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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem und ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems.
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Stand der Technik
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Durch die zunehmende Automatisierung von Fahrzeugen und damit verbundenen neuen Fähigkeiten und Eigenschaften von Fahrzeugen ergeben sich neue Anforderungen an die im Fahrzeug angewandten Systemkomponenten. Dies ist insbesondere bei den Systemkomponenten des Fahrzeugantriebs und der Steuerung der Fall. Bei Fahrzeugkonzepten im Bereich des vollständigen autonomen Fahrens wird üblicherweise keine Eingriffsmöglichkeit für Passagiere in den Fahrbetrieb mehr vorgesehen. Im Falle einer auftretenden Fehlfunktion des Fahrzeugantriebs, beispielsweise bei der Energiezufuhr in Elektrofahrzeugen oder Fehlermeldungen im Steuersystem, kann meist ohne eine vorhandene Hilfskomponente keine zum Betrieb der Fahrzeugsteuerung und des Antriebs notwendige Energie mehr für ein Bordnetz und den Elektromotor bereitgestellt werden. Daher ergibt sich die Notwendigkeit für das Bestehen von Hilfskomponenten wie etwa einen Hilfsantrieb oder eine Hilfsbatterie, mit welchem das Fahrzeug bei einem Ausfall des Hauptantriebs noch hilfsweise für eine kurze Strecke gefahren werden kann.
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Aus der
DE 10 2015 00 7585 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs und ein Notbetrieb bei Batterieausfall in einem Kraftfahrzeug-Bordnetz bekannt. Ein erstes Bordnetz umfasst hierbei eine erste Batterie und einen Generator und ein zweites Bordnetz umfasst eine zweite Batterie, wobei das erste und das zweite Bordnetz über einen DC-DC-Wandler gekoppelt sind. Bei einem Ausfall der ersten Batterie im ersten Bordnetz soll der Generator zur Energieversorgung des zweiten Bordnetzes weiterbetrieben werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft ein elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, und ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems nach Anspruch 10.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, ein elektrisches Antriebssystem anzugeben, welches bei einem Ausfall oder bei einer Fehlfunktion der Hauptenergiequelle ein Fortbestehen der Energieversorgung einer elektrischen Maschine und eines Steuerungs- und/oder Lenksystems für das Antriebssystem gewährleistet. Auf diese Weise kann ein Hilfsbetrieb des elektrischen Antriebssystems sichergestellt werden, um den Antrieb zumindest in einem eingeschränkten Modus weiterbetreiben zu können.
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Erfindungsgemäß umfasst das elektrische Antriebssystem einen Antriebsstrang, eine erste Energiespeichereinheit und eine zweite Energiespeichereinheit, sowie eine elektrische Maschine, welche mit dem Antriebsstrang verbunden ist. Das Antriebssystem umfasst weiterhin einen Inverter, welcher mit der elektrischen Maschine und mit der zweiten Energiespeichereinheit verbunden ist, wobei die elektrische Maschine mit der zweiten Energiespeichereinheit betreibbar ist, sowie einen ersten steuerbaren Gleichspannungswandler, welcher mit der ersten Energiespeichereinheit verbunden ist und über einen ersten Knoten mit dem Inverter und der zweiten Energiespeichereinheit verschaltet ist, wobei der erste Gleichspannungswandler dazu eingerichtet ist, eine erste Spannung von der ersten Energiespeichereinheit in eine zweite Spannung von der zweiten Energiespeichereinheit umzuwandeln. Des Weiteren umfasst das Antriebssystem eine Steuerungseinrichtung, welche dazu eingerichtet ist, den ersten steuerbaren Gleichspannungswandler derart anzusteuern, dass die elektrische Maschine mit der ersten Energiespeichereinheit betreibbar ist.
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Bei der zweiten Energiespeichereinheit handelt es sich vorzugsweise um eine Traktionsbatterie, welche in einem Normalbetrieb des elektrischen Antriebs die Hauptenergiequelle für die elektrische Maschine und/oder ein Bordnetz zur Steuerung der Antriebskomponenten und/oder zum Lenken eines Fahrzeugs darstellt. Bei der Traktionsbatterie kann es sich vorteilhaft um alle gängigen Arten von Batterien handeln, welche zum Erreichen einer ausreichend hohen Spannung für einen Elektroantrieb geeignet sind, insbesondere für einen Hochvoltbetrieb (> 60 V).
