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Stand der Technik
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Diese Erfindung betrifft ein Fahrzeugantriebssystem, das eine als Transversalflussmaschine ausgeführte Antriebsmaschine für das Fahrzeug, einen Range-Extender, der einen Verbrennungsmotor und einen Generator umfasst, und ein Batteriesystem aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebssystems.
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Als Transversalflussmaschine ausgeführte Elektromotoren zeichnen sich durch eine hohe Leistungsdichte bei vergleichsweise geringem Gewicht aus. Eine vorteilhafte Anordnung ist eine Ausführung als Scheibenläufermotor, da die verfügbare magnetisch aktive Fläche gegenüber herkömmlichen Ausführungen nochmals vergrößert werden kann. Ein solcher Scheibenläufermotor eignet sich sehr gut für den Einsatz zum Beispiel in Hybridfahrzeugen. Bei gleicher Baugröße kann im Vergleich zu anderen Motortechnologien der Einsatz von kostenintensivem Magnetmaterial deutlich verringert werden.
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Eine beispielhafte Ausführung eines solchen Elektromotors als Synchronmaschine ist in der
WO 2009/115247 offenbart, die durch Bezugnahme als in diese Patentanmeldung aufgenommen gelten soll. Die Bezugnahme betrifft insbesondere Details der elektrischen und magnetischen Gestaltung von Stator und Rotor bzw. deren Auslegung sowie die Ansteuerung eines solchen Elektromotors. Ein solcher Elektromotor wird durch einen Rotor aus Karbon mit segmentierten Permanentmagneten besonders leicht und trägheitsarm. Vorzugsweise ist der Stator aus weichmagnetischem Material (Soft Magnetic Components (SMC)) gepresst und gesintert ausgeführt. Eine Ausführung mit zwei Statoren, zwischen denen der Rotor angeordnet ist, wird bevorzugt. Die Pole des einen von solchen Statoren sind bevorzugt in ihrem Winkel in Umfangsrichtung um eine halbe Polteilung gegenüber den Polen des anderen von den Statoren verschoben. Die Speisung solcher Elektromotoren erfordert gegenüber einer Drehfeldmaschine eine Leistungselektronik mit zwei Brückenzweigen pro Phase, also pro Phase eine sogenannte Vollbrücke, mit der die Polung der Speisespannung umgeschaltet werden kann.
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Im Stand der Technik sind die
US 2012/277942 , die
US 2012/249035 und die
US 2008/220932 bekannt. Diese betreffen jeweils elektrische Fahrzeugantriebsysteme. Jeweils wird vorgeschlagen, eine dreiphasige elektrische Maschine zu verwenden.
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Es ist weiter bekannt, einen Elektromotor an einem sogenannten Battery Direct Inverter (BDI) zu betreiben. Ein solcher BDI ist ein Batteriesystem mit mehreren Batteriezellen. Diese Batteriezellen sind in Reihenschaltung in mehrere Stränge zusammengeschaltet. Jede der Batteriezellen ist über eine Koppeleinrichtung elektrisch in den Strang einkoppelbar oder von diesem abtrennbar. Somit kann die Spannung einer Batteriezelle an den Enden des Strangs bereitgestellt werden oder nicht. Durch geeignete Ansteuerung der Koppeleinrichtungen ist es möglich, verschiedene Spannungen bereitzustellen, zum Beispiel wenigstens näherungsweise in Sinusform. Die Koppeleinrichtungen können dazu ausgelegt sein, die Richtung der Spannung umzukehren, so dass an den Enden der Stränge die Richtung der Spannung umgekehrt werden kann.
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Ein Mangel des Standes der Technik beim Einsatz eines BDI ist die Tatsache, dass Antriebskonzepte mit mehreren Motoren nur sehr aufwändig realisiert werden können. Dies ist insbesondere dann ein Nachteil, wenn die Reichweite eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einem sogenannten Range-Extender erhöht werden soll.
