Umrichter und Verfahren zum Betrieb eines solchen Die Erfindung bezieht sich auf einen Umrichter mit mindestens einem Umrichtermodul, vorzugsweise aber mehreren Umrichter ^¬ modulen. Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Umrichters. Umrichter werden in der elektrischen Antriebstechnik zur Versorgung einer elektrischen Last, insbesondere eines Elektro ^¬ motors mit elektrischer Leistung aus einem ( Spannungs- ) etz eingesetzt. Ein beispielhaftes Anwendungsgebiet für Umrichter ist hierbei die Versorgung des Antriebsmotors oder der An- triebsmotoren eines Elektro-Fahrzeugs . Bei dem Spannungsnetz handelt es sich in diesem Fall um den - gleichstromführenden - Batteriekreis einer Traktionsbatterie des Fahrzeugs. Im stationären Einsatz ist die Primärseite des Umrichters dage ^¬ gen meist an ein ein- oder mehrphasiges Wechselspannungsnetz angeschlossen.

Ein Umrichter umfasst üblicherweise einen Primärschaltkreis zum Anschluss an das Netz sowie einen Sekundärschaltkreis zum Anschluss an die Last. Der Primärschaltkreis und der Sekun- därschaltkreis sind über einen ( Spannungs- ) Zwischenkreis mit ^¬ einander verbunden, in den eine Zwischenkreiskapazität ge ^¬ schaltet ist. Je nach Art des primärseitig anzuschließenden Netzes ist der Primärschaltkreis als Gleichstromsteller oder Stromrichter (Gleichrichter) ausgeführt. Bei dem Sekundär- Schaltkreis handelt es sich üblicherweise um einen Wechsel ^¬ richter in Form einer ein- oder mehrphasigen Vollbrücken- schaltung .

Die aus dem Primärschaltkreis, dem Sekundärschaltkreis und dem Zwischenkreis (mit der darin angeordneten Zwischenkreis ^¬ kapazität) gebildete Baueinheit ist nachfolgend auch als „Um ^¬ richtermodul" bezeichnet. Insbesondere in der Kraftfahrzeug ^¬ antriebstechnik kommen modulare Umrichter zum Einsatz, bei denen mehrere solcher Umrichtermodule primärseitig in Serie geschaltet sind. Ein solcher modularer Umrichter ist beispielsweise aus der Veröffentlichung Lukas Lambertz et al . „Modularer Hochfrequenzumrichter für Fahrzeugantriebe", EMA 2010, 08.-09.09.2010, Aschaffenburg, bekannt.

Elektromotoren und andere durch Umrichter versorgte Lasten haben häufig einen Leistungsfaktor, der den Wert Eins (100%) deutlich unterschreitet. Im Betrieb einer solchen Last kommt es regelmäßig zu einer periodischen Richtungsumkehr des momentanen Leistungsflusses in dem Sekundärschaltkreis des an die Last angeschlossenen Umrichtermoduls. Das Umrichtermodul erfährt somit während jeder Periode der an die Last abgegebe ^¬ nen Ausgangsspannung einen ein- oder mehrfachen Wechsel zwi- sehen „motorischem Leistungsfluss" , bei dem elektrische Leis ^¬ tung aus dem Zwischenkreis an die Last abgegeben wird, und „generatorischem Leistungsfluss" , bei dem die Last elektrische Leistung in den Zwischenkreis zurückspeist. Die zurückgespeiste elektrische Leistung muss, wenn sie nicht oder nicht schnell genug an das Netz abgegeben werden kann, in der Zwischenkreiskapazität gespeichert werden. Dies kann, wenn die Zwischenkreiskapazität nicht hinreichend groß dimen ^¬ sioniert ist, zu einer unzulässigen Überhöhung der Zwischen- kreisspannung und somit zu einer Überbelastung oder gar Beschädigung des Umrichters führen. Groß ausgelegte Zwischen- kreiskapazitäten wirken sich allerdings ungünstig auf den Bauraumbedarf, die Herstellungskosten und das Gewicht des Umrichters aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen (insbesondere modularen) Umrichter in Hinblick auf den Bauraumbedarf, die Herstellungskosten und/oder das Gewicht zu verbessern, ohne das Risiko einer Überlastung des oder jeden Umrichtermoduls in Kauf nehmen zu müssen.

Bezüglich eines Verfahrens zum Betrieb eines Umrichters wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich eines Umrichters wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 8 so ^¬ wie unabhängig hiervon durch die Merkmale des Anspruchs 9. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausge- staltungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt .

Die Erfindung geht aus von einem Umrichter mit mindestens ei- nem Umrichtermodul. Das oder jedes Umrichtermodul umfasst hierbei einen Primärschaltkreis zum Anschluss an ein Span ^¬ nungsnetz sowie einen Sekundärschaltkreis zum Anschluss an eine Last. Das oder jedes Umrichtermodul umfasst des Weiteren einen ( Spannungs- ) Zwischenkreis , der dem Primärschaltkreis und dem Sekundärschaltkreis zwischengeschaltet ist, und in den eine Zwischenkreiskapazität in Form eines Kondensators oder mehrerer Kondensatoren geschaltet ist.

Der erfindungsgemäße Umrichter ist insbesondere zum Einsatz in dem Fahrzeugantrieb eines Elektrofahrzeugs vorgesehen. Der Primärschaltkreis ist daher vorzugsweise zum Anschluss an den Batteriekreis einer Traktionsbatterie des Fahrzeugs als Span ^¬ nungsnetz vorgesehen. Entsprechend handelt es sich bei dem Primärschaltkreis vorzugsweise um einen Gleichstromsteller. Bei der an das Umrichtermodul sekundärseitig anzuschließenden Last handelt es sich vorzugsweise um einen Elektromotor oder um eine Phasenwicklung eines solchen. Entsprechend ist der Sekundärschaltkreis vorzugsweise als ein- oder mehrphasige Vollbrückenschaltung ausgebildet .

Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch bei Umrichtern für andere Anwendungsgebiete eingesetzt werden, insbesondere Umrichtern, deren Primärseite zum Anschluss an ein dreiphasi ^¬ ges Drehstromnetz ausgebildet ist.

In einem speziellen Anwendungsfall kommt das erfindungsgemäße Verfahren bei Umrichtern zum Einsatz, deren Primärschaltkreis als Einquadrantensteller ausgebildet ist und somit nur eine Leistungsflussrichtung bedienen kann. In einem weiteren Anwendungsfall kommt das erfindungsgemäße Verfahren bei Umrich ^¬ tern zum Einsatz, deren Primärseite zwar grundsätzlich rückspeisefähig ausgelegt sind, bei denen aber der oder jeder Primärschaltkreis nicht schnell genug an eine kurzzeitige Um ^¬ kehr der Leistungsflussrichtung anpassbar ist. Das Verfahren ist allerdings nicht auf diese Anwendungsfälle beschränkt.

Im Zuge des Verfahrens wird für das oder jedes Umrichtermodul die über der Zwischenkreiskapazität abfallende Zwischenkreis ^¬ spannung durch Steuerung des Primärschaltkreises auf einen vorgegebenen Spannungssollwert geregelt. Dieser Spannungs ^¬ sollwert wird dabei erfindungsgemäß nicht fest vorgegeben, sondern in Abhängigkeit von der Richtung des Leistungsflusses in dem Sekundärschaltkreis variiert.

Die variable Steuerung des Spannungssollwerts und damit der Zwischenkreisspannung ermöglicht es, die Zwischenkreiskapazität auf eine zu erwartende Umkehr der Leistungsflussrichtung vorzubereiten, so dass das Speichervermögen des Kondensators besonders gut ausgenutzt werden kann. Insbesondere wird die Zwischenkreiskapazität dabei durch Absenkung der Zwischen ^¬ kreisspannung entladen, bevor sie rückgespeiste Leistung aufnehmen muss. Zusätzlich oder alternativ wird die Zwischen- kreiskapazität durch Erhöhung der Zwischenkreisspannung geladen, bevor sie Leistung an die Last abgeben muss. Hierdurch kann die Zwischenkreiskapazität besonders klein ausgelegt werden, ohne das Risiko einer Überbelastung des Umrichtermoduls durch Spannungsspitzen im Zwischenkreis in Kauf nehmen zu müssen.

In vorteilhafter Ausführung des Verfahrens wird bei überwie ^¬ gend motorischem Leistungsfluss - also in einem Betriebsmodus des Umrichters, bei dem im zeitlichen Durchschnitt mehr Leis- tung an die Last abgegeben als von der Last zurückgespeist wird - der Spannungssollwert vorauseilend zu dem Beginn einer generatorischen Leistungsflussphase erniedrigt. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Zwischenkreiskapazität zu Be- ginn der generatorischen Leistungsflussphase zumindest teil ^¬ weise entladen ist und die zugeführte Leistung ohne unzuläs ^¬ sige Spannungsänderung aufnehmen kann. Dabei wird der Spannungssollwert vorzugsweise dem zeitabhängigen Absolutwert der von dem sekundärseitigen Stromrichter eingestellten Ausgangsspannung nachgeführt. Der Spannungssollwert wird also an den zeitlichen Verlauf der gleichgerichteten Ausgangsspannung - zweckmäßigerweise zuzüglich eines vorgegebenen Sicherheits ^¬ aufschlags ( Spannungs-Offsets ) - angepasst.