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Durch das Vorhandensein der ersten Energiespeichereinheit, zusätzlich zu zweiten Energiespeichereinheit, wird vorteilhaft eine redundante Energieversorgung der elektrischen Maschine und vorteilhaft weiterer Systemkomponenten, welche für die Steuerung des Antriebs und/oder für Lenkmanöver notwendig sind, beispielsweise ein Bordnetz, gewährleistet. Die erste Energiespeichereinheit kann vorteilhaft entsprechend einer Vorgabe ausgeprägt sein, um im Falle eines Betriebs der elektrischen Maschine durch die erste Energiespeichereinheit ein gewünschtes Leistungsprofil für den Hilfsantrieb zu erfüllen, insbesondere bei einem in Leistung, Betriebsdauer oder Reichweite eingeschränkten Hilfsmodus. So kann vorteilhaft je nach Fahrzeugart oder vorgesehener Betriebsart, für welche der elektrische Antrieb angewandt wird, die erste Energiespeichereinheit entsprechend ausgelegt sein, beispielsweise für eine Mindestenergiemenge (bei einer Mindestleistungsanforderung an die elektrische Maschine) oder für eine Mindestreichweite. Auf diese Weise werden vorteilhaft Redundanzen und Synergien im Energiebereich und auch in anderen Domänen des elektrischen Antriebssystems erzeugt, beispielsweise betreffend die Systemsteuerung (Bordnetz), den Antrieb (Traktion) und/oder die Energiespeicherung.
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In einem solchen Antriebssystem können vorteilhaft Fehlfunktionen einzelner Systemkomponenten, insbesondere in der Energieversorgung, zumindest in ihrer Grundfunktion ausgeglichen werden. Dadurch entfällt eine aufwändige Sicherstellung der Verfügbarkeit der jeweiligen einzelnen Systemkomponente, insbesondere einer Hauptbatterie, und es ist lediglich notwendig die Verfügbarkeit des Gesamtsystems, insbesondere eines mit Energie versorgten Antriebs und Bordnetzes, sicherzustellen, wodurch ein fehlertolerantes Batterie- und Antriebssystem bereitgestellt wird. Folglich kann vorteilhaft stets ein Lenkmanöver oder eine Bremshandlung durch das Antriebssystem vorgenommen werden, insbesondere bei Fehlern in Einzelkomponenten. Beispielsweise kann ein einzelner Fehler in einer Betriebsinternen Information, etwa in einer Überwachungsschaltung der Hauptbatterie (CSC-Einheit) vorteilhaft nicht zu einem Ausfall des gesamten Antriebssystems führen.
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Bei der elektrischen Maschine handelt es sich beispielsweise um einen Elektromotor in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise in PKWs, LKWs, Nutzfahrzeugen, Booten, Fluggeräten oder anderen Kraftfahrzeugen. Die elektrische Maschine ist Vorteilhaft für eine Leistung von mehr als oder gleich 30 kW ausgelegt.
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Die Steuerungseinrichtung umfasst vorteilhaft zumindest eine Schaltereinrichtung, mittels welcher der erste Gleichspannungswandler angesteuert werden kann. So wird vorteilhaft ein Grundbetrieb der elektrischen Maschine über die zweite Energiespeichereinheit gewährleistet und über den ersten Gleichspannungswandler ein zusätzlicher Hilfsbetrieb der elektrischen Maschine über die erste Energiespeichereinheit ermöglicht. Hierbei wird über die erste Energiespeichereinheit ein zweiter Leistungspfad für die elektrische Maschine und das Bordnetz bereitgestellt. Eine Umwandlung der ersten Spannung vorteilhaft auf das Spannungsniveau der zweiten Spannung ermöglicht den Betrieb der elektrischen Maschine durch die erste Energiespeichereinheit, auch wenn die elektrische Maschine vorteilhaft auf eine Hochvoltspannung (> 60 V) ausgelegt ist.
