DE102010041988A1 - Drive system for a battery-operated vehicle - Google Patents

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Stefan Völkel
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem für ein batteriebetriebenes Fahrzeug mit einem selbstgeführten Stromrichter (2) und einer Batterie (4), die elektrisch parallel zu gleichspannungsseitigen Anschlüssen (36, 38) des selbstgeführten Stromrichters (2) geschaltet ist. Erfindungsgemäß weist dieses Antriebssystem einen Fahrmotor (8) mit Schleifringläufer (10) und mehrere Umschalter (30, 32, 34), wobei ein Eingangs-Anschluss (25, 27, 29) eines jeden Umschalters (30, 32, 34) mit einem Anschluss (24, 26, 28) des Schleifringläufers (10) des Fahrmotors (8) verknüpft ist, wobei jeder zweite Ausgangs-Anschluss der Umschalter (30, 32, 34) jeweils mit einem Anschluss (48, 50, 52) des Antriebssystems elektrisch leitend verbunden ist, und wobei wechselspannungsseitige Anschlüsse (U, V, W) des selbstgeführten Stromrichters (2) mit ständerseitigen Anschlüssen (16, 18, 20) des Fahrmotors (8) verknüpft sind. Somit erhält man ein Antriebssystem, das kein separates Ladegerät mehr aufweist, das eine Batterie (4) mit einer frei wählbaren Batteriespannung verwendet und das diese Batterie (4) vom speisenden Netz (60) galvanisch getrennt ist.The invention relates to a drive system for a battery-operated vehicle with a self-commutated converter (2) and a battery (4), which is connected electrically in parallel to the DC voltage-side connections (36, 38) of the self-commutated converter (2). According to the invention, this drive system has a traction motor (8) with slip ring rotor (10) and several changeover switches (30, 32, 34), an input connection (25, 27, 29) of each changeover switch (30, 32, 34) having a connection (24, 26, 28) of the slip ring rotor (10) of the traction motor (8) is linked, with every second output connection of the changeover switches (30, 32, 34) being electrically conductive with a connection (48, 50, 52) of the drive system is connected, and AC-side connections (U, V, W) of the self-commutated converter (2) are linked with the stator-side connections (16, 18, 20) of the traction motor (8). The result is a drive system that no longer has a separate charger, that uses a battery (4) with a freely selectable battery voltage, and that this battery (4) is galvanically isolated from the supply network (60).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Antriebssystem für ein batteriebetriebenes Fahrzeug.The invention relates to a drive system for a battery-operated vehicle.

Aus der EP 0 593 472 B1 ist ein Antriebssystem für ein batteriebetriebenes Fahrzeug bekannt. Dieses bekannte Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs weist einen selbstgeführten Stromrichter, insbesondere einen IGBT-Pulsstromrichter, einen dreiphasigen elektrischen Motor, eine Batterie, mehrere Schalter und eine eine Betriebssteuereinrichtung aufweisende Steuereinrichtung auf. Mit den wechselspannungsseitigen Anschlüssen des IGBT-Stromrichters ist der Motor anschlussseitig mittels dreier Schalter verbindbar. Gleichspannungsseitig weist der IGBT-Pulsstromrichter einen Zwischenkreis-Kondensator auf, der mittels zweier weiterer Schalter elektrisch parallel zur Batterie schaltbar ist. Im Fahrbetrieb sind diese Schalter geschlossen, so dass die Batterie die Gleichspannungsversorgung des IGBT-Pulsstromrichters ist, der daraus ein mehrphasiges Wechselspannungssystem variabler Amplitude und Frequenz generiert.From the EP 0 593 472 B1 is known a drive system for a battery-powered vehicle. This known drive system of an electric vehicle has a self-commutated power converter, in particular an IGBT pulse power converter, a three-phase electric motor, a battery, a plurality of switches and a control device having an operation control device. The motor can be connected to the AC-side connections of the IGBT power converter by means of three switches on the connection side. On the DC voltage side, the IGBT pulse-controlled converter has a DC link capacitor, which can be switched electrically parallel to the battery by means of two further switches. When driving, these switches are closed, so that the battery is the DC voltage supply of the IGBT pulse converter, which generates a multiphase AC voltage system of variable amplitude and frequency.

