DE102016006201A1 - Antriebssystem - Google Patents

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem (100) zum elektrischen Antreiben eines Kraftfahrzeugs, wobei das Antriebssystem (100) eine Elektromaschine (106) und einen Umrichter umfasst, wobei Steuerungselemente des Umrichters in einem ersten Gehäuse (102) angeordnet sind und einen Steuerungsteil bilden, wobei Leistungselemente des Umrichters und die Elektromaschine (106) in einem zweiten Gehäuse (104) angeordnet sind und einen Leistungsteil bilden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug.
  • Ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug umfasst üblicherweise einen DC/AC-Umrichter sowie eine elektrische Antriebsmaschine, die beide voneinander getrennt in unterschiedlichen Gehäusen angeordnet sind.
  • Eine Antriebseinheit für ein Fahrzeug ist aus der Druckschrift WO 2008/043697 A1 bekannt. Hierbei sind eine Steuerelektronik sowie eine Leistungselektronik der Antriebseinheit voneinander räumlich und thermisch getrennt, wobei die Leistungselektronik und eine Elektromaschine gemeinsam gekühlt werden. Weiterhin sind die Steuerelektronik und die Leistungselektronik miteinander elektrisch verbunden.
  • Eine Antriebseinheit mit zwei koppelbaren Kühlkreisläufen zum Vorwärmen eines Verbrennungsmotors ist aus der Druckschrift EP 2 559 879 A1 bekannt. Dabei ist ein Kühlkreislauf auch einer Elektromaschine mit einer Leistungs- und Steuerelektronik zugeordnet.
  • Eine Maßnahme zum aktiven Kühlen einer elektrischen Antriebskomponente ist aus der Druckschrift DE 10 2011 100 685 A1 bekannt. Hierbei ist ein Kühlsystem zu verwenden, mit dem eine Elektromaschine gemeinsam mit einer Leistungselektronik und einer Steuerelektronik gekühlt werden.
  • Vor diesem Hintergrund wird ein Antriebssystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 vorgestellt. Ausführungsformen des Antriebssystems gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
  • Das erfindungsgemäße Antriebssystem ist zum elektrischen Antreiben eines Kraftfahrzeugs ausgebildet und umfasst eine Elektromaschine und einen Umrichter. Dabei sind Steuerungselemente des Umrichters in einem ersten Gehäuse angeordnet und bilden einen Steuerungsteil, wobei Leistungselemente des Umrichters und die Elektromaschine in einem zweiten Gehäuse angeordnet sind und einen Leistungsteil bilden. Die Steuerungselemente und die Leistungselemente des Umrichters sind voneinander getrennt.
  • Die Steuerungselemente und die Leistungselemente des Umrichters sind dazu ausgebildet, eine Gleichspannung in eine Wechselspannung oder umgekehrt umzuwandeln. Dabei ist bei einem Betrieb der Elektromaschine als Motor eine elektrische Gleichspannung und/oder ein Gleichstrom aus einem elektrischen Energiespeicher mit dem Umrichter in eine Wechselspannung und/oder einen Wechselstrom umzuwandeln sowie der Elektromaschine bereitzustellen. Falls die Elektromaschine als Generator betrieben wird, wird eine Wechselspannung und/oder ein Wechselstrom von dem Umrichter in eine Gleichspannung und/oder einen Gleichstrom umgewandelt sowie in dem elektrischen Energiespeicher gespeichert.
  • Üblicherweise sind die Steuerungselemente in dem ersten Gehäuse mit einem ersten Wert einer elektrischen Spannung bzw. einer niedrigen Spannung und die Leistungselemente in dem zweiten Gehäuse mit einem zweiten Wert der elektrischen Spannung bzw. einer hohen Spannung zu betreiben, wobei der erste Wert niedriger als der zweite Wert ist.
  • In Ausgestaltung ist lediglich in dem zweiten Gehäuse ein Kühlsystem zum Kühlen der Leistungselemente und der Elektromaschine angeordnet.
