DE102016215762A1

DE102016215762A1 - Elektrische Antriebsanordnung

Info

Publication number: DE102016215762A1
Application number: DE102016215762.0A
Authority: DE
Inventors: Hardy Naumann; Henning Sebastian Vogt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2016-08-23
Publication date: 2018-03-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsanordnung (1) mit: einer elektrischen Maschine (2), deren Stator (3a, 3b, 3c) wenigstens eine erste und eine zweite n-phasige Wicklung (4a, 4b, 4c) aufweist, die jeweils Bestandteil einer ersten und einer zweiten elektrischen Teilmaschine (EM1; EM2) sind, einer Wechselrichteranordnung (8) mit wenigstens einem ersten Wechselrichter (WR1), dessen Ausgangsanschlüsse (7) mit den Phasenanschlüssen (U1, V1, W1) der ersten n-phasigen Wicklung (4a) verbunden sind und einem zweiten Wechselrichter (WR2), dessen Ausgangsanschlüsse (7) mit den Phasenanschlüssen (U2, V2, W2) der zweiten n-phasigen Wicklung (4a) verbunden sind; einer ersten Gleichspannungsquelle (10; 14), die Eingangsanschlüsse (9) des ersten Wechselrichters (WR1) mit einer ersten Gleichspannung (UBN) speist und einer zweiten Gleichspannungsquelle (10; 14), die Eingangsanschlüsse (9) des zweiten Wechselrichters (WR2) mit einer zweiten Gleichspannung (UTN) speist, wobei die erste und zweite Wicklung (4a, 4b, 4c) elektrisch voneinander getrennt sind. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Antriebsstrang (110) und ein Fahrzeug (100) mit einer solchen Antriebsanordnung (1)

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsanordnung mit einer elektrischen Maschine, deren Stator wenigstens eine erste und eine zweite n-phasige Wicklung aufweist, die jeweils Bestandteil einer ersten und einer zweiten elektrischen Teilmaschine sind.
Fahrzeuge mit Hybridantrieb sind mit Zwei- oder Mehrspannungsbordnetzen ausgestattet. An einem (ersten) Bordnetz liegt dabei in der Regel eine niedrigere Spannung (meist im Bereich von 10–15 V) an und dient zur Versorgung von Verbrauchern, wie Beleuchtung, Steuerung, Stellmotoren etc.
Ein (zweites) Traktionsnetz wird mit einer höheren Spannung gespeist (zum Beispiel zwischen 45 und 50 V). Das Traktionsnetz speist elektrische Antriebsmaschinen. Um die beiden Netze zu verbinden, dienen sogenannte DC/DC-Wandler. Sie können beide Netze koppeln bzw. entkoppeln, so dass Ströme aus dem einen Netz in das andere fließen können bzw. ein solcher Stromfluss unterbunden wird. Die unterschiedlichen Spannungen werden dabei umgesetzt. Solche DC/DC-Wandler verursachen zusätzliche Kosten, erhöhen das Gewicht und benötigen zusätzlichen Bauraum.
Daher gibt es Ansätze, die Spannungsumsetzungsfunktion in eine elektrische Maschine zu integrieren. Damit können sich intelligente Möglichkeiten zur Mehrfachnutzung von Bauteilen ergeben (z. B. Schalter der Wechselrichterelemente für die elektrische Maschine), oder vorhandene Infrastruktur (z. B. Kühlkreisläufe) kann mehrfach genutzt werden.
Es gibt Lösungen, bei denen die Spannungsumsetzung unter Nutzung einer dreiphasigen Elektromaschine und der Elektromaschineninverter (Wechselrichter) realisiert werden, bei denen ein Sternpunktabgriff verfügbar ist (zum Beispiel DE 102 44 229 A1 ), bei dem Energie von einer Hochspannungsbatterie durch einen Inverter zu einem Motor/Generator geführt wird und eine Niedrigspannungsbatterie über eine Drossel mit dem Neutralpunkt des Motorgenerators verbunden ist. DE 198 57 645 A1 gibt ein elektrisches System für ein Elektrofahrzeug an, bei der ein Wechselstrommotor mit mehreren Phasen (drei) aus einer Gleichstromversorgung über einen Spannungswechselrichter versorgt wird, und die Phasen/Wicklungen unter Bildung eines Nullpunktes zusammengeschlossen sind und an eine andere Gleichstromquelle angeschlossen sind.
Es gibt auch Ansätze, bei denen eine elektrische Maschine mehrere dreiphasige Wicklungsstränge aufweist, die über einen Neutralpunkt zusammengeschaltet sind (zum Beispiel WO 2015/128101 A1 und DE 10 2013 205 869 A1 ).
Bei diesen Lösungen, bei denen mehrere dreiphasige Teilwicklungen einer Maschine zur Spannungsumsetzung zwischen einem Traktionsnetz höherer Spannung und einem Bordnetz niedrigerer Spannung genutzt werden, entstehen bei einer elektrischen Kopplung über dem Sternpunkt Nachteile. Zum Beispiel ist die optimale Ausnutzung der höheren Traktionsnetzspannung nur dann möglich, wenn ein Spannungsverhältnis zwischen Traktionsnetzspannung und der Bordnetzspannung 2:1 beträgt. Bei höheren Spannungsverhältnissen (zum Beispiel typischerweise 48 V:12 V oder 4:1) kann die Spannungsumsetzungsfunktion die Nennspannung von 48 V nicht voll ausnutzen.
Es können sich auch unerwünschte Abhängigkeiten dadurch ergeben, dass sich die (elektrischen) Ströme und die (magnetischen) Flüsse in den Funktionsbereichen „elektrische Maschine” und „Wandler/Wechselrichter” addieren und zu unerwünschten Abhängigkeiten führen. Diese Abhängigkeiten erschweren die Auslegung der Schalter wegen der Überlagerung der Stromanteile von Maschine und Wandler und führen zu Schwierigkeiten bei der Auslegung der elektrischen Maschine, da im Wandlerbetrieb ein Offset im magnetischen Fluss die Auslegung des Magnetkreises erschweren kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektrische Antriebsanordnung, insbesondere einen Antriebsstrang für einen parallelen Hybridantrieb und insbesondere ein Fahrzeug mit einer solchen Antriebsanordnung, bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwinden.
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Antriebsanordnung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. In diesem Zusammenhang stehen auch ein Antriebsstrang gemäß Anspruch 13 und ein Fahrzeug gemäß Anspruch 14.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Antriebsanordnung bereitgestellt, umfassend:

