DE102013011104A1 - Electrical power distribution device for an electrically driven vehicle and method for operating the power distribution device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Elektrische Energieverteilungseinrichtung (14, 36, 40) für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, mit einem Wechselrichter (16), der gleichspannungsseitig an einem Zwischenkreis (18) angeschlossen und wechselspannungsseitig zum Verbinden mit einer rotierenden elektrischen Maschine (12) des Fahrzeugs eingerichtet ist, mit einer ersten Schalteinheit (20, 28) in der wechselspannungsseitigen Verbindung des Wechselrichters (16) mit der rotierenden elektrischen Maschine (12), welche Schalteinheit (20, 28) mit der rotierenden elektrischen Maschine (12) verbindbar ist und an die eine Anschlusseinheit (22, 38) zum elektrischen lösbaren Verbinden mit einer zu einer Gleichspannungsquelle (24) des Fahrzeugs unterschiedlichen Energiequelle angeschlossen ist, wobei am Zwischenkreis (18) ein Isolationsgleichspannungswandler (26) zum Anschließen an die Gleichspannungsquelle (24) des Fahrzeugs angeschlossen sowie eine zweite Schalteinheit (20, 28) zum direkten Anschließen des Zwischenkreises (18) an die Gleichspannungsquelle (24) des Fahrzeugs unter Umgehung des Isolationsgleichspannungswandlers (26) vorgesehen sind.The invention relates to an electrical power distribution device (14, 36, 40) for an electrically driven vehicle, having an inverter (16) connected on the DC side to an intermediate circuit (18) and arranged on the AC side for connection to a rotating electrical machine (12) of the vehicle is, with a first switching unit (20, 28) in the AC-side connection of the inverter (16) with the rotary electric machine (12), which switching unit (20, 28) with the rotary electric machine (12) is connectable and to the one Connection unit (22, 38) is connected for electrically releasable connection to a different power source to a DC voltage source (24) of the vehicle, wherein the DC link (18) a DC isolation converter (26) for connection to the DC voltage source (24) of the vehicle connected and a second Switching unit (20, 28) for direct connection n of the intermediate circuit (18) to the DC voltage source (24) of the vehicle, bypassing the insulation DC voltage converter (26) are provided.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Energieverteilungseinrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, mit einem Wechselrichter, der gleichspannungsseitig an einem Zwischenkreis angeschlossen und wechselspannungsseitig zum Verbinden mit einer rotierenden elektrischen Maschine des Fahrzeugs eingerichtet ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer rotierenden elektrischen Maschine sowie ein Verfahren zum Betreiben der elektrischen Energieverteilungseinrichtung.The present invention relates to an electrical power distribution device for an electrically driven vehicle, with an inverter which is connected on the DC voltage side to a DC link and is arranged on the AC voltage side for connection to a rotating electrical machine of the vehicle. In addition, the invention relates to a vehicle with a rotating electrical machine and a method for operating the electrical power distribution device.
Fahrzeuge der gattungsgemäßen Art sind dem Grunde nach bekannt, so dass es eines gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Fahrzeuge können dem Grunde nach Luft-, Wasser- und/oder Landfahrzeuge sein. Die in Rede stehenden Fahrzeuge weisen einen elektrischen Antrieb auf, der regelmäßig durch eine rotierende elektrische Maschine gebildet ist. Die rotierende elektrische Maschine stellt eine Antriebsleistung für das Fahrzeug bereit, mittels der das Fahrzeug in einem Fahrbetrieb angetrieben wird. Natürlich können auch mehrere rotierende elektrische Maschinen zum Zwecke des Antriebs vorgesehen sein, die beispielsweise einzeln oder gemeinsam mittels einer Steuerung gesteuert sein können. Neben der rotierenden elektrischen Maschine als Antrieb kann das Fahrzeug darüber hinaus auch weitere Antriebsmaschinen aufweisen, beispielsweise Verbrennungskraftmaschinen, pneumatische oder hydraulische Antriebsmaschinen, Kombinationen hiervon und/oder dergleichen. Solche Fahrzeuge werden häufig auch Hybrid-Fahrzeuge genannt.Vehicles of the generic type are basically known, so that it does not require a separate printed evidence for this. Vehicles may basically be air, water and / or land vehicles. The vehicles in question have an electric drive, which is regularly formed by a rotating electric machine. The rotary electric machine provides drive power to the vehicle by means of which the vehicle is driven in a driving operation. Of course, several rotating electrical machines may be provided for the purpose of the drive, which may be controlled individually or jointly by means of a control, for example. In addition to the rotating electric machine as a drive, the vehicle can also have other drive machines, such as internal combustion engines, pneumatic or hydraulic drive machines, combinations thereof and / or the like. Such vehicles are often called hybrid vehicles.