  • Das Kühlsystem ist mit einem Wert für die elektrische Spannung zu betreiben, der geringer als der zweite Wert der elektrischen Spannung ist und bspw. dem ersten Wert der elektrischen Spannung entspricht. Außerdem sind die Leistungselemente und die Elektromaschine innerhalb des zweiten Gehäuses von dem Kühlsystem elektrisch isoliert.
  • Mindestens ein Steuerungselement des Steuersystems ist als Modul zum Aufbereiten von Signalen, als Recheneinheit, bspw. als Logikbaustein und/oder Mikrocontroller, der in Ausgestaltung zwei redundante Rechenkerne (Dual Core) umfasst, als Treiber, bspw. Kommunikationstreiberbaustein, als Energieversorgungsmodul, bspw. zur Spannungsversorgung, und/oder als ggf. redundantes Sicherheitsmodul, bspw. mit einem redundanten Überwachungskreis, ausgebildet. In der Regel umfasst das Steuerungsteil mehrere voranstehend genannte Steuerungselemente.
  • Die Steuerungselemente sind zum Kontrollieren und demnach zum Steuern und/oder Regeln eines Betriebs der Leistungselemente und der Elektromaschine ausgebildet.
  • Mindestens ein Steuerungselement ist zur Umsetzung eines Sicherheitskonzepts gemäß dem ASIL-Standard laut ISO 26262 (Stand: 2016) ausgebildet.
  • Weiterhin ist mindestens ein Leistungselement als Hochspannungs-Leistungsschalters, bspw. Bipolartransistor mit integrierter Gate-Elektrode (IGBT), als Treiber zum Ansteuern des Hochspannungs-Leistungsschalters und/oder als Filtermodul ausgebildet.
  • Die beiden Gehäuse sind über eine Verbindung, bspw. eine Leitung, zum Austausch von Signalen, miteinander verbunden. Über diese Verbindung sind bspw. Sensorsignale und/oder Steuerungssignale zwischen dem Steuerungsteil und dem Leistungsteil auszutauschen.
  • Das vorgestellte Antriebssystem umfasst demnach einen Umrichter, dessen Komponenten in zwei voneinander getrennten Gehäusen angeordnet sind. In Ausgestaltung sind Komponenten für einen Steuerungsteil des Umrichters und/oder Komponenten, die mit dem niedrigen, ersten Wert der Spannung zu betreiben sind, in einem ersten Gehäuse angeordnet. Weiterhin sind hierbei Komponenten des Leistungsteils und/oder Komponenten, die bei einer Spannung mit einem hohen, zweiten Wert zu betreiben sind, in einem zweiten Gehäuse angeordnet.
  • Innerhalb des elektrischen Antriebssystems werden üblicherweise Leistungselemente für den Leistungsteil und Steuerungselemente für den Steuerungsteil voneinander strikt separiert. Dabei ist in Ausgestaltung vorgesehen, dass der Leistungsteil als Komponenten rein passive Leistungselemente aufweist, die in demselben Gehäuse wie die Elektromaschine integriert sind, wobei diese passiven Leistungselemente und die Elektromaschine eine Leistungseinheit bilden. Dagegen umfasst der Steuerungsteil zum Steuern vorgesehene Steuerungselemente, die mit dem niedrigen Wert der Spannung zu betreiben sind. Dabei ist es möglich, diese Steuerungselemente bspw. in einem Steuergerät anzuordnen und/oder ein Steuergerät aus den Steuerungselementen zu bilden. Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass der Steuerungsteil eine ASIL-Architektur aufweist. Der Steuerungsteil bzw. ein entsprechendes Steuergerät umfasst die Recheneinheit mit den beiden redundanten Rechenkernen und erfüllt hierbei Doppelkern- bzw. Dual Core-Anforderungen.