Der in dieser EP-Patentschrift offenbarten Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der IGBT-Pulsstromrichter und ein Bordladegerät eines Elektrofahrzeugs niemals gleichzeitig in Betrieb sein können. Mittels des Bordladegeräts wird beim Parken die Batterie des Elektrofahrzeugs aus einem Versorgungsnetz geladen. Während des Parkens ist der IGBT-Pulsstromrichter ausgeschaltet. Aus diesem Grund ist dieses Antriebssystem derart ausgestaltet, dass zwei Brückenzweige des IGBT-Pulsstromrichters einen Vierquadrantensteller, der als netzfreundliche Einspeisung für den Zwischenkreis-Kondensator dient, und der dritte Brückenzweig dieses IGBT-Pulsstromrichters als Ladechopper für die Batterie verwendet werden. Dazu wird ein Anschluss dieser Batterie vom Spannungszwischenkreis getrennt und mittels eines weiteren Schalters mit einem wechselspannungsseitigen Anschluss eines Brückenzweigs des IGBT-Pulsstromrichters verknüpft. Mittels des Vierquadrantenstellers, der als Hochsetzsteller betrieben wird, wird weitgehend ein sinusförmiger oberschwingungsarmer Strom mit einem Leistungsfaktor gleich Eins aus einem angeschlossenen Versorgungsnetz entnommen. Dadurch ist die Spannung am Zwischenkreis-Kondensator immer größer als der Scheitelwert der Spannung des Versorgungsnetzes. Aus diesem Zwischenkreis-Kondensator wird mittels des Ladechoppers die Batterie geladen. Der Vorteil dieses Antriebssystems besteht darin, dass kein separates Bordladegerät mehr benötigt wird, wodurch Platz und Gewicht eingespart werden.The invention disclosed in this EP patent is based on the finding that the IGBT pulse converter and an on-board charger of an electric vehicle can never be in operation at the same time. By means of the on-board charger, the battery of the electric vehicle is charged from a supply network when parking. During parking, the IGBT pulse inverter is switched off. For this reason, this drive system is configured such that two bridge branches of the IGBT pulse-controlled converter are used as a charge chopper for the battery, a four-quadrant controller, which serves as a grid-friendly feed for the DC link capacitor, and the third bridge branch of this IGBT pulse-controlled converter. For this purpose, a connection of this battery is disconnected from the voltage intermediate circuit and linked by means of a further switch to an AC-side terminal of a bridge branch of the IGBT pulse-controlled converter. By means of the four-quadrant controller, which is operated as a step-up converter, a sinusoidal low-harmonic current with a power factor equal to one is largely taken from a connected supply network. As a result, the voltage at the DC link capacitor is always greater than the peak value of the voltage of the supply network. From this DC link capacitor, the battery is charged by means of the charging chopper. The advantage of this drive system is that no separate on-board charger is needed, saving space and weight.

Bei dieser bekannten Vorrichtung zum Betrieb eines Wechselrichters eines Drehstromantriebs eines Elektroautos als Bordladegerät muss die Amplitude der Batteriespannung kleiner sein als eine gleichgerichtete Netzspannung, die am Stützkondensator des selbstgeführten Stromrichters (Wechselrichter) abfällt. Eine Batterie mit einer Spannungsamplitude größer einer gleichgerichteten Netzspannung bzw. größer einem Scheitelwert einer Netzspannung kann bei dieser bekannten Vorrichtung nicht verwendet werden.In this known device for operating an inverter of a three-phase drive of an electric car as on-board charger, the amplitude of the battery voltage must be smaller than a rectified mains voltage, which drops on the support capacitor of the self-commutated converter (inverter). A battery with a voltage amplitude greater than a rectified mains voltage or greater than a peak value of a mains voltage can not be used in this known device.