Alternativ hierzu wird der Spannungssollwert mit hinreichen ^¬ dem zeitlichen Abstand zu dem Beginn der generatorischen Leistungsflussphase auf einen Wert abgesenkt, der nach Maßga ^¬ be der Blindleistung der Last und des Kapazitätswerts der Zwischenkreiskapazität derart berechnet wird, dass die Zwi- schenkreisspannung während der generatorischen Leistungsflussphase einen zulässigen Maximalwert der Zwischenkreis- spannung gerade nicht überschreitet. Bei vorwiegend generatorischem Leistungsfluss - also in einem Betriebsmodus des Umrichters, in dem in den Zwischenkreis des Umrichtermoduls im zeitlichen Durchschnitt mehr Leistung durch die Last eingespeist als aus dem Zwischenkreis an die Last abgegeben wird - wird der Spannungssollwert exakt oder zumindest näherungsweise auf einen zulässigen Maximalwert der Zwischenkreisspannung angehoben. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Last in kurzzeitigen motorischen Leistungs ^¬ flussphasen aus der ganz oder zumindest nahezu vollständig geladenen Zwischenkreiskapazität ausreichend mit Leistung versorgt werden kann.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Umrichter um einen modu- laren Umrichter, der mehrere Umrichtermodule der vorstehend beschriebenen Art umfasst. In Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einen solchen Umrichter wird zweckmäßigerweise für jedes der mehreren Umrichtermodule individuell nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren ein modulspezifischer Spannungssollwert bestimmt. Die Zwischenkreisspannung wird also in jedem Umrichtermodul grundsätzlich individuell gere ^¬ gelt, wobei der jeweilige Spannungssollwert in Abhängigkeit von der Leistungsflussrichtung in dem jeweiligen Umrichtermodul variiert wird.

In einer vorteilhaften Weiterentwicklung dieses Verfahrens werden die für die einzelnen Umrichtermodule bestimmten Spannungssollwerte zusätzlich nach Maßgabe eines gemeinsamen Kor- rekturterms modifiziert. Dieser Korrekturterm ist dabei der- art bestimmt, dass die Summenleistung aller Umrichtermodule auf einen vorgegebenen Summenleistungssollwert geregelt wird. Die Summenleistung ist dabei insbesondere auf die Eingangs ^¬ leistung der Umrichtermodule bezogen. Der Begriff Summenleistung bezeichnet somit insbesondere die elektrische Leistung, die insgesamt zwischen den Umrichtermodulen einerseits und dem Netz andererseits ausgetauscht wird. Hierdurch wird die von dem Umrichter aus dem Netz bezogene oder in das Netz rückgespeiste Leistung weitgehend konstant gehalten und mit ^¬ hin eine hohe Netzverträglichkeit des Umrichters erzielt.

In zweckmäßiger Ausgestaltung führt der erfindungsgemäße Umrichter das vorstehend beschriebene Verfahren automatisch durch. Er umfasst hierzu eine Steuereinrichtung, die schal- tungs- und/oder programmtechnisch zur Durchführung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens in einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten eingerichtet ist. Die Steuereinrichtung umfasst dabei insbesondere einen MikroController, in dem ein das Verfahren in Betrieb des Umrichters automatisch durchführendes Steuerprogramm (Firmware) lauffähig implementiert ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung mindestens einen nicht-programmierbaren Hardware-Schaltkreis (z.B. einen ASIC) umfassen, in dem die Funktion zur Durchführung des Verfahrens oder eines Teils davon mit schaltungstechni ^¬ schen Mitteln implementiert ist.

Sofern der Umrichter mehrere Umrichtermodule aufweist, ist die Steuereinrichtung dabei insbesondere dazu eingerichtet, für jedes Umrichtermodul den modulspezifischen Spannungssoll- wert individuell zu bestimmen und - optional - zusätzlich die modulspezifischen Spannungssollwerte nach Maßgabe des gemein ^¬ samen Korrekturterms zur Regelung der Summenleistung auf den vorgegebenen Summenleistungssollwert zu modifizieren.

