodus, in dem der Motor angetrieben wird, während das Fahrzeug fährt, die Vielzahl von Umschaltern derart steuern, dass die Verbindungsknoten der ersten Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit den Eingangsanschlüssen des Motors elektrisch verbunden werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung steuert die Steuerung die ersten Schaltelemente in dem ersten Betriebsmodus derart, dass die erste Brückenschaltung als ein Inverter wirkt, der konfiguriert ist, um eine DC-Spannung der Batterie umzuwandeln, um eine AC-Phasenspannung zu erzeugen, die den Eingangsanschlüssen des Motors bereitgestellt wird.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Motor ein Hilfsantriebsmotor sein, der auf jedem Antriebsrad des Fahrzeugs für das Torque Vectoring angebracht ist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung in einem zweiten Betriebsmodus, in dem der Motor nicht angetrieben wird, während das Fahrzeug fährt, die Vielzahl von Umschaltern derart steuern, dass die Verbindungsknoten der ersten Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators elektrisch verbunden werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung in dem zweiten Betriebsmodus die ersten Schaltelemente derart steuern, dass eine DC-Spannung der Batterie in eine AC-Spannung umgewandelt wird und die umgewandelte AC-Spannung den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators bereitgestellt wird.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung in einem dritten Betriebsmodus, in dem die Batterie geladen wird, während das Fahrzeug angehalten ist, und in einem vierten Betriebsmodus, in dem Leistung von der Batterie zu einem externen Netz oder einer externen Last zugeführt wird, während das Fahrzeug angehalten ist, die Vielzahl von Umschaltern derart steuern, dass die Verbindungsknoten der ersten Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators elektrisch verbunden werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung in dem dritten Betriebsmodus und in dem vierten Betriebsmodus die ersten Schaltelemente derart steuern, dass eine DC-Spannung der Batterie in eine AC-Spannung umgewandelt wird und die umgewandelte AC-Spannung den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators bereitgestellt wird.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung liefert ein bidirektionales Ladesystem für ein Fahrzeug, wobei das System einen DC-DC-Wandler, der eine erste Brückenschaltung, die eine Vielzahl von Zweigen mit jeweils zwei ersten Schaltelementen aufweist, die zwischen beiden Enden einer Batterie miteinander in Reihe geschaltet sind, einen Transformator, der eine Vielzahl von primärseitigen Wicklungen und eine Vielzahl von sekundärseitigen Wicklungen enthält, die von der Vielzahl von primärseitigen Wicklungen isoliert sind, und eine zweite Brückenschaltung enthält, die eine Vielzahl von Zweigen mit jeweils zwei zweiten Schaltelementen aufweist, die miteinander in Reihe geschaltet sind, einen Motor, der eine Vielzahl von Eingangsanschlüssen enthält, die konfiguriert sind, um jeweils eine Vielzahl von Phasenspannungen zu empfangen, eine Vielzahl von Umschaltern, die konfiguriert sind, um Verbindungsknoten der zwei ersten Schaltelemente, die in der Vielzahl von Zweigen in der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit jeweils der Vielzahl von sekundärseitigen Wicklungen oder der Vielzahl von Eingangsanschlüssen selektiv zu verbinden, eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung, die eine Vielzahl von Induktoren mit jeweils einem ersten Ende, das mit einem Netz/Last-Verbindungsanschluss verbunden ist, und eine dritte Brückenschaltung enthält, die eine Vielzahl von Zweigen mit jeweils zwei dritten Schaltelementen aufweist, die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei zweite Enden der Vielzahl von Induktoren mit Verbindungsknoten der zwei dritten Schaltelemente verbunden sind, die jeweils in der Vielzahl von Zweigen in der dritten Brückenschaltung enthalten sind, einen DC-Kondensator, der üblicherweise zwischen beiden Enden der Zweige in der zweiten Brückenschaltung und beiden Enden der Zweige in der dritten Brückenschaltung verbunden ist, und eine Steuerung enthält, die zum Steuern von Verbindungszuständen der Vielzahl von Umschaltern gemäß einem im Voraus konfigurierten Betriebsmodus konfiguriert ist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung in einem ersten Betriebsmodus, in dem der Motor angetrieben wird, während das Fahrzeug fährt, die Vielzahl von Umschaltern derart steuern, dass die Verbindungsknoten der ersten Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit den Eingangsanschlüssen des Motors elektrisch verbunden werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung in dem ersten Betriebsmodus die ersten Schaltelemente derart steuern, dass die erste Brückenschaltung als ein Inverter wirkt, der konfiguriert ist, um eine DC-Spannung der Batterie umzuwandeln, um eine AC-Phasenspannung zu erzeugen, die den Eingangsanschlüssen des Motors bereitgestellt wird.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Motor ein Hilfsantriebsmotor sein, der auf jedem Antriebsrad des Fahrzeugs für das Torque Vectoring angebracht ist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung in einem zweiten Betriebsmodus, in dem der Motor nicht angetrieben wird, während das Fahrzeug fährt, die Vielzahl von Umschaltern derart steuern, dass die Verbindungsknoten der ersten Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators elektrisch verbunden werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung in dem zweiten Betriebsmodus die ersten Schaltelemente derart steuern, dass eine DC-Spannung der Batterie in eine AC-Spannung umgewandelt wird und die umgewandelte AC-Spannung den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators bereitgestellt wird, die zweiten Schaltelemente derart steuern, dass eine AC-Leistung der primärseitigen Wicklungen des Transformators, die durch eine AC-Leistung induziert wird, die an die sekundärseitigen Wicklungen des Transformators angelegt wird, in eine DC-Leistung umgewandelt wird, und die dritten Schaltelemente derart steuern, dass eine DC-Spannung, die in dem DC-Kondensator durch die Steuerung der zweiten Schaltelemente gebildet wird, in eine AC-Leistung umgewandelt wird, die einer Leistungsquelle einer Last entspricht, die mit dem Netz/Last-Verbindungsanschluss verbunden ist.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung in einem dritten Betriebsmodus, in dem die Batterie geladen wird, während das Fahrzeug angehalten ist, und in einem vierten Betriebsmodus, in dem Leistung von der Batterie zu einem externen Netz oder einer externen Last zugeführt wird, während das Fahrzeug angehalten ist, die Vielzahl von Umschaltern derart steuern, dass die Verbindungsknoten der ersten Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators elektrisch verbunden werden.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Steuerung in dem dritten Betriebsmodus und in dem vierten Betriebsmodus die ersten Schaltelemente derart steuern, dass eine DC-Spannung der Batterie in eine AC-Spannung umgewandelt wird und die umgewandelte AC-Spannung den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators bereitgestellt wird, die zweiten Schaltelemente derart steuern, dass eine AC-Leistung der primärseitigen Wicklungen des Transformators, die durch eine AC-Leistung induziert wird, die an die sekundärseitigen Wicklungen des Transformators angelegt wird, in eine DC-Leistung umgewandelt wird, und die dritten Schaltelemente derart steuern, dass eine DC-Spannung, die in dem DC-Kondensator durch die Steuerung der zweiten Schaltelemente gebildet wird, in eine AC-Leistung umgewandelt wird, die einer Leistungsquelle eines Netzes oder einer Last entspricht, die mit dem Netz/Last-Verbindungsanschluss verbunden ist.
