WO2016091300A1 - Bidirectional dc/dc controller with a divided intermediate circuit - Google Patents

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WO2016091300A1
WO2016091300A1 PCT/EP2014/077229 EP2014077229W WO2016091300A1 WO 2016091300 A1 WO2016091300 A1 WO 2016091300A1 EP 2014077229 W EP2014077229 W EP 2014077229W WO 2016091300 A1 WO2016091300 A1 WO 2016091300A1
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Marvin TANNHÄUSER
Markus Pfeifer
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a bidirectional DC / DC controller, which is provided for the conversion of electrical power of a DC source, comprising two stacked half ⁇ bridges and two inductors, wherein a positive contact of the DC Source is connected to a positive input of the bidirectional DC / DC adjuster and a negative contact of the DC source is connected to a negative input of the bidirectional DC / DC adjuster.
  • the invention relates to a circuit arrangement which has a multilevel converter and such a bidirectional DC / DC controller.
  • the invention relates to a method for interconnecting a DC system with an AC system having at least one circuit arrangement described above, wherein the
  • Converter circuit is operated as a rectifier and / or as an inverter.
  • the invention also relates to an energy storage system.
  • a bidirectional DC / DC controller is a DC-DC converter that allows power to flow in both directions.
  • the DC / DC controller can work as an up-converter or as a down-converter.
  • Such a bi-directional DC / DC controller is used for example in an energy storage system, which is preferably provided to stabilize the grid, used, which energy due to fluctuating power sources, such as photovoltaic or Windener-, buffering energy generated and to make available at different times ⁇ points.
  • an energy storage in this case directly a power storage, such as a battery, serve or it can be a heat storage or chemical storage, wel- rather, for example via an electrolytic hydrogen spei ⁇ chert, are used.
  • Multilevel converters are converters which provide more than two voltage levels at the output voltage, thereby reducing the harmonic distortion of the output voltage in the load.
  • a multilevel power converter can preferably be used for a single-phase or a three-phase system.
  • a bidirectional DC controller for the conversion of electrical energy of a first DC source and a second DC source comprising an output capacitor ⁇ , wherein a positive contact of the first DC source with a positive DC Output of the bidirectional DC controller and a terminal of the output capacitor is connected is connected, and a negative contact of the second DC source is connected to a negative DC output of the bidirectional DC adjuster and the second terminal of the output capacitor to which an output voltage is applied ,
  • the invention has for its object to provide a DC / DC controller, which, compared to the prior art, has a high efficiency and allows power flow in both directions.
  • a bidirectional ⁇ len DC / DC controller which is intended for the conversion of electrical power of a DC source, which has two stacked half-bridges and two inductors, wherein a positive contact of the DC source with a positive Input of the bidirectional DC / DC adjuster is connected and a negative contact of the DC source is connected to a negative input of the bidirectional DC / DC adjuster, wherein two stacked half-bridges are provided via the on Inductors connected to their middle power connection electrical power from the DC source, wherein the first capacitors is connected in parallel to the upper half-bridge and a second capacitor is connected in parallel to the lower half bridge and the series connection of the two capacitors is designed as a divided intermediate circuit and is provided for establishing a midpoint of an intermediate circuit voltage between the capacitors and the stacked half-bridges.
  • the object is achieved by a circuit arrangement which has a multilevel converter and such a bidirectional DC / DC controller. Furthermore, the object is achieved by a method for interconnecting a DC voltage system with a Komspan ⁇ tion system with at least one such Siemensungsanord ⁇ tion, the power converter circuit is operated as a rectifier and / or as an inverter.
  • an energy storage system which has at least one energy store, at least one AC system and at least one circuit arrangement according to one of claims 7 to 8.
  • the circuit topology described enables bidi ⁇ -directional operation, when the intermediate circuit voltage UDC is greater than the DC voltage UDC, that is, it may be the DC / DC controller to be operated in both directions. This is particularly advantageous in applications in which, for example, a battery is charged by an AC system in one direction and discharged in the other direction. Due to the divided DC link , the output voltage can be tapped via three voltage levels. This is particularly advantageous since the use of multiple voltage levels, for example, in an inverter, the harmonics, which, for example, by a preferably used pulse width modu- lation, or PWM for short, is created and reduced, thus increasing the efficiency of the inverter.
  • the Kapazticianswer- are te of the capacitors the same size and are provided for a gleichmä ⁇ ssige division of intermediate circuit voltage.
  • the circuit is operated so that the voltage drop across the capacitors is equal.
  • This is particularly advantageous ⁇ way as thus to the power semiconductors of the DC / DC actuator, the same voltage, namely, the half falls between ⁇ circuit voltage.
  • the voltage drop is reduced under certain circumstances, depending on the circuit topology, the fol ⁇ constricting electronic components of the connected circuit, such as power semiconductors of a Stromrich- ters. This facilitates the dimensioning of the electronic components, in particular the power semiconductors and made light ⁇ optimize efficiency and component costs.
  • the power semiconductors have a power transistor, in particular an IGBT, and a diode, wherein the diode is connected in parallel as a freewheeling diode to the IGBT in the opposite direction.
  • An insulated gate Bi ⁇ polar transistor, IGBT short is particularly advantageous because it has the advantages of a bipolar transistor, such as good on-state behavior, high reverse voltage and high robustness, and Vor ⁇ share a field effect transistor, namely the almost no ⁇ tionless control, united.
  • Another advantage of an IGBT is also a certain robustness to Kurzschlüs ⁇ sen, since the IGBT limits the load current. By using an antiparallel freewheeling diode, the efficiency of the
  • the bidirectional DC controller can convert energy in both directions by using an anti-parallel diode.
  • the DC / DC controller adapted power semiconductor which are optimized for a low switching losses and have aponsfes ⁇ ACTION which half the intermediate circuit voltage equivalent.
  • An essential factor for limiting the achievable efficiency lies in the losses that occur in the power semiconductors used. In this case, the switching losses that occur at the moment of opening and closing the switch and increase with the switching frequency used play a major role.
  • Manufacturers of the power semiconductors used for these purposes, such as IGBTs offer components with different characteristics.
  • the first capacitor and the first half-bridge are formed as a first Kommut istszel- le and the second capacitor and the second
  • Half bridge formed as a second commutation cell.
  • commutation is the process in which a current flows from one branch to the other.
  • the commutation takes place between the first half-bridge, the first capacitor connected in parallel thereto and between the second half-bridge and the second capacitor connected in parallel thereto.
  • the formation of a Kommut istszelle is above ⁇ geous because so very good commutation and switching behavior is achieved, which increases the efficiency of vorlie ⁇ constricting circuit.
  • the two capacitors and the two inductors have a filtering effect and are intended to reduce harmonic currents resulting from a switching process. This reduction of the harmonic waves reduces known disturbances and further reduces EMC radiation emitted to the environment. In addition, the efficiency of the circuit increases.
  • the bidirectional le DC / DC regulator two stacked half bridges where is connected ⁇ at another upper half-bridge parallel to the upper half ⁇ bridge, another lower half-bridge is paral ⁇ lel connected to the lower half-bridge and two wide ⁇ ren stacked half-bridge for the extraction of electrical power via the attached ⁇ closed at its average power connection inductances of the DC source are provided.
  • This has the advantage that smaller inductances and klei ⁇ nere capacities can be used and that the transistors can be switched quickly. This leads to a cost savings and increases the efficiency of the DC / DC controller.
  • the bidirectional DC / DC controller is controlled via an interleaving method.
  • Distortion ⁇ gen in particular current ripple can be reduced to the DC side.
  • a filter needed for a reduction of the distortions can thus be downsized, so that costs are saved.
  • ⁇ power semiconductors can be used with a smaller chip area, so that a higher switching frequency is possible and thereby the required inductors are smaller.
  • FIG. 1 shows the block diagram of an arrangement for interconnecting a DC voltage system with an AC voltage system
  • FIG. 2 shows a bidirectional DC / DC controller according to the prior art
  • FIG. 3 shows a bidirectional DC / DC controller with a divided one
  • FIG. 1 shows the block diagram of an arrangement for co ⁇ circuit of a DC voltage system 1 with a change ⁇ pannungssystem 3, having a DC / DC controller 2, an intermediate circuit 5 and a power converter 3,.
  • the power converter 3 is operated as an inverter or as a rectifier.
  • An inverter here is an electrical device that converts DC voltage into AC voltage.
  • a rectifier is an electrical device that converts AC voltage to DC.
  • a single-phase system has a phase conductor and a neutral, with the neutral being preferably grounded.
  • DC / DC controller the task to convert the DC voltage UDC of the DC voltage system 1 to the intermediate circuit voltage UZK.
  • the DC / DC controller 2 can be used in step-up and step-down run converter operation, wherein in the boost converter operation, the intermediate circuit voltage UZK is greater than the DC voltage UDC of the DC voltage system 1, while in buck converter operation, the DC link voltage UZK is smaller than the DC voltage UDC of the DC voltage system. 1
  • the intermediate circuit includes at least one energy storage, be ⁇ vorzugt at least one capacitor, and the object is to prevent a phase effect on the double frequency-converter and to minimize the ripple on the DC voltage or the DC current.
  • the operated as a removable ⁇ judge converter 3 has to convert the object, the present at a ⁇ transition of the inverter DC voltage into AC voltage.
  • the inverter operates in a preferred embodiment with turn-off power electronic switches, which may be embodied for example as Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) but also as metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) or switching thyristors, and generates a time-varying voltage, preferably with Help of a pulse width modulation ⁇ (PWM). With a filter, the PWM signal can be smoothed to a sine wave signal.
  • IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistors
  • MOSFETs metal oxide semiconductor field effect transistors
  • PWM pulse width modulation ⁇
  • the power converter 3 When considering the power flow in the opposite direction, ie from the AC voltage system 6 to the DC voltage system 1, the power converter 3 operates as a rectifier and the DC / DC controller has the task of the DC link voltage UZK on the DC voltage UDC DC voltage system 1 to kon ⁇ vertise.
  • FIG. 2 shows a bidirectional DC / DC controller according to the prior art.
  • This has a half bridge 10 to which a capacitor C1 is connected in parallel in such a way that the terminals of the capacitor C1 are connected to the upper power connection 10p and to the lower power connection 10 ⁇ of the half bridge 10.
  • Via an inductance LI, also called coil or choke which is connected to the middle Leis ⁇ pipe connection 10m of the half-bridge 10, the positive input INp of the DC / DC controller 2 connected to the positive contact lp of the DC source 1.
  • the lower power connection 10 ⁇ of the half bridge 10 is connected to the negative input INn of the DC / DC controller 2, which in turn is connected to the negative contact In the DC source 1.
  • an intermediate circuit voltage UZK drops.
  • FIG 3 shows a bi-directional DC / DC controller 2 with split intermediate circuit 5.
  • the DC / DC controller 2 has two died Apel ⁇ te half-bridges 10, 11, the upper Half bridge 10 is connected via its lower power terminal 10 ⁇ with the upper power connection 11p of the lower half-bridge 11p.
  • the upper half bridge 10 of the DC / DC adjuster 2 is connected in parallel with the first capacitor C1, that is, the two terminals of the first capacitor Cl are connected to the upper and lower power terminals 10p, 10 ⁇ of the first half bridge 10.
  • the lower half bridge 11 of the DC / DC regulator 2 is connected in parallel to the second capacitor C2, that is, the two terminals of the second capacitor C2 are connected to the upper and lower power connection 11p, lln of the first half bridge 10.
  • a middle point M of the intermediate circuit voltage from the series circuit of the capacitors C 1 and C 2
  • a divided intermediate circuit is formed, wherein preferably half of the intermediate circuit voltage U ZK drops on each of the two capacitors. Therefore, it is possible by corresponding control of the power semiconductors ⁇ Tl, T2, T3, the output voltage of three voltage level (-U ZK, 0, U ZK) to be output to the output terminals OUT p, OUTm, OUTn.
  • the three output terminals OUTp, OUTm, OUTn form a DC voltage bus 4.
  • the DC / DC adjuster 2 can be used bidirectionally. Via two at the middle power connections 10m, lim of the stacked half-bridges 10, 11 connected coils LI, L2 is electrical power with the aid of the inputs INp, INn from a DC source 1, which has a positive contact lp and ei ⁇ nen negative contact In, removed, the first coil LI at the middle Power terminal 10m of the upper half ⁇ bridge 10 is connected and the second coil L2 at the middle ⁇ mer power connection lim of the lower half bridge 11 is connected ⁇ closed.
  • the first capacitor Cl and the first half ⁇ bridge 10 are formed as a first Kommut réelleszelle Kl and the second capacitor C2 and the second half-bridge 11 are formed as a second Kommut réelleszelle K2. This arrangement minimizes the parasitic effects for the switching operation and thus a very good commutation and switching behavior is achieved.
  • TD1, TD2, TD3 are used TD4 which are optimized for low switching losses, since the DC / DC controller 2 before ⁇ Trains t switched through at a higher frequency than the fundamental frequency. Since the first half-bridge 10 is connected in parallel to the first capacitor Cl of the divided intermediate circuit 5 and the second half-bridge 11 is connected in parallel with the second capacitor C2 of the divided intermediate circuit 5, the circuit topology allows the power semiconductors TD1, TD2, TD3, TD4 to withstand the voltage have, which corresponds to Un ⁇ dangerous half the DC link voltage UZK.
  • the circuit can be simplified, depending on the power ⁇ flow direction.
  • a power semiconductor comprises an IGBT with a freewheeling diode connected in parallel in the opposite direction
  • the circuit can be simplified accordingly.
  • the IGBT of the power semiconductor TD1 and the IGBT of the power semiconductor TD4 may be omitted. This is special ⁇ It benefits in because the cost and complexity of the circuit can be reduced.
  • the circuit for the DC / DC controller 2 can be simplified.
  • a power semiconductor TD1, TD2, TD3, TD4 has an IGBT with a freewheeling diode connected in parallel in the opposite direction, the IGBT may be omitted at certain locations and the
  • the IGBT of the power semiconductor TD1 and the IGBT of the power semiconductor ⁇ conductor TD4 may be omitted in a unidirectional power flow from the DC system 1 to the AC system 6, which is used for example at a Photovol ⁇ voltaic system for feeding power used.
  • the IGBT of the power semiconductor TD2 and the IGBT of the semiconductor processing Leis ⁇ TD3 can be omitted in a unidirectional power flow from the AC system 6 to the DC system. 1 This is particularly advantageous because it reduces the cost and complexity of the scarf ⁇ tion.
  • FIG. 5 shows a bi-directional DC / DC controller 2 with split intermediate circuit 5 and two parallel stacked Halbbrü ⁇ CKEN 10, 11, 12, 13 of the DC / DC controller 2.
  • Both the first stacked half-bridges 10, 11 of the DC / DC Stellers 2 and the other stacked half-bridges 12, 13 of the DC / DC controller 2 take from the DC source 1 electrical power through the connected at its middle power connection 10m, lim, 12m, 13m coils LI, L2, L3, L4.
  • the upper half-bridge 10 and the other upper half-bridge 12 through its upper output terminals 10p connected 12p, their un ⁇ direct power connections 10 ⁇ , 12, and via their power terminals 10p, 10 ⁇ , 12p, 12n in parallel with the first capacitor Cl of the split DC link 4 switched.
  • the lower half-bridge 11 and the further lower half-bridge 13 are connected via their upper power terminals 11p, 13p via their lower power terminals 11n, 13n, and connected across their power terminals 11p, 11n, 13p, 13n in parallel to the second capacitor C2 of the divided one DC link 5 connected.
  • the first coil LI is connected to the middle power connection 10m of the upper half bridge 10 of the DC / DC controller 2
  • the second coil L2 is connected to the middle power connection lim of the lower half bridge 11 of the DC / DC controller 2
  • the third coil L3 is connected at the middle power terminal 12m of the other upper half-bridge 12 of the DC / DC controller 2
  • the fourth Spu ⁇ le L4 is connected at the middle power terminal 13m of the other lower half-bridge 13 of the DC / DC controller.
  • the further upper half-bridge 12 has power semiconductors T5, T6 and the further lower half-bridge 13 has power semiconductors T7, T8, wherein the current which flows via the DC voltage bus 4, on the two upper half-bridges 10, 12 and on the two lower half bridges 11, 13 divides.
  • the half bridges 10, 11, 12, 13 are preferably by a 2-fold interleaving process activated. Since due to the circuit topology, the upper half-bridges 10, 12 and the un ⁇ direct half-bridges 11, 13 are complementary, that is shifted respectively with inverted or 180 degrees PWM signals, are driven in addition to an inverter no further
  • the invention relates to a bidirectional DC / DC converter 2, which is provided for the conversion of electrical power of a DC source 1, comprising two stacked half bridges 10, 11 and two inductors LI, L2, wherein a positive contact lp of the DC source 1 is connected to a po ⁇ sitiven INp input of the bidirectional DC / DC controller 2 and is a negative contact lp of the DC source 1 to a negative input INp of the bidirectional DC / DC controller 2 is connected.
  • the two stacked half bridges 10, 11 are provided for taking electrical power from the DC source 1 via the inductors L 1, L 2 connected at their middle power connection, wherein a first capacitor Cl is connected in parallel to the upper half-bridge 10 and a second capacitor C2 is connected in parallel to the lower half-bridge 11 and wherein the series circuit of the two capacitors C 1, C 2 is designed as a divided intermediate circuit 5 and for producing a center point M of an intermediate circuit voltage U ZK am is provided between the capacitors Cl, C2 and the stacked half-bridges 10a, 10b located point.

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Abstract

The invention relates to a bidirectional DC/DC controller (2) which is provided for the purpose of converting electrical power from a DC source (1), having two stacked half-bridges (10, 11) and two inductances (L1, L2), wherein a positive contact (1p) of the DC source (1) is connected to a positive input (INp) of the bidirectional DC/DC controller (2) and a negative contact (1p) of the DC source (1) is connected to a negative input (INp) of the bidirectional DC/DC controller (2). For high efficiency and a power flow in both directions, it is proposed that the two stacked half-bridges (10, 11) are provided for the purpose of taking electrical power from the DC source (1) via the inductances (L1, L2) connected to their central power connection, wherein a first capacitor (C1) is connected in parallel with the upper half-bridge (10) and a second capacitor (C2) is connected in parallel with the lower half-bridge (11), and wherein the series circuit comprising the two capacitors (C1, C2) is in the form of a divided intermediate circuit (5) and is provided for the purpose of producing a neutral point (M) of an intermediate circuit voltage (UZK) at the point between the capacitors (C1, C2) and the stacked half-bridges (10a, 10b).

Description

Beschreibung description
Bidirektionaler DC/DC-Steller mit geteiltem Zwischenkreis Die Erfindung betrifft einen bidirektionalen DC/DC-Steller, welcher für die Konversion von elektrischer Leistung einer DC-Quelle vorgesehen ist, aufweisend zwei gestapelte Halb¬ brücken und zwei Induktivitäten, wobei ein positiver Kontakt der DC-Quelle mit einem positiven Eingang des bidirektionalen DC/DC-Stellers verbunden ist und ein negativer Kontakt der DC-Quelle mit einem negativen Eingang des bidirektionalen DC/DC-Stellers verbunden ist. The invention relates to a bidirectional DC / DC controller, which is provided for the conversion of electrical power of a DC source, comprising two stacked half ¬ bridges and two inductors, wherein a positive contact of the DC Source is connected to a positive input of the bidirectional DC / DC adjuster and a negative contact of the DC source is connected to a negative input of the bidirectional DC / DC adjuster.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Schaltungsanordnung, welche einen Multilevel-Stromrichter und einen derartigen bidirektionalen DC/DC-Steller aufweist. Furthermore, the invention relates to a circuit arrangement which has a multilevel converter and such a bidirectional DC / DC controller.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Zusammenschaltung eines DC-Systems mit einem AC-System mit mindestens einer oben beschriebenen Schaltungsanordnung, wobei die Furthermore, the invention relates to a method for interconnecting a DC system with an AC system having at least one circuit arrangement described above, wherein the
Stromrichter-Schaltung als Gleichrichter und/oder als Wechselrichter betrieben wird.  Converter circuit is operated as a rectifier and / or as an inverter.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Energiespeicher-System. The invention also relates to an energy storage system.
Ein bidirektionaler DC/DC-Steller ist ein Gleichspannungswandler, welcher einen Leistungsfluss in beide Richtungen ermöglicht. Dabei kann der DC/DC-Steller als Aufwärtssteller oder als Abwärtssteller arbeiten. A bidirectional DC / DC controller is a DC-DC converter that allows power to flow in both directions. The DC / DC controller can work as an up-converter or as a down-converter.
Ein derartiger bidirektionalen DC/DC-Steller kommt beispielsweise in einem Energiespeicher-System, welches bevorzugt zur Netzstabilisierung vorgesehen ist, zum Einsatz, welche durch fluktuierende Stromquellen, wie Photovoltaik oder Windener- gie, erzeugte Energie puffern und zu unterschiedlichen Zeit¬ punkten nutzbar machen. Als Energiespeicher kann hierbei direkt ein Stromspeicher, wie beispielsweise ein Akku, dienen oder es kann ein Wärmespeicher oder chemischer Speicher, wel- eher beispielsweise über eine Elektrolyse Wasserstoff spei¬ chert, zum Einsatz kommen. Durch den Ladevorgang und den Entladevorgang des verwendeten Energiespeichers im Energie¬ speicher-System findet der Leistungsfluss in zwei Richtungen statt. Such a bi-directional DC / DC controller is used for example in an energy storage system, which is preferably provided to stabilize the grid, used, which energy due to fluctuating power sources, such as photovoltaic or Windener-, buffering energy generated and to make available at different times ¬ points. As an energy storage in this case directly a power storage, such as a battery, serve or it can be a heat storage or chemical storage, wel- rather, for example via an electrolytic hydrogen spei ¬ chert, are used. By the charging process and the discharge of the energy storage used in the energy ¬ storage system, the power flow takes place in two directions.
Als Multilevel-Stromrichter werden Stromrichter bezeichnet, die an der Ausgangsspannung mehr als zwei Spannungsniveaus bereitstellen, wodurch die harmonische Verzerrung der Aus- gangsspannung in der Last reduziert wird. Ein Multilevel- Stromrichter kann je nach Anwendung bevorzugt für ein einphasiges oder ein dreiphasiges System verwendet werden. Multilevel converters are converters which provide more than two voltage levels at the output voltage, thereby reducing the harmonic distortion of the output voltage in the load. Depending on the application, a multilevel power converter can preferably be used for a single-phase or a three-phase system.
Aus der EP 2517344 Bl ist ein bidirektionaler DC-Steller für die Wandlung von elektrischer Energie einer ersten DC-Quelle und einer zweiten DC-Quelle bekannt, umfassend einen Aus¬ gangskondensator, wobei ein positiver Kontakt der ersten DC- Quelle mit einem positiven DC-Ausgang des bidirektionalen DC- Stellers und einem Anschluss des Ausgangskondensators verbun- den ist, und ein negativer Kontakt der zweiten DC-Quelle mit einem negativen DC-Ausgang des bidirektionalen DC-Stellers und dem zweiten Anschluss des Ausgangskondensators verbunden ist, an welchem eine Ausgangsspannung anliegt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen DC/DC-Steller anzugeben, welcher, im Vergleich zum Stand der Technik, eine hohe Effizienz aufweist und einen Leistungsfluss in beide Richtungen ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen bidirektiona¬ len DC/DC-Steller, welcher für die Konversion von elektrischer Leistung einer DC-Quelle vorgesehen ist, gelöst welcher zwei gestapelte Halbbrücken und zwei Induktivitäten aufweist, wobei ein positiver Kontakt der DC-Quelle mit einem positiven Eingang des bidirektionalen DC/DC-Stellers verbunden ist und ein negativer Kontakt der DC-Quelle mit einem negativen Eingang des bidirektionalen DC/DC-Stellers verbunden ist, wobei zwei gestapelte Halbbrücken dafür vorgesehen sind über die an ihrem mittleren Leistungsanschluss angeschlossene Induktivi¬ täten elektrische Leistung aus der DC-Quelle zu entnehmen, wobei die erste Kondensatoren parallel zur oberen Halbbrücke geschaltet ist und eine zweite Kondensator parallel zur unte- ren Halbbrücke geschaltet ist und die Serienschaltung der beiden Kondensatoren als geteilter Zwischenkreis ausgebildet ist und zur Herstellung eines Mittelpunkts einer Zwischen- kreisspannung zwischen den Kondensatoren und den gestapelten Halbbrücken befindlichen Punkt vorgesehen ist. From EP 2517344 Bl a bidirectional DC controller for the conversion of electrical energy of a first DC source and a second DC source is known, comprising an output capacitor ¬ , wherein a positive contact of the first DC source with a positive DC Output of the bidirectional DC controller and a terminal of the output capacitor is connected is connected, and a negative contact of the second DC source is connected to a negative DC output of the bidirectional DC adjuster and the second terminal of the output capacitor to which an output voltage is applied , The invention has for its object to provide a DC / DC controller, which, compared to the prior art, has a high efficiency and allows power flow in both directions. This object is achieved by a bidirectional ¬ len DC / DC controller, which is intended for the conversion of electrical power of a DC source, which has two stacked half-bridges and two inductors, wherein a positive contact of the DC source with a positive Input of the bidirectional DC / DC adjuster is connected and a negative contact of the DC source is connected to a negative input of the bidirectional DC / DC adjuster, wherein two stacked half-bridges are provided via the on Inductors connected to their middle power connection electrical power from the DC source, wherein the first capacitors is connected in parallel to the upper half-bridge and a second capacitor is connected in parallel to the lower half bridge and the series connection of the two capacitors is designed as a divided intermediate circuit and is provided for establishing a midpoint of an intermediate circuit voltage between the capacitors and the stacked half-bridges.
Weiterhin wird die Aufgabe durch eine Schaltungsanordnung, welche einen Multilevel-Stromrichter und einen derartigen bidirektionalen DC/DC-Steller aufweist. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Zusammenschaltung eines Gleichspannungssystems mit einem Wechselspan¬ nungssystem mit mindestens einer derartigen Schaltungsanord¬ nung gelöst, wobei die Stromrichter-Schaltung als Gleichrichter und/oder als Wechselrichter betrieben wird. Furthermore, the object is achieved by a circuit arrangement which has a multilevel converter and such a bidirectional DC / DC controller. Furthermore, the object is achieved by a method for interconnecting a DC voltage system with a Wechselspan ¬ tion system with at least one such Schaltungsanord ¬ tion, the power converter circuit is operated as a rectifier and / or as an inverter.
Die Aufgabe wird außerdem durch ein Energiespeicher-System, welches mindestens einen Energiespeicher, mindestens ein AC- System und mindestens eine Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 8 aufweist gelöst. The object is also achieved by an energy storage system which has at least one energy store, at least one AC system and at least one circuit arrangement according to one of claims 7 to 8.