Auch bei mehreren Umrichtermodulen kann die Steuereinrichtung im Rahmen der Erfindung durch eine einzige, alle Umrichtermodule ansteuernde Steuereinheit gebildet sein, beispielswei ^¬ se also durch einen einzigen MikroController. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Steuereinrichtung im Rahmen der Erfindung aber auch ganz oder teilweise dezentral struktu ^¬ riert sein, indem jedem Umrichtermodul (zumindest auch) eine eigene Steuereinheit zugeordnet ist. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1 in einem schematisch vereinfachten Schaltbild einen

Umrichter mit einem Umrichtermodul, das einen Primär- Schaltkreis zum Anschluss an ein Spannungsnetz, einen

Sekundärschaltkreis zum Anschluss an eine Last, einen zwischengeschalteten Spannungszwischenkreis sowie ei ^¬ ne Steuereinrichtung umfasst, wobei der Primärschalt ^¬ kreis durch einen Einquadrantensteller (Tiefsetzstel- 1er) gebildet ist,

FIG 2 in zwei übereinander angeordneten, synchronen Diagrammen für einen überwiegend motorischen Betrieb des Umrichters gemäß FIG 1 einen beispielhaften Verlauf einer von dem Sekundärschaltkreis an die Last ausge- gebenen Ausgangsspannung, eines durch die Last fließenden Laststroms und der durch den Sekundärschalt ^¬ kreis fließenden elektrischen Ausgangsleistung (unteres Diagramm) sowie den Verlauf des Absolutwertes der Ausgangsspannung, eines Spannungssollwerts für die Regelung einer Zwischenkreisspannung sowie der Zwischenkreisspannung (oberes Diagramm) , FIG 3 in Darstellung gemäß FIG 1 eine alternative Ausfüh ^¬ rungsform des Umrichters, bei der der Primärschalt ^¬ kreis durch einen Zweiquadrantensteller gebildet ist,

FIG 4 in Darstellung gemäß FIG 2 für einen überwiegend ge- neratorischen Betrieb des Umrichters gemäß FIG 3 den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung, des Laststroms und der Ausgangsleistung (unteres Diagramm) sowie des Spannungssollwertes und der Zwischenkreis- spannung (oberes Diagramm) , und

FIG 5 in Darstellung gemäß FIG 1 eine weitere Ausführungs ^¬ form des Umrichters mit mehreren Umrichtermodulen gemäß FIG 3.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.

FIG 1 zeigt einen Umrichter 1 mit einem einzigen (Umrichter-) Modul 2, das durch einen Primärschaltkreis 3, einen Sekundär ^¬ schaltkreis 4 und einen Zwischenkreis 5 gebildet ist. Der Um- richter 1 umfasst des Weiteren eine Steuereinrichtung 6.

Der Primärschaltkreis 3 ist zum eingangsseitigen Anschluss an ein ( Spannungs- ) etz 7 ausgebildet, bei dem es sich im dargestellten Beispiel um ein durch eine Batterie 8 gespeistes Gleichspannungsnetz handelt, und über das dem Primärschalt ^¬ kreis 3 über Eingangsklemmen 9 und 10 eine Batteriespannung U _B zugeführt ist.

Entsprechend ist der Primärschaltkreis 3 als Gleichstromstel- 1er ausgebildet. Konkret handelt es sich bei dem Primär ^¬ schaltkreis 3 im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 um einen Einquadrantensteller in Form eines einfachen Tiefsetzstellers. Der Primärschaltkreis 3 wird hierbei im Wesentlichen gebildet durch einen über die Eingangsklemme 9 mit dem Plus- pol der Batterie 8 verschalteten Halbleiterschalter 11 (der hier als IGBT ausgeführt ist) und eine hierzu in Reihe ge ^¬ schaltete Induktivität 12. Der Primärschaltkreis 3 umfasst des Weiteren eine Diode 13, die in Sperrrichtung zwischen den Emitter des Halbleiterschalters 11 und die mit dem Minuspol der Batterie 8 verbundene Eingangsklemme 10 geschaltet ist.

Der Sekundärschaltkreis 4 ist durch eine einphasige Vollbrü- ckenschaltung (H-Brücke) gebildet. Diese besteht in bekannter Weise aus zwei parallelgeschalteten Halbbrücken 14. Jede Halbbrücke 14 umfasst zwei in Serie geschaltete Halbleiter ^¬ schalter 15 (hier in Form von MOS-FETs) . Ein innerhalb jeder Halbbrücke 14 zwischen den dortigen Halbleiterschaltern 15 angeordneter Mittelabgriff 16 ist hierbei jeweils zum An- schluss einer (hier einphasigen) Last 17 mit einer Ausgangsklemme 18 bzw. 19 des Sekundärschaltkreises 4 verbunden, und gibt im Betrieb eine Ausgangsspannung U _A an die Last 17 aus. Abweichend von der Darstellung gemäß FIG 1 kann der Sekundär- Schaltkreis 4 auch - für die Versorgung einer mehrphasigen (insbesondere dreiphasigen) Last - durch eine mehrphasige Vollbrückenschaltung gebildet sein.

Durch den Zwischenkreis 5 sind der Primärschaltkreis 3 und der Sekundärschaltkreis 4 miteinander verbunden. Der Zwischenkreis 5 umfasst hierzu eine Plusschiene 20 und eine Mi ^¬ nusschiene 21, zwischen die eine ( Zwischenkreis- ) Kapazität 22 in Form von einem oder mehreren Kondensatoren geschaltet ist. Die über der Kapazität 22 abfallende Spannung ist als Zwi- schenkreisspannung U _z bezeichnet.

Die Steuereinrichtung 6 ist im dargestellten Beispiel durch einen MikroController gebildet, in dem ein Steuerprogramm zum automatischen Betrieb des Umrichters 1 softwaretechnisch im- plementiert ist.

Der Umrichter 1 ist insbesondere im Rahmen eines Antriebssys ^¬ tems für ein Elektrofahrzeug (Elektroauto) vorgesehen. Bei der Batterie 8 handelt es sich daher insbesondere um die An- triebsbatterie (Traktionsbatterie) des Fahrzeugs. Bei der Last 17 handelt es sich entsprechend insbesondere um den elektrischen Antriebsmotor des Fahrzeugs oder um eine Phasenwicklung desselben. Beim Ablauf des Steuerprogramms werden durch die Steuerein ^¬ richtung 6 der Halbleiterschalter 11 des Primärschaltkreises 3 sowie die Halbleiterschalter 15 des Sekundärschaltkreises 4 gesteuert. Die Gate-Anschlüsse der Halbleiterschalter 11 und 15 sind hierzu mit der der Steuereinrichtung 6 zur Zuführung von Schaltsignalen C verschaltet. Der Steuereinrichtung 6 ist ferner ein Messwert der Zwischenkreisspannung U _z zugeführt.

Im Betrieb des Umrichters 1 erzeugt die Steuereinrichtung 6 durch entsprechend pulsweitenmodulierte (und somit getaktete) Ansteuerung der Halbleiterschalter 15 die Ausgangsspannung U _A als Wechselspannung mit einer sinusförmigen Abhängigkeit von der Zeit t. Der zeitliche Verlauf der Ausgangsspannung U _A ist im unteren Diagramm der FIG 2 mit durchgezogener Linie einge- tragen.

Die Ausgangsspannung U _A ruft einen durch die Last 17 fließenden Laststrom I _L hervor, dessen ebenfalls sinusförmiger Verlauf im unteren Diagramm der FIG 2 mit gestrichelter Linie eingetragen ist. Aufgrund induktiven Charakters der Last 17 läuft der Laststrom I _L der Ausgangsspannung U _A nach. Dies führt zu einem - mit gegenüber der Ausgangsspannung U _A doppelter Frequenz - oszillierenden Verlauf der von dem Sekundärschaltkreis 4 an die Last 17 abgegebenen (Ausgangs- ) Leis- tung P ₀ (vgl. gepunktete Linie im unteren Diagramm der FIG

2) , die durch das Produkt der Momentanwerte der Ausgangsspannung U _A und des Laststroms I _L gegeben ist:

Wie FIG 2 zu entnehmen ist, wechselt die Leistung P ₀ während jeder Periode der Ausgangsspannung U _A vierfach das Vorzeichen. Der Betrag der Leistung P ₀ ist hierbei überwiegend po ^¬ sitiv. Dies entspricht einem motorischen Leistungsfluss , bei dem elektrische Leistung von dem Sekundärschaltkreis 4 an die Last 17 abgegeben wird. Diese motorischen Leistungsflusspha ^¬ sen sind allerdings unterbrochen von kurzzeitigen generatorischen Leistungsflussphasen, in denen der Betrag der Leistung P ₀ negativ ist und in denen somit elektrische Leistung von der Last 17 in den Zwischenkreis 5 zurückgespeist wird.