Nach dem bidirektionalen Ladesystem für ein Fahrzeug wird die Brückenschaltung des in dem Ladegerät vorgesehenen DC-DC-Wandlers zum Antreiben des Hilfsantriebsmotors für das Torque Vectoring verwendet, wobei dadurch kein separater Inverter für den Hilfsantriebsmotor erfordert wird. Dies ist insofern von Vorteil, dass nach dem bidirektionalen Ladesystem für ein Fahrzeug jegliche Zunahme der Schaltungsgröße und Kosten, die aus der Hinzufügung einer Motorantriebsschaltung resultiert, unterdrückt werden kann.
Vorteilhafte Effekte, die von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erhältlich sind, sind nicht auf die oben erwähnten vorteilhaften Effekte beschränkt und andere vorteilhafte Effekte, die hierin nicht erwähnt werden, werden von jemandem mit Fähigkeiten in der Technik, zu der die vorliegende Offenbarung gehört, eindeutig verstanden werden.
Figurenliste
Die oben erwähnten und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher sein, in welchen:

1 ein Schaltplan ist, der einen Zustand für jeden Betriebsmodus eines bidirektionalen Ladesystems für ein Fahrzeug nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
2 ein Ablaufplan ist, der ein Steuerverfahren eines bidirektionalen Ladesystems für ein Fahrzeug nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird ein bidirektionales Ladesystem für ein Fahrzeug nach verschiedenen Ausführungsformen in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detaillierter beschrieben werden.
1 ist ein Schaltplan, der einen Zustand für jeden Betriebsmodus eines bidirektionalen Ladesystems für ein Fahrzeug nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
In Bezug auf 1 kann ein bidirektionales Ladesystem für ein Fahrzeug nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine erste Brückenschaltung 40, die eine Vielzahl von Zweigen 41, 42 und 43 mit jeweils zwei ersten Schaltelementen aufweist, die zwischen beiden Enden einer Batterie 100 miteinander in Reihe geschaltet sind, einen Transformator 30, der eine Vielzahl von primärseitigen Wicklungen 31, die mit einer Netz- oder Lastseite verbunden sind, und eine Vielzahl von sekundärseitigen Wicklungen 32 aufweist, die von der Vielzahl von primärseitigen Wicklungen isoliert sind, einen Motor 200, der eine Vielzahl von Eingangsanschlüssen a, b und c aufweist, die jeweils eine Vielzahl von Phasenspannungen empfangen, eine Vielzahl von Umschaltern R1, R2 und R3, die Verbindungsknoten der zwei ersten Schaltelemente, die in der Vielzahl von Zweigen 41, 42 und 43 enthalten sind, mit jeweils der Vielzahl von sekundärseitigen Wicklungen 32 oder der Vielzahl von Eingangsanschlüssen a, b und c selektiv verbinden, und eine Steuerung 300 enthalten, die Verbindungszustände einer Vielzahl von Relais R1, R2 und R3 gemäß einem im Voraus konfigurierten Betriebsmodus steuert.
Im Allgemeinen ist ein bidirektionales Ladegerät ein Ladegerät mit einem Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler (DC-DC-Wandler), der zum Durchführen einer bidirektionalen Energieversorgung fähig ist, und kann eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (PFC-Schaltung; engl. power factor correction circuit), die eine Wechselstromleistung (AC-Leistung) zum Laden einer Batterie von einem Netz empfängt, um einen Leistungsfaktor zu kompensieren und eine DC-Spannung zu bilden, und einen bidirektionalen DC-DC-Wandler enthalten, der die Größe der DC-Spannung, die von der Leistungsfaktorkorrekturschaltung ausgegeben wird, in die Größe umwandelt, die das Laden einer Batterie ermöglicht. Für einen V2G- oder V2L-Betrieb zum Zuführen von Leistung von der Batterie wandelt der bidirektionale DC-DC-Wandler die Größe der Spannung der Batterie angemessen um und die Leistungsfaktorkorrekturschaltung wirkt als ein Inverter, so dass einem externen Netz oder einer externen Last eine AC-Leistung bereitgestellt werden kann.