  • Der Steuerungsteil umfasst als mögliche Steuerungselemente bspw. ein zur Signalaufbereitung ausgebildetes Steuerungselement, das auf dem niedrigen Wert der Spannung zu betreiben ist und das als Recheneinheit bzw. Logik ausgebildete Steuerungselement, das als Mikrocontroller (μC) mit den redundanten Rechenkernen (Dual Core) sowie zur Durchführung einer Steuerung, in Ausgestaltung u. a. einer eigenen Steuerung, ausgebildet ist. Außerdem ist es möglich, dass in einem bspw. als Sicherheitsmodul ausgebildeten Steuerungselement mehrere Hardware-Bausteine implementiert sind, mit denen durch redundante Ausbildung von Steuerungselementen dieses Steuerungselements ein Sicherheitskonzept umzusetzen ist. Außerdem ist es möglich, dass mindestens ein Steuerungselement Hardware-Überwachungskreise aufweist, die zur Unterstützung des Sicherheitskonzepts redundant ausgebildet sein können. Hierbei handelt es sich bspw. um FPGAs oder Schwellwertschalter. Weiterhin ist mindestens ein Steuerungselement als Kommunikationstreiberbaustein ausgebildet. Für die einzelnen Steuerungselemente ist weiterhin eine stabile Spannungsversorgung zum Bereitstellen der Spannung mit dem niedrigen, ersten Wert vorgesehen.
  • Der Leistungsteil umfasst als Leistungselemente bspw. ein Filtermodul bzw. einen Filter, einen Treiber, bspw. einen IGBT-Treiber, IGBT-Module sowie ein Kühlsystem. Je nach Definition ist die Elektromaschine als Bestandteil des Leistungsteils und demnach ebenfalls als Leistungselement ausgebildet und/oder zu bezeichnen. Die Elektromaschine umfasst einen Stator und einen Rotor, wobei sich der Rotor relativ zu dem Stator dreht, wobei mit der Elektromaschine bei einem Betrieb als Motor elektrische Energie in mechanische Energie und bei einem Betrieb als Generator mechanische Energie in elektrische Energie zu wandeln ist.
  • Der Steuerungsteil und der Leistungsteil sind in Ausgestaltung über Schnittstellen der Verbindung miteinander verbunden, wobei jeweils eine Schnittstelle hinsichtlich ihrer Funktion und hinsichtlich eines eventuell einzunehmenden kritischen Zustands bzw. einer Kritikalität zu definieren sind, wodurch ein klar strukturierter Aufbau des Antriebssystems zu erreichen ist.
  • Da der Leistungsteil und der Steuerungsteil des elektrischen Antriebssystems voneinander strikt separiert sind, ist für das Antriebssystem ein vereinfachtes Kühlsystem mit einer einfacheren Führung eines Kühlmediums zu verwenden, da nunmehr nur noch die Leistungselemente und demnach nur noch der Leistungsteil zu kühlen sind bzw. ist. Außerdem ist zwischen dem Leistungsteil und dem Steuerungsteil eine einfachere Isolation zwischen den Leistungselementen, die mit dem hohen zweiten Wert der Spannung zu betreiben sind, und den Steuerungselementen, die mit dem niedrigen, ersten Wert der Spannung zu betreiben sind, einzusetzen. Hierbei wird in möglicher Ausgestaltung die Isolation zwischen Steuerungselementen und Leistungselementen durch Vorsehen der voneinander getrennten Gehäuse erreicht. Es ist ergänzend auch möglich, dass der Leistungsteil auch Leistungselemente aufweist, die auf dem niedrigen Wert der Spannung zu betreiben sind. Sofern sämtliche Leistungselemente in demselben Gehäuse des Leistungsteils angeordnet sind, sind lediglich innerhalb dieses Gehäuses Leistungselemente voneinander elektrisch zu isolieren, die mit unterschiedlichen Werten der Spannung zu betreiben sind.
  • Weiterhin ist die Elektromaschine mit Leistungsfiltern und Leistungshalbleitern, die leistungsabhängig abzustimmen sind, in dem Gehäuse für den Leistungsteil angeordnet. Mechanische Komponenten der Elektromaschine sowie ein Leistungsfilter oder ein Leistungshalbleiter, die je nach Definition auch als Leistungselemente ausgebildet sind, sind im Fall eines Fehlers und zur Instandhaltung einfach auszuwechseln.