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Der Inverter stellt vorteilhaft aus der an diesem angelegter Spannung eine Wechselspannung für die elektrische Maschine bereit. Dies kann vorteilhaft über ein Modulationssignal am Inverter erfolgen, welches beispielsweise von der Steuerungseinrichtung oder vom Bordnetz oder von einer anderen Vorrichtung gesteuert werden kann. Über den ersten Knoten wird vorteilhaft die durch den Gleichspannungswandler umgewandelte Spannung am Inverter angelegt und bei Bedarf die elektrische Maschine mit dieser Spannung betrieben. Bei dem Gleichspannungswandler handelt es sich beispielsweise um einen potentialgetrennten Gegentaktflusswandler, aber auch andere, vorteilhaft potentialgetrennte, Gleichspannungswandler sind zur Anwendung möglich.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems ist die Steuerungseinrichtung zur Energieversorgung mit einem Bordnetz verschaltet.
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Die Steuerungseinrichtung wird vorteilhaft über das Bordnetz mit Energie versorgt, insbesondere über eine 12 V Spannung. Sowohl die Steuerungseinrichtung als auch das Bordnetz umfassen vorteilhaft eine Steuerungselektronik, beispielsweise Schalter, Regelkreise, Rechnereinheiten oder Ähnliches. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, dass anstatt über das Bordnetz die Energieversorgung der Steuerungseinrichtung aus einer anderen Energiequelle zur Verfügung gestellt wird, beispielsweise über eine eigene Energiespeichereinheit für die Steuerungseinrichtung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems ist die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet, die elektrische Maschine bei einer Fehlfunktion der zweiten Energiespeichereinheit mittels der ersten Energiespeichereinheit mit Energie zu versorgen.
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Bei einer Fehlfunktion kann es sich vorteilhaft um ein teilweisen oder vollständigen Ausfall der Energieversorgung durch die zweite Energiespeichereinheit handeln. Bei einem teilweisen Ausfall ist es vorteilhaft möglich, die elektrische Maschine mit Energie sowohl aus der ersten wie aus der zweiten Energiespeichereinheit zu betreiben. Hierbei sind beide Energiespeichereinheiten und der Inverter vorteilhaft über den ersten Knoten und über einen dritten Knoten verbunden. Dadurch wird eine Redundanz für die Energie von den beiden Energiespeichereinheiten im ersten und dritten Knoten geschaffen. Der Betrieb über die erste Energiespeichereinheit kann vorteilhaft auch im Falle eines Kaltstarts oder einer notwendigen Vorkonditionierung der zweiten Energiespeichereinheit erfolgen, etwa bei niedrigen Außentemperaturen beim Einsatz von Hochleistungs-Modulen mit 48 V.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems umfasst der Antriebsstrang in einem Traktionsantrieb ein Getriebe und ein Differential und ist mit einer Achse eines Fahrzeugs mechanisch verbunden, wobei die elektrische Maschine mit dem Getriebe verbunden ist.
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Das Getriebe, das Differential und die elektrische Maschine sind vorteilhaft neben einem Hauptbetrieb von der ersten Energiespeichereinheit auch für einen Hilfsantrieb mit geringeren Leistungsanforderungen (Drehmoment, Drehzahl) und Reichweiten ausgelegt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems umfasst die erste Energiespeichereinheit eine Hilfsbatterie, welche eine erste Spannung von 48 V aufweist.
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Die erste Energiespeichereinheit kann vorteilhaft ein 48 V Modul umfassen, und beispielsweise für Hochenergie oder Hochleistung ausgeprägt sein. Das 48 V Modul ist vorteilhaft in sich abgesichert. Dies eignet sich insbesondere für die Gewährleistung einer ausreichenden Energiemenge für die elektrische Maschine um eine geforderte Mindestleistung und/oder Mindestreichweite bei einem Ausfall der zweiten Energiespeichereinheit zu erzielen. Das 48 V Modul kann vorteilhaft Hybrid- und andere Anwendungen zum Last- und Energiemanagement (LeM) umfassen. Die Hilfsbatterie kann vorteilhaft eine Energie von 300 Wh bis 3 kWh bereitstellen. Die erste Energiespeichereinheit kann auch einen Stapel mehrerer Batterien umfassen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems umfasst die zweite Energiespeichereinheit eine Hochvoltbatterie, wobei die zweite Spannung größer oder gleich 60 V beträgt.