Das bidirektionale Ladesystem nach verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann auch eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung 10 und einen bidirektionalen DC-DC-Wandler enthalten. In 1 kann der bidirektionale DC-DC-Wandler zwei Brückenschaltungen 20 und 40 zur bidirektionalen Umwandlung von DC-AC und den Transformator 30 zur Isolation enthalten.
Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 10 kann durch einen Induktor und Schaltelemente implementiert werden. Die in 1 gezeigte Leistungsfaktorkorrekturschaltung 10 wird als eine Schaltungskonfiguration zum selektiven Ansprechen auf einen Einphasen- und Dreiphasen-AC-Eingang gezeigt.
Genauer kann die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 10 eine Vielzahl von Induktoren mit jeweils einem ersten Ende, das mit einem Netz/Last-Verbindungsanschluss verbunden ist, mit dem ein Netz oder eine Last jeder Phase verbunden ist, und eine Vielzahl von Schaltelementen enthalten, die eine Brückenschaltung konfigurieren. Ein zweites Ende von einem Induktor kann mit einem Verbindungsknoten von zwei Schaltelementen verbunden sein, die einen Zweig 11, 12 oder 13 der Brückenschaltung konfigurieren. Beide Enden jedes Zweigs der Zweige 11, 12 und 13 der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 10 können mit beiden Enden eines Kondensators Cdc zum Bilden einer DC-Spannung verbunden sein.
Durch das Verbindungsverhältnis bildet das Verbindungsverhältnis zwischen einem Schaltkreis und einem Induktor, das jeder Phase entspricht, eine Boost-Wandler- bzw. Aufwärtswandler-Topologie, die auf die herkömmliche Leistungsfaktorkorrekturschaltung angewandt wird.
Unter den Brückenschaltungen, die den bidirektionalen DC-DC-Wandler konfigurieren, kann eine zweite Brückenschaltung 20, die mit der Netz- oder Lastseite, das heißt der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 10, direkt verbunden ist, eine Vielzahl von Zweigen 21, 22 und 23 enthalten, die zueinander parallel mit den beiden Enden des Kondensators Cdc verbunden sind, und jeder Zweig der Zweige 21, 22 und 23 kann zwei Schaltelemente enthalten, die miteinander in Reihe geschaltet sind.
Eine Vielzahl von Wicklungen 31, die auf einer primären Seite des Transformators 30 vorgesehen sind, können mit Verbindungsknoten der in den Zweigen 21, 22 bzw. 23 enthaltenen Schaltelemente verbunden sein.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann die Brückenschaltung 20, die mit den primärseitigen Wicklungen 31 des Transformators 30 des bidirektionalen DC-DC-Wandlers verbunden ist, konfiguriert sein, um drei Zweige aufzuweisen, und implementiert werden, um AC-Spannungen mit drei unterschiedlichen Phasen zu erzeugen.
Folglich kann bei dem bidirektionalen DC-DC-Wandler die Brückenschaltung 40, die mit den sekundärseitigen Wicklungen 32 des Transformators 30 verbunden ist, auch konfiguriert sein, um drei Zweige 41, 42 und 43 aufzuweisen, die jeweils zwei Schaltelemente enthalten.
Die Schaltzustände der Schaltelemente, die in der ersten Brückenschaltung 40 und zweiten Brückenschaltung 20 enthalten sind, können durch eine Pulsweitenmodulations-Steuerung gesteuert werden, und die Schaltelemente können eine bidirektionale AC-DC-Umwandlung zum Umwandeln von AC in DC in einer Richtung und Umwandeln von DC in AC in der anderen Richtung durchführen.
Beispielsweise führen im Falle des Bereitstellens der Leistung, die von einem Netz an die Batterie 100 angelegt wird, um die Batterie 100 zu laden, die in der zweiten Brückenschaltung 20 enthaltenen Schaltelemente eine DC-AC-Umwandlung zum Umwandeln einer DC-Spannung, die an einen DC-Kondensator Cdc angelegt ist, in eine AC-Spannung durch und die in der ersten Brückenschaltung 40 enthaltenen Schaltelemente eine AC-DC-Umwandlung zum Umwandeln einer von den sekundärseitigen Wicklungen 32 des Transformators 30 bereitgestellten AC-Spannung in eine DC-Spannung durch, die zum Laden der Batterie fähig ist.
Zudem führen im Falle des Umwandelns einer DC-Leistung der Batterie 100 in eine AC-Leistung, um die umgewandelte AC-Leistung einem Netz oder einer AC-Last bereitzustellen, die in der ersten Brückenschaltung 40 enthaltenen Schaltelemente eine DC-AC-Umwandlung zum Umwandeln einer DC-Spannung der Batterie 100 in eine AC-Spannung durch und die in der zweiten Brückenschaltung 20 enthaltenen Schaltelemente eine AC-DC-Umwandlung derart durch, dass eine von den primärseitigen Wicklungen 31 des Transformators 30 bereitgestellte AC-Spannung in eine DC-Spannung umgewandelt wird und die umgewandelte DC-Spannung dem DC-Kondensator Cdc bereitgestellt wird.
Für die Leistungsübertragung zwischen den Brückenschaltungen 20 und 40, die jeweils zumindest drei Zweige aufweisen, kann der Transformator 30 als ein Mehrphasentransformator implementiert werden, der eine Form aufweist, bei der zumindest drei primärseitige Wicklungen 31 und zumindest drei sekundärseitige Wicklungen 32 konfiguriert sind, um miteinander eine elektromagnetische Induktion zu bilden. Die primärseitigen Wicklungen 31 oder die sekundärseitigen Wicklungen 32 können eine Y-Verbindung oder eine Δ-Verbindung bilden.
