Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2021 121 590.0 in Anspruch, deren Inhalt durch Verweis hierin vollständig mit aufgenommen wird.

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur elektrischen Versorgung eines mit der Schaltungsanordnung verbindbaren Primärverbrauchers mittels einer ersten Betriebswechselspannung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die Erfindung betrifft ferner ein Energieversorgungssystem, eine elektrische Verbraucheranordnung und ein Computerprogramm.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur elektrischen Versorgung eines Primärverbrauchers mit einer ersten Betriebswechselspannung und eines Nebenverbrauchers mit einer Sekundärspannung.

In Energieversorgungssystemen kommen mitunter Batteriespeichersysteme zum Einsatz, wie beispielsweise Photovoltaik-Heimspeicher ("Solarbatterien") zur Speicherung von Ertragsüberschüssen von Photovoltaikanlagen oder Antriebsbatterien ("Hochvoltspeicher") zur Versorgung der Elektromotoren bzw. Antriebsaggregate von Elektrofahrzeugen. Solche Batteriespeichersysteme benötigen mitunter Batteriespannungen von mehreren hundert Volt. Da die Zellspannung einer einzelnen Batteriezelle jedoch lediglich einige Volt beträgt (z. B. 3,7 V bei einer Lithium-Ionen-Batterie), müssen viele einzelne Batteriezellen zu einem Batteriepack bzw. Akkupack (nachfolgend auch vereinfacht als "Batterie" bezeichnet) in Reihe geschaltet werden.

Fabrikationsbedingt weist jede Batteriezelle einer Batterie Unterschiede in ihren Eigenschaften auf, wie zum Beispiel der Zellkapazität, der Selbstentladungsrate und der Temperaturcharakteristik. Im Laufe der Zeit werden diese Differenzen durch Alterungseffekte zusätzlich verstärkt. Dies hat zur Folge, dass beim Ladevorgang einige Batteriezellen ihren maximalen Ladungsstand noch nicht erreicht haben, während andere Batteriezellen bereits vollständig aufgeladen sind. Das Überladen der bereits vollständig geladenen Batteriezellen kann schließlich zu deren Schädigung bis hin zu deren Zerstörung führen. Um dies zu verhindern, muss der Ladevorgang vorzeitlich abgebrochen werden.

Beim Entladevorgang verhält es sich ähnlich. Während einige Batteriezellen bereits vollkommen entladen sind, speichern andere Batteriezellen mitunter noch ausreichend Energie, um beispielsweise ein Elektrofahrzeug weiter anzutreiben. Beim Beispiel des Elektrofahrzeugs müsste schließlich der Fährbetrieb vorzeitig abgebrochen werden, da ansonsten die schwächeren Batteriezellen tiefentladen werden, was zu deren Zerstörung führen kann.

Um einen reibungslosen Lade- und Entladevorgang zu gewährleisten, werden Batteriemanagementsysteme ("BMS") für den Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Batteriezellen eingesetzt, vgl. J. Qi, D. Lu., "Review of Battery Cell Balancing Techniques", Australasian Universities Power Engineering Conference, AUPEC 2014, Curtin University, Perth, Australia, 28 Sept. 1 Oct. 2014.

Das zum Anmeldezeitpunkt verbreitetste Verfahren ist der so genannte passive Ladungsausgleich. Dabei werden bereits vollständig aufgeladene Batteriezellen über einen Widerstand wieder entladen, während die anderen Batteriezellen weiter aufgeladen werden. Ein offensichtlicher Nachteil dieses Verfahrens ist, dass hierbei wertvolle elektrische Energie verloren geht und dass das Verfahren zudem keine Lösung für den Entladevorgang bietet.

Die Probleme des passiven Ladungsausgleichs können mithilfe eines aktiven Ladungsausgleichs behoben werden. Bei dieser Technik sind jedoch aufwendige Schaltungen mit leistungselektronischen Bauteilen und komplizierter Steuerung erforderlich.

Zur Erzeugung von Drehspannungen, z. B. für die elektrischen Maschinen bzw. Elektromotoren in einem Elektrofahrzeug, werden häufig selbstgeführte Wechselrichter eingesetzt. In der Regel besteht ein solcher Wechselrichter aus sechs leistungselektronischen Ventilen, die zu einer Drehstrombrücke zusammengeschaltet sind. Bei diesem "Zweipunkt-Wechselrichter" werden die sinusförmigen Wechselspannungen aus pulsförmigen Spannungen mit drei Spannungslevel (0, ±UDC ) erzeugt. Die Höhe der Spannungspulse ist von der Batteriespannung UDO abhängig und damit konstant. Um Wechselspannungen zu generieren, kann als Stellglied die Zeitdauer der Spannungspulse variiert werden. Sie wird in der Regel mit dem Verfahren der Pulsweitenmodulation (PWM) berechnet. In diesem Fall finden sich in den Wechselspannungen jedoch hohe Störspannungen in den überlagerten Frequenzen. Um die Spannungsoberschwingungen zu reduzieren ist es bekannt, die Taktfrequenzen des Wechselrichters zu erhöhen. In der Regel liegen die Taktfrequenzen eines modernen Wechselrichters daher im Bereich mehrerer kHz bis zu 100 kHz. Allerdings steigen die Schaltverluste der Wechselrichter proportional zu deren Taktfrequenz.

Für die Aufladung der Batterie durch eine externe Wechselspannungsversorgung (z. B. von einem Hausanschluss oder von einer Ladesäule für Elektroautos) kann der Wechselrichter für die Umwandlung der Wechselspannung auf Gleichspannung eingesetzt werden. Die Voraussetzung dafür ist, dass die Batteriespannung höher ist als die Spitzenspannung der Wechselstromversorgung. In einem Niederspannungsnetz beträgt diese Spitzenspannung 360 Volt für eine einphasige Versorgung und 620 Volt für eine dreiphasige Versorgung. Da die Höhe der Batteriespannung wegen Problemen betreffend Sicherheit und Ladungsausgleich begrenzt ist, ist für die meisten Elektroautos ein kostspieliges, separates Ladegerät erforderlich.

Um diese Probleme zu umgehen, kann ein modularer Wechselrichter eingesetzt werden, wie beispielsweise in der DE 10 2011 004 248 A1 vorgeschlagen. Bei dieser Technik werden die einzelnen Batteriezellen nicht direkt, sondern über leistungselektronische H-Brückenschaltungen in Reihe geschaltet. Das Prinzip kann sich für einphasige Verbraucher, und sogar für dreiphasige Verbraucher eignen. Ein dreiphasiger modularer Wechselrichter kann beispielsweise aus zwei in Reihe geschalteten einphasigen modularen Wechselrichtern gebildet werden, wie dies in der gattungsgemäßen DE 10 2018 003 642 A1 vorgeschlagen wird.

Bei vielen elektrischen Verbraucheranordnungen sind neben dem Primärverbraucher einer oder mehrere Nebenverbraucher vorhanden. Beispielsweise müssen bei Elektroautos neben den als Primärverbraucher anzusehenden Antriebsmotoren noch Nebenverbraucher wie eine Klimaanlage, Scheinwerfer, ein Entertainmentsystem bzw. Radio etc. elektrisch versorgt werden. Die Stromversorgung derartiger Nebenverbraucher erfolgt meistens mit einer Sekundärspannung, die niedriger ist als die Betriebswechselspannung - bei Elektroautos häufig mit einer Gleichspannung von 12 Volt oder 48 Volt.

Die Bereitstellung der Sekundärspannung neben der Betriebswechselspannung ist vergleichsweise aufwändig.

Beispielsweise ist bei einem herkömmlichen Elektroauto in der Regel eine separate Batterie für den sekundären Spannungskreis vorgesehen, der über einen separaten Gleichstromsteller (auch als Gleichspannungswandler oder DC/DC-Steller bekannt) versorgt wird. Insbesondere in einem Energieversorgungssystem mit einem modularen Wechselrichter ist eine ausreichend hohe Gleichspannung für die Versorgung der Nebenverbraucher allerdings nicht in jedem Betriebszustand vorhanden. In der Regel ist die Ausgangsspannung des modularen Wechselrichters in Amplitude und Frequenz von der Drehzahl des Elektromotors und damit proportional von der Fahrgeschwindigkeit des Elektrofahrzeugs abhängig. Insbesondere bei Stillstand und bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten des Elektrofahrzeugs können die Nebenverbraucher daher nicht garantiert mit ihrer Nennspannung versorgt werden. Aufgrund der Frequenzabhängigkeit der Ausgangsspannung des Wechselrichters von der Drehzahl des Elektromotors ergeben sich außerdem bei niedrigen Drehzahlen Schwankungen in der Sekundärspannung, die sich nicht mehr ausreichend mit Hilfe eines Kondensators reduzieren lassen.

In Anbetracht des bekannten Stands der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Schaltungsanordnung bereitzustellen, mittels der neben der Versorgung eines Primärverbrauchers mit einer Wechselspannung außerdem ein Nebenverbraucher zuverlässig mit einer elektrischen Spannung einer Gleichspannungsquelle versorgt werden kann, vorzugsweise unter Verwendung eines modularen Wechselrichters.

Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Energieversorgungssystem bereitzustellen, mit dem neben der Versorgung eines Primärverbrauchers mit einer Wechselspannung außerdem ein Nebenverbraucher zuverlässig mit einer elektrischen Spannung einer Gleichspannungsquelle versorgt werden kann, vorzugsweise unter Verwendung eines modularen Wechselrichters.

Schließlich ist es auch Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Verbraucheranordnung bereitzustellen, deren Primärverbraucher mit einer Wechselspannung und deren Nebenverbraucher zuverlässig mit einer elektrischen Spannung einer Gleichspannungsquelle versorgt werden, vorzugsweise unter Verwendung eines modularen Wechselrichters.

Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren und ein Computerprogramm zur elektrischen Versorgung eines Primärverbrauchers mit einer Wechselspannung und eines Nebenverbrauchers mit einer elektrischen Spannung einer Gleichspannungsquelle bereitzustellen, vorzugsweise unter Verwendung eines modularen Wechselrichters.

Die Aufgabe wird für die Schaltungsanordnung mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Hinsichtlich des Energieversorgungssystems wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 17 und bezüglich der elektrischen Verbraucheranordnung durch die Merkmale des Anspruchs 20 gelöst. Betreffend das Verfahren wird die Aufgabe durch Anspruch 22 und für das Computerprogramm durch Anspruch 23 gelöst.

Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.

Es ist eine Schaltungsanordnung vorgesehen, zur elektrischen Versorgung eines mit der Schaltungsanordnung verbindbaren Primärverbrauchers mittels einer ersten Betriebswechselspannung.

Der Primärverbraucher kann auf beliebige Weise mit der Schaltungsanordnung verbindbar sein. Beispielsweise kann die Schaltungsanordnung Anschlussklemmen aufweisen, um den Primärverbraucher oder eine mit dem Primärverbraucher verbundene elektrische Leitung oder Stromschiene anzuschließen. Die Schaltungsanordnung kann gegebenenfalls auch mechanisch mit dem Primärverbraucher verbindbar sein, beispielsweise mit einem Gehäuseteil des Primärverbrauchers kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden sein.

Der Primärverbraucher ist vorzugsweise nicht als Komponente der Schaltungsanordnung zu verstehen.

Bei dem Primärverbraucher kann es sich um einen beliebigen elektrischen Verbraucher bis hin zu einer Gruppe aus mehreren elektrischen Verbrauchern handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Primärverbraucher um einen Elektromotor, um ein Antriebsaggregat und/oder um zumindest einen elektrischen Verbraucher innerhalb eines Niederspannungsnetzes (insbesondere eines Haushaltsstromnetzes).

Bei der ersten Betriebswechselspannung zur elektrischen Versorgung des Primärverbrauchers handelt es sich vorzugsweise um eine einphasige Wechselspannung. Der Primärverbraucher kann einphasig betrieben werden, also beispielsweise ausschließlich mit der ersten Betriebswechselspannung. Der Primärverbraucher kann allerdings zusammen mit weiteren Betriebswechselspannungen, beispielsweise der nachfolgend noch genannten zweiten Betriebswechselspannung und dritten Betriebswechselspannung, auch mehrphasig betrieben werden, insbesondere mit Drehstrom.

Die Betriebswechselspannung(en) kann/können in Amplitude, Phase und/oder Frequenz einstellbar oder aber auch konstant sein. Vorzugsweise werden die Betriebswechselspannung(en) während des Betriebs des Primärverbrauchers in Phase, Amplitude und/oder Frequenz eingestellt (insbesondere von der nachfolgend noch genannten Steuereinrichtung), um einen konkreten Betriebszustand des Primärverbrauchers vorzugeben, beispielsweise eine Drehzahl und/oder ein Drehmoment eines Elektromotors.

Erfindungsgemäß weist die Schaltungsanordnung eine Steuereinrichtung und zumindest einen ersten Wechselrichter auf.

Die Steuereinrichtung kann als Mikroprozessor ausgebildet sein. Anstelle eines Mikroprozessors kann auch eine beliebige weitere Einrichtung zur Implementierung der Steuereinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise eine oder mehrere Anordnungen diskreter elektrischer Bauteile auf einer Leiterplatte, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) oder eine sonstige programmierbare Schaltung, beispielsweise auch ein Field Programmable Gate Array (FPGA), eine programmierbare logische Anordnung (PLA) und/oder ein handelsüblicher Computer. Die Steuereinrichtung kann sich auch als Kombination mehrerer dezentral innerhalb der Schaltungsanordnung verteilt angeordneter elektronischer Bauteile ergeben.

Die Steuereinrichtung kann auch ein Funktionsmodul einer übergeordneten Steuereinheit sein, beispielsweise ein Funktionsmodul des nachfolgend noch genannten Steuermoduls bzw. Batteriemanagementsystems der Gleichspannungsquellen oder einer Steuereinheit des Primär- und/oder des nachfolgend noch genannten Nebenverbrauchers.

Erfindungsgemäß weist der erste Wechselrichter einen ersten Primärversorgungsanschluss und einen zweiten Primärversorgungsanschluss auf, zwischen denen die erste Betriebswechselspannung anliegt.

Der Primärverbraucher kann mit dem ersten Primärversorgungsanschluss und mit dem zweiten Primärversorgungsanschluss verbindbar sein bzw. an den besagten Primärversorgungsanschlüssen anschließbar sein.

Erfindungsgemäß weist der erste Wechselrichter ein konfigurierbares, erstes Wechselrichtermodul und ein konfigurierbares, ausgangsseitig in Reihe mit dem ersten Wechselrichtermodul verbundenes, zweites Wechselrichtermodul auf, die gemeinsam die erste Betriebswechselspannung bereitstellen.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass jedes Wechselrichtermodul jeweils einen ersten Versorgungsausgang und einen zweiten Versorgungsausgang aufweist. Um die Wechselrichtermodule zu der besagten Reihenschaltung zu verbinden, kann vorzugsweise der zweite Versorgungsausgang des ersten Wechselrichtermoduls mit dem ersten Versorgungsausgang des zweiten Wechselrichtermoduls verbunden sein, wobei der erste Versorgungsausgang des ersten Wechselrichtermoduls mit dem ersten Primärversorgungsanschluss verbunden und der zweite Versorgungsausgang des zweiten Wechselrichtermoduls mit dem zweiten Primärversorgungsanschluss verbunden ist.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass grundsätzlich auch noch weitere Wechselrichtermodule innerhalb des ersten Wechselrichters vorgesehen sein können, die vorzugsweise ebenfalls in Reihe mit dem ersten Wechselrichtermodul und dem zweiten Wechselrichtermodul verbunden sind, beispielsweise ein drittes Wechselrichtermodul, ein viertes Wechselrichtermodul oder noch mehr Wechselrichtermodule. Vorzugsweise sind allerdings genau zwei Wechselrichtermodule innerhalb des ersten Wechselrichters vorgesehen (also das vorstehende "erste Wechselrichtermodul" und das "zweite Wechselrichtermodul").

Ergänzend kann gegebenenfalls auch eine Parallelschaltung von Wechselrichtermodulen innerhalb des ersten Wechselrichters vorgesehen sein, beispielsweise um die von dem ersten Wechselrichtermodul bereitstellbare maximale Ausgangsleistung bzw. den maximalen Ausgangsstrom zu erhöhen.

Erfindungsgemäß sind die Wechselrichtermodule des ersten Wechselrichters eingangsseitig mit jeweils zumindest einer Gleichspannungsquelle verbindbar.

Die Verbindung zwischen einem jeweiligen Wechselrichtermodul und der zumindest einen Gleichspannungsquelle kann beispielsweise über entsprechende Versorgungsleitungen und/oder Stromschienen erfolgen. Es kann aber auch eine unmittelbare Anbindung an die Gleichspannungsquelle(n) vorgesehen sein.

Die Schaltungsanordnung kann gegebenenfalls auch mechanisch mit der zumindest einen Gleichspannungsquelle verbindbar sein, beispielsweise mit einem Gehäuseteil der zumindest einen Gleichspannungsquelle (z. B. einem Gehäuseteil einer Batterie) kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden sein.

Die zumindest eine Gleichspannungsquelle ist vorzugsweise nicht als Komponente der Schaltungsanordnung zu verstehen.

Bei der Gleichspannungsquelle kann es sich insbesondere um eine einzelne Batteriezelle einer Batterie oder um eine Gruppe ("Batteriemodul") aus mehreren miteinander verschalteten Batteriezellen einer Batterie handeln. Bei der Gleichspannungsquelle kann es sich gegebenenfalls aber auch um eine komplette Batterie oder um einen Verbund aus mehreren Batterien handeln.

Unter einer "Batterie" ist vorliegend sowohl ein wieder aufladbarer Speicher zu verstehen (also ein "Akkumulator" / "Akkupack"), dessen einzelne Zellen auch "Sekundärzellen" genannt werden, als auch ein nicht wieder aufladbarer Speicher. Eine Batterie bzw. ein Batteriepack kann gegebenenfalls auch nur eine einzige Batteriezelle aufweisen. Die vorliegende Erfindung ist daher nicht unbedingt auf Batterien mit mehreren zusammengeschalteten Batteriezellen beschränkt zu verstehen. Mit einer Batterie kann im Rahmen der vorliegenden Beschreibung außerdem auch ein Speicher für elektrische Energie gemeint sein, der nicht oder nicht ausschließlich elektrochemisch aufgebaut ist, also zum Beispiel ein Kondensator.

Grundsätzlich kann es sich bei der Gleichspannungsquelle allerdings um eine beliebige Gleichspannungsquelle handeln, also beispielsweise auch um eine von einer elektronischen Baugruppe bereitgestellte Gleichspannung, beispielsweise um eine ausgangsseitig von einem Gleichrichter und/oder Gleichstromsteller bereitgestellte Gleichspannung. Die Gleichspannungsquellen werden nachfolgend und vorstehend zur Vereinfachung im Wesentlichen als Batteriezellen einer gemeinsamen Batterie bezeichnet, was jedoch nicht einschränkend, sondern nur beispielhaft zu verstehend ist.

Erfindungsgemäß sind die Wechselrichtermodule jeweils mit der Steuereinrichtung verbunden und eingerichtet, um nach Vorgabe der Steuereinrichtung Amplituden, Phasen und/oder Frequenzen ausgangsseitig für die Bereitstellung der ersten Betriebswechselspannung einzustellen.

Der Wechselrichter bzw. dessen Wechselrichtermodule können somit nach Vorgabe der Steuereinrichtung flexibel konfigurierbar sein, beispielsweise um das Betriebsverhalten des Primärverbrauchers vorzugeben, zu steuern und/oder zu regeln.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der erste Wechselrichter einen ersten Sekundärversorgungsanschluss aufweist, der zwischen dem ersten Wechselrichtermodul und dem zweiten Wechselrichtermodul angeordnet ist. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, die Wechselrichtermodule des ersten Wechselrichters derart zu konfigurieren, dass sich zumindest eine erste Sekundärspannung zwischen dem ersten Sekundärversorgungsanschluss und einem der Primärversorgungsanschlüsse des ersten Wechselrichters zur Versorgung eines mit der Schaltungsanordnung verbindbaren Nebenverbrauchers ergibt.

Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung eingerichtet, die erste Sekundärspannung durch entsprechende Konfiguration der Wechselrichtermodule des ersten Wechselrichters unabhängig von der ersten Betriebswechselspannung einzustellen.

Bei dem Nebenverbraucher kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen elektrischen Verbraucher oder um eine Gruppe elektrischer Verbraucher handeln. Der Nebenverbraucher ist vorzugsweise ein von dem Primärverbraucher unabhängig betreibbarer elektrischer Verbraucher.

Der Nebenverbraucher kann auf beliebige Weise mit dem ersten Sekundärversorgungsanschluss und zumindest einem der Primärversorgungsanschlüsse verbindbar sein. Beispielsweise kann der Nebenverbraucher unmittelbar an den genannten Versorgungsanschlüssen angeschlossen oder über eine mit dem Nebenverbraucher verbundene elektrische Leitung oder Stromschiene an den Versorgungsanschlüssen angeschlossen sein. Die Schaltungsanordnung kann gegebenenfalls auch mechanisch mit dem Nebenverbraucher verbindbar sein, beispielsweise mit einem Gehäuseteil des Nebenverbraucher kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden sein.

Der Nebenverbraucher ist vorzugsweise nicht als Komponente der Schaltungsanordnung zu verstehen.

Bei dem Nebenverbraucher handelt es sich vorzugsweise um einen mit einer Gleichspannung betreibbaren elektrischen Verbraucher, vorzugsweise um einen Nebenverbraucher eines Elektrofahrzeugs, insbesondere eines Elektroautos, wie beispielsweise eine Klimaanlage, Scheinwerfer oder ein Entertainmentsystem.

Bei der ersten Sekundärspannung handelt es sich vorzugsweise um eine elektrische Spannung mit niedrigerer Amplitude als die der ersten Betriebswechselspannung.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schaltungsanordnung ist es möglich, die erste Sekundärspannung für die Versorgung des Nebenverbrauchers unabhängig von der ersten Betriebswechselspannung zu erzeugen. Dies ist vorteilhaft, da die erste Betriebswechselspannung des Primärverbrauchers häufig von dem aktuellen Betriebszustand des Primärverbrauchers abhängt - bei einem Elektromotor eines Elektrofahrzeugs beispielsweise von der Fahrgeschwindigkeit. Durch die vorgeschlagene Schaltungsanordnung kann selbst bei niedrigen Amplituden der ersten Betriebswechselspannung und/oder bei niedrigen Frequenzen der ersten Betriebswechselspannung nach wie vor eine verlässliche Versorgung des Nebenverbrauchers sichergestellt werden.

So kann beispielsweise ein Nebenverbraucher eines Elektrofahrzeugs von der vorgeschlagenen Schaltungsanordnung selbst bei sehr niedrigen Fahrgeschwindigkeiten oder im Stillstand des Elektrofahrzeugs noch verlässlich von der ersten Sekundärspannung betreibbar sein.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung einen zweiten Wechselrichter aufweist, mit einem dritten Primärversorgungsanschluss und einem vierten Primärversorgungsanschluss, zwischen denen eine zweite Betriebswechselspannung zur elektrischen Versorgung des Primärverbrauchers anliegt.

Vorzugsweise ist der dritte Primärversorgungsanschluss des zweiten Wechselrichters mit dem zweiten Primärversorgungsanschluss des ersten Wechselrichters verbunden. Der erste Wechselrichter kann mit dem zweiten Wechselrichter daher in einer Reihenschaltung verbunden sein.

Der Primärverbraucher kann schließlich mittels der ersten Betriebswechselspannung und der zweiten Betriebswechselspannung betreibbar sein. Der Primärverbraucher kann dreiphasig betreibbar sein, indem der Primärverbraucher mit dem ersten Primärversorgungsanschluss, dem mit dem dritten Primärversorgungsanschluss verbundenen, zweiten Primärversorgungsanschluss und dem vierten Primärversorgungsanschluss verbunden ist bzw. an besagten Versorgungsanschlüssen angeschlossen ist.

Der zweite Wechselrichter kann grundsätzlich aber auch dazu dienen, einen weiteren Verbraucher unabhängig von dem Primärverbraucher zu betreiben. Besonders bevorzugt wird aus der Verschaltung des ersten Wechselrichters und des zweiten Wechselrichters allerdings ein Drehstrom zum Betrieb eines Elektromotors eines Elektrofahrzeugs erzeugt.

Grundsätzlich kann der zweite Wechselrichter beliebig ausgebildet sein. Der zweite Wechselrichter muss daher auch nicht unbedingt konfigurierbar sein. Vorzugsweise weist der zweite Wechselrichter allerdings denselben Aufbau auf wie der erste Wechselrichter.

Merkmale sowie Vorteile, die vorstehend und nachfolgend für einen der Wechselrichter beschrieben werden, können auch auf den jeweils anderen Wechselrichter übertragbar sein. Dies gilt grundsätzlich auch für die Wechselrichtermodule der Wechselrichter und die nachfolgend noch genannten Wechselrichtereinheiten der Wechselrichtermodule.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass der zweite Wechselrichter ein konfigurierbares, drittes Wechselrichtermodul und ein konfigurierbares, ausgangsseitig in Reihe mit dem dritten Wechselrichtermodul verbundenes, viertes Wechselrichtermodul aufweist, die gemeinsam die zweite Betriebswechselspannung bereitstellen, und die eingangsseitig jeweils mit zumindest einer Gleichspannungsquelle verbindbar und jeweils mit der Steuereinrichtung verbunden und eingerichtet sind, um nach Vorgabe der Steuereinrichtung Amplituden, Phasen und/oder Frequenzen ausgangsseitig für die Bereitstellung der zweiten Betriebswechselspannung einzustellen.

Grundsätzlich können auch noch weitere Wechselrichter (mit identischem oder abweichendem Aufbau) vorgesehen sein, beispielsweise ein dritter Wechselrichter, ein vierter Wechselrichter oder noch mehr Wechselrichter. Die weiteren Wechselrichter können vorzugsweise in einer Reihenschaltung mit dem ersten und dem zweiten Wechselrichter verbunden sein. Auch eine Parallelschaltung ist allerdings möglich, beispielsweise um den maximalen Ausgangsstrom der Schaltungsanordnung zu erhöhen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der zweite Wechselrichter einen zweiten Sekundärversorgungsanschluss aufweist, der zwischen dem dritten Wechselrichtermodul und dem vierten Wechselrichtermodul angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung eingerichtet ist, die Wechselrichtermodule des zweiten Wechselrichters derart zu konfigurieren, dass sich zumindest eine zweite Sekundärspannung zwischen dem zweiten Sekundärversorgungsanschluss und einem der Primärversorgungsanschlüsse des zweiten Wechselrichters zur Versorgung eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere des Nebenverbrauchers, ergibt. Die zweite Sekundärspannung kann beispielsweise zur Versorgung eines von dem vorstehend bereits genannten Nebenverbraucher unabhängigen, weiteren elektrischen Verbrauchers ausgebildet sein. Vorzugsweise wird die zweite Sekundärspannung allerdings verwendet, um den bereits genannten Nebenverbraucher wahlweise mit der ersten Sekundärspannung oder der zweiten Sekundärspannung zu betreiben - oder gegebenenfalls auch gemeinsam von beiden Sekundärspannungen.