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Die Hochvoltbatterie kann vorteilhaft eine Leistung von größer oder gleich 3 kWh bereitstellen. Um einen Betrieb der elektrischen Maschine mit der ersten und der zweiten Energiespeichereinheit zu ermöglichen, ist die elektrische Maschine vorteilhaft mehrphasig ausgelegt. Die zweite Energiespeichereinheit kann auch einen Stapel mehrerer Batterien umfassen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems ist dieses an ein Bordnetz angeschlossen und umfasst einen zweiten steuerbaren Gleichspannungswandler, wobei der zweite Gleichspannungswandler mit dem Bordnetz verbunden ist und über einen zweiten Knoten mit der ersten Energiespeichereinheit verbunden ist, und dazu eingerichtet ist, die erste Spannung in ein Spannungsniveau für das Bordnetz umzuwandeln, und die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, den zweiten Gleichspannungswandler derart anzusteuern, dass das Bordnetz mit der ersten Energiespeichereinheit betreibbar ist.
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Durch die Umwandlung der ersten Spannung auf das Spannungsniveau für das Bordnetz ist es vorteilhaft möglich, das Bordnetz auch über die erste Energiespeichereinheit mit Energie zu versorgen, um zur Sicherheit eine ständige Energieversorgung des Bordnetzes sicherzustellen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems ist dieses an ein Bordnetz angeschlossen und umfasst einen dritten steuerbaren Gleichspannungswandler, wobei der dritte Gleichspannungswandler mit dem Bordnetz verbunden ist und über den ersten Knoten mit der zweiten Energiespeichereinheit verbunden ist, und dazu eingerichtet ist, die zweite Spannung in ein Spannungsniveau für das Bordnetz umzuwandeln, und die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, den dritten Gleichspannungswandler derart anzusteuern, dass das Bordnetz mit der zweiten Energiespeichereinheit betreibbar ist.
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Bei einem ausreichenden Energiefluss von der zweiten Energiespeichereinheit, vorteilhaft bei einem fehlerfreien oder ausreichenden Betrieb (ausreichendes Spannungsniveau zum Betrieb) der zweiten Energiespeichereinheit, kann das Bordnetz vorteilhaft auch über die zweite Energiespeichereinheit oder gemeinsam von der ersten und der zweiten Energiespeichereinheit mit Energie versorgt werden. Hierbei nutzt vorteilhaft die Steuerungseinrichtung die Redundanz für die Energie mit der Wahl des jeweiligen zur Verfügung stehenden Strompfades.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems ist die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet, bei einer Fehlfunktion der zweiten Energiespeichereinheit das Bordnetz über die erste Energiespeichereinheit mit Energie zu versorgen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems umfasst dieses eine Stützbatterie, welche mit dem Bordnetz verschaltet ist.
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Die Stützbatterie weist vorteilhaft eine Spannung von 12 V auf und ist für den Betrieb einer Elektronik des Bordnetzes vorgesehen. Die Spannung von 12 V entspricht dem Spannungsniveau für das Bordnetz. Die Stützbatterie kann das Bordnetz ohne eine zusätzliche Energieversorgung von der ersten oder der zweiten Energiespeichereinheit mit ausreichend Energie, vorteilhaft auch während einer Fehlfunktion der zweiten oder auch der ersten Energiespeichereinheit, sicher versorgen.