  • Weiterhin sind in dem elektrischen Antriebssystem auch eine Hardware-Ebene sowie eine Software-Ebene voneinander zu trennen, wobei Leistungselemente der Hardware-Ebene dem Leistungsteil und Steuerungselemente der Software-Ebene dem Steuerungsteil zuzuordnen sind, wodurch ein vereinfachtes und klar strukturiertes Steuerungs- und Sicherheitskonzept umzusetzen ist.
  • In Ausgestaltung umfasst der Leistungsteil lediglich die passiven Leistungselemente, die üblicherweise auch in der Elektromaschine integriert sind. Dagegen umfasst der Steuerungsteil sämtliche als Logikkomponenten ausgebildete Steuerungselemente, die den Leistungsteil steuern und/oder regeln bzw. ausregeln und demnach kontrollieren.
  • Ein Software-Anteil bzw. die Software-Ebene des zugehörigen ASIL-Sicherheitskonzepts ist üblicherweise in dem Steuerungsteil konzentriert, wodurch bspw. bei einem Entwicklungsprojekt schnell und flexibel auf sich ändernde Anforderungen reagiert werden kann. Weiterhin ist bei unterschiedlichen Projektvarianten ein Anpassen und/oder Wiederverwenden der Software-Anteile möglich, wodurch Entwicklungskosten eingespart werden können.
  • Durch Separierung der Software-Ebene von einer Hardware-Ebene ist das Antriebssystem u. a. modular auszubilden, wobei auch eine einfachere Isolation von Elementen, d. h. von Steuerungselementen und/oder Leistungselementen, die mit unterschiedlichen Werten der Spannung zu betreiben sind, mit weniger Barrieren zu erreichen ist.
  • Der Leistungsteil umfasst die rein passiven Leistungselemente, die in demselben Gehäuse wie die Elektromaschine integriert sind und je nach Definition mit der Elektromaschine eine Leistungseinheit bilden.
  • Dagegen umfasst der Steuerungsteil mindestens ein rein zur Steuerung ausgebildetes Steuerungselement, das mit der Spannung mit dem niedrigen Wert zu betreiben ist und üblicherweise in jedem Steuergerät, das bspw. Dual Core-Anforderungen genügt und eine ASIL-Architektur aufweist, implementiert sein kann. Demnach sind die Steuerungselemente des Steuerungsteils in dem ersten Gehäuse und Leistungselemente des Leistungsteils in demselben zweiten Gehäuse wie die Elektromaschine angeordnet, wobei einzelne Leistungselemente je nach Definition dem Leistungsteil und/oder der Elektromaschine zugeordnet sind.
  • Außerdem wird zum Kühlen des Antriebssystems lediglich ein Kühlkreislauf und/oder Kühlkörper benötigt, der dem Leistungsteil zugeordnet ist.
  • Der Umrichter umfasst demnach den auf dem niedrigen Wert der Spannung zu betreibenden Steuerungsteil sowie den auf dem hohen Wert der Spannung zu betreibenden Leistungsteil, die in unterschiedlichen Gehäusen angeordnet und voneinander räumlich sowie elektrisch isolierend getrennt sind.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
  • Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsform in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel einer aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung.
  • 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems.
  • Die in 1 schematisch dargestellte Anordnung 2 umfasst hier eine dreiphasige Elektromaschine 4, der ein Umrichter 6, hier ein DC/AC-Wandler zugeordnet ist. Dieser Umrichter 6 umfasst einen Niederspannungsteil 8 und einen Hochspannungsteil 10, die hier über eine Isolation 12 voneinander getrennt sind. Der Niederspannungsteil 8 umfasst hier einen Mikrocontroller 14, einen Treiber 16 zur Durchführung einer Analog-Digital-Wandlung sowie einer Pulsweitenmodulation für Komponenten des Hochspannungsteils 10, Elemente 18 zur Durchführung einer Leistungsversorgung, bspw. ein IGBT-Treiber, ein FPGA oder einen Mikrocontroller, sowie Sicherheitselemente 20, bspw. eine Wechselstromverknüpfung (DC-Link), und Widerstände. Der Hochspannungsteil 10 des Umrichters 6 umfasst hier einen IGBT-Treiber 22, ein IGBT-Modul 24, Elemente 26 zur Filterung, bspw. Spulen, Kondensatoren sowie Widerstände zum Bereitstellen einer Wechselstromverbindung (DC-Link) sowie eine Kühlplatte 28.
