DE102017210739A1 - Antriebsstrang sowie Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs - Google Patents

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Abstract

Antriebsstrang für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit einem Elektromotor (20), einem ersten Energiespeicher (12) und einem zweiten Energiespeicher (14), die jeweils mit dem Elektromotor (20) elektrisch verbunden sind, einem ersten Wechselrichter (16) und einem zweiten Wechselrichter (18), wobei der erste Wechselrichter (16) zwischen dem ersten Energiespeicher (12) und dem Elektromotor (20) vorgesehen ist und wobei der zweite Wechselrichter (18) zwischen dem zweiten Energiespeicher (14) und dem Elektromotor (20) vorgesehen ist, wobei der Elektromotor (20) vier Phasen (22) hat.
Ferner ist ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs gezeigt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs.
  • Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, also Hybrid-Fahrzeugen, Plug-in-Hybridfahrzeugen oder Fahrzeugen, die rein elektrisch angetrieben werden, dienen Batterien, Akkumulatoren oder Brennstoffzellen (Fuel cells) als Energiespeicher bzw. Energiequelle. Einer dieser Energiespeicher liefert in einem vorbestimmten Spannungsbereich stets eine vorbestimmte maximale Stromstärke, wodurch die Leistung des Elektromotors des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs begrenzt ist.
  • Dementsprechend sind breite Produktpaletten bei elektrisch angetriebenen Serienfahrzeugen nicht möglich, wie sie beispielsweise durch verschiedene Motorvarianten bei Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor erreicht werden. Eine solche Produktvielfalt ist jedoch wünschenswert, da Fahrzeuge für verschiedenste Zwecke gekauft werden und damit auch einen unterschiedlichen Leistungsbedarf haben.
  • Um dieses Problem zu lösen, ist es bekannt, Energiespeicher unterschiedlicher Kapazität oder zwei Energiespeicher vorzusehen, die mit einem oder mehreren Wechselrichter (auch Inverter genannt) so verbunden sind, dass def die Phasen des Elektromotors mit Strom versorgt werden können. Im Fall von zwei Energiespeichern kann ein Energieüberträger bzw. Gleichspannungswandler (auch DC/DC-Wandler genannt) zwischen den beiden Energiespeichern notwendig sein, um den Energietransfer von den einzelnen Energiespeichern zum Elektromotor bzw. den Energietransfer zwischen den Energiespeichern untereinander zu ermöglichen. Dieser Gleichspannungswandler muss jedoch, wenn die maximale Leistung am Elektromotor gewünscht wird, die volle Leistung des zweiten Energiespeichers transferieren. Deswegen muss der Gleichspannungswandler eine ebenso große Leistung wie die EMA haben, sodass der Gleichspannungswandler viel Bauraum benötigt, kostspielig ist und zu einer erheblichen Gewichtserhöhung führt.
  • Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen kostengünstigen Antriebsstrang sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs bereitzustellen, die ohne Gleichspannungswandler oder einen Gleichspannungswandler mit wesentlich geringerer Leistung bei gleicher maximaler Leistung des Elektromotors auskommen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen Antriebsstrang für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit einem Elektromotor, einem ersten Energiespeicher und einem zweiten Energiespeicher, die jeweils mit dem Elektromotor elektrisch verbunden sind, einem ersten Wechselrichter und einem zweiten Wechselrichter, wobei der erste Wechselrichter zwischen dem ersten Energiespeicher und dem Elektromotor vorgesehen ist und wobei der zweite Wechselrichter zwischen dem zweiten Energiespeicher und dem Elektromotor vorgesehen ist, wobei der Elektromotor vier Phasen U1, V1, U2, V2 hat. Die beiden Wechselrichter sind voneinander getrennt, d. h. dass die Umwandlungen von Gleich- in Wechselstrom getrennt voneinander ablaufen. Hierzu können die Wechselrichter separate Einheiten sein, aber sie können ebenso gut eine gemeinsame Einheit bilden, in der der Gleichstrom jeder der Energiespeicher getrennt voneinander in Wechselstrom umgewandelt wird.
  • Um eine kostengünstige Implementierung zu ermöglichen und eine die Ansteuerung zu vereinfachen, hat der Elektromotor vier Phasen. Dies reduziert den Aufwand bei der Fertigung des Elektromotors.
  • Dabei kann ein elektrisch betriebenes Fahrzeug ein reines Elektroauto oder ein (Plug-in) Hybridfahrzeug sein. Ebenfalls können auch mehr als zwei Energiespeicher und/oder ein oder mehrere Elektromotoren vorgesehen sein.
  • Dadurch, dass für jeden Energiespeicher ein eigener Wechselrichter vorgesehen ist, kann die Energie eines der Energiespeicher direkt über den zugeordneten Wechselrichter zum Elektromotor übertragen werden, ohne dass hierfür ein Gleichspannungswandler notwendig ist. Dementsprechend kann auf den Gleichspannungswandler verzichtet werden, oder die Kapazität eines solchen Gleichspannungswandlers kann zumindest wesentlich verringert werden.
  • Vorzugsweise ist wenigstens einer der Phasen U1, V1 nur mit dem ersten Wechselrichter verbunden und eine anderer der Phasen U2, V2 nur mit dem zweiten Wechselrichter verbunden ist. Dadurch wird die wenigstens eine Phase ausschließlich von dem ihr zugeordneten Energiespeicher mit Strom versorgt, wodurch jeder Energiespeicher (abgesehen den Wechselrichtern) ohne weitere Bauteile seine Energie direkt an den Elektromotor abgeben kann.
  • Beispielsweise sind der erste Wechselrichter und der zweite Wechselrichter ausschließlich an verschiedenen Phasen des Elektromotor angeschlossen, wodurch ein einfacher Aufbau des Antriebsstrangs erreicht wird.
  • Dementsprechend sind der erste Wechselrichter und der zweite Wechselrichter zwei-Phasen Wechselrichter. Dadurch werden je ein Leistungsendstufenpaar mit Highside- und Lowsideschaltern eingespart. Zudem wird auch die Ansteuerung und Überwachung des Leistungsendstufenpaars eingespart. Zudem wird die elektrische Verbindung (Bus-bar) zwischen Inverter und E-Motor um ein Element reduziert. Dadurch reduzieren sich Kosten, Gewicht und Bauraum der Leistungselektronik.
  • Um zu gewährleisten, dass der Elektromotor beim Anlauf in die gewünschte Richtung dreht, wird im Falle der Ansteuerung durch beispielsweise den ersten Inverter eine Phase des zweiten Inverters U2 oder V2 als „Hilfsphase“ verwendet. Somit wird für den Anlauf des Elektromotors ein quasi dreiphasiger Betrieb wie bei heutigen Elektromotoren realisiert. Sobald der Elektromotor in die gewünschte Richtung dreht, kann die „Hilfsphase“ des zweiten Inverters abgeschaltet werden, da der Motor nun seine Vorzugsrichtung hat. Selbstverständlich kann auch die Ansteuerung über den zweiten Inverter erfolgen und die Hilfsphase U1 oder V1 des ersten Inverters genutzt werden. Falls beide Inverter gleichzeitig verwendet werden z.B. bei großem Leistungsbedarf, arbeitet der Elektromotor als Vier-Phasenmaschine.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher über einen Gleichspannungswandler miteinander elektrisch verbunden. Diese Verbindung über den Gleichspannungswandler ist somit zusätzlich zur Verbindung der beiden Energiespeicher über den Elektromotor. Mithilfe des Gleichspannungswandlers kann der Energietransfer zwischen den beiden Energiespeichern gesteuert werden. Da der Gleichspannungswandler in diesem Fall nur für den Energieaustausch zwischen den Energiespeichern benötigt wird und nicht zum Antrieb des Elektromotors, ist es nicht notwendig, dass der Gleichspannungswandler die volle Leistung einer der Energiespeicher transferieren kann. Der Gleichspannungswandler kann somit klein dimensioniert sein.
  • Die Energiespeicher können Batterien, Akkumulatoren, Kondensatoren und/oder Brennstoffzellen (Fuel Cells) sein, um auf einfache und zuverlässige Weise elektrische Energie zu speichern bzw. bereitzustellen.
  • Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit wenigstens einem der folgenden Schritte:
    1. a) Zuführen von Energie zum Elektromotor aus einem oder beiden Energiespeichern gleichzeitig,
    2. b) Rückführen von Energie aus dem Elektromotor in einen oder beide Energiespeicher gleichzeitig, oder
    3. c) Zuführen von Energie zum Elektromotor aus einem der Energiespeicher und gleichzeitiges Rückführen von Energie aus dem Elektromotor in den anderen der Energiespeicher. Dies ermöglicht einen Energietransfer von einem Speicher zum einem anderen mit den vorhandenen Mitteln ohne Zuhilfenahme eines DCDC-Wandlers.
  • Durch die Verbindung der Energiespeicher mit jeweils einem eigenen Wechselrichter können die Funktionen des Gleichspannungswandlers des Standes der Technik durch den Elektromotor selbst wahrgenommen werden. Insbesondere kann der zweite Wechselrichter, beispielsweise während eines Bremsvorgangs, so betrieben werden, dass er Energie aus dem Elektromotor in den zweiten Energiespeicher überträgt, wobei gleichzeitig der erste Wechselrichter Energie aus dem ersten Energiespeicher in den Elektromotor überträgt. Auf diese Weise wird effektiv eine Energieübertragung vom ersten Energiespeicher zum zweiten Energiespeicher möglich. Dieses Verfahren zum Betreiben des Antriebsstranges ist unabhängig von der Anzahl der Phasen des Elektromotors möglich. Selbst eine unterschiedliche Anzahl von Phase des ersten und zweiten Wechselrichters ist möglich.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
    • - 1: einen schematischen Schaltplan einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges,
    • - 2: einen schematischen Schaltplan einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges,
    • - 3: einen schematischen Schaltplan einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges, und
    • - 4: einen schematischen Schaltplan einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges.
  • In 1 ist ein Antriebsstrang 10 schematisch dargestellt. Der Antriebsstrang 10 ist beispielsweise ein Antriebsstrang für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, wie ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug (BEV oder FCEV) oder ein Hybrid- bzw. Plug-in-Hybridfahrzeug.
  • Der Antriebsstrang 10 weist einen ersten Energiespeicher 12, einen zweiten Energiespeicher 14, einen ersten Wechselrichter 16, einen zweiten Wechselrichter 18 und einen Elektromotor 20 auf.
  • Die beiden Energiespeicher 12 und 14 sind beispielsweise Batterien, Akkumulatoren oder Kondensatoren. Dabei können die Energiespeicher 12, 14 aus kleineren Einheiten wie kleineren Batterie- bzw. Akkumulatorzellen aufgebaut sein.
  • Denkbar ist jedoch auch, dass mehr als zwei Energiespeicher im Antriebsstrang 10 vorgesehen sind.
  • Der erste Wechselrichter 16 des Antriebsstrangs 10 ist dem ersten Energiespeicher 12 und der zweite Wechselrichter 18 dem zweiten Energiespeicher 14 zugeordnet ist.
  • In der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform sind der erste Wechselrichter 16 und der zweite Wechselrichter 18 drei-Phasen Wechselrichter, so dass die Wechselrichter 16, 18 Gleichstrom in Drehstrom, hier in dreiphasigen Drehstrom, umwandeln können.
  • Die Wechselrichter 16, 18 sind zwischen den Energiespeichern 12, 14 und dem Elektromotor 20 angeordnet, sodass eine elektrische Verbindung zwischen einem der Energiespeicher 12, 14 und dem Elektromotor 20 mittels des jeweiligen Wechselrichters 16, 18 erfolgt.
  • Der Elektromotor 20 hat mehrere Phasen 22. In der in 1 und 2 gezeigte Ausführungsformen sind es sechs Phasen 22.
  • Jeweils drei der Phasen 22 sind mit einem der Wechselrichter 16, 18 über elektrische Leitungen verbunden, sodass der erste Wechselrichter 16 und der zweite Wechselrichter 18 ausschließlich an unterschiedlichen Phasen 22 mit dem Elektromotor 20 verbunden sind.