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Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems in einem Verfahrensschritt S1 ein elektrisches Antriebssystems mit einer ersten Energiespeichereinheit, einer zweiten Energiespeichereinheit, einer elektrischen Maschine, einem ersten steuerbaren Gleichspannungswandler, einem Inverter und einer Steuerungseinrichtung bereitgestellt. Des Weiteren wird in einem weiteren Verfahrensschritt S2 die elektrische Maschine durch den Inverter mit einer Spannung über die zweite Energiespeichereinheit angesteuert. In einem weiteren Verfahrensschritt S3 wird der erste Gleichspannungswandler mittels der Steuerungseinrichtung angesteuert, so dass die elektrische Maschine durch die erste Energiespeichereinheit betrieben wird, wobei der erste Gleichspannungswandler eine erste Spannung von der ersten Energiespeichereinheit in eine zweite Spannung von der zweiten Energiespeichereinheit umwandelt.
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Das Ansteuern des Inverters mit Spannung über die zweite Energiespeichereinheit erfolgt vorteilhaft auf dem Niveau der zweiten Spannung, wobei der Inverter aus dieser Spannung eine Wechselspannung für die elektrische Maschine erzeugt. Die am Inverter angelegte Spannung (zweite Spannung) kann im Rahmen der Auslegung der elektrischen Maschine unterschiedlich sein, und deren Betrag muss lediglich jener Spannung entsprechen, welche zum Erreichen der vorgegebenen (ausgelegten) Leistung der elektrischen Maschine vorgesehen ist, die zweite Spannung kann daher eine Wert innerhalb eines Maximal- und Minimalwertes annehmen, beispielsweise 300 V bis 500 V. Fällt die zweite Spannung unter den Minimalwert, kann die Steuerungseinrichtung den Betrieb der elektrischen Maschine über die erste Energiespeichereinheit schalten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens betreibt im Verfahrensschritt S3 die Steuerungseinrichtung die elektrische Maschine bei einer Fehlfunktion der zweiten Energiespeichereinheit mittels der ersten Energiespeichereinheit.
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Der Verfahrensschritt S3 erfolgt vorteilhaft nachdem Eintreten einer Fehlfunktion der zweiten Energiespeichereinheit oder vor dem Verfahrensschritt S2, beispielsweise bei einer Vorkonditionierung der zweiten Energiespeichereinheit. So kann vorteilhaft die erste Energiespeichereinheit auch dann genutzt werden, wenn die zweite Energiespeichereinheit noch nicht ordentlich funktioniert (Startphase). Die notwendigen Energieflüsse werden dabei vorteilhaft von der Steuerungseinrichtung über die drei Gleichspannungswandler gesteuert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens steuert in einem Verfahrensschritt S4 die Steuerungseinrichtung einen zweiten steuerbaren Gleichspannungswandler und/oder einen dritten steuerbaren Gleichspannungswandler an und betreibt dadurch ein Bordnetz mit der ersten Energiespeichereinheit und/oder mit der zweiten Energiespeichereinheit, wobei durch den zweiten Gleichspannungswandler eine erste Spannung von der ersten Energiespeichereinheit an ein Spannungsniveau für das Bordnetz umgewandelt wird und/oder durch den dritten Gleichspannungswandler eine zweite Spannung von der zweiten Energiespeichereinheit an das Spannungsniveau für das Bordnetz umgewandelt wird. Die Verfahrensschritte S1, S2, S3 und S4 erfolgen vorteilhaft in der genannten Reihenfolge.
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Das Bordnetz kann vorteilhaft von der ersten Energiespeichereinheit oder von der zweiten Energiespeichereinheit oder von beiden gleichzeitig angesteuert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird ein Bordnetz durch eine Stützbatterie mit Energie versorgt.
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Hierbei kann auch die Steuerungseinrichtung über die Stützbatterie mit Energie versorgt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens versorgt im Falle einer Fehlfunktion der zweiten Energiespeichereinheit die Steuerungseinrichtung das Bordnetz mittels der ersten Energiespeichereinheit und/oder mittels der Stützbatterie mit Energie.