Fahrzeuge der gattungsgemäßen Art benötigen in der Regel eine elektrische Energieverteilungseinrichtung, die die dem Antrieb dienende rotierende elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgt. Während der Fahrt wird die elektrische Energie üblicherweise aus einer fahrzeugeigenen Batterie bereitgestellt. Die Batterie ist in der Regel als Akkumulator ausgebildet. In regelmäßigen Abständen muss der Akkumulator wieder aufgeladen werden, damit er Energie für den Fahrbetrieb bereitstellen kann.Vehicles of the generic type generally require an electrical power distribution device that supplies the rotating electrical machine serving the drive with electrical energy. While driving, the electrical energy is usually provided from an in-vehicle battery. The battery is usually designed as an accumulator. At regular intervals, the accumulator must be recharged so that it can provide energy for driving.
Zu diesem Zweck sind Ladegeräte vorgesehen, die beispielsweise am Fahrzeug mitgeführt sind und einen Energiebezug durch Anschluss an ein öffentliches Energieversorgungsnetz außerhalb des Fahrbetriebs erlauben.For this purpose, chargers are provided, which are carried for example on the vehicle and allow energy by connecting to a public power grid outside the vehicle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand für die elektrische Energieverteilungseinrichtung zu reduzieren.The invention has for its object to reduce the cost of the electrical power distribution device.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine elektrische Verteilungseinrichtung gemäß Anspruch 1 sowie ein Fahrzeug gemäß Anspruch 6 als auch durch ein Verfahren gemäß Anspruch 7.This object is achieved by an electrical distribution device according to
Einrichtungsseitig zeichnet sich die erfindungsgemäße elektrische Energieverteilungseinrichtung dadurch aus, dass in der wechselspannungsseitigen Verbindung des Wechselrichters mit der rotierenden elektrischen Maschine eine erste Schalteinheit vorgesehen ist, welche Schalteinheit mit der rotierenden elektrischen Maschine verbindbar ist und an die eine Anschlusseinheit zum elektrischen lösbaren Verbinden mit einer zu einer Gleichspannungsquelle des Fahrzeugs unterschiedlichen Energiequelle angeschlossen ist, wobei am Zwischenkreis ein Isolationsgleichspannungswandler zum Anschließen an die Gleichspannungsquelle des Fahrzeugs angeschlossen sowie eine zweite Schalteinheit zum direkten Anschließen des Zwischenkreises an die Gleichspannungsquelle des Fahrzeugs unter Umgehung des Isolationsgleichspannungswandlers vorgesehen sind.On the device side, the electrical power distribution device according to the invention is characterized in that in the AC-side connection of the inverter with the rotating electrical machine, a first switching unit is provided, which switching unit with the rotating electric machine is connectable and to a terminal unit for electrically releasable connection with a to a DC voltage source of the vehicle is connected to different energy source, wherein the DC link an isolation DC converter for connecting to the DC voltage source of the vehicle connected and a second switching unit for directly connecting the DC link to the DC voltage source of the vehicle, bypassing the DC isolation converter are provided.
Die rotierende elektrische Maschine ist in der Regel durch eine Wechselspannungsmaschine, insbesondere eine Dreiphasen-Wechselspannungsmaschine, gebildet. Ausführungsformen für eine Dreiphasen-Wechselspannungsmaschine sind beispielsweise Synchronmaschinen, Asynchronmaschinen oder dergleichen. Besonders bevorzugt ist eine Asynchronmaschine, die aufgrund ihres Konstruktions- und Wirkungsprinzips besonders einfach und robust ist. Dies ist ein Vorteil für den Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine im Fahrzeug. Zum Betrieb der rotierenden elektrischen Maschine ist ein Wechselrichter erforderlich, der durch eine fahrzeugeigene Gleichspannungsquelle bereitgestellte elektrische Energie in eine für die rotierende elektrische Maschine geeignete Wechselspannung umwandelt. Die rotierende elektrische Maschine sowie die elektrische Energieverteilungseinrichtung sind vorzugsweise Bestandteil der elektrischen Anlage des Fahrzeugs. Die rotierende elektrische Maschine ist beispielsweise nicht Bestandteil der elektrischen Energieverteilungseinrichtung.The rotating electrical machine is usually formed by an AC machine, in particular a three-phase AC machine. Embodiments for a three-phase AC machine are, for example, synchronous machines, asynchronous machines or the like. Particularly preferred is an asynchronous machine, which is particularly simple and robust due to its design and effect principle. This is an advantage for the operation of the rotating electrical machine in the vehicle. To operate the rotating electrical machine, an inverter is required, which converts electrical energy supplied by an on-board DC voltage source into an AC voltage suitable for the rotating electrical machine. The rotating electrical machine and the electrical power distribution device are preferably part of the electrical system of the vehicle. The rotating electrical machine is not part of the electrical power distribution device, for example.
Die Gleichspannungsquelle des Fahrzeugs ist beispielsweise durch einen elektrischen Energiespeicher wie einem Akkumulator, einem Kondensator, Kombinationen hiervon oder dergleichen oder auch durch eine Brennstoffzelle oder Kombination mit elektrischen Energiespeichern gebildet. Sie ist vorzugsweise mit dem Fahrzeug mechanisch verbunden und stellt die elektrische Energie während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs mittels der rotierenden elektrischen Maschine bereit.The DC voltage source of the vehicle is formed for example by an electrical energy storage such as an accumulator, a capacitor, combinations thereof or the like, or by a fuel cell or combination with electrical energy storage. It is preferably mechanically connected to the vehicle and provides the electrical energy during the driving operation of the vehicle by means of the rotating electrical machine.
Insbesondere aber nicht nur bei Landfahrzeugen kann der Fall auftreten, dass die rotierende elektrische Maschine vom motorischen Bereich in einen generatorischen Bereich wechselt, beispielsweise beim Bremsen, beim Bergabfahren oder dergleichen. Aus diesem Grund ist der Wechselrichter in der Regel als Bidirektionaler Wechselrichter ausgebildet, das heißt, der Wechselrichter erlaubt eine Energiekopplung sowohl von seiner Gleichspannungsseite zu seiner Wechselspannungsseite als auch in umgekehrter Richtung. Natürlich kann alternativ auch vorgesehen sein, dass der Wechselrichter lediglich als reiner unidirektionaler Wechselrichter ausgebildet ist, der Energie lediglich von der Gleichspannungsseite zur Wechselspannungsseite koppelt. Parallel dazu kann dann ein Gleichrichter vorgesehen sein, der es erlaubt, eine Energiekopplung von der Wechselspannungsseite zur Gleichspannungsseite vorzunehmen, um auf diese Weise die bidirektionale Energiekopplung zu ermöglichen.In particular, however, not only in the case of land vehicles, it may happen that the rotating electrical machine changes from the motor area into a generator area, for example, when braking, when driving downhill or the like. For this reason, the inverter is usually designed as a bidirectional inverter, that is, the inverter allows energy coupling both from its DC side to its AC side and in the reverse direction. Of course, alternatively, it may also be provided that the inverter is merely designed as a pure unidirectional inverter, which couples energy only from the DC voltage side to the AC voltage side. In parallel, a rectifier can then be provided, which makes it possible to carry out an energy coupling from the AC voltage side to the DC voltage side, in order to thus enable bidirectional energy coupling.
Der Wechselrichter, aber auch ein gegebenenfalls vorgesehener separater Gleichrichter, ist für einen Betrieb an einem, vorzugsweise mehrphasigen, besonders bevorzugt dreiphasigen Wechselspannungsnetz ausgebildet. Der Zwischenkreis ist vorzugsweise ein Gleichspannungszwischenkreis und umfasst insbesondere einen Energiespeicher, beispielsweise in Form eines Kondensators.The inverter, but also an optionally provided separate rectifier, is designed for operation on a, preferably multi-phase, particularly preferably three-phase alternating voltage network. The intermediate circuit is preferably a DC voltage intermediate circuit and in particular comprises an energy store, for example in the form of a capacitor.