Der in 1 gezeigte DC-DC-Wandler zeigt ein Beispiel eines LLC-Wandlers, bei dem eine Resonanzschaltung, die einen Kondensator und einen Induktor enthält, zu der primären Seite des Transformators 30 hinzugefügt wird. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die Struktur eines LLC-Wandlers beschränkt, die in 1 gezeigt ist, und als solch eine Struktur eines Phasenverschiebungswandlers, die keine Resonanzschaltung aufweist, oder eine Struktur eines CLLC-Wandlers, bei der eine Resonanzschaltung mit einem Kondensator und einem Induktor auch zu der sekundären Seite des Transformators 30 hinzugefügt wird, können verschiedene bekannte Wandlertopologien mit einer Brückenschaltung, die zum Bilden einer Isolierung durch einen Transformator und Erzeugen von Phasenspannungen mit einer Vielzahl von Phasen durch Schalten eines Schaltelements fähig ist, auf die vorliegende Offenbarung angewandt werden.
Die Batterie 100 ist ein Element, das elektrische Energie speichert, um einen Antriebsmotor eines Fahrzeugs in einem umweltfreundlichen Fahrzeug, das durch elektrische Energie angetrieben wird, wie beispielsweise ein Elektrofahrzeug, mit einer DC-Leistung mit einer hohen Spannung zu versorgen. Die Batterie 100 kann durch Empfangen einer Ladeleistung geladen werden, die durch die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 10 und den DC-DC-Wandler bereitgestellt wird, wie oben beschrieben wurde.
Zudem kann die in der Batterie 100 gespeicherte DC-Leistung durch die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 10 und den DC-DC-Wandler in eine AC-Leistung umgewandelt und dem Netz oder der AC-Last bereitgestellt werden. Das heißt, die Batterie 100 kann eine Leistungsversorgungsquelle sein, die ein Netz oder eine Last durch eine Ladeschaltung, die zum Durchführen einer bidirektionalen Energieversorgung fähig ist, mit Leistung versorgt.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Motor 200 ein Hilfsantriebsmotor sein, der in jedem Antriebsrad für das Torque Vectoring installiert ist. Der Motor 200 kann ein anderer Motor sein, der in einem Fahrzeug vorgesehen ist, und kann durch eine hohe Spannung betätigt werden. Der Motor 200 kann Eingangsanschlüsse a, b und c aufweisen, an welche eine Phasenspannung und ein Phasenstrom angelegt werden, und kann gemäß der Betätigung der Umschalter R1, R2 und R3 selektiv mit der ersten Brückenschaltung 40 verbunden werden. Genauer können die Eingangsanschlüsse a, b und c des Motors gemäß der Betätigung der Umschalter R1, R2 und R3 selektiv mit den Verbindungsknoten der zwei Schaltelemente, die jeweils in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung 40 enthalten sind, verbunden werden.
Die Umschalter R1-R3 können unter Steuerung der Steuerung 300 gemäß einem Antriebsmodus betätigt werden und die sekundärseitigen Wicklungen 32 des Transformators 30 oder die Eingangsanschlüsse a, b und c des Motors 200 können mit den Verbindungsknoten der zwei Schaltelemente verbunden werden, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung 40 enthalten sind.
In 1 werden die Umschalter R1-R3 in Form von drei 2-Wege-Schaltern gezeigt, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt, und verschiedene Arten und verschiedene Anzahlen an Schalteinrichtungen, die zum selektiven Verbinden der Verbindungsknoten der in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung 40 enthaltenen zwei Schaltelemente mit den Eingangsanschlüssen a, b und c des Motors oder mit den sekundärseitigen Wicklungen 32 des Transformators 30 fähig sind, können eingesetzt werden.
Folglich kann auch ein Fall angenommen werden, in dem kein Umschalter R1-R3 als eine Schalteinrichtung einer anderen Art als der in 1 vorliegt. In diesem Fall kann die Steuerung 300 in Bezug auf 2, wenn bestimmt wird, dass ein Fahrzeug fährt, (S11) und bestimmt wird, dass das Fahrzeug in einem Hochleistungsmodus fährt, der ein Torque Vectoring erfordert, (S12), die erste Brückenschaltung 40 als eine andere Art von Schalteinrichtung steuern und folglich ermöglichen, dass die Verbindungsknoten der Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung 40 enthalten sind, mit den Eingangsanschlüssen a, b und c des Motors 200 elektrisch verbunden werden, (S13). In diesem Fall muss eine Steuerung derart erfolgen, dass keine Leistung durch den Transformator des Wandlers übertragen wird. Wenn bestimmt wird, dass ein Fahrzeug fährt, (S11) und nicht bestimmt wird, dass das Fahrzeug in einem Hochleistungsmodus fährt, der ein Torque Vectoring erfordert, (S12), kann die Steuerung ähnlich die erste Brückenschaltung 40 steuern, um eine V2L-Steuerung durchzuführen, und in diesem Fall wird der Motor nicht angetrieben werden.
Die Steuerung 300 kann einen Eingang eines Betriebsmodus empfangen, der durch eine obere bzw. übergeordnete Steuerung durch einen Antriebszustand eines Fahrzeugs und eine Eingabe eines Fahrers bestimmt wird, und Zustände der Relais R1-R3 gemäß dem empfangenen Betriebsmodus steuern. Zudem kann die Steuerung 300 ein in jeder Komponente enthaltenes Schaltelement angemessen steuern, um jedem Betriebsmodus zu entsprechen, und folglich eine Durchführung einer Energieversorgung ermöglichen, die jedem Betriebsmodus entspricht.
Die Betätigung verschiedener Modi, die durch die Steuerung 300 durchgeführt werden, und der daraus resultierende Effekt können durch die Beschreibung eines Steuerverfahrens eines bidirektionalen Ladesystems für ein Fahrzeug nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, die später zu beschreiben ist, eindeutiger verständlich sein.
