具有至少两个模块的电系统技术方案

一种具有至少两个模块（200、300）的电系统（100），其中模块（200、300）包括至少一个开关元件（210、310）。第一模块（200）包括由第一半导体材料构成的第一开关元件（210），而第二模块（300）包括由第二半导体材料构成的第二开关元件（310）。

Electrical system with at least two modules

An electrical system (100) having at least two modules (200, 300), in which the modules (200, 300) include at least one switching element (210, 310). The first module (200) includes a first switching element (210) consisting of a first semiconductor material, while the second module (300) includes a second switching element (310) consisting of a second semiconductor material.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有至少两个模块的电系统
本专利技术涉及一种具有至少两个模块的电系统。本专利技术还涉及一种具有该电系统的车辆以及一种用于运行该电系统的方法。
技术介绍
从现有技术中公知具有多个模块的电系统。例如出于电功率的可扩展性的原因，制造和运行具有数目可变的电模块的电系统。例如电压转换器，其中根据电网电流或电网电压或所要传输的能量将多个、尤其是相同的整流器模块或逆变器模块并联。在这些具有至少两个模块的电系统中，存在提高电系统的效率、尤其是成本低地提高电系统的效率的需求。
技术实现思路
提供一种具有至少两个模块的电系统。在此，该电系统的模块包括至少一个开关元件。第一模块包括由第一半导体材料构成的第一开关元件。第二模块包括由第二半导体材料构成的第二开关元件。提供包括两个模块的电系统。尤其是，第一模块和第二模块是功能相同的电模块、例如第一逆变器和第二逆变器或者第一直流电压转换器和第二直流电压转换器。所述至少两个模块分别包括至少一个开关元件，其中来自第一模块的第一开关元件由第一半导体材料制成，而来自第二模块的第二开关元件由第二半导体材料制成。尤其不同的是两种半导体材料的电特性或者化学特性。不同的电特性尤其涉及材料的取决于所施加的电场、电压或电流的导电性。不同的化学特性尤其涉及组成材料的不同的化学元素。有利地，提供具有至少两个模块的电系统，所述至少两个模块中的模块具有不同的电和/或化学特性。在本专利技术的另一设计方案中，第一开关元件具有比第二开关元件更大的线路和/或开关损耗。由于制成第一和第二模块的开关元件的半导体材料不同，第一开关元件具有比第二开关元件更大的线路损耗或开关损耗。有利地，提供具有不同的线路和/或开关损耗的模块。在本专利技术的另一设计方案中，在该电系统运行时，第一开关元件以比第二开关元件低的开关频率来运行。提供一种电系统，其中第一开关元件以比第二开关元件低的开关频率、尤其是至少低10%的开关频率来运行。由于第一和第二开关元件的所使用的半导体材料不同以及其电特性不同，存在如下可能性：运行一个开关元件所用的频率比另一开关元件高得多，而由此没有形成由于过压或过热而引起的模块的损坏。因此，有利地，提供如下电系统，其中在运行时，根据各个模块的电特性和化学特性来优化所述各个模块的使用。在本专利技术的另一设计方案中，第一半导体材料具有比第二半导体材料更小的带隙。第一半导体材料尤其是元素半导体、例如硅，而第二半导体材料尤其是化合物半导体、尤其是碳化硅或氮化镓。不同的半导体材料具有不同的带隙，使得例如针对第一开关元件比针对第二开关元件使用带隙更小的半导体材料。基于化学成分，带隙在不同的元素半导体或化合物半导体中也不同。在一个模块中使用元素半导体而在另一模块中使用化合物半导体、尤其是碳化硅或氮化镓的情况下，还可以形成更大的带隙差。相互间的带隙差越大，半导体材料以及借此也包括各个开关元件和最终模块的电特性和化学特性的区别也越大。有利地，提供具有至少两个模块的电系统，所述至少两个模块中的模块具有不同的电和/或化学特性。在本专利技术的另一设计方案中，这些模块的电功率不一样大。尤其是，所述电功率具有大约55%比45%、60%比40%、70%比30%或80%比20%、90%比10%的比例或者分别反过来的比例。该电系统的模块具有不同的电功率。单个电模块可以在直至最大功率的功率范围内运行。在该功率范围之内存在至少一个工作点，在该工作点，单个模块可以最高效地运行，例如关于损耗功率与有效功率之商方面最高效地运行。例如，在开关过程和经过开关元件的电线中形成损耗。有效功率例如是如下电功率，该电功率被传输到连接到开关元件上的耗电器。应该力求使该模块尽可能接近该高效的工作点地运行。因为该电系统包括至少两个功率不一样大的模块，所以得到至少两个不同的工作点，其中两个模块中的每一个模块都最高效地运行。第三个高效的工作点从两个模块在它们相应的最高效的工作点的共同运行得到。有利地，提供了如下电系统，由于各个模块的可接通和可切断以及所述各个模块的不一样大的额定功率，该电系统可以根据功率需求在所述三个最高效的工作点中的至少一个工作点附近非常高效地运行。在本专利技术的另一设计方案中，第一模块被设立用于给至少一个第一独立的电组件供应电能，而第二模块被设立用于给至少一个第二独立的电组件供应电能。