– eine elektrische Maschine, deren Stator wenigstens eine erste und eine zweite n-phasige Wicklung aufweist, die jeweils Bestandteil einer ersten und einer zweiten elektrischen Teilmaschine sind,
– eine Wechselrichteranordnung mit wenigstens einem ersten Wechselrichter, dessen Ausgangsanschlüsse mit Phasenanschlüssen der ersten n-phasigen Wicklung verbunden sind und
– ein zweiter Wechselrichter, dessen Ausgangsanschlüsse mit Phasenanschlüssen der zweiten n-phasigen Wicklung verbunden sind,
– einer ersten Gleichspannungsquelle, die Eingangsanschlüsse des ersten Wechselrichters mit einer ersten Gleichspannung speist, und
– eine zweite Gleichspannungsquelle, die Eingangsanschlüsse des zweiten Wechselrichters mit einer zweiten Gleichspannung speist, wobei die erste und zweite n-phasige Wicklung elektrisch voneinander getrennt sind.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Antriebsstrang für einen parallelen Hybridantrieb mit einer elektrischen Antriebsanordnung gemäß dem ersten Aspekt bereitgestellt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang gemäß dem zweiten Aspekt bereitgestellt.
Weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der beigefügten Zeichnung und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.
Allgemein kann die elektrische Antriebsanordnung eine elektrische Maschine umfassen, deren Stator wenigstens zwei elektrisch voneinander getrennte n-phasige Wicklungen aufweist, die jeweils zusammen mit einem Wechselrichter Teilmaschinen bilden.
Als n-phasige elektrische Maschinen dienen z. B. dreiphasige Drehstrommaschinen. Es können aber auch mehrphasige (n ≥ 3) Maschinen verwendet werden, deren Phasenwicklungen zusätzlich auch mehrsträngig aufgebaut sein können.
Eine Basisanordnung ist beispielsweise eine elektrische Maschine mit getrennten Wicklungen und jeweils einem Umrichter für ein Bordnetz (ca. 12 V) und ein Traktionsnetz (ca. 48 V). Zur optimalen Nutzung ist dann die erste Teilmaschine auf maximale Generatorleistung bei 12 V auszulegen, die sich aus dem Bordnetzstrombedarf ergibt. Grundlage kann ein maximaler aber auch ein typischer mittlerer Bedarf sein. Dazu ist dann die erste n-phasige Wicklung entsprechend zu gestalten. Umgekehrt kann damit auch eine maximale motorische Leistung aus dem Bordnetz abgerufen werden, zum Beispiel aus einer Bordnetzbatterie, wenn dort ein ausreichendes Energieangebot vorhanden ist.
Die elektrische Auslegung der zweiten Teilmaschine bzw. der zweiten n-phasigen Wicklung erfolgt davon unabhängig anhand der gewünschten maximalen Rekuperationsleistung (Generatorleistung) und/oder der maximalen Antriebsleistung (Motorleistung) bzw. der dazu notwendigen Phasenströme für 48 V.
Zur magnetischen Kopplung der beiden Teilmaschinen bzw. der Spulenwicklungen folgt die Auslegung der den magnetischen Fluss übertragenden Komponenten (Eisenquerschnitte) anhand des Betragsmaximums der Summe aus den Strömen des Bordnetzes und des Traktionsnetzes (12 V und 48 V).
Damit lässt sich dann ein unabhängiger Betrieb der Teilmaschinen in unterschiedlichen Betriebsmodi realisieren, die von den gewünschten Betriebsmodi des Antriebsstranges bzw. des Fahrzeuges abhängen. Bei einem Hybridantrieb unterscheidet man dabei in der Regel z. B. zwischen konventionellem Fahrbetrieb, hybridischem Fahrbetrieb, Kaltstart, maximaler elektrischer Antriebsleistung, maximaler Rekuperationsleistung, Betrieb der elektrischen Maschine mit geringer Last.
Es gibt Ausführungen, bei denen die Teilmaschinen dazu einzeln und unabhängig in unterschiedlichen Betriebsmodi (Generatorbetrieb, Motorbetrieb, elektrischer Leerlauf) betrieben werden können.
Es gibt Ausführungen, bei denen der Stator wenigstens eine dritte, n-phasige Wicklung aufweist, die Bestandteil einer dritten elektrischen Teilmaschine ist und ebenfalls elektrisch von der ersten und zweiten elektrischen Wicklung getrennt ist. Die Wechselrichteranordnung umfasst wenigstens einen dritten Wechselrichter, dessen Ausgangsanschlüsse mit Phasenanschlüssen der dritten, n-phasigen Wicklung verbunden sind und dessen Eingangsanschlüsse wahlweise aus der ersten oder der zweiten Gleichspannungsquelle speisbar sind. So eine Ausführung erhöht die Flexibilität dahingehend, dass der Generatorbetrieb und/oder der Motorbetrieb für das Traktionsnetz bzw. für das Bordnetz durch wechselweise Zuordnung der dritten Elektromaschine variiert werden kann. Zum Beispiel können zum Aktivieren einer Boost-Funktion zwei Elektromaschinen motorisch im Traktionsnetz betrieben werden. In einem anderen Betriebsmodus kann beispielsweise die generatorische Leistung für das Bordnetz erhöht werden. Dazu werden dann zwei oder mehr Teilmaschinen generatorisch im Bordnetz betrieben, die dazu beispielsweise motorisch von einer Maschine im Traktionsnetz oder der Verbrennungskraftmaschine eines hybridischen Antriebsstrangs angetrieben werden können.
Es gibt auch Ausführungen, bei denen zwischen den Eingangsanschlüssen der Wechselrichter und der ersten Gleichspannungsquelle jeweils erste Schalter angeordnet sind und zwischen den Eingangsanschlüssen der Wechselrichter und der zweiten Gleichspannungsquelle jeweils zweite Schalter angeordnet sind, so dass jeder der Eingangsanschlüsse wahlweise aus der ersten Gleichspannungsquelle (z. B. Bordnetzbatterie) mit der ersten Gleichspannung oder aus der zweiten Gleichspannungsquelle (z. B. Traktionsnetzspeicher) mit der zweiten Gleichspannung speisbar ist und so jede der elektrischen Teilmaschinen wahlweise mit der ersten oder zweiten Spannungsquelle zu koppeln ist. So eine Anordnung ermöglicht es, jede der Teilmaschinen generatorisch oder motorisch aus einer der beiden Gleichspannungsquellen und damit aus einem der beiden Netze zu speisen.
Der Begriff „speisen” ist hier bidirektional so zu verstehen, dass im generatorischen Betrieb die elektrische Maschine bzw. eine Teilmaschine das Gleichspannungsnetz bzw. die Gleichspannungsquelle speist und im motorischen Betrieb die elektrische Maschine bzw. eine elektrische Teilmaschine aus dem jeweiligen Netz bzw. der Spannungsquelle gespeist wird.
Für einen typischen Anwendungsfall, bei dem die erste Gleichspannungsquelle eine Bordnetzbatterie ist, die zweite Gleichspannungsquelle ein Traktionsnetzspeicher und eine erste Teilmaschine insbesondere für den Generatorbetrieb im Bordnetz ausgelegt ist, während zwei oder mehrere elektrische Teilmaschinen zum Antrieb (motorischer Betrieb) bzw. für die Rekuperation (generatorischer Betrieb) im Traktionsnetz vorgesehen sind, ergeben sich zusätzliche Nutzungspotentiale:
So kann beispielsweise eine erhöhte Leistung allein aus dem Traktionsnetz bezogen bzw. in dieses zurückgespeist werden. In einem Rekuperations-Betriebszustand kann beispielsweise bei vollgeladenem Traktionsnetzspeicher allein das Bordnetz gestützt werden und zusätzlich die Bordnetzbatterie maximal geladen werden. Bei entsprechend hochaufgelöster PWM-Ansteuerung des bzw. der Wechselrichter ergeben sich dabei keine Einschränkungen für den Betrieb der ersten Teilmaschine, die für eine Gleichspannungsquelle mit niedrigerer Spannung (zum Beispiel 12 V Bordnetz) ausgelegt ist. Beim Betrieb einer auf eine höhere Spannung ausgelegten Teilmaschine am Netz mit der niedrigeren Spannung ergibt sich lediglich eine Reduzierung der maximalen Leistung durch die verfügbare niedrigere Spannung.
Es gibt auch Ausführungen, bei denen eine der n-phasigen Wicklungen bzw. eine der Teilmaschinen in mehrere Teilwicklungen aufgeteilt ist, deren jede mit einer Wechselrichterschaltung versehen ist und über eine erste und zweite Schalteranordnung wahlweise mit der ersten und zweiten Spannungsquelle koppelbar ist, und die Teilwicklungen mittels der Wechselrichterschaltungen so miteinander verschaltbar und ansteuerbar sind, dass sie in einer ersten Schaltstellung aus der ersten Gleichspannungsquelle mit einer ersten Gleichspannung gespeist wird und in einer zweiten Schaltstellung mit einer zweiten Gleichspannung gespeist wird, wobei die Teilwicklungen in einer ersten Schaltstellung eine parallel geschaltete Teilmaschinen bilden die phasenversetzt ansteuerbar sind und in der zweiten Schaltstellung in Reihe geschaltet sind und eine „einzige” Teilmaschine bilden.
Die Maschine kann dabei auch als x-polige Maschine gewickelt sein, wobei die Verschaltung der Pole (zählen immer pro Wicklungsstrang) einmal parallel und einmal in Reihe zu verstehen ist. Die Polzahl ist dann in beiden Verschaltungsarten gleich, wenn im Falle der Parallelschaltung (an die erste Spannungsquelle) die Einzelpole des jeweils gleichen Strangs (z. B. U) gleichphasig über alle 4 Teilwicklungen angesteuert werden.
Eine solche Vollbrückenwechselrichteranordnung für eine oder mehrere Teilmaschinen erlaubt es, diese Maschinen an einem Bordnetz bzw. an einer Spannungsquelle mit höherer Spannung und an einem Bordnetz bzw. an einer Spannungsquelle mit niedrigerer Leistung bei optimaler Nennleistung zu betreiben. Damit steigt zwar der wicklungs- und ggf. auch der schaltungstechnische Aufwand, die Ausnutzung der Maschine kann aber bei unterschiedlicher Betriebsspannung leistungsoptimiert erfolgen und die Energieausnutzung kann so verbessert werden.
Es gibt Ausführungen, bei denen die erste Gleichspannungsquelle als Bordnetzbatterie ausgebildet ist und eine niedrigere Gleichspannung, insbesondere zwischen 10 und 15 V an ein Bordnetz liefert und die zweite Gleichspannungsquelle als ein Traktionsnetzspeicher ausgebildet ist und eine höhere Gleichspannung, insbesondere zwischen 45 und 50 V an ein Traktionsnetz liefern. Zum Beispiel kann ein typisches Spannungsverhältnis von etwa 1:4 bestehen, für das die vorstehend beschriebene Ausführung geeignet ist, und das bei Hybridantrieben üblich ist.
Es gibt Ausführungen, bei denen eine erste Teilmaschine als Generator für ein Bordnetz ausgelegt ist und die zweite und/oder dritte Teilmaschine als Antriebsmotor und/oder Generator für ein Traktionsnetz ausgelegt sind/ist. So eine Auslegung berücksichtigt den Umstand, dass im Bordnetz (in der Regel mit niedrigerer Spannung) meist Verbraucher mit relativ konstanter Leistungsaufnahme vorgesehen sind, während im Traktionsnetz (in der Regel mit höherer Spannung) eine wesentlich höhere Leistungsdynamik erforderlich ist, und zwar sowohl im generatorischen Betrieb als auch im motorischen Betrieb. Auch der Ladezustand eines entsprechenden Traktionsnetzspeichers unterliegt wesentlich höheren Leistungs- und Ladeschwankungen.
Durch die elektrisch unabhängige Ausführung der Wicklungen bzw. der Teilmaschinen ist es auch möglich, diese in unterschiedlichen Bauweisen auszuführen. Sie können beispielsweise in Sternschaltung oder in Dreiecksschaltung ausgebildet sein.
Es gibt Ausführungen, bei denen die eingesetzten Wechselrichter jeweils einen n-phasigen, insbesondere dreiphasigen, selbstgeführten und gegebenenfalls pulsweitenmodulierten Wechselrichter aufweisen, der dann n (z. B. drei) symmetrische Halbbrücken aus jeweils zwei Leistungshalbleiterschaltern in Serienschaltung umfasst. Solche Wechselrichter sind sehr flexibel ansteuerbar und erzeugen die Wechselspannungen unabhängig von einem Versorgungsnetz. Über die Pulsweitenmodulation erfolgt eine flexible Ansteuerung der Schaltelemente, die so die gewünschten Ströme vergleichsweise genau abbilden können.
Es gibt Ausführungen, bei denen die Leistungshalbleiterschalter als sogenannte MOSFET-Schalter (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) oder als IGBT-Schalter (Insulated Gate Bipolar Transistor) ausgebildet sind. Beide Ausführungen sind als elektronische Halbleiterbauelemente in der Leistungselektronik bewährt. Sie erlauben eine weitgehend leistungslose Ansteuerung und haben ein gutes Durchlassverhalten.