Wie eingangs erwähnt, kann es sich bei der Sekundärspannung um eine Wechselspannung oder um eine Gleichspannung handeln. Insofern es sich bei der Sekundärspannung um eine Wechselspannung handelt, kann der Nebenverbraucher gegebenenfalls auch mehrphasig, insbesondere dreiphasig, betreibbar sein, bei entsprechendem Anschluss des Nebenverbrauchers an den beiden Wechselrichtern. Auch der Nebenverbraucher kann somit gegebenenfalls mit Drehstrom betreibbar sein.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Primärverbraucher für einen dreiphasigen Betrieb mit dem ersten Primärversorgungsanschluss, dem zweiten Primärversorgungsanschluss und dem vierten Primärversorgungsanschluss verbindbar ist, wobei eine dritte Betriebswechselspannung zwischen dem ersten Primärversorgungsanschluss und dem vierten Primärversorgungsanschluss anliegt, die der negativen Gesamtspannung aus der ersten Betriebswechselspannung und der zweiten Betriebswechselspannung entspricht, und wobei die drei Betriebswechselspannungen dieselben Amplituden und eine jeweilige Phasendifferenz von 120° zueinander aufweisen.

Es kann vorzugsweise eine symmetrische, dreiphasige Drehspannung zur elektrischen Versorgung des Primärverbrauchers zwischen den Primärversorgungsanschlüssen bereitgestellt werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erste Betriebswechselspannung der Summe der einzelnen Ausgangsspannungen des ersten Wechselrichtermoduls und des zweiten Wechselrichtermoduls entspricht.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die zweite Betriebswechselspannung der Summe der einzelnen Ausgangsspannungen des dritten Wechselrichtermoduls und des vierten Wechselrichtermoduls entspricht.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Wechselrichtermodule jeweils als Kaskade aus mehreren Wechselrichtereinheiten ausgebildet sind.

Vorzugsweise ist dabei jede der Wechselrichtereinheiten mit einer anderen Gleichspannungsquelle verbindbar.

Derartige, auf einer Kaskade mehrerer Wechselrichtereinheiten basierende Wechselrichter werden auch "modulare Wechselrichter" genannt. Bei dieser Technik werden die einzelnen Batteriezellen nicht direkt, sondern über die einzelne Wechselrichtereinheiten, beispielsweise die nachfolgend noch genannten leistungselektronischen H-Brücken, in Reihe geschaltet. Die oszillierende Ausgangsspannung der Wechselrichtermodule wird hierbei durch kleinstufige, treppenförmig aufsummierte Einzelspannungen der einzelnen Gleichspannungsquellen erzeugt. Die Höhe der kleinsten Spannungsstufe kann dabei der Ausgangsspannung der jeweiligen Gleichspannungsquelle (z. B. der Zellspannung einer Batteriezelle, wie 3,7 V) entsprechen.

Durch die Verwendung eines modularen Wechselrichters können die ansonsten erforderlichen, hohen Taktfrequenzen einer pulsweitenmodulierten Ausgangsspannung und die damit einhergehenden Schaltverluste stark reduziert werden.

Da die einzelnen Gleichspannungsquellen jeweils über eine separate Wechselrichtereinheit zu- oder abgeschaltet werden können, ist ein Ladungsausgleich zwischen den Gleichspannungsquellen, also beispielsweise zwischen mehreren Batteriezellen, möglich. Bei einem Ausfall von Gleichspannungsquellen kann der Wechselrichter außerdem mit den noch funktionsbereiten Gleichspannungsquellen weiterbetrieben werden. Die Verfügbarkeit des Energieversorgungssystems kann hierdurch viel höher sein als bei der konventionellen Technik einer direkten Reihenschaltung der Gleichspannungsquellen. Defekte Gleichspannungsquellen, beispielsweise defekte Batteriezellen, können ausgeschaltet und überbrückt werden. Dadurch ist nicht zuletzt auch die Möglichkeit gegeben, diese Gleichspannungsquellen sogar während des Betriebs sicher auszuwechseln.

Auf vorteilhafte Weise können Gleichspannungsquellen unterschiedlichen Alters bzw. Zustands und unterschiedlichen Typs in demselben Energieversorgungssystem eingesetzt werden.

Die Nutzungsdauer beispielsweise eines Batterieblocks kann dadurch erheblich verlängert werden.

In einer Weiterbildung kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Wechselrichtereinheiten jeweils eine H-Brückenschaltung aus vier von der Steuereinrichtung konfigurierbaren leistungselektronischen Schaltelementen aufweisen.

Derartige H-Brückenschaltungen sind grundsätzlich bekannt (vgl. auch "kaskadierte H-Brücke"). Beispielsweise sei diesbezüglich auf die DE 10 2018 003 642 A1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt durch diese Bezugnahme vollständig in die vorliegende Beschreibung aufgenommen sei.

Beispielsweise können jeweils zwei der genannten leistungselektronischen Schaltelemente mit ihren Ausgängen zu einer Reihenschaltung verbunden sein und jeweils einen gemeinsamen Verbindungszweig der H-Brückenschaltung ausbilden. Es können zwei derartige Verbindungszweige vorgesehen sein. In beiden Verbindungszweigen kann zwischen den leistungselektronischen Schaltelementen jeweils ein Ausgang der Wechselrichtereinheit angeschlossen sein. Die jeweiligen Enden der Verbindungszweige können miteinander verbunden sein, wobei an jedem Ende ein Eingang der Wechselrichtereinheit angeschlossen ist; die beiden Verbindungszweige können somit parallelgeschaltet sein.

Es kann vorgesehen sein, dass die konfigurierbaren leistungselektronischen Schaltelemente als Bipolartransistoren oder vorzugsweise als MOSFETs ausgebildet sind. Es können grundsätzlich aber beliebige Schaltelemente, insbesondere Halbleiterbauelemente, zum Einsatz kommen. Die konfigurierbaren leistungselektronischen Schaltelemente können auch als Relais ausgebildet sein. Die Bauart der konfigurierbaren leistungselektronischen Schaltelemente ist grundsätzlich nicht einschränkend für die Erfindung.

Vorzugsweise weisen alle Wechselrichter der Schaltungsanordnung Wechselrichtermodule mit jeweils derselben Anzahl Wechselrichtereinheiten und daher dieselbe Anzahl Gleichspannungsquellen auf. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass alle Wechselrichter und Wechselrichtermodule dieselbe Anzahl kaskadierter H-Brückenschaltungen aufweisen.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung einen Gleichrichter zur Bereitstellung einer Gleichspannung zur elektrischen Versorgung des Nebenverbrauchers aufweist.

Grundsätzlich kann der Nebenverbraucher aber auch unmittelbar mit einer Wechselspannung betreibbar sein - je nach Abwendung bzw. Art des Nebenverbrauchers. Vorzugsweise wird der Nebenverbraucher aber mit der besagten Gleichspannung versorgt, beispielsweise mit einer Gleichspannung zwischen 12 Volt und 48 Volt.

Der Gleichrichter kann eingangsseitig mit dem ersten Primärversorgungsanschluss, dem zweiten Primärversorgungsanschluss, dem vierten Primärversorgungsanschluss, dem ersten Sekundärversorgungsanschluss und/oder dem zweiten Sekundärversorgungsanschluss verbunden sein, um aus einer oder mehreren der sich zwischen den genannten eingangsseitig verbundenen Versorgungsanschlüssen ergebenden Potentialdifferenzen die Gleichspannung zu erzeugen.

An dieser Stelle sei nochmals erwähnt, dass die Verwendung eines Gleichrichters zur Bereitstellung einer Gleichspannung zur Versorgung des Nebenverbrauchers zwar bevorzugt, allerdings nicht unbedingt erforderlich ist - selbst dann nicht, wenn der Nebenverbraucher mit einer Gleichspannung versorgt werden soll. Grundsätzlich wäre es auch möglich, dem ersten Wechselrichter und/oder dem zweiten Wechselrichter unmittelbar eine Gleichspannung zur Versorgung des Nebenverbrauchers zu entnehmen. Beispielsweise kann eines der Wechselrichtermodule eines der Wechselrichter die entsprechende Gleichspannung erzeugen. Der Gleichanteil kann gegebenenfalls aus der Betriebswechselspannung wieder herausgefiltert werden, insofern der Gleichanteil zum Betrieb des Primärverbrauchers ein Problem darstellt. In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Gleichrichter eine elektronische Ventilanordnung aufweist oder als Ventilanordnung ausgebildet ist, wobei die Ventilanordnung mit den eingangsseitig angeschlossenen Versorgungsanschlüssen verbunden ist.