2 ist ein Ablaufplan, der ein Steuerverfahren eines bidirektionalen Ladesystems für ein Fahrzeug nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
In Bezug auf 2 kann ein Steuerverfahren eines bidirektionalen Ladesystems nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durch Steuern jeweiliger Schaltungen, die ein Ladesystem konfigurieren, und Relais R1, R2 und R3 durch eine Steuerung 300 gemäß einer Bestimmung, ob ein Fahrzeug fährt, (S11), einer Bestimmung, ob ein Hochleistungsantreiben erfordert wird, wenn das Fahrzeug fährt, (S12), einer Bestimmung, ob eine Batterie geladen wird, wenn das Fahrzeug nicht fährt, (S19) und einer Bestimmung, ob ein Fahrzeug-zu-Netz-Modus (V2G-Modus) oder Fahrzeug-zu-Last-Modus (V2L-Modus) auszuführen ist, wenn das Fahrzeug nicht fährt und die Batterie nicht geladen wird, (S22 und S25) erzielt werden.
Die Bestimmung jedes oben beschriebenen Betriebsmodus kann durch eine übergeordnete Steuerung erfolgen und das Ergebnis der Bestimmung kann der Steuerung 300 bereitgestellt werden und die Steuerung 300 kann einen Betriebsmodus durch Empfangen von Information darüber, ob das Fahrzeug fährt und die Batterie geladen wird, selbst direkt bestimmen.
Nachstehend wird ein Beispiel einer durch die Steuerung 300 durchgeführten Steuerbetätigung gemäß verschiedenen Modi, die demgemäß bestimmt werden, ob ein Fahrzeug fährt und ein Laden in Form von V2G oder V2L ausgeführt wird, beschrieben werden.
Hochleistungsmodus während der Fahrt
Wenn bestimmt wird, dass ein Fahrzeug fährt, (S11) und bestimmt wird, dass das Fahrzeug in einem Hochleistungsmodus fährt, der ein Torque Vectoring erfordert, (S12), kann die Steuerung 300 die Umschalter R1, R2 und R3 steuern, um zu ermöglichen, dass die Verbindungsknoten der in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung 40 enthaltenen Schaltelemente mit den Eingangsanschlüssen a, b und c des Motors 200 elektrisch verbunden werden (S13).
Anschließend kann die Steuerung 300 die Schaltelemente in der ersten Brückenschaltung 40 derart steuern, dass die erste Brückenschaltung 40 einen Inverter betätigt, der eine DC-Spannung der Batterie 100 in AC-Spannungen mit einer Vielzahl von Phasen umwandelt, um zu ermöglichen, dass der Motor 200 angetrieben wird, (S14).
Die Steuerung 300 kann einen Drehmomentbefehl, der der Größe des durch den Motor 200 für das Torque Vectoring erforderten Drehmoments entspricht, von einer übergeordneten Steuerung etc. empfangen, einen dem Motor 200 tatsächlich bereitgestellten Strom auf der Basis eines erfassten Phasenstromwertes, der dem Motor 200 bereitgestellt wird, und eines Positions-Abtastwertes eines Rotors in dem Motor 200 berechnen und eine Pulsweitenmodulations-Steuerung der Schaltelemente in der ersten Brückenschaltung 40 auf der Basis eines Ergebnisses des Vergleiches der Größe des berechneten Stroms, der dem Motor 200 tatsächlich bereitgestellt wird, und der Größe eines Strombefehls, der dem Drehmomentbefehl entspricht, durchführen, um das Antreiben des Motors 200 zu steuern.
Da eine Steuertechnik, die in der Technik bekannt ist, auf die Steuerung des Motors 200 angewandt werden kann, wird eine ausführlichere Beschreibung einer Motor-Steuertechnik weggelassen werden.
Normaler Modus während der Fahrt
Wenn bestimmt wird, dass ein Fahrzeug fährt, (S11) und bestimmt wird, dass das Fahrzeug in einem normalen Antriebsmodus und nicht einem Hochleistungsmodus, der ein Torque Vectoring erfordert, fährt, (S12), kann die Steuerung 300 die Umschalter R1, R2 und R3 steuern, um zu ermöglichen, dass die Verbindungsknoten der Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung 40 enthalten sind, mit den sekundärseitigen Wicklungen 32 des Transformators 30 elektrisch verbunden werden (S15).
Wenn eine elektronische Vorrichtung (Last) mit einem AC/Last-Eingangsanschluss des Ladesystems verbunden wird (S16), kann die Steuerung 300 anschließend die Schaltelemente in der ersten Brückenschaltung 40 derart steuern, dass eine DC-Spannung der Batterie 100 in eine AC-Spannung umgewandelt wird und die umgewandelte AC-Spannung den sekundärseitigen Wicklungen 32 des Transformators 30 bereitgestellt wird. Zudem kann die Steuerung 300 die Schaltelemente in der zweiten Brückenschaltung 20 derart steuern, dass eine AC-Leistung der primärseitigen Wicklungen 31 des Transformators 30, die durch eine an die sekundärseitigen Wicklungen 32 des Transformators 30 angelegte AC-Leistung induziert wird, in eine DC-Leistung umgewandelt wird (S17).
Zudem kann die Steuerung 300 die Brückenschaltung in der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 10 derart steuern, dass eine DC-Spannung, die in dem DC-Kondensator Cdc durch die Steuerung der zweiten Brückenschaltung 20 gebildet wird, in eine AC-Leistung umgewandelt wird, die einer Leistungsquelle einer Last entspricht, und folglich ermöglichen, dass Leistung der Last in dem Fahrzeug durch einen Last-Verbindungsanschluss und dergleichen, der in dem Fahrzeug angeordnet ist, während der Fahrt eines Fahrzeugs zugeführt wird (S17). Der in dem Fahrzeug angeordnete Last-Verbindungsanschluss kann ein Anschluss sein, der in dem Fahrzeug angeordnet ist und von einem AC-Eingangsanschluss der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 10 abgezweigt ist.
Die Schaltelemente in der Brückenschaltung in der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 10, die zweite Brückenschaltung 20 und die erste Brückenschaltung 40 können durch eine in der Technik bekannte Steuertechnik durch Pulsweitenmodulation gesteuert werden.
Modus zum Laden einer Batterie während des Halts
Wenn bestimmt wird, dass sich ein Fahrzeug nicht in einem Fahrzustand befindet, (S11), kann die Steuerung 300 zunächst die Umschalter R1, R2 und R3 steuern, um zu ermöglichen, dass die Verbindungsknoten der in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung 40 enthaltenen Schaltelemente mit den sekundärseitigen Wicklungen 32 des Transformators 30 elektrisch verbunden werden (S18).
Wenn bestimmt wird, dass sich das Fahrzeug in einem Modus zum Laden einer Batterie befindet, während dasselbe angehalten ist, (S19), und ein Netz mit dem AC/Last-Eingangsanschluss des Ladesystems verbunden wird (S20), kann jede Konfigurationsschaltung in dem Ladesystem als eine Komponente eines typischen Ladegerätes wirken.
Das heißt, die Steuerung 300 kann die Schaltelemente in der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 10 angemessen steuern, um zu ermöglichen, dass eine DC-Spannung mit einer im Voraus konfigurierten Größe an den Kondensator Cdc angelegt wird, und eine Pulsweitensteuerung der Schaltelemente in den Brückenschaltungen 20 und 40 derart durchführen, dass eine Ausgangsspannung und ein Ausgangsstrom des DC-DC-Wandlers, der die erste Brückenschaltung 40, den Transformator 30 und die zweite Brückenschaltung 20 enthält, im Voraus konfigurierten Befehlswerten entsprechen. Folglich wird einem batterieseitigen Verbindungsanschluss der ersten Brückenschaltung 40 eine zum Laden der Batterie 100 fähige Ladespannung bereitgestellt, um zu ermöglichen, dass die Batterie 100 geladen wird (S21).
Die Steuerung der Schaltelemente der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 10 und die Steuerung der Schaltelemente der ersten Brückenschaltung 40 und der zweiten Brückenschaltung 20, die in dem DC-DC-Wandler angeordnet sind, können durch verschiedene Verfahren durchgeführt werden, die in der Technik zuvor bekannt sind.
V2G/V2L-Modus während des Halts
Wenn die Steuerung 300 bestimmt, dass ein V2G/V2L-Modus ausgeführt wird, während ein Fahrzeug angehalten ist, (S22 und S25) und ein Netz mit einem Last- (Netz-) Verbindungsanschluss des Ladesystems verbunden wird oder eine Last mit demselben verbunden wird (S23 und S26), kann die Steuerung 300 eine Pulsweitenmodulations-Steuerung der Schaltelemente in der ersten Brückenschaltung 40 und der Schaltelemente in der zweiten Brückenschaltung 20 derart durchführen, dass eine Energieversorgung von der Seite der Batterie 100 in Richtung des Last-Verbindungsanschlusses des Ladesystems durchgeführt wird. Zudem kann die Steuerung 300 eine Pulsweitenmodulations-Steuerung der Schaltelemente der Brückenschaltung in der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 10 derart durchführen, dass eine DC-Spannung, die in dem DC-Kondensator Cdc gebildet wird, in eine AC-Leistung umgewandelt wird, die der Leistungsquelle eines Netzes oder einer Last entspricht, (S24 und S25).
Die Steuerung der Schaltelemente der Brückenschaltungen 20 und 40, die in dem DC-DC-Wandler angeordnet sind, und die Steuerung der Schaltelemente der Leistungsfaktorkorrekturschaltung 10, die bei solch einer umgekehrten Energieversorgung angewandt wird, kann durch verschiedene Verfahren durchgeführt werden, die in der Technik zuvor bekannt sind.
Wie oben beschrieben wurde, wird bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Motor für das Torque Vectoring unter Verwendung einer Brückenschaltung eines DC-DC-Wandlers angetrieben, der in einem Ladegerät angeordnet ist, so dass eine separate Inverterschaltung für einen Hilfsantriebsmotor weggelassen werden kann. Folglich ist es möglich, eine Zunahme der Schaltungsgröße und Erhöhung der Kosten aufgrund der Hinzufügung einer Motorantriebsschaltung zu unterdrücken.
Zwar wurden spezifische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht und oben beschrieben, aber für jemanden mit Fähigkeiten in der Technik wird offensichtlich sein, dass die vorliegende Offenbarung innerhalb des Bereiches der Ansprüche verschieden verbessert und modifiziert werden kann.

Claims

Bidirektionales Ladesystem für ein Fahrzeug, wobei das System Folgendes aufweist: eine erste Brückenschaltung, die eine Vielzahl von Zweigen mit jeweils zwei ersten Schaltelementen aufweist, die zwischen den Enden einer Batterie miteinander in Reihe geschaltet sind; einen Transformator, der eine Vielzahl von primärseitigen Wicklungen, die mit einer Netz- oder Lastseite zu verbinden sind, und eine Vielzahl von sekundärseitigen Wicklungen aufweist, die von der Vielzahl von primärseitigen Wicklungen isoliert sind; einen Motor, der eine Vielzahl von Eingangsanschlüssen aufweist, die jeweils zum Empfangen einer Vielzahl von Phasenspannungen konfiguriert sind; eine Vielzahl von Umschaltern, die zum selektiven Verbinden von Verbindungsknoten der zwei ersten Schaltelemente, die in der Vielzahl von Zweigen enthalten sind, mit jeweils der Vielzahl von sekundärseitigen Wicklungen oder der Vielzahl von Eingangsanschlüssen konfiguriert sind; und eine Steuerung, die zum Steuern von Verbindungszuständen der Vielzahl von Umschaltern gemäß einem im Voraus konfigurierten Betriebsmodus konfiguriert ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung in einem ersten Betriebsmodus, in dem der Motor angetrieben wird, während das Fahrzeug fährt, konfiguriert ist, um die Vielzahl von Umschaltern derart steuern, dass die Verbindungsknoten der ersten Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit den Eingangsanschlüssen des Motors elektrisch verbunden werden.