Üblicherweise weist ein batteriebetriebenes Fahrzeug neben einem Fahrmotor und einem Fahrstromrichter zusätzlich ein Ladegerät auf. Ein solches Ladegerät weist neben einer Stromrichterschaltung und einer Leistungsfaktor-Steuerung auch noch einen Transformator auf. Mittels dieses Transformators wird eine Batteriespannung an eine Netzspannung angepasst. Nachteil eines derartigen Ladegeräts besteht darin, dass dieses Kosten, zusätzliches Gewicht und Platzbedarf verursacht. Jedes zusätzliche Gewicht eines batteriebetriebenen Fahrzeugs reduziert seine Reichweite. Der Vorteil eines separaten Ladegeräts mit Transformator besteht darin, dass die Batterie und das speisende Netz potentialmäßig getrennt sind, wodurch Fehlerströme unterbunden werden, und dass auch eine Batterie mit einer Batteriespannung größer einem Scheitelwert einer Netzspannung eines speisenden Netzes verwendet werden kann.Usually, a battery-powered vehicle in addition to a traction motor and a traction converter in addition to a charger. Such a charger also has a transformer in addition to a converter circuit and a power factor control. By means of this transformer, a battery voltage is adapted to a mains voltage. Disadvantage of such a charger is that it causes costs, additional weight and space. Any additional weight of a battery-powered vehicle reduces its range. The advantage of a separate charger with transformer is that the battery and the feeding network are potentially isolated, thereby preventing fault currents, and that a battery with a battery voltage greater than a peak of a mains voltage of a feeding network can be used.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem für ein batteriebetriebenes Fahrzeug derart weiterzubilden, das kein separates Ladegerät mehr benötigt wird, dass eine Batterie mit einer frei wählbaren Batteriespannung verwendet werden kann, und dass die Batterie vom speisenden Netz galvanisch getrennt ist.The invention is based on the object, a drive system for a battery-powered vehicle in such a way that no separate charger is needed more that a battery can be used with a freely selectable battery voltage, and that the battery is electrically isolated from the feeding network.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfindungsmäßig gelöst.This object is achieved erfindungsmäßig with the features of claim 1.

Dadurch, dass als Fahrmotor ein elektrischer Motor mit Schleifringläufer verwendet wird, dessen Anschlüsse des Schleifringläufers mit Anschlüssen des Antriebssystems, an denen ein Versorgungsnetz anschließbar ist, verbunden werden können, kann der Fahrmotor mit Schleifringläufer einerseits als Fahrmotor und andererseits als Transformator zur Spannungsanpassung und zur galvanischen Trennung beim Laden aus einem Versorgungsnetz verwendet werden. Dazu sind zwischen den Anschlüssen des Antriebssystems und dem Schleifringläufer mehrere Umschalter vorgesehen.The fact that an electric motor with slip ring rotor is used as traction motor, the terminals of the slip ring rotor with connections of the drive system to which a supply network is connected, the traction motor with slip ring rotor on the one hand as traction motor and on the other hand as a transformer for voltage adjustment and galvanic Separation to be used when charging from a utility grid. For this purpose, several switches are provided between the terminals of the drive system and the slip ring rotor.

Der Mehraufwand für Schleifringe und einer Rotorwicklung ist klein gegenüber eingesparten Komponenten wie Transformator und eine Ladeelektronik. Gegenüber einem permanenterregten Synchronmotor als Fahrmotor kann bei einem Fahrmotor mit Schleifringläufer der magnetische Fluss in der Maschine bei hoher Drehzahl einfach reduziert werden, wodurch sich der Wirkungsgrad wesentlich verbessert. Die Permanentmagnete, die bei permanenterregten Synchronmotoren verwendet werden, sind nur begrenzt verfügbar und dementsprechend teuer.The overhead for slip rings and a rotor winding is small compared to saved components such as transformers and charging electronics. Compared with a permanent-magnet synchronous motor as traction motor, the magnetic flux in the machine can be easily reduced at high speed in a traction motor with slip ring rotor be, whereby the efficiency significantly improved. The permanent magnets used in permanent-magnet synchronous motors are limited and therefore expensive.

Gegenüber der Verwendung eines zusätzlichen Ladegeräts mit Transformator werden beim erfindungsgemäßen Antriebssystem Kosten, Gewicht und Platz eingespart, wodurch sich die Reichweite eines batteriebetriebenen Fahrzeugs mit dem erfindungsgemäßen Antriebssystem erhöht.Compared to the use of an additional charger with transformer costs, weight and space are saved in the drive system according to the invention, thereby increasing the range of a battery-powered vehicle with the drive system according to the invention.

Gegenüber einer Lösung ohne Transformator ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung eine freie Wahl der Batteriespannung und eine Potentialtrennung zur Vermeidung von Fehlerströmen.Compared to a solution without a transformer solution of the invention allows a free choice of battery voltage and a potential separation to avoid fault currents.

Außerdem muss der selbstgeführte Stromrichter des erfindungsgemäßen Antriebssystems nur auf die Batteriespannung und nicht mehr auf eine Netzspannung ausgelegt werden.In addition, the self-commutated power converter of the drive system according to the invention must be designed only for the battery voltage and no longer to a mains voltage.

Da die Umschalter im Läuferkreis des Fahrmotors angeordnet sind, führen diese während eines Ladebetriebs in der Regel einen kleinen Netzstrom und während des Fahrbetriebs nur den Erregerstrom des Fahrmotors mit Schleifringläufer. Da diese Umschalter nicht in einem Fahrstromkreis angeordnet sind, in dem sehr hohe Ströme fließen, müssen diese auch nicht für hohe Ströme ausgelegt sein.Since the switches are arranged in the rotor circuit of the drive motor, these lead during a charging operation usually a small line current and while driving only the excitation current of the drive motor with slip ring rotor. Since these switches are not arranged in a driving circuit in which flow very high currents, they must not be designed for high currents.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Anschlüsse des Schleifringläufers mittels zweier Schalter kurzschließbar. Dadurch wird der Fahrmotor mit Schleifringläufer als Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer verwendet.In an advantageous embodiment, the connections of the slip-ring rotor can be short-circuited by means of two switches. As a result, the traction motor with slip ring rotor is used as an asynchronous motor with squirrel-cage rotor.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein vorteilhaftes Antriebssystem für ein batteriebetriebenes Fahrzeug nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which an advantageous drive system for a battery-operated vehicle according to the invention is illustrated schematically.

Dieses vorteilhafte Antriebssystem für ein batteriebetriebenes Fahrzeug nach der Erfindung weist einen selbstgeführten Stromrichter 2, eine Batterie 4, eine Gleichstrom-Erregereinrichtung 6 und einen Fahrmotor 8 mit Schleifringläufer 10 auf. Als selbstgeführten Stromrichter 2 ist ein sechspoliger Stromrichter vorgesehen, der als Stromrichterventile abschaltbare Halbleiterschalter, insbesondere Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBT), aufweist. Aus diesem Grund wird dieser selbstgeführte Stromrichter 2 auch als IGBT-Pulsstromrichter bezeichnet. Gleichspannungsseitig weist dieser selbstgeführte Stromrichter 2 einen Stützkondensator 12 auf. Im Handel erhältliche so genannte Power-Module (PM) weisen einen derartigen Stützkondensator 12 gleichspannungsseitig auf.This advantageous drive system for a battery powered vehicle according to the invention comprises a self-commutated power converter 2 , a battery 4 , a DC excitation device 6 and a traction motor 8th with slip ring rotor 10 on. As a self-commutated power converter 2 a six-pole power converter is provided, which can be switched off as a converter valves semiconductor switches, in particular insulated gate bipolar transistors (IGBT). For this reason, this self-commutated power converter 2 also referred to as IGBT pulse power converter. DC voltage side, this self-commutated power converter 2 a backup capacitor 12 on. Commercially available so-called power modules (PM) have such a backup capacitor 12 on the DC side.

Der Fahrmotor 8 mit Schleifringläufer 10 weist ständerseitig eine Ständerwicklung 14 auf, die einerseits einen Sternpunkt bildet, und andererseits mit Anschlüssen 16, 18 und 20 des Fahrmotors 8 verbunden sind. Der Schleifringläufer 10 weist ebenfalls eine mehrphasige Wicklung 22 auf, die ebenfalls einerseits einen Sternpunkt bildet und andererseits mit Anschlüssen 24, 26 und 28 des Schleifringläufers 10 verbunden sind. Die ständerseitigen Anschlüsse 16, 18 und 20 sind mit wechselspannungsseitigen Anschlüssen U, V und W des selbstgeführten Stromrichters 2 jeweils elektrisch leitend verbunden. An jedem Anschluss 24, 26 und 28 des Schleifringläufers 10, die auch als läuferseitige Anschlüsse 24, 26 und 28 bezeichnet werden, ist ein Umschalter 30, 32 bzw. 34 angeschlossen.The drive motor 8th with slip ring rotor 10 has stator side a stator winding 14 on the one hand forms a star point, and on the other hand with connections 16 . 18 and 20 of the drive motor 8th are connected. The slip ring rotor 10 also has a polyphase winding 22 on, on the one hand forms a star point and on the other hand with connections 24 . 26 and 28 of the slip ring rotor 10 are connected. The stand-side connections 16 . 18 and 20 are with AC side terminals U, V and W of the self-commutated power converter 2 each electrically connected. At every connection 24 . 26 and 28 of the slip ring rotor 10 which also act as runner-side connectors 24 . 26 and 28 be designated, is a switch 30 . 32 respectively. 34 connected.

Elektrisch parallel zum Stützkondensator 12 und damit zu gleichspannungsseitigen Anschlüssen 36 und 38 des selbstgeführten Stromrichters 2, insbesondere Power-Modul, ist eine Batterie 4 geschaltet. Elektrisch parallel zu dieser Batterie 4 ist die Gleichstrom-Erregereinrichtung 6 geschaltet. Diese Gleichstrom-Erregereinrichtung 6 weist einen abschaltbaren Halbleiterschalter 40, insbesondere ein Insulated-Gate-Bipolar-Transistor, und eine Diode 42 auf, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Der Verbindungspunkt 44 dieser beiden Halbleiterelemente bildet einen Ausgangs-Anschluss dieser Gleichstrom-Erregereinrichtung 6. Der Minuspol der Batterie 4 bildet den zweiten Ausgangs-Anschluss 46 dieser Gleichstrom-Erregereinrichtung 6.Electrically parallel to the backup capacitor 12 and thus to DC side connections 36 and 38 the self-commutated power converter 2 , especially power module, is a battery 4 connected. Electric parallel to this battery 4 is the DC excitation device 6 connected. This DC exciter device 6 has a turn-off semiconductor switch 40 , in particular an insulated gate bipolar transistor, and a diode 42 on, which are electrically connected in series. The connection point 44 of these two semiconductor elements forms an output terminal of this DC exciter device 6 , The negative pole of the battery 4 forms the second output connection 46 this DC excitation device 6 ,

Der Ausgangs-Anschluss 44 der Gleichstrom-Erregereinrichtung 6 ist mit einem ersten Ausgang des Umschalters 30 elektrisch leitend verbunden, wogegen der Ausgangs-Anschluss 46 jeweils mit einem ersten Ausgang des Umschalters 32 und 34 verknüpft ist. Jeder zweite Ausgang 25, 27 und 29 dieser Umschalter 30, 32 und 34 sind mit einem netzseitigen Anschluss 48, 50 und 52 des Antriebssystems verbunden.The output connection 44 the DC exciter device 6 is with a first output of the switch 30 electrically connected, whereas the output terminal 46 each with a first output of the switch 32 and 34 is linked. Every second exit 25 . 27 and 29 this switch 30 . 32 and 34 are with a network-side connection 48 . 50 and 52 connected to the drive system.

Bei der dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems sind zwischen den netzseitigen Anschlüssen 48, 50 und 52 des Antriebssystems und den zweiten Ausgängen der Umschalter 30, 32 und 34 ein Filter 54, insbesondere ein Hochfrequenzfilter, geschaltet, um die Netzrückwirkungen zu dämpfen. In dieser Ausführungsform sind außerdem noch zwei Schalter 56 und 58, insbesondere Kurzschließer, angeordnet, mit denen die läuferseitigen Anschlüsse 24, 26 und 26, 28 miteinander elektrisch leitend verbunden werden können. Dadurch ist die mehrphasige Läuferwicklung 22 anschlussseitig zu einem Sternpunkt verbunden. Somit wird aus einer fremderregten Synchronmaschine eine Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer.In the illustrated embodiment of the drive system according to the invention are between the network-side terminals 48 . 50 and 52 of the drive system and the second outputs of the switches 30 . 32 and 34 a filter 54 , in particular a high frequency filter, switched to attenuate the network perturbations. In this embodiment, also two switches 56 and 58 , in particular short-circuiters, arranged with which the rotor-side connections 24 . 26 and 26 . 28 can be electrically connected to each other. This is the multiphase rotor winding 22 connected to a star point on the connection side. Thus, an externally-excited synchronous machine becomes an asynchronous machine with a squirrel-cage rotor.

In der Darstellung des Antriebssystems für ein batteriebetriebenes Fahrzeug nach der Erfindung sind die Umschalter 30, 32 und 34 jeweils in einer neutralen Stellung dargestellt. Während eines Ladebetriebs verbinden die Umschalter 30, 32 und 34 die Anschlüsse 24, 26 und 28 des Schleifringläufers 10 des Fahrmotors 8 mittels des Filters 54 mit den netzseitigen Anschlüssen 48, 50 und 52 des Antriebssystems, an denen ein Versorgungsnetz 60 angeschlossen ist. Während des Ladebetriebs wird der Fahrmotor 8 mit Schleifringläufer 10 als Transformator verwendet, der die wechselspannungsseitigen Anschlüsse U, V, W des selbstgeführten Stromrichters 2 von den netzseitigen Anschlüssen 48, 50 und 52 des Antriebssystems und damit vom Versorgungsnetz 60 potentialmäßig trennen. Der selbstgeführten Stromrichter 2 wird während des Ladebetriebs als netzfreundlicher Gleichrichter betrieben, der einen Ladestrom der Batterie 4 regelt. In the illustration of the drive system for a battery powered vehicle according to the invention, the switches 30 . 32 and 34 each shown in a neutral position. During a charging operation, the switches connect 30 . 32 and 34 the connections 24 . 26 and 28 of the slip ring rotor 10 of the drive motor 8th by means of the filter 54 with the network-side connections 48 . 50 and 52 of the propulsion system to which a supply network 60 connected. During charging the traction motor becomes 8th with slip ring rotor 10 used as a transformer, the AC side terminals U, V, W of the self-commutated power converter 2 from the network-side connections 48 . 50 and 52 of the drive system and thus of the supply network 60 separate in terms of potential. The self-commutated power converter 2 is operated during the charging operation as a grid-friendly rectifier, the charging current of the battery 4 regulates.

Im Fahrbetrieb verbinden die Umschalter 30, 32 und 34 die Anschlüsse 24, 26 und 28 des Schleifringläufers 10 des Fahrmotors 8 mit den beiden Anschlüssen 44 und 46 der Gleichstrom-Erregereinrichtung 6. Dabei verbindet der Umschalter 30 den läuferseitigen Anschluss 24 mit dem Ausgangs-Anschluss 44 der Gleichstrom-Erregereinrichtung 6, wogegen die Umschalter 32 und 34 die beiden läuferseitigen Anschlüsse 26 und 28 mit dem zweiten Ausgangs-Anschluss 46 der Gleichstrom-Erregereinrichtung 6 verbinden. Das heißt, dass im Fahrbetrieb die Batterie 4 einerseits zur Stromversorgung des Fahrmotors 8 und andererseits zur Erregerversorgung der Wicklung 22 des Schleifringläufers 10 verwendet wird. Mittels der beiden Schalter 56 und 58 können die Anschlüsse 24, 26 und 28 des Schleifringläufers 10 miteinander elektrisch leitend verbunden werden, so dass der Fahrmotor 8 dann als Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer betrieben werden kann.When driving, the switches connect 30 . 32 and 34 the connections 24 . 26 and 28 of the slip ring rotor 10 of the drive motor 8th with the two connections 44 and 46 the DC exciter device 6 , The switch connects 30 the runner-side connection 24 with the output connector 44 the DC exciter device 6 whereas the switch 32 and 34 the two rotor-side connections 26 and 28 with the second output connector 46 the DC exciter device 6 connect. This means that while driving the battery 4 on the one hand to power the traction motor 8th and on the other hand to the excitation supply of the winding 22 of the slip ring rotor 10 is used. By means of the two switches 56 and 58 can the connections 24 . 26 and 28 of the slip ring rotor 10 be electrically connected to each other, so that the traction motor 8th can then be operated as an induction machine with squirrel cage.

Bei dieser Antriebstopologie führen die Umschalter 30, 32 und 34 in der Regel nur kleine Netzströme während eines Ladebetriebs bzw. nur Rotorströme während eines Fahrbetriebs. Hohe Ströme im Fahrstromkreis fließen nicht über diese Umschalter 30, 32 und 34, so dass diese sehr kompakt ausgeführt sind und kaum Platz beanspruchen.With this drive topology, the switches operate 30 . 32 and 34 usually only small mains currents during a charging operation or only rotor currents during a driving operation. High currents in the driving circuit do not flow through these switches 30 . 32 and 34 , so that they are very compact and take up little space.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0593472 B1 [0002] EP 0593472 B1 [0002]

Claims (10)

Antriebssystem für ein batteriebetriebenes Fahrzeug mit einem selbstgeführten Stromrichter (2) und mit einer Batterie (4), die elektrisch parallel zu gleichspannungsseitigen Anschlüssen (36, 38) des selbstgeführten Stromrichters (2) geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fahrmotor (8) mit Schleifringläufer (10) und mehrere Umschalter (30, 32, 34) vorgesehen sind, wobei ein Eingangs-Anschluss (25, 27, 29) eines jeden Umschalters (30, 32, 34) mit einem Anschluss (24, 26, 28) des Schleifringläufers (10) des Fahrmotors (8) verknüpft ist, wobei jeder zweite Ausgangs-Anschluss (49, 51, 53) der Umschalter (30, 32, 34) jeweils mit einem Anschluss (48, 50, 52) des Antriebssystems elektrisch leitend verbunden ist, und wobei wechselspannungsseitige Anschlüssen (U, V, W) des selbstgeführten Stromrichters (2) mit ständerseitigen Anschlüssen (16, 18, 20) des Fahrmotors (8) verknüpft sind.Drive system for a battery-operated vehicle with a self-commutated converter ( 2 ) and with a battery ( 4 ), which are electrically parallel to DC side terminals ( 36 . 38 ) of the self-commutated power converter ( 2 ), characterized in that a traction motor ( 8th ) with slip ring rotor ( 10 ) and several switches ( 30 . 32 . 34 ) are provided, wherein an input terminal ( 25 . 27 . 29 ) of each switch ( 30 . 32 . 34 ) with a connection ( 24 . 26 . 28 ) of the slip ring rotor ( 10 ) of the drive motor ( 8th ), each second output port ( 49 . 51 . 53 ) the switch ( 30 . 32 . 34 ) each with a connection ( 48 . 50 . 52 ) of the drive system is electrically conductively connected, and wherein AC-side terminals (U, V, W) of the self-commutated power converter ( 2 ) with stand-side connections ( 16 . 18 . 20 ) of the drive motor ( 8th ) are linked. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den netzseitigen Anschlüssen (48, 50, 52) des Antriebssystems und den zweiten Ausgangs-Anschlüssen (49, 51, 53) der Umschalter (30, 32, 34) ein Filter (54) geschaltet ist.Drive system according to claim 1, characterized in that between the network-side connections ( 48 . 50 . 52 ) of the drive system and the second output terminals ( 49 . 51 . 53 ) the switch ( 30 . 32 . 34 ) a filter ( 54 ) is switched. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (24, 26, 28) des Schleifringläufers (10) des Fahrmotors (8) mittels zweier Schalter (56, 58) miteinander verbindbar sind.Drive system according to claim 1, characterized in that the connections ( 24 . 26 . 28 ) of the slip ring rotor ( 10 ) of the drive motor ( 8th ) by means of two switches ( 56 . 58 ) are connectable to each other. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als selbstgeführter Stromrichter (2) ein IGBT-Pulsstromrichter vorgesehen ist.Drive system according to claim 1, characterized in that as a self-commutated power converter ( 2 ) an IGBT pulse power converter is provided. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass elektrisch parallel zu den gleichspannungsseitigen Anschlüssen (36, 38) des selbstgeführten Stromrichters (2) ein Stützkondensator (12) geschaltet ist.Drive system according to claim 1, characterized in that electrically parallel to the direct-voltage side terminals ( 36 . 38 ) of the self-commutated power converter ( 2 ) a backup capacitor ( 12 ) is switched. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fahrmotor (8) mit Schleifringläufer (10) ein Schleifringasynchronmotor vorgesehen ist.Drive system according to claim 1, characterized in that as drive motor ( 8th ) with slip ring rotor ( 10 ) a slip ring asynchronous motor is provided. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fahrmotor (8) mit Schleifringläufer (10) ein fremderregter Synchronmotor vorgesehen ist.Drive system according to claim 1, characterized in that as drive motor ( 8th ) with slip ring rotor ( 10 ) A separately excited synchronous motor is provided. Antriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleichstrom-Erregereinrichtung (6) vorgesehen ist, die elektrisch parallel zur Batterie (4) geschaltet ist, deren beiden Ausgangs-Anschlüssen (44, 46) jeweils mit einem ersten Ausgangs-Anschluss wenigstens eines Umschalters (30, 32, 34) verbunden sind,Drive system according to Claim 7, characterized in that a direct-current excitation device ( 6 ), which is electrically parallel to the battery ( 4 ), whose two output terminals ( 44 . 46 ) each having a first output terminal of at least one switch ( 30 . 32 . 34 ) are connected, Antriebssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichstrom-Erregereinrichtung (6) einen abschaltbaren Leistungshalbleiter (40) mit einer antiparallel geschalteten Diode und eine Diode (42) aufweist, die elektrisch in Reihe geschaltet sind.Drive system according to Claim 8, characterized in that the direct-current excitation device ( 6 ) a turn-off power semiconductor ( 40 ) with an antiparallel-connected diode and a diode ( 42 ), which are electrically connected in series. Antriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der IGBT-Pulsstromrichter dreiphasig ausgeführt ist.Drive system according to claim 4, characterized in that the IGBT pulse converter is designed to be three-phase.
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