Die beschriebene Schaltungstopologie ermöglicht einen bidi¬ rektionalen Betrieb wenn die Zwischenkreisspannung UZK größer ist als die DC-Spannung UDC, das heißt es kann der DC/DC- Steller in beide Richtungen betrieben werden. Dies ist beson- ders vorteilhaft bei Anwendungen bei denen beispielsweise ein Akku von einem Wechselstromsystem in eine Richtung geladen und in die andere Richtung entladen wird. Durch den geteilten Zwischenkreis, kann die Ausgangsspannung über drei Spannungs¬ level abgegriffen werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da sich durch die Verwendung mehrerer Spannungslevels beispiels¬ weise bei einem Wechselrichter die Oberwellen, welche beispielsweise durch eine bevorzugt verwendete Pulsweitenmodu- lation, kurz PWM, entstehen, reduzieren und sich so die Effizienz des Wechselrichters erhöht. The circuit topology described enables bidi ¬-directional operation, when the intermediate circuit voltage UDC is greater than the DC voltage UDC, that is, it may be the DC / DC controller to be operated in both directions. This is particularly advantageous in applications in which, for example, a battery is charged by an AC system in one direction and discharged in the other direction. Due to the divided DC link , the output voltage can be tapped via three voltage levels. This is particularly advantageous since the use of multiple voltage levels, for example, in an inverter, the harmonics, which, for example, by a preferably used pulse width modu- lation, or PWM for short, is created and reduced, thus increasing the efficiency of the inverter.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Kapazitätswer- te der Kondensatoren gleich groß und sind für eine gleichmä¬ ßige Teilung der Zwischenkreisspannung vorgesehen. Die Schaltung wird dabei so betrieben, dass der Spannungsabfall an den Kondensatoren gleich groß ist. Dies ist besonders vorteil¬ haft, da folglich an den Leistungshalbleitern des DC/DC- Stellers die gleiche Spannung, nämlich die halbe Zwischen¬ kreisspannung abfällt. Auch reduziert sich unter Umständen, je nach Schaltungstopologie, der Spannungsabfall an den fol¬ genden elektronischen Bauelementen der angeschlossenen Schaltung wie beispielsweise Leistungshalbleiter eines Stromrich- ters . Dies erleichtert die Dimensionierung der elektronischen Bauelemente insbesondere der Leistungshalbleiter und ermög¬ licht eine Optimierung der Effizienz und der Bauteilkosten. In an advantageous embodiment, the Kapazitätswer- are te of the capacitors the same size and are provided for a gleichmä ¬ ssige division of intermediate circuit voltage. The circuit is operated so that the voltage drop across the capacitors is equal. This is particularly advantageous ¬ way as thus to the power semiconductors of the DC / DC actuator, the same voltage, namely, the half falls between ¬ circuit voltage. The voltage drop is reduced under certain circumstances, depending on the circuit topology, the fol ¬ constricting electronic components of the connected circuit, such as power semiconductors of a Stromrich- ters. This facilitates the dimensioning of the electronic components, in particular the power semiconductors and made light ¬ optimize efficiency and component costs.
In besonders vorteilhafter Weise weisen die Leistungshalblei- ter einen Leistungstransistor, insbesondere einen IGBT, und eine Diode auf, wobei die Diode als Freilaufdiode dem IGBT in Gegenrichtung parallelgeschaltet ist. Ein Insulated-Gate Bi¬ polar Transistor, kurz IGBT, ist besonders vorteilhaft, da er die Vorteile eines Bipolartransistors, wie gutes Durchlass- verhalten, hohe Sperrspannung und hohe Robustheit, und Vor¬ teile eines Feldeffekttransistors, nämlich die nahezu leis¬ tungslose Ansteuerung, vereinigt. Ein weiterer Vorteil eines IGBTs ist auch eine gewisse Robustheit gegenüber Kurzschlüs¬ sen, da der IGBT den Laststrom begrenzt. Durch die Verwendung einer antiparallelen Freilaufdiode wird die Effizienz desIn a particularly advantageous manner, the power semiconductors have a power transistor, in particular an IGBT, and a diode, wherein the diode is connected in parallel as a freewheeling diode to the IGBT in the opposite direction. An insulated gate Bi ¬ polar transistor, IGBT short, is particularly advantageous because it has the advantages of a bipolar transistor, such as good on-state behavior, high reverse voltage and high robustness, and Vor ¬ share a field effect transistor, namely the almost no ¬ tionless control, united. Another advantage of an IGBT is also a certain robustness to Kurzschlüs ¬ sen, since the IGBT limits the load current. By using an antiparallel freewheeling diode, the efficiency of the
DC/DC-Stellers bei hartem Schalten erhöht. Außerdem kann der bidirektionale DC-Steller durch die Verwendung einer antiparallelen Diode Energie in beide Richtungen umwandeln. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der DC/DC-Steller angepasste Leistungshalbleiter auf, welche hinsichtlich geringer Schaltverluste optimiert sind und eine Spannungsfes¬ tigkeit aufweisen, welche der halben Zwischenkreisspannung entspricht. Ein wesentlicher Faktor zur Begrenzung des erreichbaren Wirkungsgrades liegt in den Verlusten, die in den verwendeten Leistungshalbleitern auftreten. Dabei spielen die Schaltverluste, die im Moment des Öffnens und Schließens des Schalters auftreten und mit der verwendeten Schaltfrequenz ansteigen eine große Rolle. Hersteller der zu diesen Zwecken eingesetzten Leistungshalbleiter, wie beispielsweise IGBTs, bieten Komponenten mit verschiedenen Eigenschaften an. Es ist zur Erreichung einer hohen Effizienz des DC/DC-Stellers vor- teilhaft hinsichtlich geringer Schaltverluste optimierte Leistungshalbleiter zu verwenden. Außerdem erzeugen Leistungshalbleiter, die eine höhere Spannungsfestigkeit aufwei¬ sen und daher zum Schalten höherer Spannungen geeignet sind, bei gegebener Schaltfrequenz signifikant höhere Schaltverlus- te als Leistungshalbleiter, welche eine geringere Spannungs¬ festigkeit aufweisen. Die angegebene Schaltungstopologie er¬ laubt es, dass die Leistungshalbleiter nur eine maximale Spannungsfestigkeit aufweisen müssen, welche der halben Zwi- schenkreisspannung entspricht. Dies ist besonders vorteil- haft, da durch die optimierten Leistungshalbleiter ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird. DC / DC controller increased during hard switching. In addition, the bidirectional DC controller can convert energy in both directions by using an anti-parallel diode. In a preferred embodiment, the DC / DC controller adapted power semiconductor, which are optimized for a low switching losses and have a Spannungsfes ¬ ACTION which half the intermediate circuit voltage equivalent. An essential factor for limiting the achievable efficiency lies in the losses that occur in the power semiconductors used. In this case, the switching losses that occur at the moment of opening and closing the switch and increase with the switching frequency used play a major role. Manufacturers of the power semiconductors used for these purposes, such as IGBTs, offer components with different characteristics. In order to achieve a high efficiency of the DC / DC controller, it is advantageous to use optimized power semiconductors with regard to low switching losses. Also generate power semiconductor, which are a higher dielectric strength aufwei ¬ sen, and therefore, suitable for switching high voltages, for a given switching frequency significantly higher Schaltverlus- te as a power semiconductor, which have a lower voltage ¬ resistance. The indicated circuit topology he ¬ laubt it that the power semiconductors are required to have only a maximum withstand voltage, which corresponds to half the intermediate circuit voltage. This is particularly advantageous since a high degree of efficiency is achieved by the optimized power semiconductors.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der erste Kondensator und die erste Halbbrücke als eine erste Kommutierungszel- le ausgebildet und der zweite Kondensator und die zweiteIn an advantageous embodiment, the first capacitor and the first half-bridge are formed as a first Kommutierungszel- le and the second capacitor and the second
Halbbrücke als eine zweite Kommutierungszelle ausgebildet. Als Kommutierung bezeichnet man in der Leistungselektronik den Vorgang, bei dem ein Stromfluss von einem Zweig zum anderen übergeht. In der vorliegenden Ausführungsform findet die Kommutierung zwischen der ersten Halbbrücke, dem parallel dazu geschalteten ersten Kondensator und zwischen der zweiten Halbbrücke und dem parallel dazu geschalteten zweiten Kondensator statt. Die Ausbildung einer Kommutierungszelle ist vor¬ teilhaft, da so ein sehr gutes Kommutierungsverhalten und Schaltverhalten erreicht wird, was die Effizienz der vorlie¬ genden Schaltung erhöht. In besonders vorteilhafter Weise weisen die beiden Kondensatoren und die beiden Induktivitäten eine Filterwirkung auf und sind dafür vorgesehen durch einen Schaltvorgang entstehende Oberwellen zu reduzieren. Diese Reduktion der Oberwel- len verkleinert bekannte Störungen und verringert desweiteren an die Umgebung abgegebene EMV-Strahlung . Außerdem erhöht sich die Effizienz der Schaltung. Half bridge formed as a second commutation cell. In power electronics, commutation is the process in which a current flows from one branch to the other. In the present embodiment, the commutation takes place between the first half-bridge, the first capacitor connected in parallel thereto and between the second half-bridge and the second capacitor connected in parallel thereto. The formation of a Kommutierungszelle is above ¬ geous because so very good commutation and switching behavior is achieved, which increases the efficiency of vorlie ¬ constricting circuit. In a particularly advantageous manner, the two capacitors and the two inductors have a filtering effect and are intended to reduce harmonic currents resulting from a switching process. This reduction of the harmonic waves reduces known disturbances and further reduces EMC radiation emitted to the environment. In addition, the efficiency of the circuit increases.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der bidirektiona- le DC/DC-Steller zwei weitere gestapelte Halbbrücken auf, wo¬ bei eine weitere obere Halbbrücke parallel zur oberen Halb¬ brücke geschaltet ist, eine weitere untere Halbbrücke paral¬ lel zur unteren Halbbrücke geschaltet ist und die zwei weite¬ ren gestapelte Halbbrücken zur Entnahme von elektrischer Leistung über die an ihrem mittleren Leistungsanschluss ange¬ schlossenen Induktivitäten aus der DC-Quelle vorgesehen sind. Dies hat den Vorteil, dass kleinere Induktivitäten und klei¬ nere Kapazitäten verwendet werden können und dass die Transistoren schneller geschaltet werden können. Dies führt zu einer Kostenersparnis und erhöht den Wirkungsgrad des DC/DC- Stellers . In an advantageous embodiment, the bidirectional le DC / DC regulator two stacked half bridges, where is connected ¬ at another upper half-bridge parallel to the upper half ¬ bridge, another lower half-bridge is paral ¬ lel connected to the lower half-bridge and two wide ¬ ren stacked half-bridge for the extraction of electrical power via the attached ¬ closed at its average power connection inductances of the DC source are provided. This has the advantage that smaller inductances and klei ¬ nere capacities can be used and that the transistors can be switched quickly. This leads to a cost savings and increases the efficiency of the DC / DC controller.
In besonders vorteilhafter Weise wird der bidirektionale DC/DC-Steller über ein Interleaving-Verfahren angesteuert. In a particularly advantageous manner, the bidirectional DC / DC controller is controlled via an interleaving method.
Dies ist besonders vorteilhaft, weil hierdurch die Verzerrun¬ gen, insbesondere Strom-Rippel , auf der DC-Seite reduziert werden. Beispielsweise ein für eine Reduzierung der Verzerrungen benötigtes Filter kann somit verkleinert werden, so- dass Kosten eingespart werden. Des Weiteren können Leistungs¬ halbleiter mit einer kleineren Chipfläche eingesetzt werden, sodass eine höhere Schaltfrequenz möglich wird und hierdurch die benötigten induktiven Bauelemente kleiner werden. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert . Es zeigen: This is particularly advantageous because the Distortion ¬ gen, in particular current ripple can be reduced to the DC side. For example, a filter needed for a reduction of the distortions can thus be downsized, so that costs are saved. Furthermore ¬ power semiconductors can be used with a smaller chip area, so that a higher switching frequency is possible and thereby the required inductors are smaller. In the following the invention will be described and explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures. Show it:
FIG 1 das Blockschaltbild einer Anordnung zur Zusammenschaltung eines Gleichspannungssystems mit einem Wechselspannungssystem, 1 shows the block diagram of an arrangement for interconnecting a DC voltage system with an AC voltage system,
FIG 2 einen bidirektionalen DC/DC-Steller nach dem Stand der Technik, FIG 3 einen bidirektionalen DC/DC-Steller mit geteiltem 2 shows a bidirectional DC / DC controller according to the prior art, FIG. 3 shows a bidirectional DC / DC controller with a divided one
Zwischenkreis ,  DC link,
FIG 4 eine Schaltungsanordnung mit einem bidirektionalen 4 shows a circuit arrangement with a bidirectional
DC/DC-Steller mit geteiltem Zwischenkreis und einem Multilevel-Stromrichter, und  DC / DC controller with split DC link and a multilevel converter, and
FIG 5 einen bidirektionalen DC/DC-Steller mit geteiltem 5 shows a bidirectional DC / DC controller with split
Zwischenkreis und zwei parallelen gestapelten Halb¬ brücken . DC link and two parallel stacked half ¬ bridges.
FIG 1 zeigt das Blockschaltbild einer Anordnung zur Zusammen¬ schaltung eines Gleichspannungssystems 1 mit einem Wechsels¬ pannungssystem 3, welches einen DC/DC-Steller 2, einen Zwischenkreis 5 und einen Stromrichter 3, aufweist. Je nach Leistungsflussrichtung wird der Stromrichter 3 als Wechselrichter oder als Gleichrichter betrieben. Ein Wechselrichter ist hierbei ein elektrisches Gerät, welches Gleichspannung in Wechselspannung konvertiert. Ein Gleichrichter ist ein elektrisches Gerät, welches Wechselspannung in Gleichspannung konvertiert. Ein einphasiges System weist einen Phasenleiter und einem Nullleiter auf, wobei der Nullleiter bevorzugt geerdet ist. 1 shows the block diagram of an arrangement for co ¬ circuit of a DC voltage system 1 with a change ¬ pannungssystem 3, having a DC / DC controller 2, an intermediate circuit 5 and a power converter 3,. Depending on the power flow direction, the power converter 3 is operated as an inverter or as a rectifier. An inverter here is an electrical device that converts DC voltage into AC voltage. A rectifier is an electrical device that converts AC voltage to DC. A single-phase system has a phase conductor and a neutral, with the neutral being preferably grounded.
Betrachtet man die Leistungsflussrichtung vom Gleichspan- nungssystems 1 zum Wechselspannungssystem 6, so hat der If one considers the power flow direction from the DC voltage system 1 to the AC voltage system 6, then the
DC/DC-Steller die Aufgabe die DC-Spannung UDC des Gleichspannungssystems 1 auf die Zwischenkreisspannung UZK zu konvertieren. Dabei kann der DC/DC-Steller 2 im Hoch- und Tiefsetz- steller-Betrieb laufen, wobei im Hochsetzsteller-Betrieb die Zwischenkreisspannung UZK größer ist als die DC-Spannung UDC des Gleichspannungssystems 1, während im Tiefsetzsteller- Betrieb die Zwischenkreisspannung UZK kleiner ist als die DC- Spannung UDC des Gleichspannungssystems 1. DC / DC controller the task to convert the DC voltage UDC of the DC voltage system 1 to the intermediate circuit voltage UZK. In this case, the DC / DC controller 2 can be used in step-up and step-down run converter operation, wherein in the boost converter operation, the intermediate circuit voltage UZK is greater than the DC voltage UDC of the DC voltage system 1, while in buck converter operation, the DC link voltage UZK is smaller than the DC voltage UDC of the DC voltage system. 1
Der Zwischenkreis weist mindestens einen Energiespeicher, be¬ vorzugt mindestens einen Kondensator, auf und hat die Aufgabe eine Netzrückwirkung auf der doppelten Stromrichter-Frequenz zu verhindern und die Welligkeit der Gleichspannung beziehungsweise des Gleichstromes zu minimieren. Der als Wechsel¬ richter betriebene Stromrichter 3 hat die Aufgabe die am Ein¬ gang des Wechselrichters anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung zu konvertieren. Der Wechselrichter arbeitet in einer bevorzugten Ausführung mit abschaltbaren leistungselektronischen Schaltern, welche beispielsweise als Insulated Gate Bipolar Transistoren (IGBTs) aber auch als Metall-Oxid- Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) oder Schaltthyristoren ausgeführt sein können, und erzeugt eine zeitlich veränderliche Spannung, bevorzugt mit Hilfe einer Pulsweiten¬ modulation (PWM) . Mit einem Filter kann das PWM-Signal zu einem Sinus-Signal geglättet werden. The intermediate circuit includes at least one energy storage, be ¬ vorzugt at least one capacitor, and the object is to prevent a phase effect on the double frequency-converter and to minimize the ripple on the DC voltage or the DC current. The operated as a removable ¬ judge converter 3 has to convert the object, the present at a ¬ transition of the inverter DC voltage into AC voltage. The inverter operates in a preferred embodiment with turn-off power electronic switches, which may be embodied for example as Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs) but also as metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) or switching thyristors, and generates a time-varying voltage, preferably with Help of a pulse width modulation ¬ (PWM). With a filter, the PWM signal can be smoothed to a sine wave signal.
Bei der Betrachtung des Leistungsflusses in Gegenrichtung, also vom Wechselspannungssystem 6 zum Gleichspannungssystem 1, arbeitet der Stromrichter 3 als Gleichrichter und der DC/DC-Steller hat die Aufgabe die Zwischenkreisspannung UZK auf die DC-Spannung UDC des Gleichspannungssystems 1 zu kon¬ vertieren . When considering the power flow in the opposite direction, ie from the AC voltage system 6 to the DC voltage system 1, the power converter 3 operates as a rectifier and the DC / DC controller has the task of the DC link voltage UZK on the DC voltage UDC DC voltage system 1 to kon ¬ vertise.