第一模块尤其被设立用于给至少一个第一电机供电，而第二模块尤其被设立用于给第二电机供电。规定：第一模块被设立用于给第一独立的电组件、尤其是第一电机供电。还规定：第二模块被设立用于给至少一个第二电组件、尤其是第二电机供电。有利地，提供了一种用于给两个独立的电组件供电的电系统。在本专利技术的另一设计方案中，该电系统是电驱动系统。两个模块是两个驱动模块。第一驱动模块包括至少一个具有第一开关元件的第一逆变器，而第二驱动模块包括至少一个具有第二开关元件的第二逆变器。提供了一种具有两个驱动模块的电驱动系统。第一驱动模块包括第一逆变器，该第一逆变器至少包括第一开关元件。第二驱动模块包括第二逆变器，该第二逆变器至少包括第二开关元件。因此，提供了如下驱动系统，该驱动系统包括两个逆变器，其中第一逆变器包括由第一半导体材料构成的第一开关元件，而第二逆变器包括由第二半导体材料构成的第二开关元件。这两个逆变器尤其是被设立用于共同给电组件供电或者被设立用于分别给独立的电组件供电。该电组件可以是电机。该电机可以共同地、例如借助于逆变器的并联电路来供电。或者这些逆变器分别给独立的电机供电。有利地，提供了如下驱动系统，该驱动系统的逆变器具有不同的电特性或化学特性。在本专利技术的另一设计方案中，第一驱动模块被设立用于给用于驱动车辆的第一电机供电，而第二驱动模块被设立用于给用于驱动车辆的第二电机供电。提供了一种用于对车辆进行电驱动的电系统。第一驱动模块被设置用于给用于驱动车辆的第一电机供电。第二驱动模块被设置用于给用于驱动车辆的第二电机供电。在本专利技术的该设计方案中，车辆拥有第一电机和第二电机，为了驱动车辆，所述第一电机和第二电机或者可以单独运行或者可以共同运行。为此，多种车辆拓扑都是可设想的。例如，可设想的是如下车辆，其中在不同的驱动轴上分别安装用于驱动该轴的电机。或者可设想的是如下并联式混合动力车辆，其中附加地内燃机可以将转矩传给驱动轴中的至少一个驱动轴。或者可设想的是扭矩分配驱动装置，其中两个轴中的至少一个轴可通过行星齿轮传动由两个驱动总成来驱动。有利地，提供了如下电驱动系统，该电驱动系统由于驱动电机的数目更多而可以失效安全地并且更高效地运行。尤其是当不同的电机具有不一样大的额定功率时，更高效的运行是可能的。有利地，这样可以使电系统在三个所得到的最优工作点中的一个最优工作点附近特别高效地运行。在本专利技术的另一设计方案中，该电系统是电转换器系统。所述两个模块是两个电压转换器模块，其中第一电压转换器模块包括至少一个具有第一开关元件的第一直流电压转换器，而第二电压转换器模块包括至少一个具有第二开关元件的第二直流电压转换器。因此，提供了如下转换器系统，该转换器系统包括至少两个电压转换器模块。第一直流电压转换器包括第一开关元件，而第二直流电压转换器包括第二开关元件。这两个直流电压转换器尤其是被设立用于共同给电组件供电或者被设立用于分别给独立的电组件供电。电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电系统（100），所述电系统具有至少两个模块（200、300），其中模块（200、300）包括至少一个开关元件（210、310），其特征在于，第一模块（200）包括由第一半导体材料构成的第一开关元件（210），而第二模块（300）包括由第二半导体材料构成的第二开关元件（310）。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.28 DE 102016207286.21.一种电系统（100），所述电系统具有至少两个模块（200、300），其中模块（200、300）包括至少一个开关元件（210、310），其特征在于，第一模块（200）包括由第一半导体材料构成的第一开关元件（210），而第二模块（300）包括由第二半导体材料构成的第二开关元件（310）。2.根据上一权利要求所述的电系统（100），其特征在于，所述第一开关元件（210）具有比所述第二开关元件（310）更大的线路和/或开关损耗。3.根据上述权利要求之一所述的电系统（100），其特征在于，在所述电系统运行时，所述第一开关元件（210）以比所述第二开关元件（310）低的开关频率来运行。4.根据上述权利要求之一所述的电系统（100），其特征在于，所述第一半导体材料具有比所述第二半导体材料更小的带隙，其中所述第一半导体材料尤其是元素半导体或者硅，而所述第二半导体材料尤其是化合物半导体或者碳化硅。5.根据上述权利要求之一所述的电系统（100），其特征在于，所述模块（200、300）的电功率不一样大，尤其是具有大约55%比45%、60%比40%、70%比30%、80%比20%或90%比10%的比例或者分别反过来的比例。6.根据上述权利要求之一所述的电系统（100），其特征在于，所述第一模块（200）被设立用于给至少一个第一独立的电组件（400）供应电能，而所述第二模块（300）被设立用于给至少一个第二独立的电组件（500）供应电能，所述第一模块和所述第二模块尤其被设立用于给至少一个第一和第二电机（410、510）供电。7.根据上述权利要求之一所述的电系统（100），其特征在于，所述电系统（100）是电驱动系统（110）而所述两个模块（200、300）是两个驱动模块（250、350），其中第一驱动模块（250）包括至少一个具有第一开关元件（210_x）的第一逆变器，而第二驱动模块（350）包括至少一个具有第二开关元件（310_x）的第二逆变器。8.根据权利要求7所述的电系统（100），其特征在于，所述第一驱动模块（250）被设立用于给用于驱动车辆（6...

【专利技术属性】
技术研发人员：T施奈德，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE