DE102017111449A1 - Schaltbare Elektronikanordnung, Kraftfahrzeug mit der schaltbaren Elektronikanordnung sowie Steuerverfahren für die schaltbare Elektronikanordnung - Google Patents

Schaltbare Elektronikanordnung, Kraftfahrzeug mit der schaltbaren Elektronikanordnung sowie Steuerverfahren für die schaltbare Elektronikanordnung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine schaltbare Elektronikanordnung (100a; 100a'; 100b) für wenigstens zwei Elektromotoren (10a, 20a; 10b, 20b) eines Kraftfahrzeugs (1), aufweisend wenigstens eine erste Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b) für einen ersten Elektromotor (10a; 10b), wenigstens eine zweite Leistungselektronikeinheit (40a; 40b) für einen zweiten Elektromotor (20a; 20b) und eine Schaltvorrichtung (60a; 60a'; 60b), wobei die erste Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b) und die zweite Leistungselektronikeinheit (40a; 40b) durch die Schaltvorrichtung (60a; 60a'; 60b) derart parallel zueinander schaltbar sind, dass der erste Elektromotor (10a; 10b) und/oder der zweite Elektromotor (20a; 20b) mit der ersten Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b) und der zweiten Leistungselektronikeinheit (40a; 40b) elektrisch miteinander verbunden werden. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen schaltbaren Elektronikanordnung (100a; 100a'; 100b). Außerdem betrifft die Erfindung ein Steuerverfahren für die schaltbare Elektronikanordnung (100a; 100a'; 100b).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine schaltbare Elektronikanordnung für Elektromotoren eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einer schaltbaren Elektronikanordnung sowie ein Steuerverfahren für die schaltbare Elektronikanordnung.
  • Im Stand der Technik ist es bekannt, Elektromotoren über Leistungselektronikeinheiten mit Strom zu versorgen. Die Leistungselektronikeinheiten sind dabei getrennt voneinander jeweils mit einem zugehörigen Elektromotor verbunden.
  • Hierzu offenbart DE 11 2010 002340 T5 beispielsweise eine Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug, bei welcher eine Elektromotorantriebsvorrichtung der Steuervorrichtung zum Antreiben und Steuern von zwei Synchronelektromotoren dient. Die Elektromotoren sind derart aufgebaut, dass sie auch als Generatoren arbeiten, wenn dies erforderlich ist. Die Elektromotoren werden zum Beispiel als eine Antriebskraftquelle eines Elektrofahrzeugs bzw. eines Hybridfahrzeugs verwendet. Die Elektromotorantriebsvorrichtung weist Wechselrichter auf, die eine Gleichspannung in Wechselspannungen umwandeln und diese den Elektromotoren zuführen. Die Wechselrichter wandeln insbesondere Gleichspannung von einer Gleichstromenergieversorgung in Dreiphasenwechselspannungen um und führen diese den Elektromotoren zu. Die so zugeführten Dreiphasenwechselspannungen treiben die Elektromotoren an. D.h., die Wechselrichter dienen als DC/AC-Umwandlungseinheiten und weisen jeweils eine Mehrzahl von Schaltelementen mit einer Leistungselektronik auf.
  • Wird nun während des Betriebs des Kraftfahrzeugs nur einer der Elektromotoren benötig bzw. einer der Elektromotoren nicht benötigt, gibt es für die zugehörige Leistungselektronik keine Funktion, wodurch sie als ein zumindest auf dieses Zeitfenster bezogen unnötiges und entsprechend teures Bauteil verstanden werden kann.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehend beschriebenen Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine schaltbare Elektronikanordnung, ein Kraftfahrzeug mit der schaltbaren Elektronikanordnung sowie ein Verfahren zum Steuern der schaltbaren Elektronikanordnung zur Verfügung zu stellen, wobei eine verwendete Leistungselektronik der Elektronikanordnung möglichst effizient genutzt werden kann.
  • Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch die schaltbare Elektronikanordnung gemäß Anspruch 1, das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 6 sowie das Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale, die im Zusammenhang mit der schaltbaren Elektronikanordnung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug, dem Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
  • Gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine schaltbare Elektronikanordnung für wenigstens zwei Elektromotoren eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt. Die schaltbare Elektronikanordnung weist wenigstens eine erste Leistungselektronikeinheit für einen ersten Elektromotor, wenigstens eine zweite Leistungselektronikeinheit für einen zweiten Elektromotor und eine Schaltvorrichtung auf, wobei die erste Leistungselektronikeinheit und die zweite Leistungselektronikeinheit durch die Schaltvorrichtung derart parallel zueinander schaltbar sind, dass der erste Elektromotor und/oder der zweite Elektromotor mit der ersten Leistungselektronikeinheit und der zweiten Leistungselektronikeinheit elektrisch miteinander verbunden werden.