Durch die elektronische Ventilanordnung kann sichergestellt werden, dass stets die größte sich ergebende Potenzialdifferenz zwischen den Versorgungsanschlüssen ausgangsseitig zur Versorgung des Nebenverbrauchers verfügbar ist. Es ist daher noch einfacher möglich, dem Nebenverbraucher unabhängig von Amplitude, Phase und/oder Frequenz der Betriebswechselspannung verlässlich zu betreiben.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die elektronische Ventilanordnung pro eingangsseitig angeschlossenem Versorgungsanschluss einen Diodenstrang aus zwei in die gleiche Richtung ausgerichteten und zu einer Reihenschaltung verbundenen Dioden aufweist. Der dem jeweiligen Diodenstrang zugeordnete Versorgungsanschluss kann zwischen den beiden Dioden des Diodenstranges angeschlossen sein, wobei alle Diodenstränge ausgangsseitig parallelgeschaltet sein können, um gemeinsam die Gleichspannung zur elektrischen Versorgung des Nebenverbrauchers zu erzeugen.

Die Verwendung von Dioden zur Ausbildung der elektronischen Ventilanordnung kann eine besonders einfache und auch kostengünstige Realisierung darstellen. Es können allerdings auch andere Ventilelemente vorgesehen sein. Die Verwendung einer Diode als Ventilelement ist lediglich beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen. Als Alternative zu dem vorstehend beschriebenen Diodengleichrichter kann zum Beispiel auch ein auf Thyristoren basierender Gleichrichter oder ein Gleichrichter sonstiger Bauweise vorgesehen sein.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, die Wechselrichtermodule stets derart zu konfigurieren, dass einerseits die Betriebswechselspannung(en) zur elektrischen Versorgung des Primärverbrauchers bereitgestellt wird/werden, und andererseits die elektrische Potentialdifferenz zwischen zumindest zwei der Versorgungsanschlüsse größer ist als eine zum Betrieb des Nebenverbrauchers erforderliche elektrische Spannung.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass alle Potentialdifferenzen zwischen den Versorgungsanschlüssen größer sind als die zum Betrieb des Nebenverbrauchers erforderliche elektrische Spannung. Wenn möglichst viele der genannten Potentialdifferenzen bereits für sich genommen ausreichend groß sind um den Nebenverbraucher zu betreiben, kann ein aktiver Ladungsausgleich zwischen den Gleichspannungsquellen (z. B. Batteriezellen) besonders einfach erfolgen.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung einen Gleichstromsteller aufweist, der eingangsseitig mit der ausgangsseitigen Gleichspannung des Gleichrichters verbunden ist, und der ausgangsseitig eine Betriebsnennspannung für den Betrieb des Nebenverbrauchers bereitstellt. Mit Hilfe des Gleichstromstellers kann eine geregelte Gleichspannung erzeugt und dem oder den Nebenverbrauchern zur Verfügung gestellt werden.

Mittels der zuvor beschriebenen elektronischen Ventilanordnung kann ergänzend sichergestellt werden, dass die Ausgangsspannung des Gleichrichters unabhängig von dem Betriebszustand des Primärverbrauchers stets höher ist als die erforderliche Nennspannung zum ordnungsgemäßen Betrieb des Nebenverbrauchers (z. B. 12 Volt oder 48 Volt).

Die Verwendung eines Gleichstromstellers ist allerdings nicht unbedingt erforderlich, insbesondere wenn der Nebenverbraucher auch mit einer ungeregelten Gleichspannung betreibbar ist oder wenn die Sekundärspannung bereits von der Steuereinrichtung geregelt werden kann.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, einen Stromkreis zu dem Primärverbraucher zu unterbrechen, indem die Steuereinrichtung zumindest ein sich im Stromkreis befindliches leistungselektronisches Schaltelement (beispielsweise ein schaltbares Halbleiterbauelement oder eine schaltbare elektronische Sicherung) zumindest eines Wechselrichters öffnet.

Bei dem leistungselektronischen Schaltelement für die Unterbrechung des Stromkreises zu dem Primärverbraucher kann es sich insbesondere um zumindest eines der leistungselektronischen Schaltelemente einer der Wechselrichtereinheiten eines der Wechselrichtermodule handeln. Es kann sich aber auch um ein separates leistungselektronisches Schaltelement handeln.

Die Unterbrechung des Stromkreises zu dem Primärverbraucher kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn der Primärverbraucher vorübergehend ohnehin nicht betrieben werden soll, beispielsweise im Stillstand eines Elektromotors. In diesem Fall kann dann beispielsweise einer der Wechselrichter, eines dessen Wechselrichtermodule oder eine der Wechselrichtereinheiten deaktiviert werden. Die elektrische Versorgung des Nebenverbrauchers kann dann von den noch aktiven Wechselrichtern, Wechselrichtermodulen und/oder Wechselrichtereinheiten sichergestellt werden. Dies kann die Steuerung der Wechselrichter / Wechselrichtermodule / Wechselrichtereinheiten vereinfachen, und insbesondere für einen besonders flexiblen Ladungsausgleich zwischen den einzelnen Gleichspannungsquellen vorteilhaft sein.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung mit einem Steuermodul zumindest einer der Gleichspannungsquellen kommunikationsverbunden ist, um von dem Steuermodul Zustandsinformationen betreffend die Gleichspannungsquelle(n) zu empfangen, wobei die Steuereinrichtung weiter eingerichtet ist, die Zustandsinformationen bei der Konfiguration der Wechselrichtermodule für die Erzeugung der Betriebswechselspannung(en) und der Sekundärspannung(en) zu berücksichtigen. Bei dem Steuermodul kann es sich insbesondere um ein Batteriemanagementsystem einer Batterie handeln. Ein Batteriemanagementsystem kann der Überwachung und/oder Regelung der Batterie dienen (teilweise auch als "Power-Management-System" (PMS) bezeichnet) und kann in analoger und/oder digitaler Weise Informationen über den aktuellen Zustand (beispielsweise Ladezustand und/oder Temperaturstatus) und/oder Bauart bzw. charakteristische Parameter (z. B. Nennspannung, Ladeschlussspannung und/oder Identifikationsdaten) der jeweiligen Batterie sowie deren Batteriezellen übertragen.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung eingerichtet ist, eine der Gleichspannungsquellen in Abhängigkeit der von dem Steuermodul zu dieser Gleichspannungsquelle übermittelten Zustandsinformationen wahlweise in die Erzeugung der Betriebswechselspan- nung(en) und/oder der Sekundärspannung(en) einzubeziehen oder zumindest zeitweise auszuschließen.

Beispielsweise können fehlerhafte oder überhitzte Gleichspannungsquellen ausgeschlossen werden. Insbesondere können tiefentladene Batteriezellen ausgeschlossen werden.

Die Erfindung betrifft auch ein Energieversorgungssystem, aufweisend eine Schaltungsanordnung gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen und die Gleichspannungsquellen.

Eine besonders vorteilhafte Anwendung des vorgeschlagenen Energieversorgungssystems betrifft die elektrische Versorgung von Primärverbrauchern sowie Nebenverbrauchern eines Elektrofahrzeugs, insbesondere eines Elektroautos.

Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass das Energieversorgungssystem eine Energiespeicherbaugruppe mit den einzelnen Gleichspannungsquellen aufweist.

Die Gleichspannungsquellen können allerdings auch jeweils voneinander unabhängig sein und müssen nicht zwingend in einer gemeinsamen Energiespeicherbaugruppe enthalten sein.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Energiespeicherbaugruppe eine Batterie aufweist oder als Batterie ausgebildet ist, wobei die einzelnen Gleichspannungsquellen als Batteriezellen der Batterie ausgebildet sind.

Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Verbraucheranordnung, insbesondere ein Elektrofahrzeug, aufweisend ein Energieversorgungssystem gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen, den Primärverbraucher und den Nebenverbraucher.

Grundsätzlich kann es sich bei der elektrischen Verbraucheranordnung um eine beliebige Verbraucheranordnung handeln, die einerseits zumindest einen Primärverbraucher und andererseits zumindest einen Nebenverbraucher aufweist. Beispielsweise kann es sich bei der Verbraucheranordnung um eine Elektrowerkzeugmaschine bis hin zu einem mit elektrischer Energie zu versorgenden Gebäude handeln. In einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Primärverbraucher einen Elektromotor aufweist, insbesondere einen Wechselstrommotor oder einen Drehstrommotor.

Besonders bevorzugt handelt es sich bei der elektrischen Verbraucheranordnung um ein Elektrofahrzeug, da die Nebenverbraucher des Elektrofahrzeugs erfindungsgemäß unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit, also selbst bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten bis zum Stillstand des Elektrofahrzeugs, zuverlässig mit einer ausreichend hohen elektrischen Spannung versorgt werden können.