Ein Antriebsstrang für einen parallelen Hybridantrieb mit einer elektrischen Antriebsanordnung nach einem der vorstehend geschilderten Aspekte, einem Verbrennungsmotor, einer Kupplung und einem Getriebe ist besonders für Hybrid-Fahrzeuge geeignet.
Dabei sind unterschiedliche Antriebskonfigurationen möglich. So ein Antriebsstrang erlaubt Fahrzustände wie, rein verbrennungsmotorisch, rein elektrisch oder Verbundbetrieb.
Es können viele vorteilhafte Hybrid-Betriebszustände verwirklicht werden und Funktionen wie Start-Stopp, Rekuperation, rein elektrisches Fahren, Lastpunktverschiebung und Boosten sind einfach realisierbar.
Ein Fahrzeug mit einem solchen Parallelhybridantriebsstrang lässt sich besonders kraftstoffsparend betreiben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Darin zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsanordnung.
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsanordnung, und
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsanordnung;
3A eine Tabelle zur Beschaltung der in 3 dargestellten Antriebsanordnung, und
4 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Hybridantriebsstrang und einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsanordnung.
Die in 1 schematisch illustrierte elektrische Antriebsanordnung 1 umfasst eine elektrische Maschine 2, die aus zwei Teilmaschinen (EM1, EM2) gebildet wird. Jede der elektrischen Teilmaschinen EM1 und EM2 umfasst einen Stator 3a, 3b, die jeweils aus einer ersten und zweiten dreiphasigen Leiterwicklung 4a, 4b gebildet werden, die um den jeweiligen Stator 3a, 3b gewickelt sind und deren Stränge oder Phasen U1, V1, W1; U2, V2, W2 somit Induktivitäten 5 und (ohmsche) Widerstände 6 bilden. Die Phasen U1, V1, W1, U2, W2, V2 sind hier in einer Sternschaltung zusammengeführt. Dabei sind die Wicklungen 4a, 4b der Statoren 3a, 3b elektrisch getrennt.
Die Phasen U1, V1, W1 der ersten dreiphasigen Wicklung 4a sind mit den entsprechenden Ausgangsanschlüssen 7 eines ersten Wechselrichters WR1 verbunden. In gleicher Weise sind die Phasen U2, V2, W2 der zweiten dreiphasigen Wicklung 4b mit den Ausgangsanschlüssen 7 eines zweiten Wechselrichters WR2 verbunden.
Der erste und zweite Wechselrichter WR1, WR2 sind Bestandteil einer Wechselrichteranordnung 8. Dabei ist der erste Wechselrichter WR1 mit seinen Eingangsanschlüssen 9 mit einem als Bordnetz ausgebildeten ersten Gleichstromnetz verbunden, das über eine Bordnetzbatterie 10 einen Gleichstrom i_BN an unterschiedliche Verbraucher R_BN liefert oder die erste Elektromaschine EM1 mit einem Strom i_EM antreibt oder daraus gespeist wird. Die Bordnetzspannung beträgt dabei U_BN von 10 bis 15 V, insbesondere 12 V. Die Bordnetzspannung U_BN liegt zwischen einer ersten Gleichspannungsleitung 11 (hohes Potential oder HS/High Side) und einem zweiten Gleichspannungsleitung GND (niedriges Potential oder LS/Low Side oder „Masse”) an.
Parallel zum ersten Wechselrichter WR1 und zur Bordnetzbatterie 10, die als Spannungsquelle dient, ist ein erster Stütz- oder Pufferkondensator C_ZK1 geschaltet, der den Spannungseinbruch der gelieferten Gleichspannung i_EM bei auftretenden Schaltvorgängen des ersten Wechselrichters WR1 verringert. Bei induktiver Last dient der Stütz- oder Pufferkondensator C_K1 gleichzeitig als Speicher für den mit der Lieferung von Blindleistung verbundenen, periodisch auftretenden Energierücktransport. Der erste Wechselrichter WR1 ist an jedem Eingangsanschluss 9 und an jeder Phase U1, V1, W1 mit zwei Leistungshalbleiterschaltern 12 versehen, welche pulsweitenmoduliert die Stromzufuhr in die Ausgangsanschlüsse 7 bzw. den Stromfluss durch den Wechselrichter WR1 steuern.
Der zweite Wechselrichter WR2 ist entsprechend dem Wechselrichter WR1 aufgebaut und über eine dritte Gleichspannungsleitung 13 (hohes Potential oder HS/High Side) und die zweite Gleichspannungsleitung GND mit einem Traktionsnetzspeicher 14 verbunden, der eine Traktionsspannung u_TN zwischen 45 und 50 V, insbesondere 48 V liefert, die zwischen der dritten Gleichspannungsleitung 13 und der zweiten Gleichspannungsleitung GND anliegt. Mittels der Traktionsspannung u_TN wird über den Wechselrichter WR2 die zweite elektrische Teilmaschine EM2 angetrieben (motorischer Betrieb).
Die Spannungsumsetzungsfunktion wird nun ausgeübt indem entweder EM1 im Motorbetrieb mit Bordnetzspannung 12 V über einen gemeinsamen Rotor (nicht dargestellt) EM2 antreibt und dabei eine Traktionsnetzspannung u_TN von 48 V in das Traktionsnetz speist und den Traktionsnetzspeicher 14 lädt. Umgekehrt kann auch EM2 im Motorbetrieb mit Traktionsnetzspannung 48 V über den gemeinsamen Rotor (nicht dargestellt) EM1 antreiben und dabei eine Bordnetzspannung u_BN von 12 V in das Bordnetz speisen, dort Verbraucher R_BN versorgen oder die Bordnetzbatterie 10 laden.
Grundsätzlich ist es bei entsprechender Gestaltung der Wicklungen und Ansteuerung der Schaltungen auch möglich die Spannungsumsetzungsfunktion auch ohne Drehung eines Rotors auszuführen. Dazu wäre eine Ansteuerung der Wechselrichteranordnung erforderlich, welche kein Drehmoment in der elektrischen Maschine 2 bzw. den Teilmaschinen EM1, EM2 generiert, und eine Spannungsinduktion in der Sekundärmaschine erzeugt, also eine Wechselspannung.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Antriebsordnung 1 mit einer elektrischen Maschine 2, die insgesamt 3 elektrische Teilmaschinen EM1, EM2, EM3 aufweist, die jeweils einen Stator 3a, 3b, 3c umfassen, die mit dreiphasigen Wicklungen 4a, 4b, 4c versehen sind. Die Wechselrichteranordnung 8 umfasst drei Wechselrichter WR1, WR2 und WR3, die jeweils mit ihren Ausgangsanschlüssen 7 mit den Phasenanschlüssen U1, V1, W1; U2, V2, W2; U3, V3, W3 der Statoren 3a, 3b, 3c verbunden sind.
Im Unterschied zu der Ausführung gemäß 1 sind jedoch hier die elektrischen Teilmaschinen EM1, EM2, EM3 nicht fest einem Gleichspannungsnetz, also dem Bordnetz oder dem Traktionsnetz zugeordnet, sondern sie können jeweils über Schalter S1.1, S1.2; S2.1, S2.2; S3.1, S3.2 mit dem ersten bzw. zweiten Gleichspannungsnetz verbunden werden. Im vorliegenden Fall heißt das, dass die elektrische Teilmaschine EM1 über den Schalter S1.1 mit der Bordnetzbatterie 10 gekoppelt werden kann, die zweite elektrische Teilmaschine EM2 über den Schalter S2.1., und die dritte elektrische Teilmaschine EM3 über den Schalter S3.1. Die Verbindung erfolgt dabei über die erste Gleichspannungsleitung 11.
Über die Schalter S1.2, S2.2 und S3.2 können die elektrischen Teilmaschinen EM1, EM2, EM3 jeweils mit dem zweiten Gleichspannungsnetz, dem Traktionsnetz, verbunden werden und zwar über die dritte Gleichspannungsleitung 13.
Diese Konfiguration erlaubt eine hochflexible Zuordnung der elektrischen Teilmaschinen EM1, EM2, EM3 zu den beiden Gleichspannungsnetzen. Vorzugsweise sind dabei die elektrischen Teilmaschinen EM1, EM2, EM3 jedoch für eines der beiden Netze ausgelegt. Typischerweise ist die elektrische Teilmaschine EM1 für ein Niedrigspannungsnetz ausgelegt, z. B. das 12-V-Bordnetz und die beiden Teilmaschinen EM2 und EM3 sind für das Spannungsnetz höherer Spannung ausgelegt, z. B. das Traktionsnetz mit einer Spannung von 48 V.
Damit sind die Teilmaschinen EM1, EM2, EM3 hochvariabel in beiden Spannungsnetzen jeweils im Generatorbetrieb, Motorbetrieb oder Leerlaufbetrieb zu betreiben, um typische Betriebszustände eines Hybridantriebs zu realisieren. Die Wechselrichter WR1, WR2, WR3 werden dabei genauso, wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben, betrieben und angesteuert.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem diese Flexibilität noch weiter verbessert wird. Hier ist ein Schaltungsaufbau eines Stators (z. B. 3a) einer elektrischen Teilmaschine (z. B. EM1) gezeigt, die in vier Teilstatoren 3a ₁ bis 3a ₄ oder -wicklungen 4a ₁ bis 4a ₄ zerlegt ist, die über mehrere elektronische Schaltbaugruppen S1.11 bis S4.16 und S1.21 bis S4.26 fest oder pulsweitenmoduliert mit der zweiten Gleichspannungsleitung GND, der ersten Gleichspannungsleitung 11 und/oder der dritten Gleichspannungsleitung 13 bzw. untereinander verschaltet werden können.
Zum Anschluss an die erste Gleichspannungsleitung 11 dient dabei eine Schaltgruppe S0.1 und zum Anschluss an die dritte Gleichspannungsleitung 13 dient die Schaltgruppe S0.2.
Durch die flexible Verschaltbarkeit der Teilwicklungen 3a ₁ bis 3a ₄ kann die elektrische Teilmaschine EM1 mit ihren Untergruppen EM1.1 bis EM1.4 entweder für den Anschluss an das Traktionsnetz mit höherer Spannung konfiguriert werden oder aber auch für den Anschluss an das Bordnetz mit niedrigerer Spannung.
Dazu gibt die 3a die verschiedenen Schaltstellungen der Schalter S0.1, S0.2 sowie der Schalter S1.11 bis S4.16 (an die erste oder dritte Gleichspannungsleitung 11 oder 13; HS, High Side) und S1.21 bis S4.26 (an die zweite Gleichspannungsleitung GND; LS, Low Side) an. In der Tabelle bedeuten die Buchstabenkombinationen Folgendes:
CLS: geschlossen
OPN: geöffnet
PWMHS: pulsweitenmodulierter Anschluss der Schaltungsgruppen 1.11–4.16 an die erste Gleichspannungsleitung oder die dritte Gleichspannungsleitung 11 bzw. 13, die jeweils das höhere Spannungspotential führen (HS: high side).
PWMLS: bedeutet einen pulsweitenmodulierten Anschluss der Schaltbaugruppen 1.21–S4.26 an die zweite Gleichspannungsleitung GND (LS: low side), die hier einem Masseanschluss entspricht, über den die beiden Gleichspannungsnetze miteinander gekoppelt sind.
Für den Betrieb bei höherer Spannung im Traktionsnetz sind die vier Teilwicklungen 3a ₁ bis 3a ₄ in Reihe zu einem Stator 3a zusammengeschaltet. Sie verhalten sich wie der Stator 3a.
Für den Betrieb bei niedrigerer Spannung im Bordnetz sind die vier Teilwicklungen 3a ₁ bis 3a ₄ pulsweitenmoduliert und phasenverschoben beschaltet. Sie bilden dann eine für den 12 V-Betrieb optimierte (Teil)maschine.
Bei Nutzung einer solchen Schaltung ist es möglich, die Teilmaschine EM1 optimal auf einen Betrieb bei niedrigerer Gleichspannung und einen Betrieb bei höherer Gleichspannung einzustellen. Leistungsverluste sinken, die mögliche Performance steigt und der Schaltungsaufwand ist dank der Verwendung von Standardelementen kostengünstig realisierbar.
In einer alternativen Ausführung ist es auch möglich, alle in 2 dargestellten Teilmaschinen EM1, EM2 und EM3 in der in 3 gezeigten Weise auszugestalten. Damit steigt die Flexibilität bei der Ausnutzung der unterschiedlichen Spannungsnetze noch weiter.
4 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Fahrzeugs 100, mit einem Antriebsstrang 110 für einen Hybridantrieb, der eine erfindungsgemäße elektrische Antriebsordnung 1 nutzt. Die elektrische Maschine 2 ist dabei an den Kurbelwellenausgang eines Verbrennungsmotors 111 gekoppelt, der wiederum über eine Kupplung 112 und ein Getriebe 113 mit einer Antriebsachse 114 gekoppelt ist, die zwei Räder 115 antreibt.
In alternativen Ausführungen kann die elektrische Antriebsanordnung 1 bzw. die elektrische Maschine 2 auch an anderer Stelle im Antriebsstrang angeordnet sein.
Es ist auch möglich, zwischen der elektrischen Maschine 2 und dem Verbrennungsmotor 111 eine weitere Kupplung vorzusehen.
Nachfolgend sind einige Betriebszustände in einem Hybridantrieb bzw. Hybridfahrzeug 100 erläutert, bei dem die elektrische Antriebsanordnung 1 genutzt werden kann. Unter der Annahme eines Hybridantriebsstrangs 110 mit Summation der Drehmomente und Einleitung in die Primärseite der Fahrkupplung 112 („Parallelhybrid”) soll gelten, dass

– die Summation der Drehmomente bei gleicher Drehzahl der Summation der Leistungen an der Summationsstelle gilt,
– ein tatsächliche(s) Drehmoment/Drehzahl der Maschinen (Verbrennungsmotor 111 und/oder elektrische Maschine 2) durch Übersetzungen abweichen kann.

Die Auslegung von 3 Teil-E-Maschinen EM1, EM2, EM3 gemäß 2 soll folgendermaßen sein:

– EM1 als Generator für das 12 V Bordnetz mit Nennleistung entsprechend typischer mittlerer Bordnetzleistung
– EM2 und EM3 als Antriebsmotor/Generator für das 48 V Bordnetz gemäß maximal gewünschter Antriebs-/Generatorleistung

Dabei gilt für eine Drehmomentenbilanz folgendes: M_EM = M_EM1 + M_EM2 + M_EM3 und M_Kupplung = M_EM + M_VKM
Danach gelten dann für die Drehmomente M und die Leistungen P weiter folgende Zusammenhänge: M_Kupplung = M_VKM + M_EM1 + M_EM2 + M_EM3 P_Kupplung = P_VKM + P_EM1 + P_EM2 + P_EM3
Im „konventionellen Fahrbetrieb” (Ladezustand des 48 V Speichers entspricht dem Sollwert, Fahrzeug wird auf Grund der hohen Anforderung an das Antriebsdrehmoment verbrennungsmotorisch betrieben) können die Elektromaschinen EM1 bis EM3 an das 12 V Bordnetz gekoppelt werden und den Bordnetzbedarf decken gemäß: P_EM,el = η_EM,gen·P_EM,mech = η_EM,gen·M_EM·ω_Kupplung mit M_EM, P_EM < 0
Die Entscheidung, wie viele Teil-E-Maschinen zur Deckung des Bordnetzbedarfs beitragen sollen, erfolgt an Hand des besten Gesamtwirkungsgrads:
Z. B. können als Alternative zum Generatorbetrieb bei geringer Last (z. B. jede Teilmaschine EM1 bis EM3 trägt ein Drittel der Gesamtlast) und geringem Wirkungsgrad eine oder mehrere Teilmaschinen mit dem 48 V Bordnetz gekoppelt werden und im elektrischen Freilauf betrieben werden (M_EMx = 0 Nm), sodass die am 12 V Netz verbleibende Teil-E-Maschine höher ausgelastet wird.
Ein gegenüber der Auslegung des 12 V-Generators („typische mittlere Bordnetzleistung”) erhöhter Bordnetzbedarf kann durch Zuschalten einer der Teilmaschinen EM2 oder EM3 gedeckt werden. Die Leistungsbilanz gesamt ergibt sich dann gemäß: P_Kupplung = P_VKM + P_EM,mech
Im „hybridischen Fahrbetrieb” (Ladezustand des 48 V Speichers entspricht nicht dem Sollwert, Fahrzeug wird auf Grund der hohen Anforderung an das Antriebsdrehmoment verbrennungsmotorisch betrieben):
Teilmaschine EM1 ist mit dem 12 V Bordnetz verbunden und deckt dessen mittleren Bedarf mit: P_EM1,el = η_EM1,gen·P_EM1,mech = η_EM1,gen·M_EM1·ω_Kupplung mit M_EM1, P_EM1 < 0
Die Teilmaschinen EM2 und EM3 sind mit dem 48 V Bordnetz gekoppelt und arbeiten

a) Generatorisch, bei niedrigem Ladezustand SOC_48V,Ist SOC_48V,Ist < SOC_48V,Soll mit M_EM2, M_EM3, P_EM2, P_EM3 < 0
b) Motorisch, bei hohem Ladezustand SOC_48V,Ist SOC_48V,Ist > SOC_48V,Soll mit M_EM2, M_EM3, P_EM2, P_EM3 > 0

Der unter b. beschriebene Fall entspricht hier dem Betrieb der elektrischen Maschine 2 als DC-Wandler, da Energie allein aus dem 48 V-Netz in das 12 V-Netz transferiert wird, wenn dabei für die Drehmomente gilt: M_EM1 + M_EM2 + M_EM3 = 0
Die ins 12 V Bordnetz eingespeiste Leistung ist damit (mechanischer Wirkungsgrad wird als 1 angenommen, da hier im besten Falle ausschließlich eine magnetische Kopplung vorliegt): P_EM1,el = η_EM1,gen·M_EM1·ω_Kupplung = η_EM2,mot·P_el,2 + η_EM3,mot·P_el,3
Es ist auch möglich, eine der Teil-E-Maschinen EM1, EM2, EM3 im Freilauf an 48 V zu betreiben, wenn dadurch eine höhere Auslastung der verbleibenden Maschine und damit ein höherer Gesamtwirkungsgrad erzielt wird. Das Kupplungsmoment ist gleich dem Verbrennungsmotor-Drehmoment M_Kupplung = M_VKM
Beim Tieftemperaturstart einer VKM ist ein hohes Drehmoment erforderlich, die Leistung ist (insbesondere beim Schleppstart) wegen der geringen Drehzahl nachrangig zu bewerten. M_Kupplung = 0 Nm, M_VKM < 0 Nm
Die Zuordnung der Teil-E-Maschinen EM1 bis EM3 zu den Bordnetzen ist abhängig von der verfügbaren Entladeleistung der jeweiligen Speicher 10, 14 zu gestalten. Ist z. B. die erwartete Leistung der 48 V-Lilo-Batterie (Traktionsnetzspeicher 14) wegen tiefer Temperatur und geringem SOC im Vergleich zur 12 V-Bleibatterie (Bordnetzbatterie 10) klein, kann ein Betrieb mehrerer oder aller 3 Teil-E-Maschinen am 12 V Bordnetz Sinn machen. Die für 48 V auf Nennleistung ausgelegten Teil-E-Maschinen EM2 und EM3 können wegen der geringen Drehzahl (geringe Leistungsanforderung) ggf. sogar mit maximalem (Start-)Drehmoment auch an 12 V betrieben werden. Hier zeigt sich auch die Redundanzfähigkeit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung 1 bei Ausfall eines der Bordnetzspeicher 10 oder 14.
Bei „Maximaler elektrischer Antriebsleistung” (Fahrzeug 100 befindet sich im elektrischen oder hybridischen Fahrbetrieb) können kurzfristige Anforderungen an das Antriebsdrehmoment im hybridischen Fahrbetrieb gleichzeitig durch alle 3 Teil-E-Maschinen EM1 bis EM3 realisiert werden. Dies wird als „elektrisches Boosten” bezeichnet. Voraussetzung ist dabei, dass alle Speicher einen ausreichend hohen Ladezustand haben. Um die 12 V Bordnetzlast ausreichend decken zu können (erfolgt nur aus der 12 V Batterie 10), sollten alle 3 Teil-E-Maschinen mit dem 48 V Bordnetz gekoppelt sein.
Im elektrischen Fahrbetrieb kann die Antriebsleistung durch EM2 und EM3 erbracht werden und die Wiederstartreserve bei betriebswarmer VKM durch EM1 erbracht werden. Sie ist dabei an das 48 V Bordnetz zu koppeln und trägt nicht die 12 V Bordnetzlast (sondern allein die 12 V Batterie).
Bei „maximaler Rekuperationsleistung” (Fahrzeug befindet sich im Elektrischen Fahrbetrieb, Strecke mit Gefälle oder bei Verzögerungswunsch) wird die maximal darstellbare Rekuperationsleistung von allen 3 Teil-E-Maschinen erbracht, die sich im Generatorbetrieb befinden.
Bei (anfänglich) entleerter 48 V Batterie sollten dann alle 3 Teil-E-Maschinen EM1 bis EM3 mit dem 48 V Bordnetz gekoppelt sein: EM2 und EM3 sind ohnehin auf Betrieb an 48 V ausgelegt, EM1 kann an 48 V kurzzeitig eine höhere Rekuperationsleistung liefern als an 12 V.
Bei allmählich absinkender Ladeleistung der 48 V Batterie 14 werden nach und nach die Teil-E-Maschinen mit dem 12 V Bordnetz gekoppelt. Bei (später) vollständig geladener 48 V Batterie 14 können alle 3 Teil-E-Maschinen EM1 bis EM3 mit dem 12 V Bordnetz verbunden werden, um dort den Bordnetz-Bedarf zu decken bzw. die 12 V Batterie 10 auf einen maximalen Ladezustand SOC zu laden. Durch die Kopplung aller 3 Maschinen EM1 bis EM3 mit 12 V lassen sich ggf. Wirkungsgradvorteile erzielen (siehe auch Pkt. 1 „Konventioneller Fahrbetrieb”)
Beim „Betrieb der Maschinen 2, 111 mit geringer Last” (beliebige Fahrsituationen) sind die Teil-E-Maschinen EM1 bis EM3 je nach Bedarf an Rekuperations- oder Antriebsleistung bzw. Bordnetzbedarf jeweils dem Bordnetz oder Traktionsnetz zugeordnet und tragen insgesamt nur geringe Last.
Um Vorteile im Gesamtwirkungsgrad zu erzielen, können sie im Wechsel untereinander (z. B. EM2 und EM3) entweder im Freilauf oder bei hoher Last betrieben werden. Die thermische Beanspruchung der Teil-Maschinen und Teil-Wechselrichter (welche wiederum zur Wirkungsgradverringerung führt) kann durch einen Wechsel zwischen der/den „Freilauf”-Maschine(n) und der/den „Hochlast”-Maschine(n) reduziert werden.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Antriebsanordnung
2: elektrische Maschine
EM1: elektrische Teilmaschine 1
EM2: elektrische Teilmaschine 2
EM3: elektrische Teilmaschine 3
3a, 3b, 3c: Stator
4a, 4b, 4c: Wicklungen
5: Induktivität
6: ohmscher Widerstand
U1, V1, W1: Phasen
U2, V2, W2: Phasen
U3, V3, W3: Phasen
7: Ausgangsanschlüsse
WR1: erster Wechselrichter
WR2: zweiter Wechselrichter
WR3: dritter Wechselrichter
8: Wechselrichteranordnung
C_ZK1, C_ZK2: Stütz-/Pufferkondensator
9: Eingangsanschluss
10: Bordnetzbatterie
i_BN: Bordnetzstrom
R_BN: Bordnetzverbraucher
U_BN: Bordnetzspannung
11: erste Gleichspannungsleitung
GND: zweite Gleichspannungsleitung
12: Schalter
13: dritte Gleichspannungsleitung
14: Traktionsnetzspeicher
U_TN: Traktionsnetzspannung
100: Fahrzeug
110: Antriebsstrang
111: Verbrennungsmotor
112: Kupplung
113: Getriebe
114: Antriebsachse
115: Rad

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

DE 10244229 A1 [0005]
DE 19857645 A1 [0005]
WO 2015/128101 A1 [0006]
DE 102013205869 A1 [0006]

Claims

Elektrische Antriebsanordnung (1) mit: einer elektrischen Maschine (2), deren Stator (3a, 3b, 3c) wenigstens eine erste und eine zweite n-phasige Wicklung (4a, 4b, 4c) aufweist, die jeweils Bestandteil einer ersten und einer zweiten elektrischen Teilmaschine (EM1; EM2) sind, einer Wechselrichteranordnung (8) mit wenigstens einem ersten Wechselrichter (WR1), dessen Ausgangsanschlüsse (7) mit den Phasenanschlüssen (U1, V1, W1) der ersten n-phasigen Wicklung (4a) verbunden sind und einem zweiten Wechselrichter (WR2), dessen Ausgangsanschlüsse (7) mit den Phasenanschlüssen (U2, V2, W2) der zweiten n-phasigen Wicklung (4a) verbunden sind; einer ersten Gleichspannungsquelle (10; 14), die Eingangsanschlüsse (9) des ersten Wechselrichters (WR1) mit einer ersten Gleichspannung (U_BN) speist und einer zweiten Gleichspannungsquelle (10; 14), die Eingangsanschlüsse (9) des zweiten Wechselrichters (WR2) mit einer zweiten Gleichspannung (U_TN) speist, wobei die erste und zweite Wicklung (4a, 4b, 4c) elektrisch voneinander getrennt sind.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 1, bei welcher der Stator (3a, 3b, 3c) wenigstens eine dritte n-phasige Wicklung (4a, 4b, 4c) aufweist, die Bestandteil einer dritten elektrischen Teilmaschine (EM3) ist und elektrisch von der ersten und zweiten elektrischen Wicklung (4a, 4b, 4c) getrennt ist, und die Wechselrichteranordnung (8) wenigstens einen dritten Wechselrichter (WR3) umfasst, dessen Ausgangsanschlüsse (7) mit Phasenanschlüssen (U3, V3, W3) der dritten n-phasigen Wicklung (4a, 4b, 4c) verbunden sind und Eingangsanschlüsse (9) des dritten Wechselrichters (WR3) wahlweise aus der ersten oder der zweiten Gleichspannungsquelle (10; 14) speisbar sind.
Elektrische Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher zwischen den Eingangsanschlüssen der Wechselrichter (WR1, WR2, WR3) und der ersten Gleichspannungsquelle jeweils erste Schalter (S1.1, S2.1, S3.1) angeordnet sind, und zwischen den Eingangsanschlüssen der Wechselrichter (WR1, WR2, WR3) und der zweiten Gleichspannungsquelle jeweils zweite Schalter (S1.2, S2.2, S3.2) angeordnet sind, so dass jeder der Eingangsanschlüsse wahlweise aus der ersten Gleichspannungsquelle (10) mit der ersten Gleichspannung oder aus der zweiten Gleichspannungsquelle (14) mit der zweiten Gleichspannung speisbar ist und so jede der elektrischen Teilmaschinen (EM1, EM2, EM3) wahlweise aus der ersten oder zweiten Spannungsquelle (10; 14) betreibbar ist.
Elektrisches Antriebsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher eine der n-phasigen Wicklungen in mehrere Teilwicklungen (3a ₁, 3a ₂, 3a ₃, 3a ₄) aufgeteilt ist, deren jede mit einer Wechselrichterschaltung (S1.11, S1.21; S2.11, S2.21; S3.11, S3.21; S4.11, S4.21) versehen ist und über eine erste und zweite Schaltanordnung (S0.1; S0.2) wahlweise mit der ersten und zweiten Gleichspannungsquelle (10, 14) koppelbar ist und die Teilwicklungen (3a ₁, 3a ₂, 3a ₃, 3a ₄) mittels der Wechselrichterschaltungen (S1.11, S1.21; S2.11, S2.21; S3.11, S3.21; S4.11, S4.21) so miteinander verschaltbar und ansteuerbar sind, dass sie in einer ersten Schaltstellung aus der ersten Gleichspannungsquelle (10) mit einer ersten Gleichspannung gespeist wird und in einer zweiten Schaltstellung aus der zweiten Gleichspannungsquelle (14) mit einer zweiten Gleichspannung gespeist wird, wobei die Teilwicklungen in der ersten Schaltstellung parallelgeschaltet und in der zweiten Schaltstellung in Reihe geschaltet sind.
Elektrisches Antriebsanordnung (1) nach einem der Anspruch 4, wobei die Teilwicklungen (3a ₁, 3a ₂, 3a ₃, 3a ₄) mittels der Wechselrichterschaltungen (S1.11, S1.21; S2.11, S2.21; S3.11, S3.21; S4.11, S4.21) pulsweitenmoduliert ansteuerbar sind.
Elektrisches Antriebsanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher die erste Gleichspannungsquelle (10) als Bordnetzbatterie ausgebildet ist und eine erste Gleichspannung an ein Bordnetz liefert, und die zweite Gleichspannungsquelle (14) als Traktionsnetzspeicher ausgebildet ist und eine zweite Gleichspannung an ein Traktionsnetz liefert.
Elektrisches Antriebsanordnung (1), nach Anspruch 6, bei der die erste Teilmaschine (EM1) als Generator für das Bordnetz ausgelegt ist, und die zweite und/oder dritte Teilmaschine (EM2, EM3) als Antriebsmotor und/oder Generator für das Traktionsnetz ausgelegt sind/ist.
Elektrisches Antriebsanordnung (1), nach Anspruch 7, bei der das Bordnetz eine niedrigere Spannung aufweist als das Traktionsnetz.
Elektrisches Antriebsanordnung (1), nach Anspruch 7 oder 8 bei der das Bordnetz eine Spannung zwischen 10 und 15 Volt aufweist und das Traktionsnetz eine Spannung zwischen 45 und 50 Volt.
Elektrisches Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Wechselrichter (WR1, WR2, WR3) jeweils einen n-phasigen selbstgeführten Wechselrichter aufweisen, der drei symmetrische Halbbrücken aus jeweils zwei Leistungshalbleiterschaltern (12) in Serienschaltung umfasst.
Elektrisches Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 10, wobei die Leistungshalbleiterschalter (12) MOSFET-Schalter aufweisen.
Elektrisches Antriebsanordnung (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Leistungshalbleiterschalter (12) IGBT-Schalter aufweisen.
Antriebsstrang (110) für einen parallelen Hybridantrieb mit einer elektrischen Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einem Verbrennungsmotor (111), einer Kupplung (112) und einem Getriebe (113).
Fahrzeug (100) mit einem Antriebsstrang (110) nach Anspruch 13.