DE102010027713A1 - Motor vehicle drive system with a charging device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung geht aus von einem Kraftfahrzeugantriebssystem mit einer Ladevorrichtung (10a; 10b), die zum Laden einer Akkuvorrichtung (11a; 11b) mittels eines externen Stromnetzes vorgesehen ist und die wenigstens eine mehrphasige Gleichrichtschaltung (12a; 12b) aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Wechselspannung des externen Stromnetzes in eine Gleichspannung umzuwandeln, und mit einer elektrischen Antriebsmaschine (13a; 13b), die wenigstens zwei an einen Sternpunkt (14a; 14b) zusammengeführte Motorspulen (15a, 16a, 17a; 15b, 16b, 17b) aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass die Gleichrichtschaltung (12a; 12b) in wenigstens einem Betriebsmodus elektrisch an den Sternpunkt (14a; 14b) der Antriebsmaschine (13a; 13b) angebunden ist.The invention is based on a motor vehicle drive system with a charging device (10a; 10b) which is provided for charging a rechargeable battery device (11a; 11b) by means of an external power supply and which has at least one polyphase rectifier circuit (12a; 12b) which is provided for to convert an alternating voltage of the external power supply into a direct voltage, and with an electric drive machine (13a; 13b) which has at least two motor coils (15a, 16a, 17a; 15b, 16b, 17b) brought together at a star point (14a; 14b). It is proposed that the rectifier circuit (12a; 12b) is electrically connected to the star point (14a; 14b) of the drive machine (13a; 13b) in at least one operating mode.
Description
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugantriebssystem mit einer Ladevorrichtung zum Laden einer Akkuvorrichtung mittels eines externen Stromnetzes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a motor vehicle drive system with a charging device for charging a rechargeable battery device by means of an external power supply according to the preamble of claim 1.
Aus der
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen Momentenaufbau an der Antriebsmaschine insbesondere in einem Ladebetriebsmodus zu verhindern. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention is in particular the object of preventing torque build-up on the prime mover, in particular in a loading mode of operation. It is achieved according to the invention by the features of claim 1. Further embodiments emerge from the subclaims.
Die Erfindung geht aus von einem Kraftfahrzeugantriebssystem mit einer Ladevorrichtung, die zum Laden einer Akkuvorrichtung mittels eines externen Stromnetzes vorgesehen ist und die wenigstens eine mehrphasige Gleichrichtschaltung aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Wechselspannung des externen Stromnetzes in eine Gleichspannung umzuwandeln, und mit einer elektrischen Antriebsmaschine, die wenigstens zwei an einem Sternpunkt zusammengeführte Motorspulen aufweist.The invention relates to a motor vehicle drive system with a charging device which is provided for charging a battery device by means of an external power network and which has at least one multi-phase rectification circuit, which is intended to convert an AC voltage of the external power network into a DC voltage, and with an electric drive machine comprising at least two motor coils connected together at a neutral point.
Es wird vorgeschlagen, dass die Gleichrichtschaltung in wenigstens einem Betriebsmodus elektrisch an den Sternpunkt der Antriebsmaschine angebunden ist. Dadurch kann ein Ladestrom, den die Ladevorrichtung zum Laden der Akkuvorrichtung bereitstellt, gleichmäßig auf die Spulenwicklungen der Antriebsmaschine verteilt werden, wodurch ein Antriebssystem mit einer Ladevorrichtung bereitgestellt werden kann, die einen Momentenaufbau an der Antriebsmaschine insbesondere in einem Ladebetriebsmodus verhindert. Unter einem „externen Stromnetz” soll dabei insbesondere ein von dem Antriebssystem unabhängiges Stromnetz, wie insbesondere ein öffentliches Versorgungsnetz, verstanden werden. Unter einer „mehrphasigen Gleichrichtschaltung” soll insbesondere eine Gleichrichtschaltung verstanden werden, die wenigstens zwei, vorzugsweise drei Phasen aufweist. Unter einem „Sternpunkt einer Antriebsmaschine” soll insbesondere ein elektrischer Punkt verstanden werden, in Bezug auf den die drei Motorspulen elektrisch im Wesentlichen symmetrisch angeordnet sind. Unter „elektrisch angebunden” soll dabei insbesondere verstanden werden, dass wenigstens ein Teil eines Leistungsflusses zumindest in einem Ladebetriebsmodus über den Sternpunkt in die Antriebsmaschine eingeleitet wird. Vorzugsweise ist dabei wenigstens ein Teil der Gleichrichtschaltung im Wesentlichen widerstandsfrei mit dem Sternpunkt verbunden. Unter „im Wesentlichen widerstandsfrei” soll dabei insbesondere verstanden werden, dass ein Widerstand des elektrischen Leiters vernachlässigt werden soll. Vorzugsweise ist die Gleichrichtschaltung schaltbar mit dem Sternpunkt verbunden, d. h. in wenigstens einem Betriebsmodus elektrisch von dem Sternpunkt entkoppelbar. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgestattet und/oder ausgelegt verstanden werden.It is proposed that the rectification circuit is electrically connected in at least one operating mode to the star point of the drive machine. Thereby, a charging current provided by the charging device for charging the battery device can be evenly distributed to the coil windings of the engine, whereby a drive system can be provided with a charging device which prevents torque buildup on the engine especially in a charging operation mode. In this context, an "external power grid" is to be understood as meaning, in particular, a power grid independent of the drive system, in particular a public power grid. A "multi-phase rectification circuit" is to be understood in particular a rectification circuit having at least two, preferably three phases. A "star point of a drive machine" is to be understood in particular an electrical point, with respect to which the three motor coils are arranged electrically substantially symmetrically. By "electrically connected" is to be understood in particular that at least part of a power flow is introduced at least in a loading mode via the neutral point in the prime mover. Preferably, at least part of the rectification circuit is connected to the neutral point essentially without resistance. By "essentially free of resistance" is to be understood in particular that a resistance of the electrical conductor should be neglected. Preferably, the rectification circuit is switchably connected to the neutral point, i. H. electrically decoupled from the neutral point in at least one operating mode. "Provided" is to be understood in particular specially programmed, equipped and / or designed.
Vorzugsweise weist die Ladevorrichtung wenigstens einen Leiter auf, der elektrisch mit dem Sternpunkt verbunden ist. Dadurch kann eine einfache Anbindung zwischen der Gleichrichtschaltung und dem Sternpunkt realisiert werden. Unter einem „Leiter” soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein elektrischer Leiter der Ladevorrichtung verstanden werden, der mit einem Ende elektrisch mit dem Sternpunkt und mit einem Ende elektrisch an die Gleichrichtschaltung angebunden und/oder anbindbar ist.Preferably, the charging device has at least one conductor which is electrically connected to the neutral point. As a result, a simple connection between the rectification circuit and the neutral point can be realized. A "conductor" is to be understood in this context, in particular an electrical conductor of the charging device, which is electrically connected at one end to the neutral point and one end electrically connected to the rectification circuit and / or connectable.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Ladevorrichtung ein Trennelement aufweist, das dazu vorgesehen ist, die Gleichrichtschaltung und die Antriebsmaschine in wenigstens einem Betriebsmodus zumindest teilweise elektrisch voneinander zu trennen. Dadurch kann in einem Fahrbetriebsmodus die Gleichrichtschaltung vorteilhaft von der Antriebsmaschine getrennt werden, wodurch insbesondere in einem Fahrbetriebsmodus eine vorteilhafte Abtrennung der Ladevorrichtung erreicht werden kann. Unter einem „Trennelement” soll dabei insbesondere ein Schaltelement verstanden werden, dass in wenigstens einem Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, einen Leiter elektrisch zu trennen, und in wenigstens einem Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, den Leiter elektrisch zu schließen.It is also proposed that the charging device has a separating element which is provided to at least partially electrically separate the rectifying circuit and the driving machine from each other in at least one operating mode. As a result, the rectification circuit can advantageously be disconnected from the drive machine in a drive operating mode, as a result of which, in particular in a drive operating mode, an advantageous separation of the load device can be achieved. A "separating element" should be understood to mean, in particular, a switching element that is provided in at least one operating mode to electrically disconnect a conductor, and in at least one operating mode is intended to electrically close the conductor.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Ladevorrichtung zumindest einen Tiefsetzsteller, der dazu vorgesehen ist, die Gleichspannung der Gleichrichtschaltung in eine Ladespannung umzuwandeln. Dadurch kann die Ladespannung vorteilhaft auf unterschiedliche Akkuvorrichtungen, insbesondere auf unterschiedliche Batteriespannungen, angepasst werden. Unter einem „Tiefsetzsteller” soll dabei insbesondere eine Schaltung mit wenigstens einem Schaltelement und wenigstens einer Spule verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, eine anliegende Gleichspannung in eine niedrigere Spannung umzuwandeln.In an advantageous embodiment of the invention, the charging device comprises at least one buck converter, which is intended to convert the DC voltage of the rectification circuit into a charging voltage. As a result, the charging voltage can be advantageously adapted to different battery devices, in particular to different battery voltages. A "step-down converter" should be understood to mean, in particular, a circuit having at least one switching element and at least one coil, which is intended to convert an applied DC voltage into a lower voltage.