FIG 2 zeigt einen bidirektionalen DC/DC-Steller nach dem Stand der Technik. Dieser weist eine Halbbrücke 10 auf zu der einem Kondensator Cl derartig parallel geschaltet ist, dass die Anschlüsse des Kondensators Cl mit dem oberen Leistungs- anschluss 10p und mit dem unteren Leistungsanschluss 10η der Halbbrücke 10 verbunden sind. Über eine Induktivität LI, auch Spule oder Drossel genannt, welche mit dem mittleren Leis¬ tungsanschluss 10m der Halbbrücke 10 verbunden ist, ist der positive Eingang INp des DC/DC-Stellers 2 mit dem positiven Kontakt lp der DC-Quelle 1 verbunden. Der untere Leistungsan- schluss 10η der Halbbrücke 10 ist mit dem negativen Eingang INn des DC/DC-Stellers 2 verbunden, welcher wiederum mit dem negativen Kontakt In der DC-Quelle 1 verbunden ist. An dem Kondensator Cl, welcher den Zwischenkreis bildet, fällt eine Zwischenkreisspannung UZK ab. Die beiden Ausgangsanschlüsse OUTp, OUTn bilden einen DC-Spannungsbus 4. FIG 3 zeigt einen bidirektionalen DC/DC-Steller 2 mit geteiltem Zwischenkreis 5. Der DC/DC-Steller 2 weist zwei gestapel¬ te Halbbrücken 10, 11 auf, wobei die obere Halbbrücke 10 über ihren unterer Leistungsanschluss 10η mit dem oberen Leis- tungsanschluss 11p der unteren Halbbrücke 11p verbunden ist. Die obere Halbbrücke 10 des DC/DC-Stellers 2 ist parallel zum ersten Kondensator Cl geschaltet, das heißt die beiden Anschlüsse des ersten Kondensators Cl sind mit dem oberen und unteren Leistungsanschluss 10p, 10η der ersten Halbbrücke 10 verbunden. Analog ist die untere Halbbrücke 11 des DC/DC- Stellers 2 parallel zum zweiten Kondensator C2 geschaltet, das heißt die beiden Anschlüsse des zweiten Kondensators C2 sind mit dem oberen und unteren Leistungsanschluss 11p, lln der ersten Halbbrücke 10 verbunden. Mit der Herstellung eines Mittelpunkts M der Zwischenkreisspannung aus der Serienschal- tung der Kondensatoren Cl und C2 entsteht ein geteilter Zwischenkreis, wobei bevorzugt an jeder der beiden Kondensatoren die halbe Zwischenkreisspannung UZK abfällt. Daher ist es möglich durch eine entsprechende Ansteuerung der Leistungs¬ halbleiter Tl, T2, T3 die Ausgangsspannung über drei Span- nungslevel (-UZK, 0, UZK) an den Ausgangsanschlüssen OUTp, OUTm, OUTn auszugeben. Die drei Ausgangsanschlüsse OUTp, OUTm, OUTn bilden einen DC-Spannungsbus 4. 2 shows a bidirectional DC / DC controller according to the prior art. This has a half bridge 10 to which a capacitor C1 is connected in parallel in such a way that the terminals of the capacitor C1 are connected to the upper power connection 10p and to the lower power connection 10η of the half bridge 10. Via an inductance LI, also called coil or choke which is connected to the middle Leis ¬ pipe connection 10m of the half-bridge 10, the positive input INp of the DC / DC controller 2 connected to the positive contact lp of the DC source 1. The lower power connection 10η of the half bridge 10 is connected to the negative input INn of the DC / DC controller 2, which in turn is connected to the negative contact In the DC source 1. At the capacitor Cl, which forms the intermediate circuit, an intermediate circuit voltage UZK drops. The two output terminals OUTp, OUTn form a DC voltage bus 4. FIG 3 shows a bi-directional DC / DC controller 2 with split intermediate circuit 5. The DC / DC controller 2 has two died Apel ¬ te half-bridges 10, 11, the upper Half bridge 10 is connected via its lower power terminal 10η with the upper power connection 11p of the lower half-bridge 11p. The upper half bridge 10 of the DC / DC adjuster 2 is connected in parallel with the first capacitor C1, that is, the two terminals of the first capacitor Cl are connected to the upper and lower power terminals 10p, 10η of the first half bridge 10. Analogously, the lower half bridge 11 of the DC / DC regulator 2 is connected in parallel to the second capacitor C2, that is, the two terminals of the second capacitor C2 are connected to the upper and lower power connection 11p, lln of the first half bridge 10. With the production of a middle point M of the intermediate circuit voltage from the series circuit of the capacitors C 1 and C 2, a divided intermediate circuit is formed, wherein preferably half of the intermediate circuit voltage U ZK drops on each of the two capacitors. Therefore, it is possible by corresponding control of the power semiconductors ¬ Tl, T2, T3, the output voltage of three voltage level (-U ZK, 0, U ZK) to be output to the output terminals OUT p, OUTm, OUTn. The three output terminals OUTp, OUTm, OUTn form a DC voltage bus 4.
Durch die Verwendung von insgesamt vier Leistungshalbleitern TD1, TD2, TD3, TD4, welche bevorzugt als IGBTs mit parallel geschalteter antiparalleler Freilaufdiode ausgeführt sind, kann der DC/DC-Steller 2 bidirektional verwendet werden. Über zwei an den mittleren Leistungsanschlüssen 10m, lim der ge- stapelten Halbbrücken 10, 11 angeschlossenen Spulen LI, L2 wird elektrische Leistung mit Hilfe der Eingänge INp, INn aus einer DC-Quelle 1, welche einen positiven Kontakt lp und ei¬ nen negativen Kontakt In aufweist, entnommen, wobei die erste Spule LI am mittleren Leistungsanschluss 10m der oberen Halb¬ brücke 10 angeschlossen ist und die zweite Spule L2 am mitt¬ leren Leistungsanschluss lim der unteren Halbbrücke 11 ange¬ schlossen ist. Der erste Kondensator Cl und die erste Halb¬ brücke 10 sind als eine erste Kommutierungszelle Kl ausgebil- det und der zweite Kondensator C2 und die zweite Halbbrücke 11 sind als eine zweite Kommutierungszelle K2 ausgebildet. Diese Anordnung minimiert die parasitären Effekte für den Schaltvorgang und es wird so ein sehr gutes Kommutierungsverhalten und Schaltverhalten erreicht. By using a total of four power semiconductors TD1, TD2, TD3, TD4, which are preferably designed as IGBTs with parallel-connected antiparallel freewheeling diode, the DC / DC adjuster 2 can be used bidirectionally. Via two at the middle power connections 10m, lim of the stacked half-bridges 10, 11 connected coils LI, L2 is electrical power with the aid of the inputs INp, INn from a DC source 1, which has a positive contact lp and ei ¬ nen negative contact In, removed, the first coil LI at the middle Power terminal 10m of the upper half ¬ bridge 10 is connected and the second coil L2 at the middle ¬ mer power connection lim of the lower half bridge 11 is connected ¬ closed. The first capacitor Cl and the first half ¬ bridge 10 are formed as a first Kommutierungszelle Kl and the second capacitor C2 and the second half-bridge 11 are formed as a second Kommutierungszelle K2. This arrangement minimizes the parasitic effects for the switching operation and thus a very good commutation and switching behavior is achieved.
Für den DC/DC-Steller 2 werden angepasste Leistungshalbleiter TD1, TD2, TD3, TD4 verwendet, welche hinsichtlich geringer Schaltverluste optimiert sind, da der DC/DC-Steller 2 bevor¬ zugt mit einer höheren Frequenz als der Grundfrequenz ge- schaltet wird. Da die erste Halbbrücke 10 parallel zum ersten Kondensator Cl des geteilten Zwischenkreises 5 geschaltet ist und die zweite Halbbrücke 11 parallel zum zweiten Kondensator C2 des geteilten Zwischenkreises 5 geschaltet ist, erlaubt es die Schaltungstopologie, dass die Leistungshalbleiter TD1, TD2, TD3, TD4 eine Spannungsfestigkeit aufweisen, welche un¬ gefähr der halben Zwischenkreisspannung UZK entspricht. For the DC / DC controller 2 adaptive performance semiconductor TD1, TD2, TD3 are used TD4 which are optimized for low switching losses, since the DC / DC controller 2 before ¬ Trains t switched through at a higher frequency than the fundamental frequency. Since the first half-bridge 10 is connected in parallel to the first capacitor Cl of the divided intermediate circuit 5 and the second half-bridge 11 is connected in parallel with the second capacitor C2 of the divided intermediate circuit 5, the circuit topology allows the power semiconductors TD1, TD2, TD3, TD4 to withstand the voltage have, which corresponds to Un ¬ dangerous half the DC link voltage UZK.
In der in FIG 3 gezeigten Schaltung ist ein Leistungsfluss in beide Richtungen möglich. Für den Fall, dass die DC-Spannung UDC der DC-Quelle 1 größer ist als die Zwischenkreisspannung UZK, ist nur ein Leistungsfluss von der DC-Quelle 1, zum Wechselspannungssystem 3, auch AC-System genannt, möglich. In the circuit shown in FIG. 3, a power flow in both directions is possible. In the event that the DC voltage UDC of the DC source 1 is greater than the intermediate circuit voltage UZK, only a power flow from the DC source 1, the AC system 3, also called AC system, is possible.
Wird für die in FIG 3 gezeigte Schaltung nur für einen unidi- rektionalen Leistungsfluss benötigt kann je nach Leistungs¬ flussrichtung die Schaltung vereinfacht werden. In der bevorzugten Ausführung, in der ein Leistungshalbleiter einen IGBT mit einer in Gegenrichtung parallelgeschalteter Freilaufdiode aufweist, kann an bestimmten Stellen der IGBT weggelassen und die Schaltung entsprechend vereinfacht werden. Beispielsweise kann bei einem unidirektionalen Leistungsfluss vom Gleichspannungssystem 1 zum Wechselspannungssystem 3, welcher bei einem Photovoltaik-System zur Netzeinspeisung zum Einsatz kommt, der IGBT des Leistungshalbleiters TD1 und der IGBT des Leistungshalbleiters TD4 weggelassen werden. Dies ist beson¬ ders vorteilhaft, da so die Kosten und die Komplexität der Schaltung gesenkt werden. Is required for the embodiment shown in FIG 3 circuit only for an unidi--directional power flow, the circuit can be simplified, depending on the power ¬ flow direction. In the preferred embodiment, in which a power semiconductor comprises an IGBT with a freewheeling diode connected in parallel in the opposite direction can be omitted at certain points of the IGBT and the circuit can be simplified accordingly. For example, in a unidirectional power flow from the DC system 1 to the AC system 3 used in a photovoltaic system for grid feeding, the IGBT of the power semiconductor TD1 and the IGBT of the power semiconductor TD4 may be omitted. This is special ¬ It benefits in because the cost and complexity of the circuit can be reduced.
FIG 4 zeigt eine Schaltungsanordnung mit einem bidirektiona¬ len DC/DC-Steller 2 mit geteiltem Zwischenkreis 5 und einem Multilevel-Stromrichter 3, wobei der Multilevel-Stromrichter 3 über die Ausgangsanschlüsse OUTp, OUTm, OUTn gleichspan- nungsseitig mit dem DC/DC-Steller 2 verbunden ist. Wechsel- spannungsseitig ist bevorzugt ein dreiphasiges AC-System 7 angeschlossen . 4 shows a circuit arrangement with a bidirektiona ¬ len DC / DC controller 2 with split intermediate circuit 5 and a multi-level inverter 3, wherein the multilevel inverter 3 via the output terminals OUTP OUTm, OUTn DC voltage side to the DC / DC Steller 2 is connected. On the AC voltage side, a three-phase AC system 7 is preferably connected.