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Offenbarung der Erfindung
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Wird die oben beschriebene Transversalflussmaschine als Generator in einem solchen Range-Extender sowie als Antriebsmaschine eingesetzt, kann der Aufwand zur Realisierung eines Antriebssystems gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert werden. Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeugantriebssystem mit einer als Transversalflussmaschine ausgeführten Antriebsmaschine für das Fahrzeug, einem Range-Extender, der einen Verbrennungsmotor und einen Generator umfasst, und mit einem Batteriesystem. Die Transversalflussmaschine in diesem Fahrzeugantriebssystem weist genau zwei Phasenwicklungen auf. Das Batteriesystem ist mit genau vier Strängen versehen, die jeweils mehrere in Reihe geschaltete Batteriezellen umfassen. Jeder der Batteriezellen ist eine Koppeleinrichtung zugeordnet, mit der jede der Zellen jeweils in ihren Strang einkoppelbar ist. Diese Koppeleinrichtungen können einzeln angesteuert werden, so dass verschiedene Spannungen eingestellt werden können. Denkbar ist jedoch auch, alle Koppeleinrichtungen zugleich anzusteuern und auf diese Weise beispielweise ein Rechtecksignal als Spannung, die an den Enden des Strangs anliegt der Stränge zu erzeugen. Als Phasenwicklung wird hier eine Wicklung verstanden, die mit einer Wechselspannung gespeist wird und die ein Motorkräfte erzeugendes Magnetfeld aufbaut. Die Wicklung kann eine verteilte Wicklung sein und mehrere Einzelspulen umfassen. Für weitere mögliche Details sei auf die
WO 2009/115247 A1 verwiesen. Ein Vorteil des vorstehend beschriebenen Fahrzeugantriebssystems ist, dass das Batteriesystem nur vier Stränge aufweisen muss und dennoch zwei der Stränge geladen werden können, während die anderen zwei Stränge für den Fahrbetrieb entladen werden können. Ein Range-Extender kann somit sehr viel flexibler eingesetzt werden. Aus dem Batteriesystem können mehrere Transversalflussmaschinen eines Mehrmotorenkonzepts betrieben werden, beispielsweise zwei Transversalflussmaschinen, die jeweils von zwei Strängen gespeist werden.
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Beim Laden und beim Entladen eines Strangs des Batteriesystems kann bei einem Nulldurchgang eine Sinusspannung, die von dem Strang abgegeben wird bzw. mit der der Strang geladen wird, ein einziges Modul geladen bzw. entladen werden, was einem Nulldurchgang näherungsweise entspricht. In einer Variante kann auch kein Modul entladen bzw. geladen werden. Bei Anstieg der Spannung nach einem Nulldurchgang kommen weitere Batteriezellen hinzu. Es kann vorgesehen sein, dass die Module, die in einem Bypassmodus sind, für jeden Spannungszustand eines Strangs nicht jeweils die gleichen sind, um zu einer gleichmäßigen Entladung bzw. Ladung dieser Zellen zu kommen. Bei der Erzeugung einer sinusförmigen Spannung bzw. eines sinusförmigen Stroms aus einem Strang ist die Sinuskurve der Spannung typischerweise stufig angenähert.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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In einer Ausführungsform des Fahrzeugantriebssystems ist der Generator als Transversalflussmaschine mit genau zwei Phasenwicklungen ausgeführt. Dadurch ergibt sich eine hohe Leistungsdichte bei geringem Gewicht.
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In einer weiteren Ausführungsform des Fahrzeugantriebssystems sind jeweils zwei der vier Stränge an einem ihrer Enden zu einem Sternpunkt zusammengeschaltet. Vorzugsweise ist einer dieser Sternpunkte mit dem Generator verbunden. Der andere der Sternpunkte ist vorzugsweise mit der Antriebsmaschine verbunden. Besonders bevorzugt ist ein Sternpunkt an jeweils eines der Enden von jeder der beiden Phasenwicklungen des Generators bzw. der Antriebsmaschine angeschlossen. Durch das Verbinden der Antriebsstränge durch Sternpunkte ergeben sich virtuell zwei zweisträngige Batterien.
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In einer weiteren Ausführungsform des Fahrzeugantriebssystems umfasst die Kopplungseinheit einen Vierquadrantensteller in Vollbrückenschaltung. Dies ermöglicht, die Spannung einer Batteriezelle in beide der denkbaren Richtungen in den Strang einzukoppeln. Vorzugsweise ist der Vierquadrantensteller mit Halbleiterventilen realisiert. Durch die Umkehrbarkeit des Vorzeichens der Spannung einer Zelle beim Einkoppeln in den Strang kann unabhängig vom Vorzeichen des Ausgangsstroms gewählt werden, ob die Zelle geladen oder entladen werden soll. Beim Entladen der Batteriezelle kann eine Spannung des Strangs in eine gewünschte Richtung erzeugt werden, während beim Laden eines Strangs die Spannung der Batteriezellen der Ladespannung entgegengerichtet werden kann, so dass die Zellen geladen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform des Fahrzeugantriebssystems ist die Antriebsmaschine mit jedem der vier Stränge des Batteriesystems verbindbar ist und der Generator mit jedem der vier Stränge des Batteriesystems verbindbar ist. Insbesondere ist jede Phasenwicklung der Antriebsmaschine mit wenigstens zwei verschiedenen der vier Stränge des Batteriesystems verbunden oder verbindbar. Außerdem ist jede Phasenwicklung des Generators mit wenigstens zwei verschiedenen der vier Stränge des Batteriesystems verbunden oder verbindbar. Einzelne der Stränge können entladen und geladen werden. Besonders bevorzugt sind zwei Stränge mit dem Generator bzw. der Antriebsmaschine verbindbar, die jeweils durch einen Sternpunkt miteinander verbunden sind. Davon unabhängig ist es denkbar, die beiden Sternpunkte miteinander zu verbinden, so dass ein Rückfluss von Strom von jedem der Stränge sowohl zu der Antriebsmaschine als auch zu dem Generator möglich ist. Die vorstehend beschriebene Ausführungsform ermöglicht, Stränge mit dem Generator zu laden, während andere Stränge Strom für die Antriebsmaschine abgeben. Es ist weiter denkbar, Strom von dem Generator direkt auf die Antriebsmaschine zu schalten. Dabei kann ein Teil des Stroms vom Laden von wenigstens einem Strang abgezweigt werden oder Strom aus wenigstens einem der Stränge zusätzlich zu dem Strom aus dem Generator zu der Antriebsmaschine geleitet werden, um deren abgegebene Leistung zu erhöhen. Um die Stränge mit dem Generator bzw. der Antriebsmaschine verbindbar zu machen, sind Schaltelemente vorgesehen, die vorzugsweise als Halbleiterventile ausgestaltet sind. Diese arbeiten vorzugsweise bidirektional. Zwei Enden der Phasenwicklung des Generators und/oder der Antriebsmaschine sind vorzugsweise zusammengeschaltet. Bevorzugt ist das Potential eines solchen Zusammenschlusses mit einem der Sternpunkte von zweien der Stränge des Batteriesystems verbunden.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebssystems gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgeschlagen. Gemäß diesem Verfahren werden zwei der vier Stränge des Batteriesystems von dem Generator geladen, während zwei andere der vier Stränge Energie an den Antriebsmotor abgeben. Somit kann der Range-Extender zwei der Stränge laden und dabei in einem optimalen Bereich arbeiten, während zugleich die zwei anderen Stränge den Antriebsmotor mit Energie versorgen.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens werden in einem Entladebetrieb von zwei Strängen zur Versorgung der Antriebsmaschine diese zwei Stränge von der Antriebsmaschine getrennt und mit dem Generator verbunden, wenn wenigstens eine oder mehrere Batteriezellen in diesen beiden Strängen einen vorgegebenen Entladungszustand erreichen. Vorzugsweise werden die zwei anderen Stränge mit dem Antriebsmotor verbunden, um diesen weiter betreiben zu können. Vorzugsweise wird der Verbrennungsmotor des Range-Extenders gestartet, so dass der Generator elektrische Energie erzeugt, mit der die zwei entladenen Stränge geladen werden können. Dies dient der Vermeidung von kritischen Zuständen der Batteriezellen, die bei zu starker Entladung Schaden nehmen können. Um die Stränge von der Antriebsmaschine zu trennen, werden die Schalteinrichtungen, über die diese Stränge mit der Antriebsmaschine verbunden sind, geöffnet und Schalteinrichtungen geschlossen, über die die Stränge mit dem Generator verbindbar sind. Denkbar ist auch, den Verbrennungsmotor dauerhaft zu betreiben, wenn über einen gewissen Zeitraum kontinuierlich verschiedene Stränge geladen werden. Vorzugsweise wird der Range-Extender ausgeschaltet, wenn eine obere Ladeschwelle der Batteriezellen in wenigstens einem der geladenen Stränge erreicht wird.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die vorstehend zuletzt beschriebene Ausführungsform des Verfahrens wiederholt durchgeführt, um das Laden und Entladen der Stränge des Batteriesystems abzuwechseln. Beispielsweise kann zwischen dem Laden und dem Entladen der Stränge des Batteriesystems jede Minute oder alle zehn Minuten umgeschaltet werden. Auf diese Weise werden im Mittel alle Stränge geladen. Insbesondere kann Strom aus dem Generator zugleich zur Versorgung der Antriebsmaschine eingesetzt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist die Leistung des Generators im zeitlichen Mittel höher, als die Leistung, die von der Antriebsmaschine im zeitlichen Mittel aufgenommen wird. Da die Batteriezellen keinen Wirkungsgrad von 100% aufweisen, entstehen beim Laden und Entladen der Batteriezellen Verluste, welche durch die höhere Leistung des Generators ausgeglichen werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:
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1 eine schematische Darstellung einer nicht erfindungsgemäßen ähnlichen Ausführungsform eines Fahrzeugantriebsystems und
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2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Fahrzeugantriebsystems.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt schematisch ein Fahrzeugantriebsystem, das eine nicht erfindungsgemäße Ausführungsform mit anderen Vor- und Nachteilen darstellt. In dieser Ausführungsform umfasst ein Range-Extender einen Verbrennungsmotor 10 und einen Generator 13. Der Generator 13 ist dreiphasig ausgeführt. Zwischen dem Batteriesystem A, B und dem Generator 13 sind Schalteinrichtungen 101, 201, 301, 401, 501 und 601 vorgesehen. Das Batteriesystem A, B weist sechs Stränge 100, 200, 300, 400, 500 und 600 mit Batteriezellen 100-1, ..., 100-n, 200-1, ..., 200-n, 300-1, ..., 300n, 400-1, ..., 400n, 500-1, ..., 500n bzw. 600-1 ..., 600n auf. Die Stränge 100, 200 und 300 sind jeweils an einem ihrer Enden zu einem Sternpunkt 123 zusammengeschaltet. In gleicher Weise sind die Stränge 400, 500 und 600 an einem ihrer Enden zu einem zweiten Sternpunkt 456 zusammengeschaltet. Die jeweils über einen Sternpunkt zusammengeschalteten Stränge 100, 200 und 300, bzw. 400, 500 und 600 können für sich allein die Funktion eines Batteriesystem A, B, z.B. wie oben beschrieben, übernehmen. Somit umfasst diese Ausführungsform zwei unabhängig voneinander steuerbare Teilbatterien A und B mit jeweils den Strängen 100, 200, 300 sowie 400, 500, 600 und jeweils den Sternpunkten 123 und 456, die gemeinsam das Batteriesystem A, B bilden.