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Das Verfahren kann vorteilhaft auch gemäß der Ausführungen zum elektrischen Antriebssystem ausgeführt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein schematisches Schaltbild eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein schematisches Schaltbild eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Das elektrische Antriebssystem 1 ist vorteilhaft über einen Antriebsstrang AS mit einer Achse A eines Fahrzeugs verbunden, wobei ein Getriebe G über ein Differential D eine Kraft von der elektrischen Maschine EM an die Achse A bringt. Dieser Aufbau stellt einen Traktionsantrieb dar. Im Normalbetrieb wird die Energieversorgung der elektrischen Maschine EM durch die zweite Energiespeichereinheit B2 mit der zweiten Spannung U2 bereitgestellt, wobei die zweite Energiespeichereinheit B2 über einen dritten Knoten K3 mit dem Inverter INV verschaltet ist, welcher wiederum die elektrische Maschine EM mit einer Wechselspannung, nach Umwandlung der zweiten Spannung U2 im Inverter INV, betreibt. Die zweite Energiespeichereinheit B2 umfasst vorteilhaft eine Hochvoltbatterie, beispielsweise mit einer zweiten Spannung U2 von 300 V bis 400 V.
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Die erste Energiespeichereinheit B1 ist über einen zweiten Knoten K2 mit einem ersten Gleichspannungswandler W1 verbunden, wobei der ersten Gleichspannungswandler W1 die erste Spannung U1 von der ersten Energiespeichereinheit B1 in eine zweite Spannung U2 umwandelt. Die erste Spannung U1 der ersten Energiespeichereinheit B1, vorteilhaft einer Hilfsbatterie, beträgt vorteilhaft 48 V. Der erste Gleichspannungswandler W1 ist über einen ersten Knoten K1 mit dem Inverter INV und der zweiten Energiespeichereinheit B2 verschaltet, vorteilhaft am ersten Knoten K1 an die zweite Spannung U2 angelegt. Der erste Gleichspannungswandler W1 wird durch die Steuerungseinrichtung SE angesteuert, mit welcher er elektrisch verschaltet ist. In der 1 ist eine schematische Verschaltung der Steuerungseinrichtung SE mit dem ersten Gleichspannungswandler W1 dargestellt. Die Steuerungseinrichtung SE kann vorteilhaft noch Schaltereinrichtungen umfassen (nicht dargestellt), mit welchen der erste Gleichspannungswandler W1 angesteuert werden kann.
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Das Antriebssystem 1 kann vorteilhaft ein Bordnetz L umfassen, oder ist zumindest mit einem verschaltet. Das Bordnetz bezeichnet hierbei einen Oberbegriff für sämtliche Fahrzeug- und Bordelektronik, welche zur Steuerung eines Fahrzeugs, der Bedienung des Traktionsantriebs, beispielsweise zum Bremsen, Beschleunigen, Lenken, oder für den Bordcomputer dient. Das Bordnetz L wird über einen Strang versorgt, welcher auf das Spannungsniveu U3 des Bordnetzes L, vorteilhaft 12 V, ausgelegt ist. Die Steuerungseinrichtung SE kann vorteilhaft auch über diesen 12 V - Strang, oder vom Bordnetz L aus mit Strom versorgt werden (nicht gezeigt). Um diesen Strang in einem Hilfsbetrieb mit einer entsprechenden Spannung zu versorgen, wird vorteilhaft ein zweiter steuerbarer Gleichspannungswandler W2 am zweiten Knoten K2 mit der ersten Energiespeichereinheit B1 verschaltet. Der zweite Gleichspannungswandler W2 wird durch die Steuerungseinrichtung SE angesteuert, vorteilhaft wird dieser durch Schaltereinrichtungen in der Steuerungseinrichtung SE aktiviert, und wandelt dabei die erste Spannung U1 in ein Spannungsniveau U3 des Bordnetzes L um, um dieses betreiben zu können. Für den Fall, dass eine interne Stromversorgung des Bordnetzes L ausfällt, oder um diese interne Stromversorgung des Bordnetzes L aus Sicherheitsgründen nur in Notfällen zu belasten, oder falls eine Stromversorgung des Bordnetzes von der zweiten Energiespeichereinheit B2 nicht gewährleistet werden kann, ist es vorteilhaft, das Bordnetz L über die erste Energiespeichereinheit B1 mit Energie zu versorgen. Dadurch kann bei einer Fehlfunktion der Hauptbatterie, insbesondere der zweiten Energiespeichereinheit B2, die Steuerungseinrichtung SE den zweiten Gleichspannungswandler entsprechend aktivieren und das Bordnetz L weiterhin betriebsfähig halten um einen Hilfsmodus des elektrischen Antriebssystems zu betreiben.
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Das elektrische Antriebssystem 1 umfasst weiterhin einen dritten steuerbaren Gleichspannungswandler W3, welcher von der Steuerungseinrichtung SE angesteuert werden kann, um eine zweite Spannung U2 von der zweiten Energiespeichereinheit B2 in ein Spannungsniveau U3 des Bordnetzes L umzuwandeln. Der dritte Gleichspannungswandler W3 ist vorteilhaft über den ersten Knoten mit der zweiten Energiespeichereinheit B2 verschaltet. Um Redundanzen in der Verschaltung von erster Energiespeichereinheit B1, zweiter Energiespeichereinheit B2, der elektrischen Maschine EM und dem Bordnetz L zu ermöglichen, insbesondere um mehrere mögliche Strompfade in der Schaltungsanordnung bereitzustellen und somit einen Ausfall einer Einzelkomponente besser kompensieren zu können, werden vorteilhaft verschiedene Strompfade in der Schalteranordnung des elektrischen Antriebssystems 1 über die Knoten K1, K2, K3 und K4 bereitgestellt. Diesbezüglich sind vorteilhaft der erste Gleichspannungswandler W1 und der dritte Gleichspannungswandler W3 über den ersten Knoten K1 miteinander verschaltet und am Knoten K1 an die zum Betrieb der elektrischen Maschine notwendigen zweiten Spannung U2 angelegt oder stellen diese an K1 bereit. Am Knoten K1 kann also der Strom zum Betrieb des Bordnetzes L entweder von der ersten Energiespeichereinheit B1 oder von der zweiten Energiespeichereinheit B2 an den dritten Gleichspannungswandler W3 weitergegeben werden. Am dritten Knoten K3 kann vorteilhaft der Strom von der ersten Energiespeichereinheit B1 oder von der zweiten Energiespeichereinheit B2 an den Inverter INV weitergegeben werden und am vierten Knoten K4 kann vorteilhaft der Strom von der ersten Energiespeichereinheit B1 oder von der zweiten Energiespeichereinheit B2 an das Bordnetz L weitergegeben werden, je nachdem welcher Gleichspannungswandler von der Steuerungseinrichtung SE geschaltet ist. Auf diese Weise sind mehrere mögliche Strompfade in der Verschaltung zur Kompensation von Fehlbetrieben einzelner Bauteile ermöglicht. Durch solche Redundanzen kann vorteilhaft der Betrieb des Gesamtsystems sichergestellt werden, wobei Fehler in einzelnen Komponenten nicht das Gesamtsystem zum Erliegen bringen.
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Analog zum Ausführungsbeispiel der 1 ist es auch möglich, beliebig viele Batterien auch unterschiedlicher Nennspannung über Gleichspannungswandler an das Bordnetz und/oder die elektrische Maschine anzuschließen.
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2 zeigt ein schematisches Schaltbild eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Das elektrische Antriebssystem 1 in der 2 unterscheidet sich lediglich dadurch von der Anordnung in der 1, dass das elektrische Antriebssystem 1 eine Stützbatterie B3 umfasst, welche mit dem Bordnetz L verschaltet ist. Diese Stützbatterie weist vorteilhaft eine Spannung U3 von 12 V auf und ist im Knoten K5 direkt an das Spannungsniveau des Bordnetzes L angelegt. Das Spannungsniveau des Bordnetzes entspricht vorteilhaft der Spannung von 12 V. Die Stützbatterie kann vorteilhaft auch mit der Steuerungseinrichtung SE verbunden sein, wobei die Stützbatterie vorteilhaft durch eine Schaltereinheit in der Steuerungseinrichtung SE zugeschaltet werden kann. Die Stützbatterie B3 kann vorteilhaft auch die Steuerungseinrichtung SE mit Strom versorgen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015007585 A1 [0003]