Erfindungsgemäß ist in der wechselspannungsseitigen Verbindung des Wechselrichters mit der rotierenden elektrischen Maschine eine erste Schalteinheit vorgesehen, an welche sowohl die rotierende elektrische Maschine als auch die elektrisch zu der Gleichspannungsquelle des Fahrzeugs unterschiedlichen, insbesondere fahrzeugfremden, Energiequelle lösbar verbindbare Anschlusseinheit, vorzugsweise schaltbar, angeschlossen sind. Die Anschlusseinheit kann beispielsweise durch eine Steckverbindung, eine Steckdose oder dergleichen gebildet sein, die über eine erforderliche Anzahl von Anschlüssen verfügt, um einen Anschluss an die fahrzeugfremde Energiequelle wie beispielsweise einem öffentlichen Energieversorgungsnetz oder dergleichen herzustellen. Die elektrisch zu der Gleichspannungsquelle des Fahrzeugs unterschiedliche, insbesondere fahrzeugfremde, Energiequelle kann beispielsweise durch eine stationäre Energiequelle, insbesondere eine ortsfeste Energiequelle sein, beispielsweise ein öffentliches Energieversorgungsnetz aber auch ein stationärer Generator, Kombinationen hiervon oder dergleichen. Darüber hinaus kann diese Energiequelle auch die eines anderen Fahrzeugs sein, beispielsweise bei einem Schleppverband oder dergleichen.According to the invention, a first switching unit is provided in the AC-side connection of the inverter to the rotating electrical machine, to which both the rotating electrical machine and the power source, which is electrically different from the DC voltage source of the vehicle, are detachably connectable, preferably switchably connected. The terminal unit may be formed by, for example, a connector, a socket, or the like having a required number of terminals for connection to the off-vehicle power source such as a public power grid or the like. The power source that is electrically different from the DC voltage source of the vehicle, in particular from a vehicle, can be, for example, a stationary energy source, in particular a stationary power source, for example a public power supply network, but also a stationary generator, combinations thereof or the like. In addition, this energy source can also be that of another vehicle, for example in a towed vehicle or the like.
Mit der Erfindung kann folglich ein separates Ladegerät eingespart werden, weil der Wechselrichter auch zum Zwecke des Ladens genutzt werden kann. Der Aufwand für die elektrische Energieverteilungseinrichtung kann somit reduziert werden.Consequently, with the invention, a separate charger can be saved because the inverter can also be used for the purpose of loading. The effort for the electrical power distribution device can thus be reduced.
Die Schalteinheit weist Schaltelemente auf, vorzugsweise mindestens so viele Schaltelemente, wie der Wechselrichter wechselspannungsseitig Phasen bereitstellt. Die Schaltelemente der Schalteinheit sind dabei vorzugsweise als Umschalter ausgebildet, die so verschaltet sind, dass sie die jeweilige Phase des Wechselrichters entweder mit der rotierenden elektrischen Maschine oder mit der Anschlusseinheit elektrisch koppeln. Eine elektrische Verbindung zwischen der Anschlusseinheit und der rotierenden elektrischen Maschine ist dadurch verhindert. Bevorzugt sind die Schaltelemente gemeinsam gesteuert. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Schaltelemente einzeln gesteuert werden. Die Schaltelemente können durch elektromechanische Schaltkontakte wie Relais, Schütze oder dergleichen, elektronische Schalter wie Transistoren, Thyristoren, oder auch Kombinationen hiervon gebildet sein.The switching unit has switching elements, preferably at least as many switching elements as the inverter provides phases on the alternating voltage side. The switching elements of the switching unit are preferably designed as a switch, which are connected so that they electrically couple the respective phase of the inverter with either the rotating electrical machine or with the connection unit. An electrical connection between the connection unit and the rotating electrical machine is thereby prevented. Preferably, the switching elements are controlled together. However, it can also be provided that the switching elements are controlled individually. The switching elements may be formed by electromechanical switching contacts such as relays, contactors or the like, electronic switches such as transistors, thyristors, or combinations thereof.
Diese Anordnung erlaubt es, den für den bestimmungsgemäßen Fahrbetrieb des Fahrzeugs ohnehin erforderlichen Wechselrichter zur Energieversorgung der rotierenden elektrischen Maschine zugleich auch für Ladungszwecke zu nutzen. Ein separates Ladegerät kann somit vollständig eingespart werden. Da üblicherweise die Leistung der rotierenden elektrischen Maschine deutlich größer ist als die Ladeleistung bei Bezug von elektrischer Energie über die Anschlusseinheit, ist der Gleichrichteranteil des Wechselrichters regelmäßig für einen Betrieb während des Ladungsvorgangs geeignet.This arrangement makes it possible to use the inverter, which is required anyway for the intended driving operation of the vehicle, for the power supply of the rotating electrical machine at the same time also for charging purposes. A separate charger can thus be completely saved. Since usually the power of the rotating electrical machine is significantly greater than the charging power when electrical energy is drawn via the connection unit, the rectifier portion of the inverter is regularly suitable for operation during the charging process.