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In einem normalen Entladebetrieb ohne Range-Extender arbeiten die Koppeleinrichtungen der Batteriezellen 100-1 bis 600-n gemäß einem bekannten Verfahren zum Betrieb eines solchen Batteriesystems A, B. Dies ist mit der Teilbatterie A und mit der Teilbatterie B jeweils separat möglich.
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Das Batteriesystem A, B umfasst Schalteinrichtungen 101, 201, 301 bzw. 401, 501, 601, mit denen die Teilbatterien A und B jeweils mit der Antriebsmaschine 1000 verbindbar sind. Durch Schließen der Schalteinrichtungen 101, 201, 301 bzw. 401, 501, 601 kann im Fahrbetrieb jeweils eine der Teilbatterien A und B entladen werden. Das Entladen der beiden Teilbatterien A und B kann abgewechselt werden, um eine gleichmäßigere Entladung zu erreichen. Besonders bevorzugt wird jedoch zunächst eine der beiden Teilbatterien A und B bis zu einem kritischen niedrigen Ladezustand entladen. Ein kritischer niedriger Ladezustand kann ein niedriger Ladezustand von einem einzelnen Energiezellenmodul oder von mehreren Energiezellenmodulen sein, beispielsweise ein Mittelwert des Ladezustands von mehreren Energiezellenmodulen. Wenn ein kritischer unterer Ladezustand in einer der Teilbatterien A und B erreicht wird, wird der Verbrennungsmotor 10 gestartet und der Generator 11 liefert eine dreiphasige sinusförmige Generatorspannung. Dann wird mit der Generatorspannung eine der Teilbatterien A und B aufgeladen, indem die Schaltelemente 101, 201, 301 bzw. 401, 501, 601 geschlossen werden. Die jeweils andere Teilbatterie A bzw. B wird über die Schalteinrichtungen 102, 202, 302 bzw. 402, 502, 602 mit der Antriebsmaschine 1000 verbunden, um den Fahrbetrieb aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise kann zugleich eine der Teilbatterien A und B geladen werden, während ein Fahrbetrieb aus der anderen Teilbatterie A und B möglich ist. Alle anderen Schalter bleiben offen. Der Generator 13 weist in dieser Ausführungsform eine Leistungsfähigkeit auf, die größer ist, als die mögliche Leistungsaufnahme der Antriebsmaschine 1000. Das Laden einer Teilbatterien A bzw. B kann mit nach dem Stand der Technik bekannten Methoden oder mit einem der oben beschriebenen Verfahren erfolgen. Die Schalteinrichtungen 101, 201, 301, 401, 501, 601 sowie 102, 202, 302, 402, 502, 602 sind vorzugsweise bidirektionale Halbleiterschalter. Im Zeitmittel werden alle Energiezellenmodule eines Energieversorgungszweigs 100, 200, 300, 400, 500, 600 geladen, so dass abwechselnd Energiezellenmodule 100-1 bis 600-n, die eine Zeit im Bypassmodus waren, in den Lademodus versetzt werden, und umgekehrt. Im Zeitmittel werden auch beide Teilbatterien A und B geladen, so dass nach einer gewissen Zeit- beispielsweise 1, 10 oder 100 Sek.- durch Umschaltung der entsprechenden Schalteinrichtungen die gerade geladene Teilbatterie A und B für den Fahrbetrieb genutzt wird. Somit werden im Mittel beide dieser Teilbatterien A und B geladen. Beim Erreichen einer gewissen mittleren, oberen Ladeschwelle der Energiezellenmodule 100-1 bis 600-n wird der Verbrennungsmotor 10 abgeschaltet.
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2 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Fahrzeugantriebsystems nach der Erfindung. Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführungsform weist die in der 2 gezeigte Ausführungsform nur vier Stränge 100, 200, 400, 500 auf und der Generator 13 und die Antriebsmaschine 1000 sind jeweils als zweiphasige Transversalflussmaschine ausgeführt. Die Transversalflussmaschinen weisen jeweils zwei Phasenwicklungen auf, die zwischen den Anschlüssen 131 und 133 sowie 132 und 134 liegen bzw. zwischen den Anschlüssen 1001 und 1003 sowie 1002 und 1004 liegen. Die Anschlüsse 133 und 134 sind ebenso wie die Anschlüsse 1003 und 1004 jeweils zusammengeschaltet. Jeweils zwei der Stränge, nämlich die Stränge 100 und 200 sowie 400 und 500, sind an einem von deren jeweiligen Enden zu einem Sternpunkt 12 bzw. 45 zusammengeschaltet. Die Stränge 100 und 200 bilden eine Teilbatterie A, während die Stränge 400 und 500 eine Teilbatterie B bilden. Das Fahrzeugantriebsystem ist somit auf die Zweiphasigkeit von dem Generator 13 und dem Antriebsmotor 1000 ausgelegt. Entsprechend fehlen im Vergleich zu der 1 zwei Stränge 300 und 600 und die bidirektionalen Schalteinrichtungen 301, 302, 601 und 602. Verbindungen für den normalen Ladebetrieb an einer Ladesäule oder an einer Standardsteckdose sind nicht gezeigt, können jedoch vorgesehen sein. Die Kopplungseinheiten zum Ein- oder Abkoppeln der Batteriezellen 100-1, ..., 100-n, 200-1, ..., 200-n, 400-1, ..., 400n, 500-1, ..., 500n (im Folgenden kurz 100-1, ..., 500n) in die Stränge 100, 200, 400, 500 können als Zwei-Quadrantensteller mit umkehrbarem Ausgangsstrom, Vier-Quadrantensteller oder dergleichen ausgeführt sein. Besonders bevorzugt sind die Kopplungseinrichtungen als Vier-Quadrantensteller in Vollbrückenschaltung ausgeführt. Somit können Ausgangsspannung und Ausgangsstrom aus jeder Batteriezelle 100-1, ..., 500n beide Vorzeichen annehmen und es kann, unabhängig vom Vorzeichen des Ausgangsstroms, entschieden werden, ob die Batteriezellen 100-1, ..., 500n geladen oder entladen werden.
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In einem normalen Ladebetrieb ohne Range-Extender werden die Koppeleinrichtungen der Batteriezellen 100-1, ..., 500n derart gesteuert, dass sich eine stufige sinusähnliche Spannung zur Versorgung der Antriebsmaschine 1000 ergibt. Die Spannung ist entsprechend der zweiphasigen Ausführung der Antriebsmaschine 1000 ebenfalls zweiphasig. Zum Erzeugen der Spannung kann wahlweise die Teilbatterie A oder B genutzt werden. Werden die bidirektionalen Halbleiterschalter 101 und 102 geschlossen, während die anderen Halbleiterschalter alle offen bleiben, wird das Batteriesystem A mit der Antriebsmaschine 1000 verbunden und somit im Fahrbetrieb entladen. Werden die bidirektionalen Halbleiterschalter 401 und 501 geschlossen, während alle anderen offen bleiben, wird Batterie B mit der Antriebsmaschine 1000 verbunden und somit im Fahrbetrieb entladen. Das Entladen geschieht so lange, bis ein kritisch niedriger Ladezustand der Batteriezellen 100-1, ..., 500n oder einer einzelnen Batteriezelle 100-1, ..., 500n erreicht wird. Hierbei sind unterschiedliche kritische Ladezustände in den Teilbatterien A und B möglich. Bei Erreichen eines kritisch niedrigen Ladezustands wird der Verbrennungsmotor 10 gestartet und der Generator 13 liefert eine zweiphasige, wenigstens näherungsweise sinusförmige Spannung. Ein Verfahren zum Betreiben des Fahrzeugantriebsystems umfasst in einer Variante, dass eine der beiden Batterien A und B von dem Generator 13 geladen wird, während die andere die Antriebsmaschine 1000 antreibt. Soll beispielsweise die Teilbatterie A geladen werden und die Teilbatterie B die Antriebsmaschine 1000 antreiben, so werden die Schalteinrichtungen 101, 201, 402 und 502 geschlossen. Alle anderen Schalteinrichtungen bleiben offen. Soll beispielsweise Batterie B geladen werden und Batterie A die Maschine antreiben, so werden die Schalteinrichtungen 102, 202, 401 und 501 geschlossen. Alle anderen Schalteinrichtungen bleiben offen. Die Auslegung des Generators 13 sei derart, dass der Ladestrom größer als der mittlere Strom der Antriebsmaschine 1000 ist.
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Das Laden der Batteriezellen 100-1, ..., 500n in einem Strang 100, 200, 400, 500 geschieht dadurch, dass der momentanen Ladespannung entsprechend mehr Batteriezellen 100-1, ..., 500n im Strang 100, 200, 400, 500 mittels ihrer Koppeleinrichtung so in den Strang eingekoppelt werden, dass die Batteriespannung der Ladespannung entgegengerichtet ist, wodurch die Batteriezellen 100-1, ..., 500n geladen werden. Die restlichen Batteriezellen 100-1, ..., 500n werden mittels ihren jeweiligen Kopplungseinrichtungen in einen Bypassmodus geschaltet, in dem sie von dem Strang 100, 200, 400, 500 abgekoppelt sind. Auf diese Weise kann der Ladestrom auf einen gewünschten Wert eingeregelt werden. Beim Nulldurchgang der sinusförmigen Ladespannung befindet sich nur eine Batteriezelle 100-1, ..., 500n im Lademodus. Steigt die Ausgangsspannung des Generators 13, von dem Nulldurchgang ausgehend, weiter an, so überschreitet sie schließlich die Spannung einer Batteriezelle 100-1, ..., 500n, woraufhin eine zweites Batteriezelle 100-1, ..., 500n mittels einer Kopplungseinrichtung in den Lademodus geschaltet wird und zu der Gegenspannung des Strangs 100, 200, 400, 500 beiträgt. Dies wird fortgesetzt, bis bei einem Spitzenwert der Ladespannung vorzugsweise alle Batteriezellen 100-1, ..., 500n oder alle Batteriezellen 100-1, ..., 500n außer einer mittels ihrer jeweiligen Kopplungseinrichtungen in den Lademodus geschaltet sind. Im Zeitmittel sollen alle Batteriezellen 100-1, ..., 500n eines Strangs 100, 200, 400, 500 geladen werden, so dass abwechselnd Batteriezellen 100-1, ..., 500n, die eine Zeit im Bypassmodus waren, in den Lademodus versetzt werden, und umgekehrt. Im Zeitmittel sollen auch beide Teilbatterien A und B geladen werden, so dass nach einer gewissen Zeit- beispielsweise einer Minute oder zehn Minuten- durch Umschaltung der jeweiligen Halbleiterschalter die gerade geladene Teilbatterie A, B für den Antrieb des Antriebsmotors 1000 genutzt wird.
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Somit werden im Mittel beide Teilbatterien A und B geladen. Bei Erreichen einer gewissen oberen Ladeschwelle der Batteriezellen 100-1, ..., 500n wird der Verbrennungsmotor 10 vorzugsweise wieder abgeschaltet. Hierfür kann ein Kriterium sein, dass über mehrere Batteriezellen 100-1, ..., 500n ein Mittelwert ermittelt wird, der mit einer oberen Ladeschwelle verglichen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2009/115247 [0003]
- US 2012/277942 [0004]
- US 2012/249035 [0004]
- US 2008/220932 [0004]
- WO 2009/115247 A1 [0007]