Vorteilhafterweise ist der Tiefsetzsteller elektrisch zwischen der Gleichrichtschaltung und der Antriebsmaschine angeordnet. Unter „elektrisch zwischen” soll dabei insbesondere verstanden werden, dass die Gleichrichtschaltung, der Tiefsetzsteller und die Antriebsmaschine in wenigstens einem elektrischen Leistungsfluss in dieser Reihenfolge aufeinander folgend elektrisch in Reihe geschaltet sind. Vorzugsweise ist der Leistungsfluss als ein Leistungsfluss in dem Ladebetriebsmodus ausgebildet. Für die Begriffe „vor”, „nach” und „zwischen” soll dabei auch in der nachfolgenden Beschreibung, sofern nicht anderweitig explizit ausgeführt, von einer elektrischen Anordnung in Bezug auf den Leistungsfluss in dem Ladebetriebsmodus ausgegangen werden.Advantageously, the buck converter is electrically connected between the rectification circuit and the Drive machine arranged. The term "electrically between" is to be understood in particular as meaning that the rectification circuit, the step-down converter and the drive machine are electrically connected in series in succession in at least one electrical power flow in this order. Preferably, the power flow is formed as a power flow in the charging operation mode. For the terms "before,""after," and "between," an electrical arrangement with regard to the power flow in the charging operating mode should also be assumed in the following description, unless explicitly stated otherwise.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Ladevorrichtung wenigstens einen Netz-Ableitkondensator aufweist. Dadurch können insbesondere Rückwirkungen auf das externe Stromnetz verringert werden, wodurch beispielsweise ein Schutz vor einem unbeabsichtigten Auslösen von einer Sicherheitsvorrichtung des externen Stromnetzes erhöht werden kann. Unter einem „Netz-Ableitkondensator” soll dabei insbesondere ein Kondensator verstanden werden, der zwischen wenigstens einem, in wenigstens einem Betriebszustand potential führenden Leiter, wie insbesondere einer Phase, und wenigstens einem in einem Regelbetrieb potentialfreien Leiter, wie insbesondere einem Nullleiter oder einem Schutzleiter, angeordnet ist. Unter einem „Schutzleiter” soll dabei insbesondere ein Leiter verstanden werden, der ein Null-Potential definiert, wie insbesondere ein über das externe Stromnetz geerdeter Leiter. Unter „potentialfrei” soll insbesondere potentialfrei gegenüber dem Schutzleiter verstanden werden. Unter einem „Null-Leite” soll insbesondere ein in einem Regelbetrieb potentialfreier Leiter verstanden werden. Unter einer „Phase” soll insbesondere ein Leiter verstanden werden, der in einem Regelbetrieb gegenüber dem Nullleiter ein Potential aufweist.It is further proposed that the charging device has at least one network leakage capacitor. As a result, in particular repercussions on the external power grid can be reduced, whereby, for example, protection against unintentional triggering can be increased by a safety device of the external power grid. A "line bypass capacitor" should be understood to mean, in particular, a capacitor which is connected between at least one conductor carrying potential in at least one operating state, in particular one phase, and at least one potential-free conductor in a controlled operation, in particular a neutral conductor or a protective conductor, is arranged. A "protective conductor" should be understood to mean, in particular, a conductor which defines a zero potential, in particular a conductor earthed via the external power network. Under "potential-free" should be understood in particular potential-free with respect to the protective conductor. A "zero-conduction" should be understood to mean, in particular, a potential-free conductor in a control operation. A "phase" should in particular be understood to mean a conductor which, in a closed-loop operation, has a potential with respect to the neutral conductor.
In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Kraftfahrzeugantriebssystem eine Leistungselektronik umfasst, die wenigstens eine in Reihe mit der Gleichrichtschaltung geschaltete Inverterschaltung aufweist. Durch eine von der Gleichrichtschaltung getrennt ausgeführte Interverschaltung kann die Gleichrichtschaltung vorteilhaft auf den Ladebetriebsmodus angepasst werden, wohingegen die Inverterschaltung vorteilhaft auf den Fahrbetriebsmodus und einen Generatorbetriebsmodus angepasst werden kann. Unter einem „Ladebetriebsmodus” soll dabei insbesondere ein Betriebsmodus verstanden werden, in dem die Akkuvorrichtung mittels einer aus dem externen Stromnetz entnommenen elektrischen Leistung geladen wird. Unter einen „Fahrbetriebsmodus” soll insbesondere ein Betriebsmodus verstanden werden, bei dem der Akkuvorrichtung eine elektrische Leistung entnommen wird, die der Antriebsmaschine für einen Momentabgabe zugeführt wird. Unter einem „Generatorbetriebsmodus” soll insbesondere ein Betriebsmodus verstanden, in dem die Antriebsmaschine aus einer zugeführten mechanischen Leistung elektrische Leistung erzeugt, mittels der die Akkuvorrichtung geladen wird, wie insbesondere bei einer Rekuperation, bei der die mechanische Leistung über Antriebsräder eingeleitet wird.In a further embodiment of the invention, it is proposed that the motor vehicle drive system comprises power electronics having at least one inverter circuit connected in series with the rectification circuit. By an isolated from the rectification circuit interlinked circuit, the rectification circuit can be advantageously adapted to the charging mode, while the inverter circuit can be advantageously adapted to the driving mode and a generator operating mode. A "charging operation mode" is to be understood in particular as an operating mode in which the battery device is charged by means of an electrical power drawn from the external power supply. A "driving mode" is to be understood in particular an operating mode in which the battery device, an electrical power is removed, which is supplied to the drive machine for a torque output. A "generator operating mode" is understood in particular to mean an operating mode in which the drive machine generates electrical power from a supplied mechanical power, by means of which the battery device is charged, in particular during a recuperation in which the mechanical power is introduced via drive wheels.
Besonders vorteilhaft bildet die Inverterschaltung zumindest eine 3-Level-Inverterschaltung aus. Dadurch können Anforderungen an eine Spannungsfestigkeit einzelner Bauteile der Inverterschaltung verringert werden. Zudem kann eine Effizienz der Inverterschaltung erhöht werden. Unter einer „3-Level-Interverschaltung” soll dabei insbesondere eine Inverterschaltung verstanden werden, an der wenigstens drei unterschiedliche Potentiale anliegen, bzw. abgreifbar sind.Particularly advantageously, the inverter circuit forms at least one 3-level inverter circuit. As a result, requirements for a dielectric strength of individual components of the inverter circuit can be reduced. In addition, an efficiency of the inverter circuit can be increased. A "3-level interconnec" should in particular be understood to mean an inverter circuit to which at least three different potentials are present or can be tapped off.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Leistungselektronik wenigstens einen Netz-Ableitkondensator aufweist. Dadurch kann eine Sicherheit und eine Störanfälligkeit, insbesondere in Bezug auf das externe Stromnetz, weiter erhöht werden. Dadurch können insbesondere die Rückwirkungen auf das externe Stromnetz weiter verringert werden. Zudem kann dadurch eine Effizienz der Gleichrichtschaltung erhöht werden.In addition, it is advantageous if the power electronics has at least one power dissipation capacitor. As a result, a security and a susceptibility, especially in relation to the external power grid, further increased. As a result, in particular the repercussions on the external power grid can be further reduced. In addition, thereby an efficiency of the rectification circuit can be increased.
In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Ladevorrichtung zumindest eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung aufweist, die dazu vorgesehen ist, einen Leistungsfaktor anzupassen.In a further development, it is proposed that the charging device has at least one power factor correction circuit which is provided to adapt a power factor.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Ladevorrichtung eine Überwachungseinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, wenigstens eine elektrische Versorgungs- und/oder Vorrichtungskenngröße zu überwachen. Dadurch kann eine Betriebssicherheit erhöht werden. Unter „Vorsorgungskenngrößen” sollen dabei insbesondere Kenngrößen verstanden werden, die durch das externe Stromnetz vorgegeben sind, wie beispielsweise eine Netzspannung des externen Stromnetzes oder eine Wechselfrequenz des externen Stromnetzes. Unter „Vorrichtungskenngrößen” sollen dabei insbesondere durch die Ladevorrich” tung bedingte Kenngrößen verstanden werden, wie beispielsweise ein Ladestrom, ein Fehlerstrom oder ein Isolationsfehler der Ladevorrichtung.Furthermore, it is advantageous if the charging device has a monitoring unit which is provided to monitor at least one electrical supply and / or device parameter. As a result, a reliability can be increased. In this context, the term "precautionary parameters" is understood in particular to mean parameters that are predetermined by the external power grid, such as, for example, a grid voltage of the external power grid or an alternating frequency of the external power grid. The term "device characteristics" should be understood to mean, in particular, parameters determined by the charging device, such as, for example, a charging current, a fault current or an insulation fault of the charging device.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Ladevorrichtung eine Umschalteinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, wahlweise einen einphasigen Ladebetriebsmodus oder einen mehrphasigen Ladebetriebsmodus zu schalten. Dadurch kann die Ladevorrichtung für unterschiedliche Ausgestaltungen des externen Stromnetzes vorgesehen werden. Durch den mehrphasigen Ladebetrieb können dabei insbesondere hohe Ladeströme erreicht werden, wodurch eine Ladezeit kurz gehalten werden kann. Durch den einphasigen Ladebetrieb kann die Ladevorrichtung vorteilhaft auch bei einem Fehlen eines mehrphasigen Anschlusses eingesetzt werden. Unter einem „einphasigen Ladebetriebsmodus” soll dabei insbesondere verstanden werden, dass in dem Ladebetriebsmodus lediglich eine der Phasen der Ladevorrichtung ein Potential gegenüber dem Nullleiter aufweist. Unter einem „mehrphasigen Ladebetriebsmodus” soll dabei insbesondere verstanden werden, dass in dem Ladebetriebsmodus zumindest zwei der Phasen der Ladevorrichtung ein Potential gegenüber dem Nullleiter aufweisen.In addition, it is proposed that the charging device has a switching unit which is provided to selectively switch a single-phase charging operating mode or a multi-phase charging operating mode. As a result, the charging device can be provided for different configurations of the external power network. In particular, high charging currents can be achieved by the multiphase charging operation, whereby a charging time can be kept short. By the single-phase charging operation, the charging device can be advantageously used even in the absence of a multi-phase terminal. A "single-phase charging operating mode" is to be understood in particular as meaning that in the charging operating mode, only one of the phases of the charging device has a potential with respect to the neutral conductor. A "multi-phase charging operating mode" should be understood in particular to mean that, in the charging operating mode, at least two of the phases of the charging device have a potential with respect to the neutral conductor.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawings, two embodiments of the invention are shown. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
Dabei zeigen:Showing:
Die
Das Antriebssystem umfasst eine elektrische Antriebsmaschine
Die Akkuvorrichtung
Zur elektrischen Anbindung der Antriebsmaschine
In dem Fahrbetriebsmodus erzeugt die Inverterschaltung
In dem Generatorbetriebsmodus wandelt die Inverterschaltung
Die Ladevorrichtung
Die Gleichrichtschaltung
In dem Ladebetriebsmodus ist die Ladevorrichtung
Die Ladevorrichtung
Zur Erhöhung eines Leistungsfaktors umfasst die Ladevorrichtung
Zur Abtrennung der Gleichrichtschaltung
Durch das in dem Ladebetriebsmodus geschlossene Trennelement
Zur Verringerung der an den beiden Leitern
Die Ladevorrichtung
Weiter umfasst die Ladevorrichtung
Die Ladevorrichtung
Zur Anbindung der Akkuvorrichtung
Die Ladevorrichtung
Zur Umschaltung zwischen einem Ein-Phasen-Ladebetrieb und einem Drei-Phasen-Ladebetrieb umfasst die Ladevorrichtung
Zudem ist die Umschalteinheit
In dem Ladebetriebsmodus wird eine Leistung zum Laden der Akkuvorrichtung
Zur Steuerung umfasst das Antriebssystem eine Steuer- und Regeleinheit
In der
In
Die Ladevorrichtung
Im Unterschied zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel umfasst die Leistungselektronik
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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