Der Begriff "Elektrofahrzeug" beschreibt jegliches elektrisch betriebenes Fortbewegungsmittel, insbesondere Fahrzeuge zu Lande, zu Wasser oder in der Luft, eingeschlossen auch Raumfahrzeuge. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Elektrofahrzeug bzw. bei der Verbraucheranordnung allerdings um ein Elektroauto.

Die Erfindung eignet sich insbesondere aber auch zur elektrischen Versorgung von Haushalten oder Industrieanlagen.

Die Erfindung betrifft außerdem auch ein Verfahren zur elektrischen Versorgung eines Primärverbrauchers mit einer ersten Betriebswechselspannung und eines Nebenverbrauchers mit einer ersten Sekundärspannung. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Verfahrensschritte auf:

Betreiben zumindest eines ersten Wechselrichters, der ein erstes Wechselrichtermodul und ein ausgangsseitig in Reihe mit dem ersten Wechselrichtermodul verbundenes, zweites Wechselrichtermodul aufweist, wobei beide Wechselrichtermodule jeweils eingangsseitig mit zumindest einer Gleichspannungsquelle verbunden sind; und

Einstellen von ausgangsseitigen Amplituden, Phasen und/oder Frequenzen der Wechselrichtermodule, um die erste Betriebswechselspannung zwischen äußeren Primärversorgungsanschlüssen der Reihenschaltung der Wechselrichtermodule zu erzeugen, und um die erste Sekundärspannung zwischen einem, zwischen den beiden Wechselrichtermodulen angeordneten ersten Sekundärversorgungsanschluss und zumindest einem der äußeren Primärversorgungsanschlüsse zu erzeugen.

Insbesondere kann durch das vorgeschlagene Verfahren eine Sekundärspannung (und in Folge hieraus insbesondere eine ungeregelte oder geregelte Gleichspannung) mit einer ausreichenden Spannungshöhe für die Versorgung eines oder mehrerer Nebenverbraucher generiert werden, vorzugsweise unter Verwendung zumindest eines modularen Wechselrichters.

Schließlich betrifft die Erfindung noch ein Computerprogramm, umfassend Steuerbefehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Steuereinrichtung (insbesondere die vorstehend genannte Steuereinrichtung) diese veranlassen, das vorstehend beschriebene Verfahren auszuführen. Merkmale, die im Zusammenhang mit einem der Gegenstände der Erfindung, namentlich gegeben durch die Schaltungsanordnung, das Energieversorgungssystem, die Verbraucheranordnung, das Verfahren und das Computerprogramm, beschrieben wurden, sind auch für die anderen Gegenstände der Erfindung vorteilhaft umsetzbar. Ebenso können Vorteile, die im Zusammenhang mit einem der Gegenstände der Erfindung genannt wurden, auch auf die anderen Gegenstände der Erfindung bezogen verstanden werden.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der in der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen verwendete Begriff "verbunden" bzw. "Verbindung" eine unmittelbare elektrische Verbindung der genannten Komponenten, aber auch eine mittelbare elektrische Verbindung der genannten Komponenten (also z. B. über weitere elektrische Leitungen oder elektronische Bauteile wie Widerstände, Induktivitäten und/oder Kapazitäten etc.) beschreiben kann. Der Begriffe "angeschlossen" deutet hingegen in der Regel eine unmittelbare Verbindung der genannten Komponenten an.

Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe wie "umfassend", "aufweisend" oder "mit" keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe wie "ein" oder "das", die auf eine Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus - und umgekehrt.

In einer puristischen Ausführungsform der Erfindung kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die in der Erfindung mit den Begriffen "umfassend", "aufweisend" oder "mit" eingeführten Merkmale abschließend aufgezählt sind. Dementsprechend kann eine oder können mehrere Aufzählungen von Merkmalen im Rahmen der Erfindung als abgeschlossen betrachtet werden, beispielsweise jeweils für jeden Anspruch betrachtet. Die Erfindung kann beispielsweise ausschließlich aus den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bestehen.

Es sei erwähnt, dass Bezeichnungen wie "erstes" oder "zweites" etc. vornehmlich aus Gründen der Unterscheidbarkeit von jeweiligen Vorrichtungs- oder Verfahrensmerkmalen verwendet werden und nicht unbedingt andeuten sollen, dass sich Merkmale gegenseitig bedingen oder miteinander in Beziehung stehen.

Ferner sei betont, dass die vorliegend beschriebenen Werte und Parameter Abweichungen oder Schwankungen von ±10% oder weniger, vorzugsweise ±5% oder weniger, weiter bevorzugt ±1% oder weniger, und ganz besonders bevorzugt ±0,1% oder weniger des jeweils benannten Wertes bzw. Parameters mit einschließen, sofern diese Abweichungen bei der Umsetzung der Erfindung in der Praxis nicht ausgeschlossen sind. Die Angabe von Bereichen durch Anfangs- und Endwerte umfasst auch all diejenigen Werte und Bruchteile, die von dem jeweils benannten Bereich eingeschlossen sind, insbesondere die Anfangs- und Endwerte und einen jeweiligen Mittelwert. Die Erfindung betrifft auch eine von Patentanspruch 1 unabhängige Schaltungsanordnung zur elektrischen Versorgung eines mit der Schaltungsanordnung verbindbaren Primärverbrauchers mittels einer von zumindest einem Wechselrichter aus mehreren einzelnen Gleichspannungsquellen erzeugten Wechselspannung, wobei der Wechselrichter außerdem eine Sekundärspannung zur elektrischen Versorgung eines mit der Schaltungsanordnung verbindbaren Nebenverbrauchers bereitstellt. Die weiteren Merkmale des Patentanspruchs 1 und der abhängigen Patentansprüche sowie die in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten dieser Schaltungsanordnung.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.

Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann ohne Weiteres zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.

Es zeigen schematisch:

Figur 1 eine erfindungsgemäße elektrische Verbraucheranordnung mit einem erfindungsgemäßen Energieversorgungssystem, das eine Schaltungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist;

Figur 2 ein beispielhaftes Wechselrichtermodul einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit mehreren einzeln konfigurierbaren Wechselrichtereinheiten;

Figur 3 eine H-Brückenschaltung einer beispielhafte Wechselrichtereinheit eines Wechselrichtermoduls einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung; und

Figur 4 eine erfindungsgemäße elektrische Verbraucheranordnung mit einem erfindungsgemäßen Energieversorgungssystem, das eine Schaltungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung aufweist.

Figur 1 zeigt eine elektrische Verbraucheranordnung 1 , bei der es sich beispielsweise um ein Elektrofahrzeug (insbesondere ein Elektroauto) handeln kann. Die Verbraucheranordnung 1 weist ein Energieversorgungssystem 2 auf, um einen Primärverbraucher M und einen Nebenverbraucher 3 elektrisch zu versorgen. Bei dem Primärverbraucher M handelt es sich in den Ausführungsbeispielen um einen Elektromotor, genauer gesagt um einen Wechselstrommotor (vgl. Figur 1) bzw. um einen Drehstrommotor (vgl. Figur 4). Der Nebenverbraucher 3 kann als beliebiger elektrischer Verbraucher oder auch als Gruppe mehrerer elektrischer Verbraucher ausgebildet sein, beispielsweise als Leuchtmittel, elektrische Schaltung, Wärmequelle und/oder ebenfalls als Elektromotor. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Nebenverbraucher 3 um einen mit einer Gleichspannung betreibbaren elektrischen Verbraucher und bei dem Primärverbraucher M um einen mit einer Wechselspannung betreibbaren elektrischen Verbraucher. Bei dem Nebenverbraucher 3 eines Elektrofahrzeugs kann es sich beispielsweise um eine Klimaanlage, eine Beleuchtungseinrichtung, ein Entertainmentsystem, ein Fahrerassistenzsystem oder um eine sonstige elektronische Ausstattung des Elektrofahrzeugs handeln.

Das Energieversorgungssystem 2 weist eine Schaltungsanordnung 4 sowie mehrere Gleichspannungsquellen 5 auf. Die Gleichspannungsquellen 5, die in Figur 1 strichliniert dargestellt sind, sind im Ausführungsbeispiel Teil einer gemeinsamen Energiespeicherbaugruppe 6. Bei der Energiespeicherbaugruppe 6 handelt es sich vorzugsweise um eine Batterie bzw. um ein Akkupack, wobei die einzelnen Gleichspannungsquellen 5 als Batteriezellen bzw. Akkuzellen der Batterie bzw. des Akkupacks ausgebildet sind. Insbesondere kann es sich bei den Gleichspannungsquellen 5 um Batteriezellen eines Hochvoltspeichers eines Elektrofahrzeugs handeln. Die Energiespeicherbaugruppe 6 wird nachfolgend mitunter als Batterie und die Gleichspannungsquellen 5 als Batteriezellen bezeichnet. Dabei handelt es aber sich lediglich um eine bevorzugte Anwendung, die nicht einschränkend zu verstehen ist.

Die Energiespeicherbaugruppe 6 bzw. die Batterie kann ein Steuermodul 7 aufweisen, insbesondere ein Batteriemanagementsystem, um Zustandsinformationen betreffend die Batteriezellen 5 zu ermitteln und über eine Batterieschnittstelle verfügbar zu machen (vgl. Figur 1). Bei den genannten Zustandsinformationen kann es sich insbesondere um Informationen zum aktuellen Ladezustand, zur aktuellen Temperatur oder zum aktuellen "Gesundheitszustand" der jeweiligen Batteriezelle 5 handeln.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Schaltungsanordnung 4 dient primär der elektrischen Versorgung des mit der Schaltungsanordnung 4 verbindbaren Primärverbrauchers M mittels zumindest einer ersten Betriebswechselspannung upi .

Die Schaltungsanordnung 4 weist eine Steuereinrichtung 8 und zumindest einen ersten Wechselrichter 9 auf.

Zur Versorgung des Primärverbrauchers M weist der erste Wechselrichter 9 einen ersten Primärversorgungsanschluss Pi und einen zweiten Primärversorgungsanschluss P2 auf, zwischen denen die erste Betriebswechselspannung UPI anliegt.

Der erste Wechselrichter 9 ist konfigurierbar und weist hierzu ein konfigurierbares, erstes Wechselrichtermodul 10 und ein konfigurierbares, ausgangsseitigen in Reihe mit dem ersten Wechselrichtermodul 10 verbundenes, zweites Wechselrichtermodul 11 auf. Beide Wechselrichtermodule 10, 11 stellen gemeinsam die erste Betriebswechselspannung UPI bereit und sind eingangsseitig mit jeweils zumindest einer der besagten Gleichspannungsquellen 5 bzw. Batteriezellen verbindbar und für eine Konfigurierbarkeit außerdem jeweils mit der Steuereinrichtung 8 verbunden. Jedes der Wechselrichtermodule 10, 11 weist einen ersten Versorgungsausgang a und einen zweiten Versorgungsausgang b auf, die entsprechend der Reihenschaltung verbunden sind. Die erste Betriebswechselspannung upi ergibt sich schließlich aus der Summe der einzelnen Ausgangsspannungen usn, usi2 des ersten Wechselrichtermoduls 10 und des zweiten Wechselrichtermoduls 11 .

Die Steuereinrichtung 8 ist eingerichtet, um den ersten Wechselrichter 9 über jeweilige Kommunikationsleitungen 12 zu konfigurieren, um für den Betrieb des Primärverbraucher M dessen erste Betriebswechselspannung UPI hinsichtlich Amplitude, Phase und/oder Frequenz optimal einzustellen. Mittels der Steuereinrichtung 8 kann die erste Betriebswechselspannung UPI somit derart eingestellt werden, dass sich beispielsweise eine vorgesehene Drehzahl des Elektromotors und/oder ein vorgesehenes Drehmoment des Elektromotors ergibt.

Es ist vorgesehen, dass der erste Wechselrichter 9 einen ersten Sekundärversorgungsanschluss Si aufweist, der zwischen dem ersten Wechselrichtermodul 10 und dem zweiten Wechselrichtermodul 11 angeordnet ist. Somit ergibt sich zwischen dem ersten Sekundärversorgungsanschluss Si und einem der Primärversorgungsanschlüsse Pi, P2 des ersten Wechselrichters 9 schließlich eine zur Versorgung eines mit der Schaltungsanordnung 4 verbindbaren Nebenverbrauchers 3 verwendbare erste Sekundärspannung usn oder usi2.

Die Steuereinrichtung 8 kann schließlich eingerichtet sein, die Wechselrichtermodule 10, 11 des ersten Wechselrichters 9 derart zu konfigurieren, dass sich eine entsprechend geeignete erste Sekundärspannung usn oder US12 für den Betrieb des Nebenverbrauchers ergibt. Die Steuereinrichtung 8 ist insbesondere eingerichtet, die Wechselrichtermodule 10, 11 stets derart zu konfigurieren, dass einerseits die erste Betriebswechselspannung UPI zur elektrischen Versorgung des Primärverbrauchers M bereitgestellt wird und andererseits die elektrische Potenzialdifferenz zwischen zumindest zwei der Versorgungsanschlüsse Pi, P2, Si größer ist als eine zum Betrieb des Nebenverbrauchers 3 erforderliche elektrische Spannung.

Insofern für den Betrieb des Nebenverbrauchers 3 eine Gleichspannung erforderlich ist, kann vorzugsweise ein Gleichrichter 13 vorgesehen sein, der eingangsseitig mit dem ersten Primärversorgungsanschluss Pi, mit dem zweiten Primärversorgungsanschluss P2 und mit dem ersten Sekundärversorgungsanschluss Si verbunden ist, um aus einer oder aus mehrerer der sich zwischen den genannten eingangsseitig verbundenen Versorgungsanschlüssen Pi, P2, Si ergebenden Potenzialdifferenzen usn, US12, UPI die gewünschte Gleichspannung zu erzeugen.

Optional kann der Gleichrichter 13 eine elektronische Ventilanordnung 14 aufweisen oder als elektronische Ventilanordnung 14 ausgebildet sein (vgl. nachfolgende Beschreibung zu Figur 4). Auf diese Weise kann die Steuerbarkeit und Konfigurierbarkeit sowie die Verfügbarkeit der ersten Sekundärspannung usn bzw. US12 unabhängig von der ersten Betriebswechselspannung UPI vereinfacht sein. Auf vorteilhafte Weise kann erfindungsgemäß auch bei niedrigen Drehzahlen des Elektromotors und sogar bei Stillstand des Elektromotors die Versorgung des Nebenverbrauchers 3 durch die erste Sekundärspannung usii bzw. usi2 sichergestellt sein.

Ein Gleichrichter 13 und insbesondere eine Ventilanordnung 14 sind nicht für alle Anwendungen gleichermaßen zwingend erforderlich.

Die Steuereinrichtung 8 kann außerdem mit dem Steuermodul 7 bzw. mit dem Batteriemanagementsystem der Batterie 6 kommunikationsverbunden sein (in Figur 1 strichliniert dargestellt), um von dem Steuermodul 7 die bereits genannten Zustandsinformationen betreffend die einzelnen Batteriezellen 5 zu empfangen und dieselben bei der Konfiguration der Wechselrichtermodule 10, 1 1 für die Erzeugung der ersten Betriebswechselspannung upi und der ersten Sekundärspannung usn bzw. usi2 zu berücksichtigen. Die Steuereinrichtung 8 kann insbesondere eingerichtet sein, eine der Gleichspannungsquellen 5 bzw. Batteriezellen in Abhängigkeit der von dem Steuermodul 7 zu dieser Gleichspannungsquelle 5 übermittelten Zustandsinformation wahlweise in die Erzeugung der ersten Betriebswechselspannung UPI und der ersten Sekundärspannung usn bzw. usi2 einzubeziehen oder zumindest zeitweise auszuschließen. Nicht zuletzt kann auf diese Weise ein Ladungsausgleich zwischen den Batteriezellen 5 durchgeführt werden.

Die Möglichkeiten zum Ladungsausgleich können noch verbessert werden, wenn die Steuereinrichtung 8 eingerichtet ist, einen Stromkreis zu dem Primärverbraucher M zu unterbrechen, insbesondere wenn der Primärverbraucher M zeitweise nicht betrieben werden soll, beispielsweise wenn sich der Elektromotor im Stillstand befindet. Hierzu kann die Steuereinrichtung 8 zumindest ein sich im Stromkreis befindliches leistungselektronisches Schaltelement öffnen.

Es kann ein Computerprogramm vorgesehen sein, umfassend Steuerbefehle, die bei der Ausführung des Programms durch die Steuereinrichtung 8 diese veranlassen, ein entsprechendes Verfahren zur elektrischen Versorgung des Primärverbrauchers M und des Nebenverbrauchers 3 durchzuführen.

Die konfigurierbaren Wechselrichtermodule 10, 11 können grundsätzlich beliebig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der erste Wechselrichter 9 allerdings als modularer Wechselrichter ausgebildet und weist Wechselrichtermodule 10, 11 auf, wie diese in Figur 2 beispielhaft dargestellt sind. Die Wechselrichtermodule 10, 11 können als Kaskade aus mehreren Wechselrichtereinheiten 15 ausgebildet sein, wobei jede der Wechselrichtereinheiten 15 mit einer anderen der Gleichspannungsquellen 5 verbindbar ist. Die entsprechenden Versorgungsleitungen 16, die mit den Batteriezellen bzw. Gleichspannungsquellen 5 verbindbar sind, sind in Figur 2 angedeutet. Ferner sind die Kommunikationsleitungen 12 dargestellt, die mit der Steuereinrichtung 8 der Schaltungsanordnung 4 verbunden sind. Auf diese Weise kann durch entsprechende Konfiguration der Wechselrichtermodule 10, 11 eine aus den einzelnen Gleichspannungsquellen 5 stufig ausgebildete Wechselspannung erzeugbar sein. Ein möglicher Aufbau einer einzelnen Wechselrichtereinheit 15 ist in Figur 3 beispielhaft gezeigt. Die Wechselrichtereinheiten 15 können insbesondere jeweils eine H-Brückenschaltung 17 aus vier von der Steuereinrichtung 8 konfigurierbaren leistungselektronischen Schaltelementen 18 aufweisen. Die leistungselektronischen Schaltelemente 18 können beispielsweise als Halbleiterbauelemente ausgebildet sein, insbesondere als in Figur 3 angedeutete MOSFETs.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Anzahl der H-Brückenschaltungen 17 in den einzelnen Wechselrichtermodulen 10, 11 nicht unbedingt identisch sein muss.