Die aus ladungstechnischer Sicht großzügige Auslegung des Wechselrichters erlaubt es, bereits hierdurch Verluste zu reduzieren. Damit kann der Wirkungsgrad während des Ladungsvorgangs verbessert werden.The generously dimensioned design of the inverter from a charging point of view makes it possible to reduce losses already hereby. Thus, the efficiency during the charging process can be improved.
Um die elektrische Sicherheit zu verbessern, ist der Isolationsgleichspannungswandler vorgesehen, der den Zwischenkreis mit der Gleichspannungsquelle des Fahrzeugs verbindet. Der Isolationsgleichspannungswandler erlaubt es, eine Potentialtrennung zwischen der Gleichspannungsquelle und dem Zwischenkreis bereitzustellen. Zwar reduziert der Isolationsgleichspannungswandler den Wirkungsgrad geringfügig, es bleibt jedoch ein hinreichender Vorteil durch Vermeidung des Ladegeräts insgesamt.In order to improve the electrical safety, the insulation DC converter is provided, which connects the DC link to the DC voltage source of the vehicle. The insulation DC converter allows to provide a potential separation between the DC voltage source and the DC link. Although the insulation DC converter reduces the efficiency slightly, it remains a sufficient advantage by avoiding the charger as a whole.
Um den Wirkungsgrad weiter zu verbessern, sieht die Erfindung vor, dass der Isolationsgleichspannungswandler mittels der zweiten Schalteinheit umgangen werden kann, so dass der Zwischenkreis unter Umgehung des Isolationsgleichspannungswandlers direkt an die Gleichspannungsquelle anschließbar ist. Zu diesem Zweck weist die zweite Schalteinheit wenigstens zwei Schaltelemente auf, die in einem eingeschalteten Zustand die entsprechenden primär- und sekundärseitigen Potentiale miteinander elektrisch koppeln. Dadurch ist der Isolationsgleichspannungswandler deaktiviert. Dieser Betriebszustand ist vorzugsweise dann vorgesehen, wenn die rotierende elektrische Maschine von der Gleichspannungsquelle mit elektrischer Energie versorgt wird. Der Wirkungsgrad im Fahrbetrieb kann hierdurch deutlich verbessert werden. Da im Fahrbetrieb dann kein Anschluss an der Anschlusseinheit vorhanden ist, kann in diesem Betriebszustand die galvanische Trennung des Isolationsgleichspannungswandlers eingespart werden.In order to further improve the efficiency, the invention provides that the insulation DC voltage converter can be bypassed by means of the second switching unit, so that the intermediate circuit can be connected directly to the DC voltage source, bypassing the insulation DC voltage converter. For this purpose, the second switching unit has at least two switching elements, which in an on state the corresponding primary and secondary potentials electrically couple with each other. As a result, the insulation DC converter is disabled. This operating state is preferably provided when the rotating electrical machine is supplied with electrical power by the DC voltage source. The efficiency in driving can be significantly improved thereby. Since then no connection to the connection unit is present during driving, the galvanic isolation of the insulation DC voltage converter can be saved in this operating state.
Die Schaltelemente der beiden Schalteinheiten können durch elektromechanische Kontakte oder aber auch durch elektronische Schalter, wie oben angeführt, gebildet sein.The switching elements of the two switching units can be formed by electromechanical contacts or else by electronic switches, as stated above.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass zwischen dem Wechselrichter und der ersten Schalteinheit eine elektrische Filtereinheit vorgesehen ist. Die elektrische Filtereinheit erlaubt es, einerseits den Betrieb des Wechselrichters sicherer zu gestalten und andrerseits über die Anschlusseinheit vom Wechselrichter ausgesandte Netzrückwirkungen zu reduzieren. Die Filtereinheit kann zu diesem Zweck insbesondere passive elektronische Bauteile aufweisen, wie beispielsweise Induktivitäten, Kondensatoren, Netzwerke hiervon oder dergleichen.A further development provides that an electrical filter unit is provided between the inverter and the first switching unit. On the one hand, the electric filter unit makes it possible to make the operation of the inverter safer and, on the other hand, to reduce network perturbations emitted by the inverter via the connection unit. For this purpose, the filter unit may in particular comprise passive electronic components, such as inductors, capacitors, networks thereof or the like.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass zwischen der zweiten Schalteinheit beziehungsweise dem Isolationsgleichspannungswandler auf der einen Seite und der Gleichspannungsquelle auf der anderen Seite eine Filterbaugruppe vorhanden ist. Mittels der Filterbaugruppe kann eine Störunterdrückung verursacht durch den Wechselrichterbetrieb und/oder den Betrieb des Isolationsgleichspannungswandlers erreicht werden. Die Filterbaugruppe kann hierzu passive elektronische Bauteile aufweisen, beispielsweise ein Netzwerk aus geeigneten Induktivitäten und Kondensatoren oder dergleichen.A further embodiment provides that a filter assembly is present between the second switching unit or the DC isolation voltage converter on the one side and the DC voltage source on the other side. By means of the filter assembly, a noise suppression caused by the inverter operation and / or the operation of the insulation DC voltage converter can be achieved. For this purpose, the filter module can have passive electronic components, for example a network of suitable inductors and capacitors or the like.