Der Halbleiterschalter 11 des Primärkreises 3 wird von der Steuereinrichtung 6 ebenfalls pulsweitenmoduliert (und somit getaktet) angesteuert, so dass die über der Kapazität 22 ab ^¬ fallende Zwischenkreisspannung U _z auf einen Spannungssollwert Uo geregelt wird. In seiner Eigenschaft als Einquadrantensteller kann der Primärschaltkreis 3 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß FIG 1 elektrische Leistung allerdings lediglich von dem Netz 7 in den Zwischenkreis 5 transportieren, nicht aber umgekehrt. Die von der Last 17 in den generatorischen Leistungsflussphasen in den Zwischenkreis 5 rückgespeiste Leistung P ₀ muss daher von der Kapazität 22 aufgenommen werden. Hierdurch steigt während der generatorischen Leistungsflussphasen die Zwischenkreisspannung U _z vorübergehend sprunghaft an. Um zu verhindern, dass - bei vergleichsweise kleiner Ausle ^¬ gung (d.h. vergleichsweise geringer Speicherkapazität) der Kapazität 22 - die Zwischenkreisspannung U _z einen für den Betrieb des Umrichters 1 zulässigen Maximalbetrag U _max (FIG 2) übersteigt, wird nun durch die Steuereinheit 6 der Spannungs- sollwert Uo jeweils vorauseilend vor dem Beginn einer jeden generatorischen Leistungsflussphase erniedrigt, wodurch auch die Zwischenkreisspannung U _z abgesenkt wird. Hierdurch wird die Kapazität 22 bis zum Beginn der generatorischen Leistungsflussphase weitgehend entladen. Das Speichervermögen der Kapazität 22 steht somit nahezu vollständig zur Aufnahme der von der Last 17 während der generatorischen Leistungsfluss ^¬ phase eingespeisten Leistung P ₀ zur Verfügung, wodurch wiederum der Anstieg der Zwischenkreisspannung U _z während der generatorischen Leistungsflussphase minimiert wird.

In bevorzugter Ausbildung des von der Steuereinrichtung 6 durchgeführten Verfahrens wird der Spannungssollwert U ₀ an den Verlauf des Absolutbetrags U _A ⁺ (mit U _A ⁺ = I U _A I ) der Aus- gangsspannung U _A zuzüglich eines vorgegebenen Sicherheitsauf ^¬ schlags (nachfolgend als Offsetspannung U _0ff bezeichnet) ange ^¬ glichen :

Im oberen Diagramm der FIG 2 ist der Verlauf des Spannungs ^¬ sollwertes Uo - sofern sich dieser nicht mit dem Verlauf der Zwischenkreisspannung U _z deckt - mit gepunkteter Linie ange- tragen. Zum Vergleich ist im oberen Diagramm der FIG 2 der

Absolutwert U _A ⁺ der Ausgangsspannung U _A mit durchgezogener Linie dargestellt.

FIG 2 ist zu entnehmen, dass die - dort im oberen Diagramm mit strich-punktierter Linie dargestellte - Zwischenkreis ^¬ spannung U _z infolge der Regelung überwiegend dem Verlauf des Spannungssollwerts Uo folgt. Lediglich im zeitlichen Umfeld der generatorischen Leistungsflussphasen kommt es zu einer vorübergehenden Überhöhung der Zwischenkreisspannung U _z ge- genüber dem Spannungssollwert Uo . Hierbei bleibt der Betrag der Zwischenkreisspannung U _z infolge der vorherigen Entladung der Kapazität 22 aber stets unter dem Maximalbetrag U _max .

FIG 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Umrichters 1. Diese unterscheidet sich von der in FIG 1 dargestellten Aus ^¬ führungsform dadurch, dass der Primärschaltkreis 3 des wiede ^¬ rum einzigen Umrichtermoduls 2 als Zweiquadrantensteller ausgebildet ist. Anstelle des Halbleiterschalters 11, der Induk ^¬ tivität 12 und der Diode 13 des Ausführungsbeispiels gemäß FIG 1 umfasst der Primärschaltkreis 3 gemäß FIG 3 eine Halb ^¬ brücke 30 mit zwei Halbleiterschaltern 31, die in Reihe zuei ^¬ nander zwischen die Plusschiene 20 und die Minusschiene 21 des Zwischenkreises 5 geschaltet sind. Die Eingangsklemme 9 ist hierbei direkt mit der Pulsschiene 20 des Zwischenkreises 5 verschaltet. Die Eingangsklemme 10 ist dagegen mit einem Mittelabgriff 32 zwischen den Halbleiterschaltern 31 der Halbbrücke 30 verschaltet. In der Ausführung gemäß FIG 3 wird der Primärschaltkreis 3 als Hochsetzsteller betrieben. Der Primärschaltkreis 3 wirkt hierzu mit einer der Eingangsklemme 9 im Netz 7 vorgeschalte ^¬ ten Induktivität 33 zusammen (die abweichend von der Darstel- lung gemäß FIG 3 allerdings auch in den Primärschaltkreis 3 integriert sein kann) .