Wird für die in FIG 4 gezeigte Schaltungsanordnung nur für einen unidirektionalen Leistungsfluss benötigt kann je nach Leistungsflussrichtung die Schaltung für den DC/DC-Steller 2 vereinfacht werden. In der bevorzugten Ausführung, in der ein Leistungshalbleiter TD1, TD2, TD3, TD4 einen IGBT mit einer in Gegenrichtung parallelgeschalteter Freilaufdiode aufweist, kann an bestimmten Stellen der IGBT weggelassen und die If only one unidirectional power flow is required for the circuit arrangement shown in FIG. 4, depending on the power flow direction, the circuit for the DC / DC controller 2 can be simplified. In the preferred embodiment, in which a power semiconductor TD1, TD2, TD3, TD4 has an IGBT with a freewheeling diode connected in parallel in the opposite direction, the IGBT may be omitted at certain locations and the
Schaltung entsprechend vereinfacht werden. Beispielsweise kann bei einem unidirektionalen Leistungsfluss vom DC-System 1 zum AC-System 6, welcher beispielsweise bei einem Photovol¬ taik-System zur Netzeinspeisung zum Einsatz kommt, der IGBT des Leistungshalbleiters TD1 und der IGBT des Leistungshalb¬ leiters TD4 weggelassen werden. Weiterhin kann bei einem unidirektionalen Leistungsfluss vom AC-System 6 zum DC-System 1 der IGBT des Leistungshalbleiters TD2 und der IGBT des Leis¬ tungshalbleiters TD3 weggelassen werden. Dies ist besonders vorteilhaft, da so die Kosten und die Komplexität der Schal¬ tung gesenkt werden. FIG 5 zeigt einen bidirektionalen DC/DC-Steller 2 mit geteiltem Zwischenkreis 5 und zwei parallelen gestapelten Halbbrü¬ cken 10, 11, 12, 13 des DC/DC-Stellers 2. Sowohl die ersten gestapelten Halbbrücken 10, 11 des DC/DC-Stellers 2 als auch die weiteren gestapelten Halbbrücken 12, 13 des DC/DC-Stellers 2 entnehmen aus der DC-Quelle 1 elektrische Leistung über die an ihrem mittleren Leistungsanschluss 10m, lim, 12m, 13m angeschlossenen Spulen LI, L2, L3, L4. Hierbei sind die obere Halbbrücke 10 und die weitere obere Halbbrücke 12 über ihre oberen Leistungsanschlüsse 10p, 12p verbunden, ihre un¬ teren Leistungsanschlüsse 10η, 12, verbunden und über ihre Leistungsanschlüsse 10p, 10η, 12p, 12n parallel zum ersten Kondensator Cl des geteilten Zwischenkreises 4 geschaltet. Weiterhin sind die untere Halbbrücke 11 und die weitere unte- re Halbbrücke 13 über ihre oberen Leistungsanschlüsse 11p, 13p verbunden, über ihre unteren Leistungsanschlüsse lln, 13n, verbunden und über ihre Leistungsanschlüsse 11p, lln, 13p, 13n parallel zum zweiten Kondensator C2 des geteilten Zwischenkreises 5 geschaltet. Die erste Spule LI ist am mitt- leren Leistungsanschluss 10m der oberen Halbbrücke 10 des DC/DC-Stellers 2 angeschlossen, die zweite Spule L2 ist am mittleren Leistungsanschluss lim der unteren Halbbrücke 11 des DC/DC-Stellers 2 angeschlossen, die dritte Spule L3 ist am mittleren Leistungsanschluss 12m der weiteren oberen Halb- brücke 12 des DC/DC-Stellers 2 angeschlossen, die vierte Spu¬ le L4 ist am mittleren Leistungsanschluss 13m der weiteren unteren Halbbrücke 13 des DC/DC-Stellers 2 angeschlossen. Die weitere obere Halbbrücke 12 weist Leistungshalbleiter T5, T6 auf und die weitere untere Halbbrücke 13 weist Leistungshalb- leiter T7, T8 auf, wobei sich der Strom, welcher über den DC- Spannungsbus 4 fließt, auf die beiden oberen Halbbrücken 10, 12 und auf die beiden unteren Halbbrücken 11, 13 aufteilt. Daher können Leistungshalbleiter Tl, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8 mit einer kleineren Chipfläche verwendet werden, welche schneller geschaltet werden können. Dadurch werden kleinere Spulen LI, L2, L3, L4 benötigt und die Kondensatoren Cl, C2 des geteilten Zwischenkreises 5 können verkleinert werden. Die Halbbrücken 10, 11, 12, 13 werden bevorzugt durch ein 2-fach Interleaving-Verfahren angesteuert. Da aufgrund der Schaltungstopologie die oberen Halbbrücken 10, 12 und die un¬ teren Halbbrücken 11, 13 jeweils komplementär, also jeweils mit invertierten oder um 180 Grad verschobenen PWM-Signalen, angesteuert werden ist neben einem Inverter kein weitererCircuit can be simplified accordingly. For example, the IGBT of the power semiconductor TD1 and the IGBT of the power semiconductor ¬ conductor TD4 may be omitted in a unidirectional power flow from the DC system 1 to the AC system 6, which is used for example at a Photovol ¬ voltaic system for feeding power used. Further, the IGBT of the power semiconductor TD2 and the IGBT of the semiconductor processing Leis ¬ TD3 can be omitted in a unidirectional power flow from the AC system 6 to the DC system. 1 This is particularly advantageous because it reduces the cost and complexity of the scarf ¬ tion. 5 shows a bi-directional DC / DC controller 2 with split intermediate circuit 5 and two parallel stacked Halbbrü ¬ CKEN 10, 11, 12, 13 of the DC / DC controller 2. Both the first stacked half-bridges 10, 11 of the DC / DC Stellers 2 and the other stacked half-bridges 12, 13 of the DC / DC controller 2 take from the DC source 1 electrical power through the connected at its middle power connection 10m, lim, 12m, 13m coils LI, L2, L3, L4. Here, the upper half-bridge 10 and the other upper half-bridge 12 through its upper output terminals 10p connected 12p, their un ¬ direct power connections 10η, 12, and via their power terminals 10p, 10η, 12p, 12n in parallel with the first capacitor Cl of the split DC link 4 switched. Furthermore, the lower half-bridge 11 and the further lower half-bridge 13 are connected via their upper power terminals 11p, 13p via their lower power terminals 11n, 13n, and connected across their power terminals 11p, 11n, 13p, 13n in parallel to the second capacitor C2 of the divided one DC link 5 connected. The first coil LI is connected to the middle power connection 10m of the upper half bridge 10 of the DC / DC controller 2, the second coil L2 is connected to the middle power connection lim of the lower half bridge 11 of the DC / DC controller 2, the third coil L3 is connected at the middle power terminal 12m of the other upper half-bridge 12 of the DC / DC controller 2, the fourth Spu ¬ le L4 is connected at the middle power terminal 13m of the other lower half-bridge 13 of the DC / DC controller. 2 The further upper half-bridge 12 has power semiconductors T5, T6 and the further lower half-bridge 13 has power semiconductors T7, T8, wherein the current which flows via the DC voltage bus 4, on the two upper half-bridges 10, 12 and on the two lower half bridges 11, 13 divides. Therefore, power semiconductors T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, T8 having a smaller chip area can be used, which can be switched faster. As a result, smaller coils LI, L2, L3, L4 are required and the capacitors Cl, C2 of the divided intermediate circuit 5 can be reduced. The half bridges 10, 11, 12, 13 are preferably by a 2-fold interleaving process activated. Since due to the circuit topology, the upper half-bridges 10, 12 and the un ¬ direct half-bridges 11, 13 are complementary, that is shifted respectively with inverted or 180 degrees PWM signals, are driven in addition to an inverter no further
Aufwand für die Ansteuerung im Vergleich zu dem in FIG 3 gezeigten bidirektionalen DC/DC-Steller 2 erforderlich. Effort for the control compared to the bidirectional DC / DC controller 2 shown in FIG 3 required.
Zusammenfäsend betrifft die Erfindung einen bidirektionalen DC/DC-Steller 2, welcher für die Konversion von elektrischer Leistung einer DC-Quelle 1 vorgesehen ist, aufweisend zwei gestapelte Halbbrücken 10, 11 und zwei Induktivitäten LI, L2, wobei ein positiver Kontakt lp der DC-Quelle 1 mit einem po¬ sitiven Eingang INp des bidirektionalen DC/DC-Stellers 2 ver- bunden ist und ein negativer Kontakt lp der DC-Quelle 1 mit einem negativen Eingang INp des bidirektionalen DC/DC-Stellers 2 verbunden ist. Für eine hohe Effizienz und einen Leis- tungsfluss in beide Richtungen, wird vorgeschlagen, dass die zwei gestapelten Halbbrücken 10, 11 dafür vorgesehen sind, über die an ihrem mittleren Leistungsanschluss angeschlossene Induktivitäten LI, L2 elektrische Leistung aus der DC-Quelle 1 zu entnehmen, wobei ein erster Kondensator Cl parallel zur oberen Halbbrücke 10 und ein zweiter Kondensator C2 parallel zur unteren Halbbrücke 11 geschaltet ist und wobei die Se- rienschaltung der beiden Kondensatoren Cl, C2 als geteilter Zwischenkreis 5 ausgebildet ist und zur Herstellung eines Mittelpunkts M einer Zwischenkreisspannung UZK am zwischen den Kondensatoren Cl, C2 und den gestapelte Halbbrücken 10a, 10b befindlichen Punkt vorgesehen ist. In summary, the invention relates to a bidirectional DC / DC converter 2, which is provided for the conversion of electrical power of a DC source 1, comprising two stacked half bridges 10, 11 and two inductors LI, L2, wherein a positive contact lp of the DC source 1 is connected to a po ¬ sitiven INp input of the bidirectional DC / DC controller 2 and is a negative contact lp of the DC source 1 to a negative input INp of the bidirectional DC / DC controller 2 is connected. For high efficiency and a power flow in both directions, it is proposed that the two stacked half bridges 10, 11 are provided for taking electrical power from the DC source 1 via the inductors L 1, L 2 connected at their middle power connection, wherein a first capacitor Cl is connected in parallel to the upper half-bridge 10 and a second capacitor C2 is connected in parallel to the lower half-bridge 11 and wherein the series circuit of the two capacitors C 1, C 2 is designed as a divided intermediate circuit 5 and for producing a center point M of an intermediate circuit voltage U ZK am is provided between the capacitors Cl, C2 and the stacked half-bridges 10a, 10b located point.

Claims

Patentansprüche claims
1. Bidirektionaler DC/DC-Steller (2), welcher für die Konversion von elektrischer Leistung einer DC-Quelle (1) vorgesehen ist, aufweisend zwei gestapelte Halbbrücken (10, 11) und zwei Induktivitäten (LI, L2), wobei ein positiver Kontakt (lp) der DC-Quelle (1) mit einem positiven Eingang (INp) des bidirektionalen DC/DC-Stellers (2) verbunden ist und ein negativer Kontakt (lp) der DC-Quelle (1) mit einem negativen Eingang (INp) des bidirektionalen DC/DC-Stellers (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass 1. A bidirectional DC / DC controller (2), which is provided for the conversion of electrical power of a DC source (1), comprising two stacked half-bridges (10, 11) and two inductors (LI, L2), wherein a positive Contact (lp) of the DC source (1) with a positive input (INp) of the bidirectional DC / DC controller (2) is connected and a negative contact (lp) of the DC source (1) with a negative input (INp ) of the bidirectional DC / DC controller (2), characterized in that
- die zwei gestapelte Halbbrücken (10, 11) zur Entnahme von elektrischer Leistung über die an ihrem mittleren Leis- tungsanschluss angeschlossenen Induktivitäten (LI, L2) aus der DC-Quelle (1) vorgesehen sind,  - The two stacked half-bridges (10, 11) are provided for the removal of electrical power via the connected at its average power connection inductors (LI, L2) from the DC source (1),
- ein erster Kondensator (Cl) parallel zur oberen Halbbrücke (10) geschaltet ist und ein zweiter Kondensator (C2) paral¬ lel zur unteren Halbbrücke (11) geschaltet ist, und - A first capacitor (Cl) is connected in parallel to the upper half-bridge (10) and a second capacitor (C2) paral ¬ lel to the lower half-bridge (11) is connected, and
- die Serienschaltung der beiden Kondensatoren (Cl, C2) als geteilter Zwischenkreis (5) ausgebildet ist und zur Her¬ stellung eines Mittelpunkts (M) einer Zwischenkreisspannung (UZK) am zwischen den Kondensatoren (Cl, C2) und den gestapelte Halbbrücken (10, 11) befindlichen Punkt vorgesehen ist . - The series connection of the two capacitors (Cl, C2) as a divided intermediate circuit (5) is formed and for Her ¬ position of a midpoint (M) of an intermediate circuit voltage (UZK) am between the capacitors (Cl, C2) and the stacked half-bridges (10, 11) located point is provided.
2. Bidirektionaler DC/DC-Steller (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitätswerte des ersten (Cl) und des zweiten Kondensators (C2) in etwa gleich groß sind und zur im Wesentlichen gleichmäßigen Teilung der Zwi- schenkreisspannung (UZK) vorgesehen sind. 2. Bidirectional DC / DC controller (2) according to claim 1, characterized in that the capacitance values of the first (Cl) and the second capacitor (C2) are approximately equal in size and for substantially uniform division of the intermediate circuit voltage (UZK ) are provided.
3. Bidirektionaler DC/DC-Steller (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, 3. Bidirectional DC / DC controller (2) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungshalbleiter (TD1, TD2, TD3, TD4) einen Leistungstransistor, insbesondere einen IGBT, und eine Diode aufweisen, wobei die Diode als Freilauf¬ diode dem IGBT in Gegenrichtung parallelgeschaltet ist. characterized in that the power semiconductors (TD1, TD2, TD3, TD4) comprise a power transistor, in particular an IGBT, and a diode, wherein the diode is connected in parallel as a freewheeling diode ¬ the IGBT in the opposite direction.
4. Bidirektionaler DC/DC-Steller (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, 4. Bidirectional DC / DC controller (2) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der DC/DC-Steller (2) angepasste Leistungshalbleiter (TD1, TD2, TD3, TD4) aufweist, welche hinsichtlich geringer Schaltverluste optimiert sind und eine Spannungsfestigkeit aufweisen, welche in etwa der halben Zwi- schenkreisspannung (UZK) entspricht. characterized in that the DC / DC controller (2) adapted power semiconductors (TD1, TD2, TD3, TD4), which are optimized in terms of low switching losses and have a dielectric strength, which corresponds approximately to half the intermediate circuit voltage (UZK).
5. Bidirektionaler DC/DC-Steller (2) nach einem der vorheri- gen Ansprüche, 5. Bidirectional DC / DC controller (2) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator (Cl) und die erste Halbbrücke (10) als eine erste Kommutierungszelle (Kl) ausgebildet sind und der zweite Kondensator (C2) und die zweite Halbbrücke (11) als eine zweite Kommutierungszelle (K2) ausgebildet sind. characterized in that the first capacitor (Cl) and the first half-bridge (10) are formed as a first commutation cell (Kl) and the second capacitor (C2) and the second half-bridge (11) are formed as a second commutation cell (K2).
6. Bidirektionaler DC/DC-Steller (2) nach einem der vorherigen Ansprüche, 6. Bidirectional DC / DC controller (2) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kondensatoren (Cl, C2) und die beiden Induktivitäten (LI, L2) eine Filterwirkung aufweisen und dafür vorgesehen sind, durch einen Schaltvorgang entstehende Oberwellen zu reduzieren. characterized in that the two capacitors (Cl, C2) and the two inductors (LI, L2) have a filtering action and are intended to reduce harmonics resulting from a switching operation.
7. Bidirektionaler DC/DC-Steller (2) nach einem der vorheri- gen Ansprüche, 7. Bidirectional DC / DC controller (2) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- der bidirektionale DC/DC-Steller (2) zwei weitere gestapel¬ te Halbbrücken (12, 13) aufweist, - The bidirectional DC / DC controller (2) has two more stack ¬ te half bridges (12, 13),
- eine weitere obere Halbbrücke (12) parallel zur oberen  - Another upper half bridge (12) parallel to the upper
Halbbrücke (10) geschaltet ist,  Half bridge (10) is connected,
- eine weitere untere Halbbrücke (13) parallel zur unteren Halbbrücke (11) geschaltet ist, und  - A further lower half-bridge (13) is connected in parallel to the lower half-bridge (11), and
- die zwei weiteren gestapelte Halbbrücken (12, 13) zur Entnahme von elektrischer Leistung über die an ihrem mittleren Leistungsanschluss angeschlossenen Induktivitäten (L3, L4) aus der DC-Quelle (1) vorgesehen sind. - The two other stacked half-bridges (12, 13) for the removal of electrical power via the connected at its middle power terminal inductors (L3, L4) from the DC source (1) are provided.
8. Bidirektionaler DC/DC-Steller (2) nach Anspruch 7, 8. Bidirectional DC / DC controller (2) according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der bidirektionale DC/DC-Steller (2) über ein Interleaving-Verfahren angesteuert wird. characterized in that the bidirectional DC / DC controller (2) is controlled via an interleaving method.
9. Schaltungsanordnung, welche mindestens einen Multilevel- Stromrichter (3) und einen bidirektionalen DC/DC-Steller (2) nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist. 9. Circuit arrangement, which has at least one multilevel converter (3) and a bidirectional DC / DC controller (2) according to one of the preceding claims.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, 10. Circuit arrangement according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoren (Cl, C2) des geteilten Zwischenkreises (5) sowohl zur Verwendung vom bidirektionalen DC/DC-Steller (2) als auch zur Verwendung vom mindestens einen Multilevel-Stromrichter (3) vorgesehen sind. characterized in that the capacitors (Cl, C2) of the divided intermediate circuit (5) are provided both for use by the bidirectional DC / DC controller (2) and for use by the at least one multilevel power converter (3).
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, 11. Circuit arrangement according to claim 7,
dadurch gekennzeichnet, dass der Multilevel-Stromrichter (3) für ein dreiphasiges System (7) vorgesehen ist. characterized in that the multilevel power converter (3) is provided for a three-phase system (7).
12. Verfahren zur Zusammenschaltung eines Gleichspannungssys- tems mit einem Wechselspannungssystem mit mindestens einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Stromrichter-Schaltung (10) als Gleichrichter und/oder als Wechselrichter betrieben wird. 12. A method for interconnecting a Gleichspannungssys- system with an AC system with at least one circuit arrangement according to one of claims 6 or 7, wherein the power converter circuit (10) is operated as a rectifier and / or as an inverter.
13. Energiespeicher-System, welches mindestens einen Energie¬ speicher, mindestens ein AC-System (6) und mindestens eine Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 oder 8 aufweist. 13. Energy storage system, which has at least one energy ¬ memory, at least one AC system (6) and at least one circuit arrangement according to one of claims 7 or 8.
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