  • Die Elektromaschine 4 ist hier ebenfalls in einen Niederspannungsteil 30 und einen Hochspannungsteil 32 aufgeteilt, wobei der Niederspannungsteil 30 und der Hochspannungsteil 32 hier ebenfalls durch eine Isolation 34 voneinander getrennt sind. Hierbei ist vorgesehen, dass der Niederspannungsteil 30 der Elektromaschine 4 über erste Signalleitungen 36 mit dem Umrichter 6 verbunden ist, wobei über diese ersten Leitungen 36 Sensorsignale zwischen der Elektromaschine 4 und dem Umrichter 6 ausgetauscht werden. Der Hochspannungsteil 32 der Elektromaschine 4 ist hier über drei weitere Leitungen 38 mit dem Umrichter 6 verbunden, wobei über diese weiteren Leitungen zwischen drei Phasen U, V, W der Elektromaschine 4 und dem Umrichter 6 elektrische Energie auszutauschen ist.
  • In 1 sind auch eine Niederspannungsversorgung 40, ein Pluspol 42 sowie ein Minuspol 44 einer Hochspannungsversorgung und ein Kommunikationsmodul 46 durch Pfeile bzw. einen Doppelpfeil schematisch dargestellt. Außerdem deuten drei weitere Pfeile 48a, 48b, 48c einen Strom eines Kühlmediums zu dem Umrichter 6 sowie der Elektromaschine 4 an.
  • Da leistungstragende Komponenten hier zwischen der Elektromaschine 4 und dem Umrichter 6 verteilt sind, ist das Kühlmedium hier aufwändig zu führen. Weiterhin sind die Niederspannungsteile 8, 30 des Umrichters 6 sowie der Elektromaschine 4 von jeweiligen Hochspannungsteilen 10, 32 der Elektromaschine 4 und des Umrichters 6 durch eine jeweilige Isolation 12, 34 voneinander zu isolieren. Weiterhin sind eine Ansteuerung und Leistungsteile des Umrichters 6 exakt mit Parametern der Elektromaschine 4 und Zuleitungen abzustimmen. Üblicherweise sind ein Steuerungskonzept, eine Aufbereitung von Signalen sowie ein Sicherheitskonzept hier im Umrichter 6 integriert, wobei jedoch eine Software-Ebene und eine Hardware-Ebene hierbei schwer voneinander zu separieren sind. Falls bspw. das Steuerungs- oder Sicherheitskonzept zu ändern ist, kann dies bedeuten, dass der ganze Umrichter 6 sowie die Elektromaschine 4 ebenfalls zu verändern sind.
  • Die in 2 schematisch dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystem 100 für ein Kraftfahrzeug umfasst ein erstes Gehäuse 102, in dem Steuerungselemente angeordnet sind, die einen Steuerungsteil des Antriebssystems 100 bilden. Dabei sind die Steuerungselemente des Steuerungsteils in dem ersten Gehäuse 102 mit einer Spannung zu betreiben, die einen ersten, niedrigen Wert aufweist. Ein zweites Gehäuse 102 des Antriebssystems 100 umfasst Leistungselemente, die mit einem zweiten, hohen Wert der Spannung zu betreiben sind, wobei dieser zweite Wert größer als der erste Wert ist. Weiterhin sind in dem zweiten Gehäuse 4 eine Elektromaschine 106 sowie ein Kühlsystem 108 mit mindestens einem Kühlmodul 110 angeordnet. Dabei ist vorgesehen, dass die Elektromaschine 106 ebenfalls mit dem zweiten, hohen Wert der elektrischen Spannung zu betreiben ist.
  • Weiterhin ist das mindestens eine Kühlmodul 110 des Kühlsystems 108 mit einem weiteren, dritten Wert der elektrischen Spannung zu betreiben, der niedriger als der zweite Wert der Spannung ist. Hierzu umfasst das Kühlsystem 108 eine elektrische Energiequelle 112 die dem mindestens einen Kühlmodul 110 zugeordnet ist. Innerhalb des Gehäuses 104 sind die Leistungselemente sowie die Elektromaschine 106 von dem Kühlsystem 108 durch eine Isolierung 114 voneinander getrennt.
  • Die Elektromaschine 106 umfasst einen Stator und einen Rotor, wobei sich der Rotor bei einem Betrieb der Elektromaschine 106 relativ zu dem Stator dreht. Falls die Elektromaschine 106 als elektrischer Motor betrieben wird, ist von der Elektromaschine elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, wodurch das Kraftfahrzeug anzutreiben ist. Falls mit dem Kraftfahrzeug bspw. eine Rekuperation durchgeführt wird, ist die Elektromaschine 106 als elektrischer Generator zu betreiben, mit dem mechanische Energie des Kraftfahrzeugs in elektrische Energie umzuwandeln ist.
  • Außerdem ist bei der vorgestellten Ausführungsform des Antriebssystem 100 vorgesehen, dass der Elektromaschine 106 ein Umrichter bzw. Inverter oder Wandler zugeordnet ist, mit dem eine Gleichspannung bzw. ein Gleichstrom aus einer elektrischen Energiequelle 116, wobei die Gleichspannung den ersten Wert aufweist, in eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom zu wandeln ist, mit der bzw. dem die üblicherweise dreiphasige Elektromaschine 106 anzutreiben ist. Weiterhin ist es auch möglich, eine Wechselspannung bzw. einen Wechselstrom, die bzw. der bei dem Betrieb der Elektromaschine 106 als Generator erzeugt wird, von dem Umrichter in eine Gleichspannung bzw. einen Gleichstrom zu wandeln und der elektrischen Energiequelle 116 bereitzustellen.
  • Dabei ist vorgesehen, dass die Steuerungselemente des Umrichters in dem ersten Gehäuse 102 angeordnet sind und somit den Steuerungsteil des Umrichters bilden, wohingegen die Leistungselemente des Umrichters in dem zweiten Gehäuse 104 angeordnet sind und den Leistungsteil des Umrichters bilden. Als Steuerungselemente des Steuerungsteils in dem ersten Gehäuse 102 sind hier eine Recheneinheit 118, ein Treiber 120, ein Energieversorgungsmodul 122, sowie ein Sicherheitsmodul 124 vorgesehen. Dabei ist die Recheneinheit 118 hier als Mikrocontroller mit zwei redundanten Rechenkernen ausgebildet. Der Treiber 120 ist hier zur Analog/Digital-Wandlung sowie zur Durchführung einer Pulsweitenmodulation ausgebildet und umfasst eine serielle periphere Schnittstelle (Serial Peripheral Interface) sowie Spannungsschalter, die für den ersten Wert und/oder den zweiten Wert der Spannung ausgebildet sind. Das Energieversorgungsmodul 122 umfasst einen integrierten Schaltkreis, der hier als Field Programmable Gate Array (FPGA) ausgebildet ist, einen Mikrocontroller sowie einen Treiber. Das Sicherheitsmodul 124 umfasst ebenfalls einen integrierten Schaltkreis (FPGA) und redundante Logikmodule.
  • Leistungselemente des Leistungsteils des Umrichters, die neben der Elektromaschine 106 und dem Kühlsystem 108 in dem zweiten Gehäuse 104 angeordnet sind, sind hier als Filtermodul 126, als Treiberschaltung 128 zum Ansteuern eines Hochspannungs-Leistungsschalters 130 (IGBT, Insulated-Gate Bipolar Transistor) sowie als hier vergossener Hochspannungs-Leistungsschalters 130 bzw. IGBT-Baustein ausgebildet.