Ein komplexerer Anwendungsfall der Erfindung ist anhand eines zweiten Ausführungsbeispiels in Figur 4 dargestellt. Die Steuereinrichtung 8 sowie einige weitere zuvor beschriebene Details sind in Figur 4 zur Vereinfachung nicht gezeigt.

Bei dem Primärverbraucher M handelt es sich in dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 um einen dreiphasig bzw. mit Drehstrom betreibbaren Elektromotor. Bei dem Nebenverbraucher 3 handelt es sich wiederum um einen mit einer Gleichspannung betreibbaren Nebenverbraucher 3.

Wiederum weist die Schaltungsanordnung 4 einen ersten Wechselrichter 9 auf, um zwischen dem ersten Primärversorgungsanschluss Pi und dem zweiten Primärversorgungsanschluss P2 die erste Betriebswechselspannung UPI zur elektrischen Versorgung des Primärverbrauchers M bereitzustellen. Der erste Wechselrichter 9 kann ausgebildet sein, wie dies im Rahmen des Ausführungsbeispiels der Figur 1 bzw. der Figuren 2 und 3 bereits beschrieben wurde.

Zur Erzeugung der Drehspannung ist in dem in Figur 4 dargestellten Ausführungsbeispiel noch ein zweiter Wechselrichter 19 vorgesehen, der einen dritten Primärversorgungsanschluss P3 und einen vierten Primärversorgungsanschluss P4 aufweist, zwischen denen eine zweite Betriebswechselspannung up2 zur elektrischen Versorgung des Primärverbrauchers M anliegt. Der dritte Primärversorgungsanschluss P3 des zweiten Wechselrichters 19 ist mit dem zweiten Primärversorgungsanschluss P2 des ersten Wechselrichters 9 verbunden.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen der erste Wechselrichter 9 und der zweite Wechselrichter 19 einen identischen Aufbau auf. Der zweite Wechselrichter 19 weist also ein konfigurierbares, drittes Wechselrichtermodul 20 und ein konfigurierbares, ausgangsseitig in Reihe mit dem dritten Wechselrichtermodul 20 verbundenes, viertes Wechselrichtermodul 21 auf, die gemeinsam die zweite Betriebswechselspannung u 2 bereitstellen und die eingangsseitig jeweils mit zumindest einer Gleichspannungsquelle 5 verbindbar und von der Steuereinrichtung 8 ebenfalls konfigurierbar sind, um die zweite Betriebswechselspannung u 2 in Amplitude, Phase und/oder Frequenz einzustellen. Die zweite Betriebswechselspannung up2 entspricht schließlich der Summe der einzelnen Ausgangsspannungen us2i , us22 des dritten Wechselrichtermoduls 20 und des vierten Wechselrichtermoduls 21 .

Für den dreiphasigen Betrieb ist der Primärverbraucher M mit dem ersten Primärversorgungsanschluss Pi, dem zweiten Primärversorgungsanschluss P2 bzw. dem dritten Primärversorgungsanschluss P3 und dem vierten Primärversorgungsanschluss P4 verbunden. Dabei liegt eine dritte Betriebswechselspannung up3 zwischen dem ersten Primärversorgungsanschluss Pi und dem vierten Primärversorgungsanschluss P4 an, die der negativen Gesamtspannung aus der ersten Betriebswechselspannung UPI und der zweiten Betriebswechselspannung up2 entspricht. Es gilt daher die Spannungsgleichung: u _P1 + u _P2 + u _P3 = 0 .

Zur Erzeugung einer symmetrischen dreiphasigen Drehspannung werden die Betriebswechselspannung UPI , up2, up3 und deren Ströme mit gleicher Amplitude 0 und einer Phasenverschiebung gegeneinander von jeweils 120° erzeugt, gemäß:

Der zweite Wechselrichter 19 weist außerdem einen zweiten Sekundärversorgungsanschluss S2 auf, der zwischen dem dritten Wechselrichtermodul 20 und dem vierten Wechselrichtermodul 21 angeordnet ist. Die Steuereinrichtung 8 ist eingerichtet, die Wechselrichtermodule 20, 21 des zweiten Wechselrichters 19 derart zu konfigurieren, dass sich eine zweite Sekundärspannung US21 bzw. US22 zwischen dem zweiten Sekundärversorgungsanschluss S2 und einem der Primärversorgungsanschlüsse P3, P4 des zweiten Wechselrichters 19 zur Versorgung des Nebenverbrauchers 3 ergibt.

Die beiden Wechselrichter 9, 19 können somit in vier Teilwechselrichter bzw. Wechselrichtermodule 10, 11 , 20, 21 unterteilt sein. Auf diese Weise entstehen auf vorteilhafte Weise die zwei zusätzlichen Versorgungsanschlüsse, die vorliegend als Sekundärversorgungsanschlüsse Si, S2 bezeichnet werden. Zwischen allen Versorgungsanschlüssen (also den Primärversorgungsanschlüssen Pi, P2, P3, P4 und den Sekundärversorgungsanschlüssen Si , S2) ergeben sich entsprechende Potenzialdifferenzen UPI , up2, up3, usii, US12, us3, us2i, Us22 (vgl. Figur 4), die sich einzeln oder in Kombination vorteilhaft zur Versorgung des Nebenverbrauchers 3 eignen können. Die insgesamt fünf Versorgungsanschlüsse Pi , P2 bzw. P3, P4, S1 und S2 werden in dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 mit einem als elektronische Ventilanordnung 14 ausgebildeten Gleichrichter 13 verbunden.

Die elektronische Ventilanordnung 14 umfasst vorliegend zehn leistungselektronische Ventile, die zur Kostensenkung als einzelne Dioden 22 ausgebildet sind. Pro eingangsseitig angeschlossenem Versorgungsanschluss Pi, P2 bzw. P3, P4, S1 und S2 weist die Ventilanordnung 14 einen Diodenstrang 23 aus zwei in die gleiche Stromlaufrichtung ausgerichteten und zu einer Reihenschaltung verbundenen Dioden 22 auf, wobei der dem jeweiligen Diodenstrang 23 zugeordnete Versorgungsanschluss Pi, P2 bzw. P3, P4, S1 und S2 zwischen den beiden Dioden 22 des Diodenstranges 23 angeschlossen ist, und wobei alle Diodenstränge 23 ausgangsseitig parallelgeschaltet sind, um gemeinsam die Gleichspannung UDCI zur elektrischen Versorgung des Nebenverbrauchers 3 zu erzeugen. Durch die Ventilanordnung 14 kann stets die größte der Potenzialdifferenzen usn, US12, us3, us2i, US22 zur Versorgung des Nebenverbrauchers 3 verwendbar sein. Schließlich kann insbesondere durch die zusätzlichen Sekundärversorgungsanschlüsse Si, S2 sichergestellt sein, dass mindestens eine der Potenzialdifferenzen upi, up2, u 3, usn, US12, us3, us2i, Us22 zwischen den Versorgungsanschlüssen Pi, P2 bzw. P3, P4, S1 und S2 größer ist als die erforderliche Nennspannung des Nebenverbrauchers 3.

Bei hoher Motordrehzahl ist die Amplitude Ü der Betriebswechselspannungen UPI , u 2, u 3 in der Regel ohnehin größer als die erforderliche Nennspannung des Nebenverbrauchers 3. Von dem Gleichrichter 13 kann somit bereits aus diesem Grunde eine ausreichend hohe Ausgangspannung für die Versorgung des Nebenverbrauchers 3 generiert werden. Bei niedrigeren Drehzahlen hingegen, wenn die die Amplitude 0 nicht ausreichend groß ist, kann schließlich durch Einstellen zumindest einer der Potentialdifferenzen usn, US12, us3, us2i, us22 dennoch sichergestellt werden, dass der Nebenverbraucher 3 noch mit einer ausreichenden Spannung versorgt werden kann.

Optional kann noch ein Gleichstromsteller 24 vorgesehen sein, der eingangsseitig mit der ausgangsseitigen Gleichspannung UDCI des Gleichrichters 13 verbunden ist und der ausgangsseitig eine geregelte Betriebsnennspannung UDC2 für den Betrieb des Nebenverbrauchers 3 bereitstellt. Ein Gleichstromsteller 24 ist allerdings nicht für alle Anwendungen gleichermaßen erforderlich.