  • Das bedeutet im Umkehrschluss, dass jede der Phasen 22 mit entweder dem ersten Wechselrichter 16 oder mit dem zweiten Wechselrichter 18 elektrisch verbunden ist.
  • Der erste Wechselrichter 16 ist durch zwei elektrische Verbindungsleitungen 24 mit dem ersten Energiespeicher 12 verbunden und der zweite Wechselrichter ist durch zwei weitere Verbindungsleitungen 26 mit dem zweiten Energiespeicher 14 elektrisch verbunden.
  • Somit besteht die elektrisch Verbindung zwischen dem ersten Energiespeicher 12 und dem Elektromotor 20 direkt über den ersten Wechselrichter 16, ohne dass weitere Komponenten zwischen dem Elektromotor 20 und dem ersten Wechselrichter 16 vorgesehen sind. Das Gleiche gilt für den zweiten Energiespeicher 14 in Bezug auf den zweiten Wechselrichter 18, der den zweiten Energiespeicher 14 direkt mit dem Elektromotor 20 verbindet.
  • Zum Betrieb des Antriebsstrangs, d. h. um das Fahrzeug anzutreiben oder zu bremsen, steuert eine Steuereinheit (nicht gezeigt) des Antriebsstrangs 10 oder des Fahrzeugs den Antriebsstrang 10.
  • Hierzu stehen die folgenden verschiedenen Betriebsmodi des Antriebsstrangs 10 zur Verfügung.
  • Zum moderaten Beschleunigen wird dem Elektromotor 20 Energie aus dem ersten Energiespeicher 12 oder dem zweiten Energiespeicher 14 mittels des ersten Wechselrichters 16 bzw. des zweiten Wechselrichters 18 zugeführt. Dadurch hat der Elektromotor 20 eine maximale Leistung, die der maximalen Leistung des ersten Energiespeichers 12 bzw. des zweiten Energiespeichers 14 entspricht.
  • Falls mehr Leistung des Elektromotors 20 benötigt oder vom Fahrer des Fahrzeugs angefordert wird, dann wird zusätzlich zur Energie aus dem ersten Energiespeicher 12 (oder zweiten Energiespeicher 14) gleichzeitig Energie aus dem zweiten Energiespeicher 14 (oder ersten Energiespeicher 12) über den zweiten Wechselrichter 18 (bzw. ersten Wechselrichter 16) zum Elektromotor 20 geführt, sodass die maximale Leistung des Elektromotors nun der addierten Leistung der beiden Energiespeicher 12 und 14 entspricht. Dadurch ist eine starke Beschleunigung möglich.
  • Bei Bremsmanövern des Fahrzeugs sind ähnliche Betriebsmodi des Antriebsstrangs vorhanden. Wird eine starke Verzögerung gewünscht, so können der erste Wechselrichter 16 mitsamt dem ersten Energiespeicher 12 und gleichzeitig der zweite Wechselrichter 18 mit dem zweiten Energiespeicher 14 rekuperativ betrieben werden, sodass der Elektromotor 20 elektrische Energie erzeugt, die in beide Energiespeicher 12 und 14 gleichzeitig zurückgeführt wird.
  • Ist jedoch eine geringere Verzögerung ausreichend, so genügt es, wenn nur einer der Wechselrichter 16, 18 mitsamt dem zugehörigen Energiespeicher 12, 14 rekuperativ betrieben wird, sodass elektrische Energie vom Elektromotor 20 in einen der Energiespeicher 12 oder 14 zurückgeführt wird.
  • Die Auswahl, ob Energie vom Elektromotor 20 in den ersten Energiespeicher 12 oder in den zweiten Energiespeicher 14 zurückgeführt wird, wird von der Steuereinheit getroffen. Beispielsweise kann immer dem Energiespeicher 12, 14 Energie zugeführt werden, der augenblicklich weniger Energie gespeichert hat.
  • In einem weiteren Betriebsmodus des Antriebsstrangs 10 kann Energie aus einem Energiespeicher 12, 14 zum anderen Energiespeicher 14, 12 übertragen werden.
  • Wenn beispielsweise Energie aus dem ersten Energiespeicher 12 in den zweiten Energiespeicher 14 übertragen werden soll, kann hierzu bei einem Bremsmanöver der zweite Wechselrichter 18 mit dem zweiten Energiespeicher 14 rekuperativ betrieben werden. Gleichzeitig wird dann, obwohl derzeit ein Bremsmanöver ausgeführt wird, der erste Wechselrichter 16 mitsamt dem ersten Energiespeicher 12 antreibend betrieben, sodass Energie aus dem ersten Energiespeicher 12 dem Elektromotor 20 zugeführt wird.
  • Diese vom ersten Energiespeicher 12 dem Elektromotor 20 zugeführte Energie wird jedoch (neben der beim Verzögern zurückgewonnenen Energie) sofort vom Elektromotor 20 in den zweiten Energiespeicher 14 rückgeführt, sodass effektiv eine Energieübertragung vom ersten Energiespeicher 12 in den zweiten Energiespeicher 14 erreicht wurde.
  • In gleicher Weise kann eine Energieübertragung vom zweiten Energiespeicher 14 auf den ersten Energiespeicher 12 stattfinden.
  • Diese Art der Energieübertragung zwischen den beiden Energiespeichern 12, 14 ist nicht auf Bremsmanöver beschränkt, sondern kann auch während eines Beschleunigungsmanövers oder einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit durchgeführt werden.
  • Somit können durch den Antriebsstrang 10 sämtliche zum Betrieb des Antriebsstrangs 10 notwendigen Funktionen durchgeführt werden, insbesondere ein Energietransfer zwischen den beiden Energiespeichern 12, 14.
  • In 2 ist eine zweite Ausführungsform des Antriebsstrangs 10 gezeigt, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entspricht. Im Folgenden wird daher lediglich auf die Unterschiede eingegangen und gleiche und funktionsgleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Im Gegensatz zum Antriebsstrang der ersten Ausführungsform weist der Antriebsstrang 10 der zweiten Ausführungsform einen Gleichspannungswandler 28 auf. Der Gleichspannungswandler 28 ist dabei einerseits über die Verbindungsleitungen 24 mit dem ersten Energiespeicher 12 und andererseits mittels der Verbindungsleitungen 26 mit dem zweiten Energiespeicher 14 verbunden.
  • Der Gleichspannungswandler stellt somit neben der elektrischen Verbindung über den Elektromotor 20 eine zusätzlich Verbindung zwischen dem ersten Energiespeicher 12 und dem zweiten Energiespeicher 14 her.
  • Über den Gleichspannungswandler 28 kann ebenfalls Energie vom ersten Energiespeicher 12 zum zweiten Energiespeicher 14 transferiert werden oder umgekehrt.
  • Der Gleichspannungswandler 28 wird jedoch nicht dazu verwendet, die maximale Energie von einem der Energiespeicher 12, 14 zum Elektromotor 20 zu übertragen, sodass die maximale Leistung des Gleichspannungswandlers 28 deutlich geringer als die maximale Leistung einer der Energiespeicher 12, 14 gewählt sein kann. Außerdem erfolgt auch der Energietransfer zwischen den beiden Energiespeichern 12, 14 im Vergleich mit dem Energietransfer zum Elektromotor 20 langsam, sodass die Leistung des Gleichspannungswandlers 28 gering gewählt sein kann, ohne die Funktion des Antriebsstranges 10 zu beeinflussen.
  • Auf diese Weise ist ein effizienter Energieaustausch zwischen den Energiespeichern 12, 14 möglich, ohne dass ein großer, schwerer und/oder teurer Gleichspannungswandler 28 notwendig ist.
  • In 3 ist eine weitere Ausführungsform des Antriebsstrangs 10 schematisch dargestellt. Der Antriebsstrang 10 ist beispielsweise ein Antriebsstrang für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, wie ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug (BEV oder FCEV) oder ein Hybrid- bzw. Plug-in-Hybridfahrzeug.
  • Der Antriebsstrang 10 weist einen ersten Energiespeicher 12, einen zweiten Energiespeicher 14, einen ersten Wechselrichter 16, einen zweiten Wechselrichter 18 und einen Elektromotor 20 auf.
  • Die beiden Energiespeicher 12 und 14 sind beispielsweise Batterien, Akkumulatoren oder Kondensatoren. Dabei können die Energiespeicher 12, 14 aus kleineren Einheiten wie kleineren Batterie- bzw. Akkumulatorzellen aufgebaut sein.
  • Der erste Wechselrichter 16 des Antriebsstrangs 10 ist dem ersten Energiespeicher 12 und der zweite Wechselrichter 18 dem zweiten Energiespeicher 14 zugeordnet ist.
  • In der in 3 gezeigten Ausführungsform sind der erste Wechselrichter 16 und der zweite Wechselrichter 18 zwei-Phasen Wechselrichter, so dass die Wechselrichter 16, 18 Gleichstrom in Drehstrom, hier in zweiphasigen Drehstrom, umwandeln können.
  • Die Wechselrichter 16, 18 sind zwischen den Energiespeichern 12, 14 und dem Elektromotor 20 angeordnet, sodass eine elektrische Verbindung zwischen einem der Energiespeicher 12, 14 und dem Elektromotor 20 mittels des jeweiligen Wechselrichters 16, 18 erfolgt.
  • In der in 3 gezeigten Ausführungsform hat der Elektromotor 20 vier Phasen 22.
  • Jeweils zwei der Phasen 22 sind mit einem der Wechselrichter 16, 18 über elektrische Leitungen verbunden, sodass der erste Wechselrichter 16 und der zweite Wechselrichter 18 ausschließlich an unterschiedlichen Phasen 22 mit dem Elektromotor 20 verbunden sind.
  • Das bedeutet im Umkehrschluss, dass jede der Phasen 22 mit entweder dem ersten Wechselrichter 16 oder mit dem zweiten Wechselrichter 18 elektrisch verbunden ist.
  • Der erste Wechselrichter 16 ist durch zwei elektrische Verbindungsleitungen 24 mit dem ersten Energiespeicher 12 verbunden und der zweite Wechselrichter ist durch zwei weitere Verbindungsleitungen 26 mit dem zweiten Energiespeicher 14 elektrisch verbunden.
  • Somit besteht die elektrisch Verbindung zwischen dem ersten Energiespeicher 12 und dem Elektromotor 20 direkt über den ersten Wechselrichter 16, ohne dass weitere Komponenten zwischen dem Elektromotor 20 und dem ersten Wechselrichter 16 vorgesehen sind. Das Gleiche gilt für den zweiten Energiespeicher 14 in Bezug auf den zweiten Wechselrichter 18, der den zweiten Energiespeicher 14 direkt mit dem Elektromotor 20 verbindet.
  • Zum Betrieb des Antriebsstrangs, d. h. um das Fahrzeug anzutreiben oder zu bremsen, steuert eine Steuereinheit (nicht gezeigt) des Antriebsstrangs 10 oder des Fahrzeugs den Antriebsstrang 10.
  • Hierzu stehen die folgenden verschiedenen Betriebsmodi des Antriebsstrangs 10 zur Verfügung.
  • Zum moderaten Beschleunigen wird dem Elektromotor 20 Energie aus dem ersten Energiespeicher 12 oder dem zweiten Energiespeicher 14 mittels des ersten Wechselrichters 16 bzw. des zweiten Wechselrichters 18 zugeführt. Dadurch hat der Elektromotor 20 eine maximale Leistung, die der maximalen Leistung des ersten Energiespeichers 12 bzw. des zweiten Energiespeichers 14 entspricht.
  • Falls mehr Leistung des Elektromotors 20 benötigt oder vom Fahrer des Fahrzeugs angefordert wird, dann wird zusätzlich zur Energie aus dem ersten Energiespeicher 12 (oder zweiten Energiespeicher 14) gleichzeitig Energie aus dem zweiten Energiespeicher 14 (oder ersten Energiespeicher 12) über den zweiten Wechselrichter 18 (bzw. ersten Wechselrichter 16) zum Elektromotor 20 geführt, sodass die maximale Leistung des Elektromotors nun der addierten Leistung der beiden Energiespeicher 12 und 14 entspricht. Dadurch ist eine starke Beschleunigung möglich.
  • Bei Bremsmanövern des Fahrzeugs sind ähnliche Betriebsmodi des Antriebsstrangs vorhanden. Wird eine starke Verzögerung gewünscht, so können der erste Wechselrichter 16 mitsamt dem ersten Energiespeicher 12 und gleichzeitig der zweite Wechselrichter 18 mit dem zweiten Energiespeicher 14 rekuperativ betrieben werden, sodass der Elektromotor 20 elektrische Energie erzeugt, die in beide Energiespeicher 12 und 14 gleichzeitig zurückgeführt wird.
  • Ist jedoch eine geringere Verzögerung ausreichend, so genügt es, wenn nur einer der Wechselrichter 16, 18 mitsamt dem zugehörigen Energiespeicher 12, 14 rekuperativ betrieben wird, sodass elektrische Energie vom Elektromotor 20 in einen der Energiespeicher 12 oder 14 zurückgeführt wird.
  • Die Auswahl, ob Energie vom Elektromotor 20 in den ersten Energiespeicher 12 oder in den zweiten Energiespeicher 14 zurückgeführt wird, wird von der Steuereinheit getroffen. Beispielsweise kann immer dem Energiespeicher 12, 14 Energie zugeführt werden, der augenblicklich weniger Energie gespeichert hat.
  • In einem weiteren Betriebsmodus des Antriebsstrangs 10 kann Energie aus einem Energiespeicher 12, 14 zum anderen Energiespeicher 14, 12 übertragen werden.
  • Wenn beispielsweise Energie aus dem ersten Energiespeicher 12 in den zweiten Energiespeicher 14 übertragen werden soll, kann hierzu bei einem Bremsmanöver der zweite Wechselrichter 18 mit dem zweiten Energiespeicher 14 rekuperativ betrieben werden. Gleichzeitig wird dann, obwohl derzeit ein Bremsmanöver ausgeführt wird, der erste Wechselrichter 16 mitsamt dem ersten Energiespeicher 12 antreibend betrieben, sodass Energie aus dem ersten Energiespeicher 12 dem Elektromotor 20 zugeführt wird.
  • Diese vom ersten Energiespeicher 12 dem Elektromotor 20 zugeführte Energie wird jedoch (neben der beim Bremsen zurückgewonnenen Energie) sofort vom Elektromotor 20 in den zweiten Energiespeicher 14 rückgeführt, sodass effektiv eine Energieübertragung vom ersten Energiespeicher 12 in den zweiten Energiespeicher 14 erreicht wurde.
  • In gleicher Weise kann eine Energieübertragung vom zweiten Energiespeicher 14 auf den ersten Energiespeicher 12 stattfinden.
  • Diese Art der Energieübertragung zwischen den beiden Energiespeichern 12, 14 ist nicht auf Bremsmanöver beschränkt, sondern kann auch während eines Beschleunigungsmanövers oder einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit durchgeführt werden.
  • Somit können durch den Antriebsstrang 10 sämtliche zum Betrieb des Antriebsstrangs 10 notwendigen Funktionen durchgeführt werden, insbesondere ein Energietransfer zwischen den beiden Energiespeichern 12, 14.
  • Vorteilhaft können die vier-phasige Elektromaschine und die zwei-Phasen Wechselrichter ausgeführt werden, so dass die Kosten der Bauelemente des Antriebsstrangs reduziert werden kann. Außerdem ist die Verbindungsleitungen zwischen den Wechselrichtern 16, 18 und der Elektromaschine 20 damit auch vereinfacht.
  • In 4 ist noch eine weitere Ausführungsform des Antriebsstrangs 10 gezeigt, die im Wesentlichen der in 3 dargestellten Ausführungsform entspricht. Im Folgenden wird daher lediglich auf die Unterschiede eingegangen und gleiche und funktionsgleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Im Gegensatz zum Antriebsstrang der ersten Ausführungsform weist der Antriebsstrang 10 der zweiten Ausführungsform einen Gleichspannungswandler 28 auf. Der Gleichspannungswandler 28 ist dabei einerseits über die Verbindungsleitungen 24 mit dem ersten Energiespeicher 12 und andererseits mittels der Verbindungsleitungen 26 mit dem zweiten Energiespeicher 14 verbunden.
  • Der Gleichspannungswandler stellt somit neben der elektrischen Verbindung über den Elektromotor 20 eine zusätzlich Verbindung zwischen dem ersten Energiespeicher 12 und dem zweiten Energiespeicher 14 her.
  • Über den Gleichspannungswandler 28 kann ebenfalls Energie vom ersten Energiespeicher 12 zum zweiten Energiespeicher 14 transferiert werden oder umgekehrt.
  • Der Gleichspannungswandler 28 wird jedoch nicht dazu verwendet, die maximale Energie von einem der Energiespeicher 12, 14 zum Elektromotor 20 zu übertragen, sodass die maximale Leistung des Gleichspannungswandlers 28 deutlich geringer als die maximale Leistung einer der Energiespeicher 12, 14 gewählt sein kann. Außerdem erfolgt auch der Energietransfer zwischen den beiden Energiespeichern 12, 14 im Vergleich mit dem Energietransfer zum Elektromotor 20 langsam, sodass die Leistung des Gleichspannungswandlers 28 gering gewählt sein kann, ohne die Funktion des Antriebsstranges 10 zu beeinflussen.
  • Auf diese Weise ist ein effizienter Energieaustausch zwischen den Energiespeichern 12, 14 möglich, ohne dass ein großer, schwerer und/oder teurer Gleichspannungswandler 28 notwendig ist.

Claims (8)

  1. Antriebsstrang für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, mit einem Elektromotor (20), einem ersten Energiespeicher (12) und einem zweiten Energiespeicher (14), die jeweils mit dem Elektromotor (20) elektrisch verbunden sind, einem ersten Wechselrichter (16) und einem zweiten Wechselrichter (18), wobei der erste Wechselrichter (16) zwischen dem ersten Energiespeicher (12) und dem Elektromotor (20) vorgesehen ist und wobei der zweite Wechselrichter (18) zwischen dem zweiten Energiespeicher (14) und dem Elektromotor (20) vorgesehen ist, wobei der Elektromotor (20) vier Phasen (22) hat.
  2. Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine der Phasen (22) nur mit dem ersten Wechselrichter (16) verbunden ist und eine andere der Phasen (22) nur mit dem zweiten Wechselrichter (18) verbunden ist.
  3. Antriebsstrang nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wechselrichter (16) und der zweite Wechselrichter (18) ausschließlich an den Phasen (22) des Elektromotors (20) angeschlossen sind.
  4. Antriebsstrang nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wechselrichter (16) und der zweite Wechselrichter (18) zwei-Phasen Wechselrichter sind.
  5. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiespeicher (12) und der zweite Energiespeicher (14) über einen Gleichspannungswandler (28) miteinander elektrisch verbunden sind.
  6. Antriebsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicher (12, 14) Batterien, Akkumulatoren Kondensatoren und/oder Brennstoffzellen sind.
  7. Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybrid-Fahrzeug, mit einem Antriebsstrang gemäß einem der Ansprüche 1-6.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (10) gemäß einem der Ansprüche 1-6, mit wenigstens einem der folgenden Schritte: a) Zuführen von Energie zum Elektromotor (20) aus einem oder beiden Energiespeichern (12, 14) gleichzeitig, b) Rückführen von Energie aus dem Elektromotor (20) in einen oder beide Energiespeicher (12, 14) gleichzeitig, oder c) Zuführen von Energie zum Elektromotor (20) aus einem der Energiespeicher (12, 14) und gleichzeitiges Rückführen von Energie aus dem Elektromotor (20) in den anderen der Energiespeicher (14, 12).
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