  • Das erste Gehäuse 102 und somit auch die Steuerungselemente des Steuerungsteils des Umrichters sind hier mit einer elektrischen Energiequelle 132 verbunden, die den Steuerungselementen die elektrische Spannung, mit dem ersten, niedrigen Wert, bereitstellt. Außerdem sind die Steuerungselemente im ersten Gehäuse 102 über eine Verbindung 134 mit anderen Geräten verbunden, wobei die Steuerungselemente über diese Verbindung 134, mit den anderen hier nicht weiter gezeigten Geräten, des Kraftfahrzeugs kommunizieren. Die Leistungselemente und die Elektromaschine 106 in dem zweiten Gehäuse 104 sind hier über einen positiven Schalter 136 und einen negativen Schalter 138 mit der Spannungsquelle 116 verbunden, mit der der zweite, hohe Wert der Spannung, hier einer Gleichspannung bereitzustellen ist. Weiterhin ist das Kühlsystem 108 in dem zweiten Gehäuse 104 auch mit der elektrischen Energiequelle 132 verbunden, die die Spannung mit dem ersten, niedrigen Wert, hier eine Gleichspannung, bereitstellt.
  • Beide Gehäuse 102, 104 und somit die Steuerungselemente des Steuerungsteils sowie die Leistungselemente des Leistungsteils, die Elektromaschine 106 und das Kühlsystem 108 sind über eine Verbindung 140 miteinander verbunden, die bspw. als Leitung ausgebildet ist, und über die einerseits zwischen den Steuerungselementen und andererseits zwischen den Leistungselementen, der Elektromaschine 106 sowie dem Kühlsystem 108 Signale, hier Sensorsignale und/oder Kontrollsignale bzw. Steuerungssignale auszutauschen sind.
  • Außerdem ist dem zweiten Gehäuse 104 eine Zuleitung 142 für ein Kühlmittel sowie auch eine Ausleitung 144 für das Kühlmittel zugeordnet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2008/043697 A1 [0003]
    • EP 2559879 A1 [0004]
    • DE 102011100685 A1 [0005]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • ASIL-Standard laut ISO 26262 (Stand: 2016) [0014]

Claims (9)

  1. Antriebssystem zum elektrischen Antreiben eines Kraftfahrzeugs, wobei das Antriebssystem (100) eine Elektromaschine (106) und einen Umrichter umfasst, wobei Steuerungselemente des Umrichters in einem ersten Gehäuse (102) angeordnet sind und einen Steuerungsteil bilden, wobei Leistungselemente des Umrichters und die Elektromaschine (106) in einem zweiten Gehäuse (104) angeordnet sind und einen Leistungsteil bilden.
  2. Antriebssystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuerungselemente in dem ersten Gehäuse (102) mit einem ersten Wert einer elektrischen Spannung und die Leistungselemente in dem zweiten Gehäuse (104) mit einem zweiten Wert der elektrischen Spannung zu betreiben sind, wobei der erste Wert niedriger als der zweite Wert ist.
  3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in dem zweiten Gehäuse (104) ein Kühlsystem (108) zum Kühlen der Leistungselemente und der Elektromaschine (106) angeordnet ist.
  4. Antriebssystem nach Anspruch 3, bei dem das Kühlsystem (108) mit einem Wert für die elektrische Spannung zu betreiben ist, der geringer als der zweite Wert ist.
  5. Antriebssystem nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Leistungselemente und die Elektromaschine (106) innerhalb des zweiten Gehäuses (104) von dem Kühlsystem (108) elektrisch isoliert sind.
  6. Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Steuerungselement als Modul zum Aufbereiten von Signalen, als Recheneinheit (118), als Treiber (120), als ein Energieversorgungsmodul (122) und/oder als Sicherheitsmodul (124) ausgebildet ist.
  7. Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Steuerungselemente zum Kontrollieren der Leistungselemente und der Elektromaschine (106) ausgebildet sind.
  8. Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Leistungselement als Filtermodul (126), als Treiberschaltung (128) zum Ansteuern eines Hochspannungs-Leistungsschalters (130) und/oder als Hochspannungs-Leistungsschalter (130) ausgebildet ist.
  9. Antriebssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die beiden Gehäuse über eine Verbindung (140) zum Austausch von Signalen verbunden sind.
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