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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischer Antrieb für ein Fahrzeug mit einer ersten Elektromaschine, aufweisend eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle, einen ersten Gleichstromwandler und einen zweiten Gleichstromwandler sowie Verbindungsleitungen, wobei durch die Verbindungsleitungen die erste Energiequelle und die zweite Energiequelle elektrisch parallel mit der ersten Elektromaschine verbunden sind, und wobei ferner der erste Gleichstromwandler zwischen der ersten Energiequelle und der ersten Elektromaschine in den Verbindungsleitungen angeordnet ist und der zweite Gleichstromwandler zwischen der zweiten Energiequelle und der ersten Elektromaschine sowie zwischen der zweiten Energiequelle und der ersten Energiequelle in den Verbindungsleitungen angeordnet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb.
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In der modernen Fahrzeugtechnik ist es bekannt, Elektromaschinen, insbesondere beispielsweise permanent- oder selbsterregte Synchronmaschinen sowie Asynchronmaschinen, in einem Fahrzeug einzusetzen. Dabei können die Elektromaschinen zum Antreiben des Fahrzeugs als ein Elektromotor betrieben werden. Alternativ dazu ist auch ein Betrieb der Elektromaschinen als Generator möglich, wodurch mechanische Bewegungsenergie des Fahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Die Elektromaschinen, insbesondere wenn sie als Elektromotor betrieben werden, werden durch zumindest eine Energiequelle mit elektrischer Energie versorgt. Dabei ist eine Effizienz eines derartigen Betriebs, insbesondere bei permanentangeregten Synchronmaschinen, stark von einer Spannungslage abhängig, bei der der Betrieb erfolgt. Insbesondere bei mehreren verwendeten Elektromaschinen und/oder mehreren Energiequellen kann es bei Fahrzeugen oftmals schwierig sein, gleichzeitig mehrere, insbesondere alle Elektromaschinen und/oder Energiequellen mit einer hohen Effizienz, bevorzugt maximalen Effizienz, zu betreiben. Gemäß dem Stand der Technik ist es insbesondere bei einer Verwendung mehrerer, auch verschiedener, Energiequellen bekannt, Gleichstromwandler für eine mögliche Anpassung einer Spannungslage einzusetzen, siehe beispielsweise die
JP 2015-091207 A , die
WO 2008/068440 A1 oder die
WO 2010/112998 A1 . Insbesondere werden diese Gleichstromwandler eingesetzt, um eine Spannungslage in einem Hochspannungsnetz des Fahrzeugs zu verändern und anzupassen.
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Bei einem Betrieb eines Fahrzeugs kann es zu Situationen kommen, in denen beispielsweise eine Effizienz des Betriebs und/oder Gesamtleistung des Antriebs des Fahrzeugs und/oder eine Reichweite des Fahrzeugs mit den bekannten elektrischen Antrieben mit einer Elektromaschine nicht vollständig ideal bereitgestellt werden kann. Einbußen zum Beispiel in Effizienz, bereitstellbarer Leistung und/oder Reichweite können die Folge sein.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei bekannten elektrischen Antrieben für Fahrzeuge beziehungsweise bei Fahrzeugen zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug bereitzustellen, die in einfacher und kostengünstiger Weise einen möglichst effizienten Betrieb und/oder eine möglichst hohe bereitstellbare Leistung und/oder eine möglichst hohe bereitstellbare Reichweite ermöglichen.
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Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch einen elektrischen Antrieb gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb beschrieben sind, selbstverständlich auch in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug mit einer ersten Elektromaschine, aufweisend eine erste Energiequelle und eine zweite Energiequelle, einen ersten Gleichstromwandler und einen zweiten Gleichstromwandler sowie Verbindungsleitungen, wobei durch die Verbindungsleitungen die erste Energiequelle und die zweite Energiequelle elektrisch parallel mit der ersten Elektromaschine verbunden sind, und wobei ferner der erste Gleichstromwandler zwischen der ersten Energiequelle und der ersten Elektromaschine in den Verbindungsleitungen angeordnet ist und der zweite Gleichstromwandler zwischen der zweiten Energiequelle und der ersten Elektromaschine sowie zwischen der zweiten Energiequelle und der ersten Energiequelle in den Verbindungsleitungen angeordnet ist. Ein erfindungsgemäßer elektrischer Antrieb ist dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb eine zweite Elektromaschine aufweist, die direkt durch die Verbindungsleitungen mit der zweiten Energiequelle verbunden ist.
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Durch einen erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb kann ein Fahrzeug angetrieben werden. Ein erfindungsgemäßer elektrischer Antrieb im Sinne der Erfindung umfasst bevorzugt alle dafür notwendigen Elemente, insbesondere zum Beispiel Elektromaschinen, elektrische Leitungen, Kontrolleinheiten, mechanische Antriebsstränge und elektrische Energiespeicher. Insbesondere weist der erfindungsgemäße elektrische Antrieb eine erste Elektromaschine, eine erste und eine zweite Energiequelle auf. Diese Elektromaschine kann insbesondere als ein Elektromotor betrieben werden, wobei die Elektromaschine dafür durch die erste und/oder die zweite Energiequelle mit elektrischer Energie versorgt wird. Bevorzugt stellt die erste Energiequelle die Hauptquelle dar, aus der die erste Elektromaschine bevorzugt und hauptsächlich mit elektrischer Energie versorgbar ist. Für einen Transport der elektrischen Energie, insbesondere in Form von Gleichstrom, sind Verbindungsleitungen vorgesehen, die die erste Elektromaschine mit der ersten beziehungsweise der zweiten Energiequelle und auch die Energiequellen untereinander elektrisch leitend verbinden. Da für einen besonders leistungsfähigen Antrieb eines Fahrzeugs zumeist Elektromotoren eingesetzt werden, die mit einer Spannungslage mit einer Spannung von oftmals 100V oder höher betrieben werden und eine Leistung von 100W oder höher abgeben können, sind die entsprechenden Verbindungsleitungen auch zum Leiten derartig hoher elektrischer Spannungen und/oder elektrischer Leistungen ausgebildet. Insbesondere diese hohen Spannungslagen entsprechen dabei jedoch zumeist nicht den Spannungslagen, bei denen Energiequellen, beispielsweise Batterien und insbesondere Brennstoffzellen, effizient betrieben werden können. Daher sind in den Verbindungsleitungen ein erster und ein zweiter Gleichstromwandler angeordnet, die die Verbindungleitungen in zumindest drei Bereiche teilen und die zum Umwandeln der Spannungen an einer Grenze der Bereiche ausgebildet sind. Insbesondere sind die Gleichstromwandler bevorzugt Hochspannungs-Gleichstromwandler. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Gleichstromwandler in den Verbindungsleitungen, also der erste Gleichstromwandler zwischen der ersten Energiequelle und der ersten Elektromaschine, und der zweite Gleichstromwandler zwischen der zweiten Energiequelle und der ersten Elektromaschine sowie zwischen der zweiten Energiequelle und der ersten Energiequelle, ergibt sich, dass sowohl für die erste Elektromaschine als auch für die beiden Energiequellen als nächstes Element in den Verbindungsleitungen ein Gleichstromwandler angeordnet ist. Somit sind der ersten Elektromaschine, der ersten Energiequelle und der zweiten Energiequelle jeweils anschließende Bereiche der Verbindungsleitungen angeschlossen, in denen durch die Gleichstromwandler eine für einen möglichst effizienten Betrieb der jeweiligen Komponente ideale Spannung beziehungsweise Spannungslage einstellbar ist. Insbesondere ist beispielsweise zwischen der ersten Energiequelle, die bevorzugt die Hauptenergiequelle des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs darstellt, und der ersten Elektromaschine zumindest der erste Gleichstromwandler in den Verbindungsleitungen angeordnet. Dadurch kann für die erste Elektromaschine ein Spannungsniveau frei und insbesondere unabhängig von einem Spannungsniveau der ersten Energiequelle eingestellt werden. Insgesamt kann bereits dadurch ein besonders guter, effizienter und besonders leistungsstarker beziehungsweise langandauernder Betrieb eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs bereitgestellt werden.
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Erfindungswesentlich ist bei einem erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb vorgesehen, dass der Antrieb eine zweite Elektromaschine aufweist, die direkt durch die Verbindungsleitungen mit der zweiten Energiequelle verbunden ist. Direkt im Sinne der Erfindung bedeutet insbesondere, dass in der Verbindungsleitung zwischen der zweiten Energiequelle und der zweiten Elektromaschine weder der erste und insbesondere auch nicht der zweite Gleichstromwandler angeordnet sind. Die zweite Elektromaschine ist ebenfalls bevorzugt zumindest als ein Elektromotor betreibbar. Die beiden Elektromaschinen können im Fahrzeug mit denselben Antriebsrädern, aber auch mit unterschiedlichen Antriebsrädern mechanisch wirkverbunden sein. Ferner wird die zweite Elektromaschine bevorzugt als unterstützende Elektromaschine eingesetzt, mit anderen Worten zusätzlich zur ersten Elektromaschine. Dadurch kann beispielsweise eine kurzzeitige Steigerung einer bereitstellbaren Leistung erzielt werden. Durch die direkte Verbindung der zweiten Elektromaschine mit der zweiten Energiequelle durch die Verbindungsleitungen kann ermöglicht werden, dass die zweite Elektromaschine, insbesondere ohne oder zumindest nur mit geringen Verlusten, mit elektrischer Energie versorgt werden kann. Es kann bevorzugt vorgesehen sein, dass ein für einen Betrieb der zweiten Energiequelle ideales Spannungsniveau einem Spannungsniveau, das für einen Betrieb der zweiten Elektromaschine bevorzugt ist, durch eine entsprechende Ausgestaltung der zweiten Energiequelle angepasst ausgebildet ist. Auch eine umgekehrte Anpassung durch eine entsprechende Ausgestaltung der zweiten Elektromaschine ist erfindungsgemäß möglich. Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass sich die Spannungslage, in der die erste Elektromaschine betrieben wird, von der Spannungslage, in der die zweite Elektromaschine betrieben wird, unterscheidet. Dies kann insbesondere durch die erfindungsgemäße Anordnung der Gleichstromwandler in den Verbindungsleitungen bereitgestellt werden. Durch den verlustfreien oder zumindest verlustarmen Betrieb der zweiten Elektromaschine, insbesondere bevorzugt in deren idealen Spannungslage, durch die direkte Anbindung an die zweite Energiequelle, kann die gesamte Effizienz eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs weiter gesteigert werden.
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Die in einem erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb verwendeten Elektromaschinen sind zumeist für einen Betrieb mit Wechselstrom, insbesondere mit Drehstrom, ausgelegt. Die für einen Anschluss dieser mit Wechselstrom, insbesondere mit Drehstrom, betriebenen Elektromaschinen an die Gleichstrom leitenden Verbindungsleitungen notwendigen Wandler, die insbesondere den Gleichstrom in den Verbindungsleitungen in den benötigten Wechselstrom umwandeln, werden in der gesamten Anmeldung als Teile der Elektromaschinen angesehen.
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Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb vorgesehen sein, dass die erste Energiequelle und/oder die zweite Energiequelle als eines der folgenden Elemente ausgebildet sind:
- – Brennstoffzelle
- – Batterie
- – Kondensator.
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Dabei ist diese Liste nicht abgeschlossen, so dass auch weitere elektrische Energiequellen verwendet werden können, soweit technisch möglich und sinnvoll. Insbesondere können die beiden Energiequellen identisch, aber alternativ auch unterschiedlich, sowohl hinsichtlich einer tatsächlichen Ausgestaltung als auch hinsichtlich einer Dimensionierung, ausgebildet sein. Eine besonders gute Anpassung an den Bedarf, beispielsweise der ersten Energiequelle als bevorzugte Hauptquelle der elektrischen Energie, kann dadurch bereitgestellt werden.
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Bevorzugt kann ein elektrischer Antrieb dahingehend weiterentwickelt sein, dass die erste Energiequelle als eine Brennstoffzelle und die zweite Energiequelle als eine Batterie oder ein Kondensator ausgebildet ist. Dies stellt eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs dar, da durch eine Brennstoffzelle über einen langen Zeitraum fortlaufend elektrische Energie erzeugt werden kann und sich diese daher besonders gut als erste Energiequelle, die bevorzugt die Hauptenergiequelle des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs darstellt, eignet. Die zweite Energiequelle ist insbesondere für ein Betreiben der zweiten Elektromaschine vorgesehen, die insbesondere kurzzeitig hohe Leistungen oder über einen langen Zeitraum kleine Leistungen zur Verfügung stellen soll. Für diesen Einsatzbereich sind Batterien und/oder Kondensatoren besonders gut geeignet. Insbesondere kann durch die elektrische Verbindung der ersten Energiequelle und der zweiten Energiequelle in dieser Konfiguration auch ein Aufladen der zweiten Energiequelle durch die erste Energiequelle erfolgen, wobei dabei wiederum durch die Gleichstromwandler für beide Energiequellen eine ideale Spannungslage eingestellt werden kann. Auch dadurch kann ein Betrieb eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs weiter verbessert werden.
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Auch kann bei einem erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb vorgesehen sein, dass die erste Elektromaschine und/oder die zweite Elektromaschine als eine Synchronmaschine, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, und/oder als eine Asynchronmaschine ausgebildet sind. Dabei ist diese Aufzählung nicht abgeschlossen, so dass auch weitere Elektromaschinen verwendet werden können, soweit technisch möglich und sinnvoll. Insbesondere können die beiden Elektromaschinen identisch, aber alternativ auch unterschiedlich, sowohl hinsichtlich einer tatsächlichen Ausgestaltung als auch hinsichtlich einer Dimensionierung, ausgebildet sein. Eine besonders gute Anpassung an Anforderungen bei der Auslegung der beiden Elektromaschinen, je nachdem ob sie beispielsweise für einen Dauerbetrieb oder nur für kurze Betriebsdauern vorgesehen ist, kann dadurch bereitgestellt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung kann ein erfindungsgemäßer elektrischer Antrieb dahingehend ausgebildet sein, dass die erste Elektromaschine als eine permanenterregte Synchronmaschine und die zweite Elektromaschine als eine Asynchronmaschine ausgebildet ist. Permanent erregte Synchronmaschinen weisen einen besonders hohen Wirkungsgrad auf, wodurch diese Art von Elektromaschinen für einen Einsatz als erste Elektromaschine, die bevorzugt für einen Dauerbetrieb als hauptsächlicher Motor des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs vorgesehen ist, besonders gut geeignet ist. Asynchronmotoren haben beispielsweise den Vorteil, dass sie ohne Hilfsmittel anlaufen können und insbesondere auch kurzzeitig stark überlastet betrieben werden können. Dadurch eignet sich diese Ausgestaltungsform einer Elektromaschine besonders gut als zweite Elektromaschine, die beispielsweise bei einer Bereitstellung einer zusätzlichen Leistung nur kurzzeitig, aber dann sofort unter hoher Belastung betrieben wird. Durch derartige Ausgestaltungen der ersten und der zweiten Elektromaschine kann somit ein Betrieb eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs weiter verbessert werden.
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Ferner kann bei einem erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb vorgesehen sein, dass die zweite Elektromaschine eine Range-Extender-Funktionalität bereitstellt. Dabei kann durch die zweite Elektromaschine, zusätzlich zum Hauptantrieb des Fahrzeugs durch die erste Elektromaschine, eine permanente, leichte Unterstützung beim Antreiben des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Eine Reichweite, die durch einen derartigen elektrischen Antrieb für ein Fahrzeug bereitgestellt werden kann, kann dadurch gegenüber einem reinen Verbrennungsbetrieb deutlich erhöht werden. Bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass die zweite Energiequelle, die erfindungsgemäß die zweite Elektromaschine antreibt, als eine Brennstoffzelle ausgebildet ist. Dadurch kann besonders einfach und insbesondere über eine lange Zeitspanne eine durchgehende Versorgung der zweiten Elektromaschine mit elektrischer Energie sichergestellt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein erfindungsgemäßer elektrischer Antrieb derart ausgebildet sein, dass die zweite Elektromaschine eine Boost-Funktionalität bereitstellt. Eine Boost-Funktionalität ist dabei ein insbesondere kurzzeitiges Bereitstellen einer zusätzlichen Antriebsleistung und/oder eines Antriebsdrehmoments. Dadurch kann durch einen erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb für das Fahrzeug beispielsweise eine bessere Beschleunigung und/oder eine höhere Geschwindigkeit bereitgestellt werden. Bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die zweite Energiequelle, die erfindungsgemäß die zweite Elektromaschine antreibt, als eine Batterie und/oder als ein Kondensator ausgebildet ist. Dadurch kann besonders einfach eine insbesondere schnelle Bereitstellung einer großen Menge an elektrischer Energie zur Versorgung der zweiten Elektromaschine bereitgestellt werden.
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Besonders bevorzugt kann darüber hinaus bei einem erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb vorgesehen sein, dass der erste Gleichstromwandler und/oder der zweite Gleichstromwandler brückbar ausgebildet sind. Brückbar im Sinne der Erfindung bedeutet dabei insbesondere, dass in den Verbindungsleitungen ein schaltbarer Leitungsabschnitt für eine elektrische Umgehung des jeweiligen Gleichstromwandlers vorgesehen ist. Bei einer Überbrückung eines Gleichstromwandlers fließt somit die elektrische Energie am Gleichstromwandler vorbei und nicht durch diesen hindurch. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn sich die Spannungslagen, die jeweils in den Verbindungsleitungen auf den beiden Seiten des Gleichstromwandlers eingestellt werden sollen, nicht oder nur unwesentlich unterscheiden. Eine Änderung der Spannungslage durch den Gleichstromwandler ist in diesem Fall nicht nötig. Elektrische Verluste, die bei einem Durchströmen eines Gleichstromwandlers entstehen, können somit in diesem Fall durch ein Umgehen des Gleichstromwandlers durch die Überbrückung desselben vermieden werden. Eine Effizienz beim Betreiben eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs kann somit durch die Möglichkeit, die durch brückbare Gleichstromwandler bereitgestellt wird, weiter gesteigert werden.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb. Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Antrieb gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet ist. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf einen erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Zeichnung hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Elemente mit gleicher Funktion und/oder Wirkungsweise sind in den 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen jeweils schematisch:
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1 eine erste Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs,
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2 eine zweite Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs,
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3 eine dritte Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs, und
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4 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug.
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1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs 1, wobei insbesondere die Bereiche des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs 1 gezeigt sind, in denen ein Gleichstrom fließt. Der elektrische Antrieb 1 weist insbesondere eine erste Elektromaschine 10 auf, die über Verbindungsleitungen 40 mit einer ersten Energiequelle 20 und einer zweiten Energiequelle 21 elektrisch verbunden ist, wobei die Energiequellen 20, 21 insbesondere parallel zur ersten Elektromaschine 10 geschaltet sind. Ein erster Gleichstromwandler 30 ist derart in den Verbindungsleitungen 40 angeordnet, dass er zwischen der ersten Elektromaschine 10 und der ersten Energiequelle 20 verschaltet ist. Ein zweiter Gleichstromwandler 31 ist derart angeordnet, dass er sowohl zwischen der zweiten Energiequelle 21 und der ersten Elektromaschine 10 als auch zwischen der zweiten Energiequelle 21 und der ersten Energiequelle 20 in den Verbindungsleitungen 40 verschaltet ist. Die Gleichstromwandler 30, 31 sind in dieser bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs 1 ferner derart in den Verbindungsleitungen 40 angeordnet, dass zwischen der ersten Energiequelle 20 und sowohl der ersten Elektromaschine 10 als auch der zweiten Energiequelle 21 jeweils nur einer der Gleichstromwandler 30, 31 angeordnet ist. Insbesondere unterteilen die Gleichstromwandler 30, 31 die Verbindungsleitungen 40 in zumindest drei Bereiche, in denen unterschiedliche und insbesondere bedarfsangepasste Spannungslagen eingestellt werden können. Dabei sind die Gleichstromwandler 30, 31 bevorzugt auch brückbar ausgebildet. Dadurch kann, im Falle das auf beiden Seiten des jeweiligen Gleichstromwandlers 30, 31 dieselbe oder zumindest im Wesentlichen dieselbe Spannungslage vorherrscht beziehungsweise eingestellt werden soll, der jeweilige Gleichstromwandler 30, 31 überbrückt und dadurch umgangen werden. Ein vermeidbarer Verlust an elektrischer Energie und/oder Leistung im in dieser Situation nicht benötigten Gleichstromwandler 30, 31 kann dadurch vermieden werden. So kann beispielsweise die erste Elektromaschine 10, die bevorzugt als eine permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet sein kann, mit einer Spannungslage betrieben werden, die beispielsweise einen besonders effizienten und/oder leistungsstarken und/oder drehmomentstarken Betrieb der ersten Elektromaschine 10 als Elektromotor ermöglicht. Dies kann durch den ersten Gleichstromwandler 30 insbesondere unabhängig von den restlichen Spannungslagen in den Verbindungsleitungen 40 ermöglich werden. So kann beispielsweise die erste Energiequelle 20, die in dieser Ausgestaltungsform bevorzugt als eine Brennstoffzelle ausgebildet sein kann, ebenfalls mit einer für sie idealen Spannungslage betrieben werden. Eine zweite Energiequelle 21, die in dieser bevorzugten Ausgestaltungsform als eine Batterie und/oder als ein Kondensator ausgebildet sein kann, ermöglicht eine Zwischenspeicherung von elektrischer Energie, die von der ersten Energiequelle 20 erzeugt, von der erste Elektromaschine 10 jedoch nicht verbraucht wird. Auch hier ermöglicht der zweite Gleichstromwandler 31, dass die erste Energiequelle 20 und die zweite Energiequelle 21 jeweils in unterschiedlichen, für die jeweilige Energiequelle 20, 21 bevorzugt idealen, Spannungslagen betrieben werden können. Auch ein Aufladen der zweiten Energiequelle 21 durch eine als Generator betriebene erste Elektromaschine 10 ist möglich, wobei auch dabei die Gleichstromwandler 30, 31 jeweils für die erste Elektromaschine 10 und die zweite Energiequelle 21 unterschiedliche Spannungslagen ermöglichen.
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Erfindungswesentlich weist der abgebildete erfindungsgemäße elektrische Antrieb 1 ferner eine zweite Elektromaschine 11 auf, die direkt über Verbindungsleitungen 40 mit der zweiten Energiequelle 21 elektrisch verbunden ist. Diese zweite Elektromaschine 11 kann bevorzugt beispielsweise als eine Asynchronmaschine ausgebildet sein. Zusammen mit einer zweiten Energiequelle 21, die als Batterie und/oder als Kondensator ausgebildet ist, kann auf diese Weise eine Boost-Funktionalität für ein Fahrzeug 50 (nicht mit abgebildet) auf besonders effektive Art und Weise bereitgestellt werden. Bevorzugt können die zweite Energiequelle 21 und die zweite Elektromaschine 11 derart aufeinander abgestimmt ausgebildet sein, dass sie eine gemeinsame ideale Spannungslage aufweisen. Insbesondere können, ermöglicht durch die Gleichstromwandler 30, 31 in den Verbindungsleitungen 40, die Spannungslagen der ersten Elektromaschine 10 und der zweiten Elektromaschine 11 verschieden ausgebildet sein. Besonders durch die direkte elektrische Verbindung der zweiten Energiequelle 21 und der zweiten Elektromaschine 11 kann dabei ein verlustarmer und dadurch effektiver Betrieb der zweiten Elektromaschine 11 ermöglicht werden.
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Alternativ können auch die erste Energiequelle 20 als eine Batterie und/oder Kondensator und die zweite Energiequelle 21 als eine Brennstoffzelle ausgebildet sein. In diesem Fall stellt somit hauptsächlich die Batterie die elektrische Energie zum Betreiben der ersten Elektromaschine 10 bereit. In diesem Fall kann bevorzugt durch die zweite Elektromaschine 11, die durch eine Brennstoffzelle mit elektrischer Energie versorgt wird, eine Range-Extender-Funktionalität bereitgestellt werden, insbesondere da durch die Brennstoffzelle über einen langen Zeitraum und kontinuierlich elektrische Energie bereitgestellt werden kann.
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Die 2 und 3 zeigen weitere Möglichkeiten für Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs 1. Dabei unterscheiden sich die abgebildeten Ausgestaltungen von der in 1 gezeigten Ausführungsform insbesondere durch die Anordnung der Gleichstromwandler 30, 31 in den Verbindungsleitungen 40. Auf diese Unterschiede wird im Folgenden näher eingegangen, wobei für die allgemeine Beschreibung eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs 1 und dessen Vorteile auf die obige Beschreibung in Bezug auf 1 verwiesen wird.
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In 2 sind die Gleichstromwandler 30, 31 derart angeordnet, dass sich beide Gleichstromwandler 30, 31 in den Verbindungsleitungen 40 zwischen der ersten Energiequelle 20 und der ersten Elektromaschine 10 befinden. Die zweite Elektromaschine 11 ist wiederum direkt über Verbindungsleitungen 40 mit der zweiten Energiequelle 21 elektrisch verbunden. Dabei können die in Bezug auf 1 beschriebenen Vorteile, die sich durch die unterschiedlich realisierbaren Spannungslagen und die direkte elektrische Anbindung der zweiten Elektromaschine 11 an die zweite Energiequelle 21 ergeben, auch in dieser Konfiguration eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs 1 erzielt werden. Ein leichter Nachteil gegenüber der in 1 gezeigten bevorzugten Ausgestaltung ergibt sich daraus, dass beim Betreiben der ersten Elektromaschine 10 Verluste in beiden Gleichstromwandlern 30, 31 entstehen. Allerdings ist ein zusätzliches Einspeisen von elektrischer Energie aus der zweiten Energiequelle 21 in die erste Elektromaschine 10 verlustärmer möglich, da in dieser Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs 1 in den zwischen diesen Elementen liegenden Verbindungsleitungen 40 nur der erste Gleichstromwandler 30 angeordnet ist.
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In 3 sind beide Gleichstromwandler 30, 31 in den Verbindungsleitungen 40 zwischen der ersten Energiequelle 20 und der zweiten Energiequelle 21 angeordnet. Auch in dieser Ausgestaltungsform ist die zweite Elektromaschine 11 wiederum direkt über Verbindungsleitungen 40 mit der zweiten Energiequelle 21 elektrisch verbunden. Ferner können wiederum auch bei diesem elektrischen Antrieb 1 die in Bezug auf 1 beschriebenen Vorteile, die sich durch die unterschiedlich realisierbaren Spannungslagen und die direkte elektrische Anbindung der zweiten Elektromaschine 11 an die zweite Energiequelle 21 ergeben, auch in dieser Konfiguration eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs 1 erzielt werden. Als Unterschied zur in 1 gezeigten Konfiguration ergibt sich hier ein leichter Nachteil, wenn elektrische Energie zwischen den Energiequellen 20, 21 ausgetauscht werden soll, beispielsweise beim Aufladen einer als Batterie und/oder Kondensator ausgebildeten zweiten Energiequelle 21 durch eine als Brennstoffzelle ausgebildete erste Energiequelle 20. Allerdings ist auch in dieser Ausgestaltungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs 1 ein zusätzliches Einspeisen von elektrischer Energie aus der zweiten Energiequelle 21 in die erste Elektromaschine 10 im Vergleich zu der in 1 gezeigten Ausgestaltungsform verlustärmer möglich, da in hier analog zu der in 2 gezeigten Konfiguration eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs 1 in den zwischen diesen Elementen liegenden Verbindungsleitungen 40 nur ein Gleichstromwandler 30, 31, nämlich der zweite Gleichstromwandler 31, angeordnet ist.
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4 zeigt ein Fahrzeug 50 mit einem symbolhaft und schematisch abgebildeten erfindungsgemäßen elektrischen Antrieb 1. Der elektrische Antrieb 1 kann als alleiniger Antrieb des Fahrzeugs 50 dienen oder auch Teil eines Hybridantriebs sein. Durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebs 1 kann das erfindungsgemäße Fahrzeug 50 besonders effektiv und sparsam angetrieben werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektrischer Antrieb
- 10
- erste Elektromaschinen
- 11
- zweite Elektromaschinen
- 20
- erste Energiequellen
- 21
- zweite Energiequellen
- 30
- erster Gleichstromwandler
- 31
- zweiter Gleichstromwandler
- 40
- Verbindungsleitung
- 50
- Fahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2015-091207 A [0002]
- WO 2008/068440 A1 [0002]
- WO 2010/112998 A1 [0002]