System nach Anspruch 2, wobei die Steuerung in dem ersten Betriebsmodus konfiguriert ist, um die ersten Schaltelemente derart zu steuern, dass die erste Brückenschaltung als ein Inverter wirkt, der konfiguriert ist, um eine DC-Spannung der Batterie umzuwandeln, um eine AC-Phasenspannung zu erzeugen, die den Eingangsanschlüssen des Motors bereitgestellt wird.
System nach Anspruch 2, wobei der Motor ein Hilfsantriebsmotor ist, der auf jedem Antriebsrad des Fahrzeugs für das Torque Vectoring angebracht ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung in einem zweiten Betriebsmodus, in dem der Motor nicht angetrieben wird, während das Fahrzeug fährt, konfiguriert ist, um die Vielzahl von Umschaltern derart zu steuern, dass die Verbindungsknoten der ersten Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators elektrisch verbunden werden.
System nach Anspruch 5, wobei die Steuerung in dem zweiten Betriebsmodus konfiguriert ist, um die ersten Schaltelemente derart zu steuern, dass eine DC-Spannung der Batterie in eine AC-Spannung umgewandelt wird und die AC-Spannung den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators bereitgestellt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung in einem dritten Betriebsmodus, in dem die Batterie geladen wird, während das Fahrzeug angehalten ist, und in einem vierten Betriebsmodus, in dem Leistung von der Batterie zu einem externen Netz oder einer externen Last zugeführt wird, während das Fahrzeug angehalten ist, konfiguriert ist, um die Vielzahl von Umschaltern derart zu steuern, dass die Verbindungsknoten der ersten Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators elektrisch verbunden werden.
System nach Anspruch 7, wobei die Steuerung in dem dritten Betriebsmodus und in dem vierten Betriebsmodus konfiguriert ist, um die ersten Schaltelemente derart zu steuern, dass eine DC-Spannung der Batterie in eine AC-Spannung umgewandelt wird und die AC-Spannung den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators bereitgestellt wird.
Bidirektionales Ladesystem für ein Fahrzeug, wobei das System Folgendes aufweist: einen DC-DC-Wandler, der Folgendes aufweist: eine erste Brückenschaltung, die eine Vielzahl von Zweigen mit jeweils zwei ersten Schaltelementen aufweist, die zwischen beiden Enden einer Batterie miteinander in Reihe geschaltet sind; einen Transformator, der eine Vielzahl von primärseitigen Wicklungen und eine Vielzahl von sekundärseitigen Wicklungen aufweist, die von der Vielzahl von primärseitigen Wicklungen isoliert sind; und eine zweite Brückenschaltung, die eine Vielzahl von Zweigen mit jeweils zwei zweiten Schaltelementen aufweist, die miteinander in Reihe geschaltet sind; einen Motor, der eine Vielzahl von Eingangsanschlüssen aufweist, die konfiguriert sind, um jeweils eine Vielzahl von Phasenspannungen zu empfangen; eine Vielzahl von Umschaltern, die konfiguriert sind, um Verbindungsknoten der zwei ersten Schaltelemente, die in der Vielzahl von Zweigen in der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit jeweils der Vielzahl von sekundärseitigen Wicklungen oder der Vielzahl von Eingangsanschlüssen selektiv zu verbinden; eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung, die eine Vielzahl von Induktoren mit jeweils einem ersten Ende, das mit einem Netz/Last-Verbindungsanschluss verbunden ist, und eine dritte Brückenschaltung aufweist, die eine Vielzahl von Zweigen mit jeweils zwei dritten Schaltelementen aufweist, die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei zweite Enden der Vielzahl von Induktoren mit Verbindungsknoten der zwei dritten Schaltelemente verbunden sind, die jeweils in der Vielzahl von Zweigen in der dritten Brückenschaltung enthalten sind; einen DC-Kondensator, der üblicherweise zwischen beiden Enden der Zweige in der zweiten Brückenschaltung und beiden Enden der Zweige in der dritten Brückenschaltung verbunden ist; und eine Steuerung, die zum Steuern von Verbindungszuständen der Vielzahl von Umschaltern gemäß einem im Voraus konfigurierten Betriebsmodus konfiguriert ist.
System nach Anspruch 9, wobei die Steuerung in einem ersten Betriebsmodus, in dem der Motor angetrieben wird, während das Fahrzeug fährt, konfiguriert ist, um die Vielzahl von Umschaltern derart zu steuern, dass die Verbindungsknoten der ersten Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit den Eingangsanschlüssen des Motors elektrisch verbunden werden.
System nach Anspruch 10, wobei die Steuerung in dem ersten Betriebsmodus konfiguriert ist, um die ersten Schaltelemente derart zu steuern, dass die erste Brückenschaltung als ein Inverter wirkt, der konfiguriert ist, um eine DC-Spannung der Batterie umzuwandeln, um eine AC-Phasenspannung zu erzeugen, die den Eingangsanschlüssen des Motors bereitgestellt wird.
System nach Anspruch 10, wobei der Motor ein Hilfsantriebsmotor ist, der auf jedem Antriebsrad des Fahrzeugs für das Torque Vectoring angebracht ist.
System nach Anspruch 9, wobei die Steuerung in einem zweiten Betriebsmodus, in dem der Motor nicht angetrieben wird, während das Fahrzeug fährt, konfiguriert ist, um die Vielzahl von Umschaltern derart zu steuern, dass die Verbindungsknoten der ersten Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators elektrisch verbunden werden.
System nach Anspruch 13, wobei die Steuerung in dem zweiten Betriebsmodus zu Folgendem konfiguriert ist: Steuern der ersten Schaltelemente derart, dass eine DC-Spannung der Batterie in eine AC-Spannung umgewandelt wird und die AC-Spannung den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators bereitgestellt wird; Steuern der zweiten Schaltelemente derart, dass eine AC-Leistung der primärseitigen Wicklungen des Transformators, die durch eine AC-Leistung induziert wird, die an die sekundärseitigen Wicklungen des Transformators angelegt wird, in eine DC-Leistung umgewandelt wird; und Steuern der dritten Schaltelemente derart, dass eine DC-Spannung, die in dem DC-Kondensator durch die Steuerung der zweiten Schaltelemente gebildet wird, in eine AC-Leistung umgewandelt wird, die einer Leistungsquelle einer Last entspricht, die mit dem Netz/Last-Verbindungsanschluss verbunden ist.
System nach Anspruch 9, wobei die Steuerung in einem dritten Betriebsmodus, in dem die Batterie geladen wird, während das Fahrzeug angehalten ist, und in einem vierten Betriebsmodus, in dem Leistung von der Batterie zu einem externen Netz oder einer externen Last zugeführt wird, während das Fahrzeug angehalten ist, konfiguriert ist, um die Vielzahl von Umschaltern derart zu steuern, dass die Verbindungsknoten der ersten Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators elektrisch verbunden werden.
System nach Anspruch 15, wobei die Steuerung in dem dritten Betriebsmodus und in dem vierten Betriebsmodus zu Folgendem konfiguriert ist: Steuern der ersten Schaltelemente derart, dass eine DC-Spannung der Batterie in eine AC-Spannung umgewandelt wird und die AC-Spannung den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators bereitgestellt wird; Steuern der zweiten Schaltelemente derart, dass eine AC-Leistung der primärseitigen Wicklungen des Transformators, die durch eine AC-Leistung induziert wird, die an die sekundärseitigen Wicklungen des Transformators angelegt wird, in eine DC-Leistung umgewandelt wird; und Steuern der dritten Schaltelemente derart, dass eine DC-Spannung, die in dem DC-Kondensator durch die Steuerung der zweiten Schaltelemente gebildet wird, in eine AC-Leistung umgewandelt wird, die einer Leistungsquelle eines Netzes oder einer Last entspricht, die mit dem Netz/Last-Verbindungsanschluss verbunden ist.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs mit einem bidirektionalen Ladesystem, das eine erste Brückenschaltung, die eine Vielzahl von Zweigen mit jeweils zwei ersten Schaltelementen aufweist, die zwischen beiden Enden einer Batterie miteinander in Reihe geschaltet sind, einen Transformator, der eine Vielzahl von primärseitigen Wicklungen, die mit einer Netz- oder Lastseite verbunden sind, und eine Vielzahl von sekundärseitigen Wicklungen aufweist, die von der Vielzahl von primärseitigen Wicklungen isoliert sind, einen Motor, der eine Vielzahl von Eingangsanschlüssen aufweist, die jeweils zum Empfangen einer Vielzahl von Phasenspannungen konfiguriert sind, eine Vielzahl von Umschaltern, die zum selektiven Verbinden von Verbindungsknoten der zwei ersten Schaltelemente, die in der Vielzahl von Zweigen enthalten sind, mit jeweils der Vielzahl von sekundärseitigen Wicklungen oder der Vielzahl von Eingangsanschlüssen konfiguriert sind, und eine Steuerung aufweist, die zum Steuern von Verbindungszuständen der Vielzahl von Umschaltern gemäß einem im Voraus konfigurierten Betriebsmodus konfiguriert ist, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: in einem ersten Betriebsmodus, in dem der Motor angetrieben wird, während das Fahrzeug fährt, Steuern der Vielzahl von Umschaltern derart, dass die Verbindungsknoten der ersten Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit den Eingangsanschlüssen des Motors elektrisch verbunden werden; in einem zweiten Betriebsmodus, in dem der Motor nicht angetrieben wird, während das Fahrzeug fährt, Steuern der Vielzahl von Umschaltern derart, dass die Verbindungsknoten der ersten Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators elektrisch verbunden werden; und in einem dritten Betriebsmodus, in dem die Batterie geladen wird, während das Fahrzeug angehalten ist, und in einem vierten Betriebsmodus, in dem Leistung von der Batterie zu einem externen Netz oder einer externen Last zugeführt wird, während das Fahrzeug angehalten ist, Steuern der Vielzahl von Umschaltern derart, dass die Verbindungsknoten der ersten Schaltelemente, die in jeweiligen Zweigen der ersten Brückenschaltung enthalten sind, mit den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators elektrisch verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit dem Steuern der ersten Schaltelemente in dem ersten Betriebsmodus, so dass die erste Brückenschaltung als ein Inverter wirkt, um eine DC-Spannung der Batterie umzuwandeln, um eine AC-Phasenspannung zu erzeugen, die den Eingangsanschlüssen des Motors bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit dem Steuern der ersten Schaltelemente in dem zweiten Betriebsmodus, so dass eine DC-Spannung der Batterie in eine AC-Spannung umgewandelt wird und die AC-Spannung den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner mit dem Steuern der ersten Schaltelemente in dem dritten Betriebsmodus und in dem vierten Betriebsmodus, so dass eine DC-Spannung der Batterie in eine AC-Spannung umgewandelt wird und die AC-Spannung den sekundärseitigen Wicklungen des Transformators bereitgestellt wird.