  • Durch die vorliegende Elektronikanordnung ist es möglich, die wenigstens eine erste Leistungselektronikeinheit und die wenigstens eine zweite Leistungselektronikeinheit bzw. mehrere Leistungselektronikeinheiten grundsätzlich in jedem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs zu nutzen. In einem Fall, in welchem beispielsweise die erste Leistungselektronikeinheit für den ersten Elektromotor zumindest vorübergehend nicht mehr genutzt wird, beispielsweise in einem Fall, in welchem der erste Elektromotor durch die erste Leistungselektronikeinheit zumindest vorübergehend nicht mehr bestromt wird, kann die erste Leistungselektronikeinheit durch die Schaltvorrichtung parallel zu der zweiten Leistungselektronikeinheit geschaltet und dabei elektrisch mit dem zweiten Elektromotor verbunden werden. In diesem Fall kann der zweite Elektromotor entsprechend sowohl mittels der ersten Leistungselektronikeinheit als auch mittels der zweiten Leistungselektronikeinheit bestromt werden. Die erste Leistungselektronikeinheit ist dadurch für das Zeitfenster, in welchem es nicht für den ersten Elektromotor benötigt wird, für den zweiten Elektromotor nutzbar. Das Vorstehende gilt hierbei analog für einen Fall, in welchem die zweite Leistungselektronikeinheit für den zweiten Elektromotor zumindest vorübergehend nicht mehr genutzt wird, beispielsweise in einem Fall, in welchem der zweite Elektromotor durch die zweite Leistungselektronikeinheit zumindest vorübergehend nicht mehr bestromt wird. Außerdem kann durch die Möglichkeit einer Parallelschaltung der beiden Leistungselektronikeinheiten der Maximalstrom für den zugehörigen Elektromotor erhöht werden.
  • Die Erfindung ist dabei nicht auf die erste und die zweite Leistungselektronikeinheit bzw. den ersten und den zweiten Elektromotor beschränkt. Grundsätzlich sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Leistungselektronikeinheiten denkbar, die jeweils einem Elektromotor bzw. einem von einer Vielzahl von Elektromotoren zugeordnet sind. Weiterhin ist es denkbar, dass mehrere erste Leistungselektronikeinheiten wenigstens einem ersten Elektromotor und mehrere zweite Leistungselektronikeinheiten wenigstens einem zweiten bzw. weiteren Elektromotor zugeordnet sind.
  • Darunter, dass eine Leistungselektronikeinheit einem Elektromotor zugeordnet ist bzw. dass eine Leistungselektronikeinheit für einen Elektromotor bereitgestellt ist, ist zu verstehen, dass die Leistungselektronikeinheit, beispielsweise zum Bestromen des Elektromotors, mit dem Elektromotor elektrisch verbindbar oder elektrisch verbunden angeordnet und ausgestaltet ist. D.h., die Leistungselektronikeinheit ist derart in der schaltbaren Elektronikanordnung ausgestaltet, dass der Elektromotor mittels der Leistungselektronikeinheit bzw. über die Leistungselektronikeinheit bestrombar ist.
  • Der wenigstens eine Elektromotor bzw. der wenigstens eine erste und/oder der wenigstens eine zweite Elektromotor kann vorliegend auch als Generator funktionieren bzw. konfiguriert und ausgestaltet sein. In diesem Fall ist die Leistungselektronikeinheit derart in der schaltbaren Elektronikanordnung ausgestaltet, dass der wenigstens eine Generator mittels der Leistungselektronikeinheit bzw. über die Leistungselektronikeinheit wenigstens eine weitere Komponente mit Strom versorgen kann. Der wenigstens eine Elektromotor ist vorliegend bevorzugt entsprechend als elektromechanischer Wandler bzw. eine elektrische Maschine im weiteren Sinne zu verstehen.