Im Unterschied zu dem Primärschaltkreis 3 gemäß FIG 1 ist der Primärschaltkreis 3 im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 3 sowohl zur Aufnahme von Leistung aus dem Netz 7 als auch zu Rück- speisung von Leistung in das Netz 7 geeignet. Der Umrichter 1 kann daher im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 3 nicht nur im überwiegend motorischen Betrieb gefahren werden, sondern auch in einem überwiegend generatorischen Betrieb. Der überwiegend generatorische Betrieb des Umrichters 1 ist dabei dadurch ge ^¬ kennzeichnet, dass dem Modul 2 über mehrere Perioden der Aus ^¬ gangsspannung U _A mehr Ausgangsleistung P ₀ von der Last 17 zugeführt als an diese abgegeben wird. Zumindest ein Teil die ^¬ ser aufgenommenen Ausgangsleistung P ₀ wird dabei von dem Um- richter 1 in das Netz 7 zurückgespeist.

Solche überwiegend generatorischen Betriebsphasen treten bei einem Antriebssystem für ein Elektrofahrzeug beispielsweise dann auf, wenn der Antriebsmotor zum Abbremsen des Fahrzeugs herangezogen wird. Die kinetische Energie des Fahrzeugs wird hierbei zumindest teilweise in elektrische Energie rekupe- riert .

Je nachdem, ob der Umrichter 1 im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 3 überwiegend motorisch oder überwiegend generatorisch betrieben wird, schaltet die Steuereinrichtung 6 beim Ablauf des darin implementierten Steuerprogramms zwischen zwei verschiedenen Steuermodi um. Der im überwiegend motorischen Betrieb des Umrichters 1 herangezogene Steuermodus gleicht hierbei dem anhand von FIG 2 beschriebenen Verfahren.

Der im überwiegend generatorischen Betrieb des Umrichters 1 von der Steuereinrichtung 6 herangezogene Steuermodus ist da- gegen anhand von FIG 4 näher dargestellt. Wie daraus ersicht ^¬ lich, setzt die Steuereinrichtung 6 hierbei den Spannungs ^¬ sollwert Uo konstant auf einen Wert, der im Wesentlichen dem zulässigen Maximalwert U _max entspricht, letzteren aber vor- zugsweise geringfügig (beispielsweise um maximal 5%) unter ^¬ schreitet .

Wie aus FIG 4 ersichtlich ist, folgt die Zwischenkreisspan- nung U _z infolge der Regelung wiederum weitgehend dem Span- nungssollwert Uo und nimmt somit einen dem Maximalbetrag U _max im Wesentlichen entsprechenden Wert an, so dass die Kapazität 22 in einen Volladezustand gebracht wird. Zu vorübergehenden Einbrüchen der Zwischenkreisspannung U _z (und somit zu erheblichen Abweichungen der Zwischenkreisspannung U _z gegenüber dem Spannungssollwert Uo) kommt es lediglich während kurzzei ^¬ tiger motorischer Leistungsflussphasen. Der in diesen Phasen zur Last 17 hin gerichtete Leistungsfluss kann hierbei aus ^¬ schließlich aus der Kapazität 22 zur Verfügung gestellt werden, so dass eine Umkehr des Leistungsflusses im Primär- Schaltkreis 3 nicht notwendig ist.

In FIG 5 ist schließlich eine dritte Ausführungsform des Umrichters 1 gezeigt. In dieser Ausführungsform umfasst der Umrichter 1 drei Umrichtermodule 2, die primärseitig in Reihe in das Netz 7 geschaltet sind. Jedes Modul 2 entspricht hier ^¬ bei von seinem inneren Aufbau her dem Modul 2 des Umrichters gemäß FIG 3.

Als Last 17 ist an jedes der drei Module 2 vorzugsweise je- weils eine Phasenwicklung eines dreiphasigen Elektromotors angeschlossen .

Der Umrichter 1 umfasst in der Ausführung gemäß FIG 5 als Teil der Steuereinrichtung 6 eine Zentralsteuereinheit 50, die modulübergreifende Steuerprozesse durchführt. Die Zent ^¬ ralsteuereinheit 50 ist vorzugsweise durch einen Mikrocon- troller mit einem darin softwaretechnisch implementierten Steuerprogramm gebildet. Zusätzlich umfasst jedes Modul 2 ei- ne (nicht explizit dargestellte) modulinterne Steuereinheit, die die eigentliche Regelung der jeweiligen Zwischenkreis- spannung U _z vornimmt. Bei dem Umrichter 1 gemäß FIG 5 wird das im Zusammenhang mit FIG 3 und FIG 4 beschriebene Steuerverfahren für jedes Modul 2 individuell durchgeführt. Für jedes Modul 2 wird dabei der Istwert der jeweiligen (Eingangs- ) Leistung P _n , P ₁ 2 bzw. P13 der Zentralsteuereinheit 50 und hier einer jeweils modulspe- zifischen Spannungssteuerung 51 zugeführt, die in Abhängigkeit der jeweiligen Leistung P , P ₁ 2 bzw. P13 einen modulspezifischen Spannungssollwert U ₀₁ , U ₀ 2 bzw. U ₀₃ für das jeweils zugehörige Modul 2 bestimmt. Die Eingangsleistungen Pn, P ₁ 2, P13 werden hierbei von dem jeweiligen Submodul 2 (oder alter- nativ von der Zentralsteuereinheit 50) jeweils aus der Strom ^¬ stärke des im Spannungsnetz 7 fließenden Stroms, der Zwi- schenkreisspannung U _z des jeweiligen Moduls 2 sowie aus dem Aussteuergrad der Halbleiterschalter 31 des Primärschaltkrei ^¬ ses 3 des jeweiligen Moduls 2 berechnet.

Parallel hierzu werden die modulspezifischen Leistungen Pn, P ₁ 2, P13 einem Additionsglied 52 der Zentralsteuereinheit 50 zugeführt, das hieraus eine Summenleistung ΣΡ gemäß

ΣΡ p + p _|_ p berechnet. Die Summenleistung ΣΡ wird in einem nachgeschalte ^¬ ten (Gesamtleistungs- ) Regler 53 mit einem vorgegebenen Gesamtleistungssollwert verglichen. Anhand der resultierenden Gesamtleistungsdifferenz bestimmt dieser Regler 53 einen Kor- rekturterm K zur gemeinsamen Korrektur aller modulspezifischen Spannungssollwerte U ₀₁ , U ₀ 2 und U ₀₃ . Der Korrekturterm K wird hierbei in drei, jeweils einem Modul 2 zugeordneten Ad ^¬ ditionsgliedern 54 jeweils mit dem diesem Modul 2 zugeordne- ten Spannungssollwert U ₀₁ , U ₀ 2 bzw. U ₀₃ addiert. Ein aus dieser Addition jeweils resultierender modifizierter Spannungssollwert Uoi ^x , U ₀ 2 ^λ bzw. U ₀₃ ^λ wird zur Regelung der modulspezi- fischen Zwischenkreisspannung U _z an das jeweilige Modul 2 zurückgeführt .

Der Korrekturterm K wird dabei von dem Gesamtleistungsregler 53 derart bestimmt, dass die von den Modulen 2 in Summe aus dem Netz 7 gezogene (Eingangs- ) Leistung an den Gesamtleistungssollwert angeglichen wird. Bei konstantem Gesamtleis ^¬ tungssollwert wird somit durch die Steuereinrichtung 6 si ^¬ chergestellt, dass die Module 2 in Summe eine im Wesentlichen konstante Leistungsaufnahme zeigen.

Die in FIG 5 dargestellten Komponenten der Steuereinrichtung 6, d.h. die Spannungssteuerungen 51, Additionsglieder 52 und 54 sowie der Gesamtleistungsregler 53 sind vorzugsweise soft- waretechnisch implementiert. Der in FIG 5 gezeigte Umrichter 1 und das zugehörige Regelverfahren können im Rahmen der Erfindung ohne Weiteres auf beliebig viele Module 2 erweitert werden . Auch im Übrigen ist der Umfang der Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr kön ^¬ nen weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung von dem Fach ^¬ mann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der Ausführungsbeispiele be- schriebenen Einzelmerkmale auch in anderer Weise kombiniert werden, ohne von dem Gegenstand der Erfindung abzuweichen. Des Weiteren können einzelne Merkmale der Ausführungsbeispie ^¬ le weggelassen oder ergänzt werden.