Die Filtereinheit kann beispielsweise elektrische Bauteile in Form von Induktivitäten, Kondensatoren, Kombinationen hiervon und/oder dergleichen aufweisen.The filter unit may, for example, electrical components in the form of inductors, capacitors, combinations thereof and / or the like.
Ferner kann die Energieverteilungseinrichtung eine am Zwischenkreis angeschlossene Anschlusseinrichtung zum Anschließen einer zu der Gleichspannungsquelle des Fahrzeugs unterschiedlichen Gleichspannungsquelle als Energiequelle aufweisen. Im Unterschied zur Anschlusseinheit, die für den Anschluss an die fahrzeugfremde Energiequelle in Form einer Wechselspannungsquelle vorgesehen ist, ist die Anschlusseinrichtung für den Anschluss an eine fahrzeugfremde Gleichspannungsquelle als Energiequelle ausgebildet. Die Gleichspannungsquelle kann beispielsweise durch eine Batterie, einen Akkumulator, Brennstoffzellen, elektrische Gleichstrommaschinen, insbesondere elektrische Generatoren, und/oder dergleichen gebildet sein. Vorzugsweise weist die Gleichspannungsquelle eine Gleichspannung auf, die der des Zwischenkreises im Wesentlichen entspricht. Gegebenenfalls wäre ein entsprechender DC/DC-Wandler zur Spannungsanpassung vorzusehen. Die Anschlusseinrichtung ist vorzugsweise zweipolig ausgebildet und weist besonders bevorzugt eine Codierung auf, so dass eine Steckverbindung nur in einer gewünschten Position möglich ist.Furthermore, the power distribution device can have a connection device connected to the intermediate circuit for connecting a DC voltage source different from the DC voltage source of the vehicle as an energy source. In contrast to the connection unit, which is provided for connection to the vehicle-external energy source in the form of an AC voltage source, the connection device is designed for connection to a vehicle-external DC voltage source as an energy source. The DC voltage source can be formed for example by a battery, an accumulator, fuel cells, DC electric machines, in particular electric generators, and / or the like. Preferably, the DC voltage source has a DC voltage which substantially corresponds to that of the DC link. If necessary, a corresponding DC / DC converter for voltage adjustment should be provided. The connection device is preferably designed in the form of two poles and particularly preferably has an encoding, so that a plug connection is only possible in a desired position.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der Isolationsgleichspannungswandler für eine maximale Ladungsleistung konstruiert ist. In der Regel ist nämlich die Ladungsleistung deutlich geringer als die Leistung der rotierenden elektrischen Maschine und die entsprechende Auslegung des Wechselrichters. Wenn der Isolationsgleichspannungswandler ausschließlich im Ladungsbetrieb in Betrieb ist, ist es ausreichend, ihn auch nur für diese kleinere Leistung auszulegen. Hierdurch können Bauvolumen, Gewicht und Kosten eingespart werden.It proves particularly advantageous if the insulation DC voltage converter is designed for maximum charge power. In general, the charge power is significantly lower than the power of the rotating electrical machine and the corresponding design of the inverter. If the DC-DC converter is only in charge mode, it is sufficient to design it only for this smaller power. As a result, construction volume, weight and cost can be saved.
Mit der Erfindung wird ferner ein Fahrzeug mit einer rotierenden elektrischen Maschine sowie einer elektrischen Energieverteilungseinrichtung der Erfindung vorgeschlagen, wobei die rotierende elektrische Maschine an die Energieverteilungseinrichtung angeschlossen ist. Hierdurch kann die Erfindung bei einem beliebigen Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb vorgesehen sein, beispielsweise einem Landfahrzeug, einem Wasserfahrzeug, einem Luftfahrzeug und/oder dergleichen.The invention further proposes a vehicle having a rotating electrical machine and an electrical power distribution device of the invention, wherein the rotating electrical machine is connected to the energy distribution device. As a result, the invention can be provided in any vehicle with an electric drive, for example a land vehicle, a watercraft, an aircraft and / or the like.
Des Weiteren wird mit der Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Energieverteilungseinrichtung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gemäß der Erfindung vorgeschlagen, wobei der Zwischenkreis für einen Fahrbetrieb des Fahrzeugs mittels der zweiten Schalteinheit unter Umgehung des Isolationsgleichspannungswandlers direkt an die Gleichspannungsquelle angeschlossen wird. Dies erlaubt es, den Isolationsgleichspannungswandler während des Fahrbetriebs zu deaktivieren und so den Wirkungsgrad insgesamt zu erhöhen. Dadurch lässt sich eine längere Laufzeit des Fahrzeugs bei einer vorgegebenen verfügbaren Energiemenge erreichen.Furthermore, the invention proposes a method for operating an electric power distribution device for an electrically driven vehicle according to the invention, wherein the DC link for driving the vehicle by means of the second switching unit, bypassing the insulation DC voltage converter is connected directly to the DC voltage source. This makes it possible to deactivate the insulation DC voltage converter during driving and thus to increase the overall efficiency. As a result, a longer running time of the vehicle can be achieved for a given amount of available energy.
Um die elektrische Sicherheit zu verbessern, wird ferner vorgeschlagen, dass die Anschlusseinheit im Fahrbetrieb mittels der ersten Schalteinheit abgeschaltet wird. Dadurch sind Anschlusskontakte der Anschlusseinheit potentialfrei geschaltet, so dass gefährliche Zustände im Bereich der Anschlusseinheit weitgehend vermieden werden können.In order to improve the electrical safety, it is further proposed that the connection unit is switched off while driving by means of the first switching unit. As a result, connection contacts of the connection unit are switched floating, so that dangerous conditions in the region of the connection unit can be largely avoided.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Zwischenkreis für einen Ladungsbetrieb des Fahrzeugs mittels der zweiten Schalteinheit über den Isolationsgleichspannungswandler an die Gleichspannungsquelle angeschlossen wird. In diesem Betriebszustand sind die Schaltelemente der zweiten Schalteinheit geöffnet und der Isolationsgleichspannungswandler ist mittels einer Steuerung aktiviert. Die Schaltelemente können vorzugsweise gemeinsam betätigt werden. Das Laden während eines Ruhebetriebs des Fahrzeugs erfolgt somit unter galvanischer Trennung. Vorzugsweise ist in diesem Betriebszustand des Fahrzeugs die rotierende elektrische Maschine vom Wechselrichter und der Anschlusseinheit elektrisch getrennt. A development provides that the intermediate circuit for a charging operation of the vehicle by means of the second switching unit is connected via the insulation DC voltage converter to the DC voltage source. In this operating state, the switching elements of the second switching unit are opened and the insulation DC voltage converter is activated by means of a controller. The switching elements can preferably be operated together. The charging during a rest mode of the vehicle is thus carried out under galvanic isolation. Preferably, in this operating state of the vehicle, the rotating electrical machine is electrically isolated from the inverter and the connection unit.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass im Ladungsbetrieb eine Statorwicklung der rotierenden elektrischen Maschine als Netzfilter verwendet wird. Dies erlaubt es, den Aufwand für die Filtereinheit zu reduzieren oder sogar eine Filtereinheit komplett einzusparen. Dies wird erreicht, indem eine Filterwirkung aufgrund der Eigenschaften der rotierenden elektrischen Maschine, insbesondere ihrer Ständerwicklung, genutzt werden. Kosten und Bauteile können eingespart werden und natürlich kann der Wirkungsgrad durch nicht erforderliche Bauteile weiter verbessert werden. Die erste Schalteinheit ist vorzugsweise schaltungstechnisch zur entsprechenden Verschaltung ausgebildet.A further development provides that in charge operation, a stator winding of the rotating electrical machine is used as a line filter. This makes it possible to reduce the expense for the filter unit or even completely save a filter unit. This is achieved by using a filtering effect due to the properties of the rotating electrical machine, in particular its stator winding. Costs and components can be saved and of course the efficiency can be further improved by unnecessary components. The first switching unit is preferably formed by circuitry for the corresponding interconnection.
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen zu entnehmen. In den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages and features can be found in the following description of exemplary embodiments. In the different embodiments, the same components are provided with the same reference numerals.