  • Unter einer schaltbaren Elektronikanordnung ist vorliegend eine Elektronikanordnung zu verstehen, in welcher durch wenigstens eine Schaltvorrichtung zwischen verschiedenen Betriebszuständen der Elektronikanordnung umgeschaltet werden kann. Unter einer Leistungselektronikeinheit sind bevorzugt Mittel zur Umformung elektrischer Energie mit schaltenden Bauelementen zu verstehen. Die wenigstens eine erste und/oder die wenigstens eine zweite Leistungselektronikeinheit weist beispielsweise einen Gleichstromsteller auf. Die vorliegenden Leistungselektronikeinheiten bzw. entsprechende Leistungselektronik können mehrere Leistungselektronik-Elemente aufweisen. D.h., die wenigstens eine erste Leistungselektronikeinheit kann mehrere erste Leistungselektronikeinheiten aufweisen und jede erste Leistungselektronikeinheit kann mehrere erste Leistungselektronik-Elemente aufweisen. Die wenigstens eine zweite Leistungselektronikeinheit kann mehrere zweite Leistungselektronikeinheiten aufweisen und jede zweite Leistungselektronikeinheit kann mehrere zweite Leistungselektronik-Elemente aufweisen.
  • Die Schaltvorrichtung weist bevorzugt wenigstens einen Schalter auf, der beispielsweise als elektromechanischer Schalter oder als elektronischer Schalter ausgestaltet sein kann. Die erste Leistungselektronikeinheit und die zweite Leistungselektronikeinheit sind durch die Schaltvorrichtung bevorzugt derart parallel zueinander schaltbar, dass der erste Elektromotor und/oder der zweite Elektromotor mit der ersten Leistungselektronikeinheit und der zweiten Leistungselektronikeinheit elektrisch miteinander verbunden werden. Ein Betriebszustand, in welchem der erste Elektromotor, der zweite Elektromotor, die erste Leistungselektronikeinheit und die zweite Leistungselektronikeinheit elektrisch miteinander verbunden sind, ist dabei selbstverständlich zu vermeiden. D.h., gemäß der vorliegenden Erfindung ist der erste Elektromotor mit der ersten Leistungselektronikeinheit und der zweiten Leistungselektronikeinheit elektrisch verbindbar. Außerdem ist auch der zweite Elektromotor mit der ersten Leistungselektronikeinheit und der zweiten Leistungselektronikeinheit elektrisch verbindbar.
  • Gemäß einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass bei einer schaltbaren Elektronikanordnung wenigstens eine der Leistungselektronikeinheiten zumindest einen IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode), bevorzugt mehrere IGBTs aufweist. IGBTs schaffen ein gutes Durchlassverhalten, eine hohe Sperrspannung und weisen darüber hinaus eine hohe Langlebigkeit bzw. Robustheit auf. Außerdem kann durch IGBTs eine nahezu leistungslose Ansteuerung ermöglicht werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass bei einer schaltbaren Elektronikanordnung eine der Leistungselektronikeinheiten zusätzlich oder alternativ wenigstens zumindest einen Leistungs-MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), bevorzugt mehrere Leistungs-MOSFETs aufweist. Leistungs-MOSFETs sind insbesondere für das Leiten und Sperren von großen elektrischen Strömen und Spannungen von Vorteil.
  • Ferner kann es im Rahmen der vorliegenden Erfindung von Vorteil sein, wenn die Schaltvorrichtung derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die erste Leistungselektronikeinheit und die zweite Leistungselektronikeinheit derart parallel schaltbar sind, dass abhängig von einer definierten Leistungsanforderung für den ersten Elektromotor und/oder den zweiten Elektromotor entweder der erste Elektromotor oder der zweite Elektromotor mit der ersten Leistungselektronikeinheit und der zweiten Leistungselektronikeinheit elektrisch miteinander verbunden werden. Dadurch können für den ersten Elektromotor bzw. den zweiten Elektromotor abhängig von der definierten Leistungsanforderung stets beide bzw. alle Leistungselektronikeinheiten bereitgestellt werden. Dadurch kann der erste Elektromotor bzw. der zweite Elektromotor stets zuverlässig bestromt werden oder Strom liefern. Wird die zweite Leistungselektronikeinheit für den zweiten Elektromotor beispielsweise für ein definiertes Zeitfenster nicht mehr benötigt, kann diese der ersten Leistungselektronikeinheit für eine elektrische Verbindung mit dem ersten Elektromotor parallel zugeschaltet werden, wenn für diesen für das definierte Zeitfenster eine entsprechend hohe Leistungsanforderung bestimmt wurde. Die Leistungsanforderung für den jeweiligen Elektromotor kann durch ein Berechnungsmodell definiert werden, dass beispielsweise auf einer Computereinheit des Kraftfahrzeugs angeordnet bzw. gespeichert ist. Die Leistungsanforderung ist hierbei insbesondere vom Betriebszustand des Kraftfahrzeugs abhängig. Dabei ist es auch möglich, dass abhängig von einer definierten Leistungsanforderung für die erste Leistungselektronikeinheit und/oder die zweite Leistungselektronikeinheit entweder der erste Elektromotor oder der zweite Elektromotor mit der ersten Leistungselektronikeinheit und der zweiten Leistungselektronikeinheit elektrisch miteinander verbunden werden. Dadurch kann verhindert werden, dass eine einzelne Leistungselektronikeinheit aufgrund eines zu hohen Stroms oder einer zu hohen Spannung beschädigt wird.
  • Außerdem ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, dass die erste Leistungselektronikeinheit nur mit dem ersten Elektromotor verbindbar oder verbunden ist und wenigstens eine dritte Leistungselektronikeinheit nur mit dem zweiten Elektromotor verbindbar oder verbunden ist, wobei die zweite Leistungselektronikeinheit durch die Schaltvorrichtung wahlweise derart zu der ersten Leistungselektronikeinheit oder der dritten Leistungselektronikeinheit parallel schaltbar ist, dass der erste Elektromotor mit der ersten Leistungselektronikeinheit und der zweiten Leistungselektronikeinheit elektrisch verbunden wird oder dass der zweite Elektromotor mit der zweiten Leistungselektronikeinheit und der dritten Leistungselektronikeinheit elektrisch verbunden wird. Die zweite Leistungselektronikeinheit kann somit als flexible Leistungselektronikeinheit verstanden werden, die optional zur der ersten Leistungselektronikeinheit oder der dritten Leistungselektronikeinheit parallel zugeschaltet werden kann. Hierbei können selbstverständlich auch mehrere zweite Leistungselektronikeinheiten angeordnet sein, wobei mehrere zweite Leistungselektronikeinheiten der ersten Leistungselektronikeinheit und/oder der zweiten Leistungselektronikeinheit parallel zugeschaltet werden können bzw. durch die Schaltvorrichtung entsprechend schaltbar sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann es von Vorteil sein, wenn die erste Leistungselektronikeinheit, die zweite Leistungselektronikeinheit und/oder die dritte Leistungselektronikeinheit wenigstens vier IGBTs aufweist, wobei die IGBTs bevorzugt paarweise parallel zueinander geschaltet sind. Eine derartige Anordnung funktioniert besonders zuverlässig.
  • Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug bereitgestellt, das mit einer wie vorstehend im Detail beschriebenen schaltbaren Elektronikanordnung ausgestattet ist. Damit bringt das Kraftfahrzeug die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Elektronikanordnung beschrieben worden sind. Die vorliegende Erfindung ist dabei nicht auf ein Straßenfahrzeug beschränkt. So kann im Rahmen der Erfindung auch ein Luftfahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Schienenfahrzeug oder ein Roboter mit der schaltbaren Elektronikanordnung ausgestattet sein.
  • Darüber hinaus wird gemäß eines weiteren Aspekts ein Steuerverfahren für eine schaltbare Elektronikanordnung für wenigstens zwei Elektromotoren eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt, wobei die Elektronikanordnung wenigstens eine erste Leistungselektronikeinheit für einen ersten Elektromotor, wenigstens eine zweite Leistungselektronikeinheit für einen zweiten Elektromotor und eine Schaltvorrichtung aufweist. Die erste Leistungselektronikeinheit und die zweite Leistungselektronikeinheit werden dabei abhängig von einem definierten Betriebszustand der Elektronikanordnung durch die Schaltvorrichtung derart parallel zueinander geschaltet, dass der erste Elektromotor und/oder der zweite Elektromotor mit der ersten Leistungselektronikeinheit und der zweiten Leistungselektronikeinheit elektrisch verbunden werden. Damit bringt auch das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf die erfindungsgemäße Elektronikanordnung beschrieben worden sind. Unter dem Betriebszustand der Elektronikanordnung kann ein Schaltzustand der Elektronikanordnung verstanden werden, beispielsweise einer, in welchem die zweite Leistungselektronikeinheit nicht mit dem zweiten Elektromotor elektrisch verbunden ist und somit zur Unterstützung der ersten Leistungselektronikeinheit zu derselben parallel geschaltet werden kann.
  • Bei einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist es dabei möglich, dass der erste Elektromotor mechanisch mit einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs verbunden ist und der zweite Elektromotor, insbesondere über eine Kupplung, mit einer Antriebswelle des Kraftfahrzeugs verbunden ist, wobei, wenn ein definierter Betriebszustand eines Antriebssystems des Kraftfahrzeugs erreicht ist, der zweite Elektromotor von der Antriebswelle entkoppelt wird und die erste Leistungselektronikeinheit sowie die zweite Leistungselektronikeinheit durch die Schaltvorrichtung derart parallel geschaltet werden, dass der erste Elektromotor durch die erste Leistungselektronikeinheit und die zweite Leistungselektronikeinheit bestromt wird. Der definierte Betriebszustand des Antriebssystems des Kraftfahrzeugs kann sich beispielsweise bei der Überschreitung einer definierten oder maximal zulässigen Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder einer definierten oder maximal zulässigen Drehzahl einer Antriebswelle des Antriebssystems einstellen und entsprechend ermittelt bzw. berücksichtigt werden. Bei einem Hybridfahrzeug kann auf diese Weise beispielsweise die Leistungselektronik bzw. eine erste Leistungselektronikeinheit für einen ersten Elektromotor für den Antrieb des Kraftfahrzeugs in definierten Betriebszuständen des Antriebssystems parallel zu der Leistungselektronik bzw. einer zweiten Leistungselektronikeinheit eines zweiten Elektromotors, der mit der Brennkraftmaschine des Hybridfahrzeugs verbunden ist, geschaltet werden. Durch die Kombination der ersten Leistungselektronikeinheit mit der zweiten Leistungselektronikeinheit kann der zweite Elektromotor dadurch eine höhere Leistung erzeugen als in einem Fall, in welchem dem zweiten Elektromotor nur die zweite Leistungselektronikeinheit zur Verfügung steht.
  • Weiterhin ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, dass der erste Elektromotor als riemengetriebener Startergenerator für eine Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs bereitgestellt ist, wobei, nachdem die Brennkraftmaschine mittels des riemengetriebenen Startergenerators gestartet wurde, die erste Leistungselektronikeinheit sowie die zweite Leistungselektronikeinheit derart parallel geschaltet werden, dass der zweite Elektromotor durch die erste Leistungselektronikeinheit und die zweite Leistungselektronikeinheit bestromt wird. Bei einem Hybridfahrzeug mit riemengetriebenem Startergenerator (BSG), d.h., einem Generator, der mittels Riementrieb mit einer Brennkraftmaschine gekoppelt ist bzw. gekoppelt werden kann, wird der Startergenerator insbesondere zum möglichst geräuschlosen Starten des Hybridfahrzeugs verwendet. Während der Fahrt des Hybridfahrzeugs hätte der Startergenerator und somit die dafür erforderliche Leistungselektronik keine Funktion mehr. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Leistungselektronik des Startergenerators während der Fahrt nun jedoch mit der Leistungselektronik des zweiten Elektromotors verwendet werden, wodurch dieser in diesem Betriebszustand eine höhere Leistung erbringen kann.
  • Darüber hinaus kann bei einem erfindungsgemäßen Steuerverfahren abhängig von der definierten Leistungsanforderung für den ersten Elektromotor oder den zweiten Elektromotor eine Anzahl von parallel zu schaltenden Leistungselektronikeinheiten ausgewählt werden. Dadurch kann der erste bzw. der zweite Elektromotor je nach Leistungsanforderung stets mit den gewünschten Leistungselektronikeinheiten bzw. mit der gewünschten Anzahl oder Güte von Leistungselektronikeinheiten elektrisch verbunden werden. Leistungsabfälle oder Leistungseinbußen bei einem Elektromotor, die einer unzureichenden Leistungselektronik geschuldet wären, können dadurch zuverlässig verhindert oder zumindest reduziert werden.
  • 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.
  • Es zeigen jeweils schematisch:
  • 1 eine schaltbare Elektronikanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 2 eine schaltbare Elektronikanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 3 eine schaltbare Elektronikanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem ersten Betriebszustand,
  • 4 eine schaltbare Elektronikanordnung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem zweiten Betriebszustand,
  • 5 eine schaltbare Elektronikanordnung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem dritten Betriebszustand, und
  • 6 ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Elektronikanordnung.
  • Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 6 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine schaltbare Elektronikanordnung 100a gemäß einer ersten Ausführungsform. Für eine vereinfachte Darstellung wird in den Figuren nur eine von drei Phasen einer Leistungselektronik und entsprechenden elektrischen Maschinen dargestellt.
  • Die Elektronikanordnung 100a weist einen ersten Elektromotor 10a und einen zweiten Elektromotor 20a auf. Die Elektronikanordnung 100a weist ferner eine erste Leistungselektronikeinheit 30a mit mehreren IGBTs 31a für den ersten Elektromotor 10a und eine zweite Leistungselektronikeinheit 40a mit mehreren IGBTS 41a für den zweiten Elektromotor 20a auf. Außerdem weist die Elektronikanordnung 100a eine Schaltvorrichtung 60a auf, durch welche die erste Leistungselektronikeinheit 30a und die zweite Leistungselektronikeinheit 40a parallel zueinander schaltbar sind. Die Schaltvorrichtung weist hierfür einen elektromechanischen Schalter 61a auf. Wenn der Schalter 61a wie in 1 dargestellt geschaltet ist, sind der erste Elektromotor 10a, die erste Leistungselektronikeinheit 30a und die zweite Leistungselektronikeinheit 40a elektrisch miteinander verbunden, wobei die erste Leistungselektronikeinheit 30a und die zweite Leistungselektronikeinheit 40a zueinander parallel geschaltet sind. Wenn der Schalter 61a in 1 nach rechts umgelegt wird (nicht dargestellt), sind entsprechend der zweite Elektromotor 20a, die erste Leistungselektronikeinheit 30a und die zweite Leistungselektronikeinheit 40a elektrisch miteinander verbunden und sowohl die erste Leistungselektronikeinheit 30a als auch die zweite Leistungselektronikeinheit können für den zweiten Elektromotor 20a verwendet werden. Für den ersten Elektromotor 10a stünde in diesem Fall keine Leistungselektronikeinheit mehr zur Verfügung.
  • Die erste Leistungselektronikeinheit 30a und die zweite Leistungselektronikeinheit 40a sind dabei derart parallel schaltbar, dass abhängig von einer definierten Leistungsanforderung für den ersten Elektromotor 10a und/oder den zweiten Elektromotor 20a entweder der erste Elektromotor 10a oder der zweite Elektromotor 20a mit der ersten Leistungselektronikeinheit 30a und der zweiten Leistungselektronikeinheit 40a elektrisch miteinander verbunden werden.
  • 2 zeigt eine Elektronikanordnung 100a' gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Elektronikanordnung 100a' der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere durch eine Schaltvorrichtung 60a' von der Elektronikanordnung 100a' gemäß der ersten Ausführungsform. Die Schaltvorrichtung 60a' weist zwei elektromechanische Schalter 61a', 62a' auf, durch welche eine erste Leistungselektronikeinheit 30a' und eine zweite Leistungselektronikeinheit 40a' wahlweise mit einem ersten Elektromotor 10a' oder mit einem zweiten Elektromotor 20a' elektrisch verbunden werden können. In dem in 2 dargestellten Betriebszustand ist die erste Leistungselektronikeinheit 30a' lediglich mit dem ersten Elektromotor 10a' verbunden und die zweite Leistungselektronikeinheit 40a' ist lediglich mit dem zweiten Elektromotor 20a' verbunden.
  • 3 zeigt eine Elektronikanordnung 100b gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist eine erste Leistungselektronikeinheit 30b nur mit einem ersten Elektromotor 10b verbunden und eine dritte Leistungselektronikeinheit 50b ist nur mit einem zweiten Elektromotor 20b verbunden. Die Elektronikanordnung 100b weist ferner eine Schaltvorrichtung 60b mit einem elektromagnetischen Schalter 61b auf, wobei die zweite Leistungselektronikeinheit 40b durch eine Schaltvorrichtung 60b wahlweise zu der ersten Leistungselektronikeinheit 30b oder zu der dritten Leistungselektronikeinheit 50b parallel schaltbar ist. Insbesondere mit Bezug auf die Patentansprüche können die erste Leistungselektronikeinheit 30b auch als die dritte Leistungselektronikeinheit 50b und die dritte Leistungselektronikeinheit 50b auch als die erste Leistungselektronikeinheit 30b verstanden werden.
  • 3 zeigt eine Elektronikanordnung 100b, in welcher sich der elektromechanische Schalter 61b in einem geöffneten Zustand befindet. 4 zeigt eine Elektronikanordnung 100b, in welcher sich der elektromechanische Schalter 61b in einem geschlossenen Zustand befindet, in welchem der zweite Elektromotor 20b mit der zweiten Leistungselektronikeinheit 40b und der dritten Leistungselektronikeinheit 50b elektrisch verbunden ist. 5 zeigt eine Elektronikanordnung 100b, in welcher sich der elektromechanische Schalter 61b in einem geschlossenen Zustand befindet, in welchem der erste Elektromotor 10b mit der ersten Leistungselektronikeinheit 30b und der zweiten Leistungselektronikeinheit 40b elektrisch verbunden ist.
  • Mit Bezug auf die 3 bis 5 wird anschließend ein Steuerverfahren für die schaltbare Elektronikanordnung 100b beschrieben.
  • Bei dem Steuerverfahren wird die zweite Leistungselektronikeinheit 40b abhängig von einem definierten Betriebszustand der Elektronikanordnung 100b durch die Schaltvorrichtung 60b parallel zu der ersten Leistungselektronikeinheit 30b oder parallel zu der dritten Leistungselektronikeinheit 50b geschaltet.
  • Ist der erste Elektromotor 10b als riemengetriebener Startergenerator für eine Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs 1 ausgestaltet, werden, nachdem die Brennkraftmaschine mittels des riemengetriebenen Startergenerators gestartet wurde, die dritte Leistungselektronikeinheit 50b sowie die zweite Leistungselektronikeinheit 40b derart parallel geschaltet, dass der zweite Elektromotor 20b, wie in 4 dargestellt, durch die dritte Leistungselektronikeinheit 50b und die zweite Leistungselektronikeinheit 40b bestromt wird.
  • Ist der erste Elektromotor 10b beispielsweise mechanisch mit einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs 1 verbunden, der zweite Elektromotor 20b über eine Kupplung mit einer Antriebswelle des Kraftfahrzeugs 1 verbunden und ist ein definierter Betriebszustand eines Antriebssystems des Kraftfahrzeugs 1 erreicht, wird der zweite Elektromotor 20b von der Antriebswelle entkoppelt und die erste Leistungselektronikeinheit 30b sowie die zweite Leistungselektronikeinheit 40b werden, wie in 5 dargestellt, durch die Schaltvorrichtung 60b derart parallel geschaltet, dass der erste Elektromotor 10b durch die erste Leistungselektronikeinheit 30b und die zweite Leistungselektronikeinheit 40b bestromt wird.
  • 6 zeigt ein Elektro-Hybrid-Fahrzeug (EHV) 1 mit einer schaltbaren Leistungselektronik 100a gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftfahrzeug
    10a, 10b
    erster Elektromotor
    20a, 20b
    zweiter Elektromotor
    30a, 30b
    erste Leistungselektronikeinheit
    31a, 31b
    IGBT
    40a, 40b
    zweite Leistungselektronikeinheit
    41a, 41b
    IGBT
    50b
    dritte Leistungselektronikeinheit
    60a, 60a', 60b
    Schaltvorrichtung
    61a, 61a', 62a', 61b
    Schalter
    100a, 100a', 100b
    Elektronikanordnung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 112010002340 T5 [0003]

Claims (10)

  1. Schaltbare Elektronikanordnung (100a; 100a'; 100b) für wenigstens zwei Elektromotoren (10a, 20a; 10b, 20b) eines Kraftfahrzeugs (1), aufweisend wenigstens eine erste Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b) für einen ersten Elektromotor (10a; 10b), wenigstens eine zweite Leistungselektronikeinheit (40a; 40b) für einen zweiten Elektromotor (20a; 20b) und eine Schaltvorrichtung (60a; 60a'; 60b), wobei die erste Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b) und die zweite Leistungselektronikeinheit (40a; 40b) durch die Schaltvorrichtung (60a; 60a'; 60b) derart parallel zueinander schaltbar sind, dass der erste Elektromotor (10a; 10b) und/oder der zweite Elektromotor (20a; 20b) mit der ersten Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b) und der zweiten Leistungselektronikeinheit (40a; 40b) elektrisch miteinander verbunden werden.
  2. Schaltbare Elektronikanordnung (100a; 100a'; 100b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Leistungselektronikeinheiten (30a, 40a; 30b, 40b, 50b) zumindest einen IGBT (31a, 41a; 31b, 41b, 51b), bevorzugt mehrere IGBTs (31a, 41a; 31b, 41b, 51b), aufweist.
  3. Schaltbare Elektronikanordnung (100a; 100a'; 100b) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltvorrichtung (60a; 60a', 60b) derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass die erste Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b) und die zweite Leistungselektronikeinheit (40a; 40b) derart parallel schaltbar sind, dass abhängig von einer definierten Leistungsanforderung für den ersten Elektromotor (10a; 10b) und/oder den zweiten Elektromotor (20a; 20b) entweder der erste Elektromotor (10a; 10b) oder der zweite Elektromotor (20a; 20b) mit der ersten Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b) und der zweiten Leistungselektronikeinheit (40a; 40b) elektrisch miteinander verbunden werden.
  4. Schaltbare Elektronikanordnung (100b) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leistungselektronikeinheit (30b) nur mit dem ersten Elektromotor (10b) verbindbar oder verbunden ist und wenigstens eine dritte Leistungselektronikeinheit (50b) nur mit dem zweiten Elektromotor (20b) verbindbar oder verbunden ist, wobei die zweite Leistungselektronikeinheit (40b) durch die Schaltvorrichtung (60b) wahlweise derart zu der ersten Leistungselektronikeinheit (30b) oder der dritten Leistungselektronikeinheit (50b) parallel schaltbar ist, dass der erste Elektromotor (10b) mit der ersten Leistungselektronikeinheit (30b) und der zweiten Leistungselektronikeinheit (40b) elektrisch verbunden wird oder dass der zweite Elektromotor (20b) mit der zweiten Leistungselektronikeinheit (40b) und der dritten Leistungselektronikeinheit (50b) elektrisch verbunden wird.
  5. Schaltbare Elektronikanordnung (100a; 100a'; 100b) nach einem der voranstehenden Ansprüche oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b), die zweite Leistungselektronikeinheit (40a) und/oder die dritte Leistungselektronikeinheit (50b) wenigstens vier IGBTs (31a, 41a; 31b, 41b, 51b) aufweist, wobei die IGBTs (31a, 41a; 31b, 41b, 51b) bevorzugt paarweise parallel zueinander geschaltet sind.
  6. Kraftfahrzeug, insbesondere ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug (1), mit einer schaltbaren Elektronikanordnung (100a; 100a', 100b) nach einem der voranstehenden Ansprüche.
  7. Steuerverfahren für eine schaltbare Elektronikanordnung (100a; 100a'; 100b) für wenigstens zwei Elektromotoren (10a, 20a; 10b, 20b) eines Kraftfahrzeugs (1), aufweisend wenigstens eine erste Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b) für einen ersten Elektromotor (10a; 10b), wenigstens eine zweite Leistungselektronikeinheit (40a; 40b) für einen zweiten Elektromotor (20a; 20b) und eine Schaltvorrichtung (60a; 60a'; 60b), wobei die erste Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b) und die zweite Leistungselektronikeinheit (40a; 40b) abhängig von einem definierten Betriebszustand der Elektronikanordnung (100a; 100a'; 100b) durch die Schaltvorrichtung (60a; 60a'; 60b) derart parallel zueinander geschaltet werden, dass der erste Elektromotor (10a; 10b) und/oder der zweite Elektromotor (20a; 20b) mit der ersten Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b) und der zweiten Leistungselektronikeinheit (40a; 40b) elektrisch verbunden werden.
  8. Steuerverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektromotor (10a; 10b) mechanisch mit einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs verbunden ist und der zweite Elektromotor (20a; 20b), insbesondere über eine Kupplung, mit einer Antriebswelle des Kraftfahrzeugs (1) verbunden ist, wobei, wenn ein definierter Betriebszustand eines Antriebssystems des Kraftfahrzeugs (1) erreicht ist, der zweite Elektromotor (20a; 20b) von der Antriebswelle entkoppelt wird und die erste Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b) sowie die zweite Leistungselektronikeinheit (40a; 40b) durch die Schaltvorrichtung (60a; 60a'; 60b) derart parallel geschaltet werden, dass der erste Elektromotor (10a; 10b) durch die erste Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b) und die zweite Leistungselektronikeinheit (40a; 40b) bestromt wird.
  9. Steuerverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Elektromotor (10a; 10b) als riemengetriebener Startergenerator für eine Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs (1) bereitgestellt ist, wobei, nachdem die Brennkraftmaschine mittels des riemengetriebenen Startergenerators gestartet wurde, die erste Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b) sowie die zweite Leistungselektronikeinheit (40a; 40b) derart parallel geschaltet werden, dass der zweite Elektromotor (20a; 20b) durch die erste Leistungselektronikeinheit (30a; 30b, 50b) und die zweite Leistungselektronikeinheit (40a; 40b) bestromt wird.
  10. Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der definierten Leistungsanforderung für den ersten Elektromotor (10a; 10b) oder den zweiten Elektromotor (20a; 20b) eine Anzahl von parallel zu schaltenden Leistungselektronikeinheiten (30a, 40a; 30b, 40b, 50b) ausgewählt wird.
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