Es zeigen:Show it:
In der wechselspannungsseitigen Verbindung des Wechselrichters
Aus
Darüber hinaus ist zwischen dem Isolationsgleichspannungswandler
In der Darstellung gemäß
Wechselt die Asynchronmaschine
Die elektrische Energieverteilungseinrichtung
Die weiteren Funktionen entsprechen dem Ausführungsbeispiel gemäß
Eine Weiterbildung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel zeigt
Sollten Spannungsabweichungen bei den vorgenannten Ausführungsbeispielen in Bezug auf fahrzeugfremde Energiequellen eine Anpassung erfordern, so kann wechselspannungsseitig eine Transformation und gleichspannungsseitig eine DC/DC-Wandlung ergänzend vorgesehen sein.If voltage deviations in the abovementioned exemplary embodiments in relation to vehicle-external energy sources require adaptation, a transformation and DC-side DC / DC conversion can be additionally provided on the AC voltage side.
Mit der zweiten Schalteinheit
Insbesondere müssen beim zweiten Ausführungsbeispiel der Wechselrichter
Darüber hinaus kann die Bidirektionalität der galvanischen Trennung mittels des Isolationsgleichspannungswandlers
Weiterhin kann die galvanische Trennung sowohl für das Laden mit Wechselspannung als auch für das Laden mit Gleichspannung verwendet werden.Furthermore, the galvanic isolation can be used both for charging with AC voltage and for charging with DC voltage.
Insgesamt kann mit der Erfindung der Wirkungsgrad eines elektrischen Fahrzeugs verbessert werden, insbesondere der Maschinensteuerung. Die fahrzeugeigene Ladungsfunktion kann gegebenenfalls im Bereich der galvanischen Trennung auf die Bidirektionalität verzichten und dadurch Kosten einsparen, sofern es für die Ladungsfunktion nicht erforderlich ist. Beim Gleichspannungsladungsbetrieb kann darüber hinaus eine Spannungsanpassung der Ladungsspannung an die Gleichspannung der fahrzeugeigenen Gleichspannungsquelle unter Einbeziehung des Isolationsgleichspannungswandlers
Durch die Filtereinheiten beziehungsweise Filterbaugruppen kann der Wirkungsgrad der rotierenden elektrischen Maschine verbessert werden. Zugleich kann das EMV-Verhalten im Fahrzeug verbessert werden. Durch die Mehrfachnutzung des fahrzeugeigenen Ladungsgeräts kann ein Umrichter für die rotierende elektrische Maschine entfallen. Unter Nutzung des Isolationsgleichspannungswandlers
Durch den Isolationsgleichspannungswandler
Durch die galvanische Trennung bietet die Mehrfachnutzung gemäß der Erfindung weiterhin eine Hochspannungssicherheit eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.Due to the galvanic isolation, the multiple use according to the invention further provides a high voltage safety of an electrically driven vehicle.
Mit der Erfindung kann die Leistung des Wechselrichters von der Leistung des Isolationsgleichspannungswandlers entkoppelt werden. Die schwächste Komponente, hier der Isolationsgleichspannungswandler
Die Beschreibung dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend. Insbesondere können natürlich die Merkmale der abhängigen Ansprüche in beliebiger Weise mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche kombiniert werden. Gleiches gilt auch für Merkmale aus der Beschreibung.The description is merely illustrative of the invention and is not limitative of it. In particular, of course, the features of the dependent claims may be combined in any way with the features of the independent claims. The same applies to features from the description.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Elektrische AnlageElectrical system
- 1212
- Elektrische MaschineElectric machine
- 1414
- EnergieverteilungseinrichtungEnergy distribution device
- 1616
- Wechselrichterinverter
- 1818
- ZwischenkreisDC
- 2020
- Schalteinheitswitching unit
- 2222
- Anschlussdosejunction box
- 2424
- Akkumulatoraccumulator
- 2626
- IsolationsgleichspannungswandlerIsolation DC converter
- 2828
- Schalteinheitswitching unit
- 3030
- Filtereinheitfilter unit
- 3232
- Filterbaugruppefilter assembly
- 3434
- Anschlussverbinderterminal connector
- 3636
- EnergieverteilungseinrichtungEnergy distribution device
- 3838
- SteckverbinderConnectors
- 4040
- EnergieverteilungseinrichtungEnergy distribution device
Claims (10)
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Publications (1)
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DE102013011104A1 true DE102013011104A1 (en) | 2015-01-08 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE102013011104.8A Withdrawn DE102013011104A1 (en) | 2013-07-03 | 2013-07-03 | Electrical power distribution device for an electrically driven vehicle and method for operating the power distribution device |
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- 2013-07-03 DE DE102013011104.8A patent/DE102013011104A1/en not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |