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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 13.
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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 für ein Steuerungs- und/oder Lenksystems für das Antriebssystem gewährleistet und einen Hilfsantrieb zur Verfügung stellt. 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 ersten Antriebsstrang mit einer ersten Energiespeichereinheit, einer ersten elektrischen Maschine, und einem ersten Inverter. Des Weiteren umfasst das elektrische Antriebssystem einen zweiten Antriebsstrang mit einer zweiten Energiespeichereinheit, einer zweiten elektrischen Maschine und einem zweiten Inverter. Des Weiteren umfasst das elektrische Antriebssystem eine Steuerungseinrichtung, welche mit dem ersten Inverter und mit dem zweiten Inverter verbunden ist, wobei die erste elektrische Maschine über den ersten Inverter mit der ersten Energiespeichereinheit verbunden ist und die zweite elektrische Maschine über den zweiten Inverter mit der zweiten Energiespeichereinheit verbunden ist. Der erste Inverter ist zum Betreiben der ersten elektrischen Maschine von der Steuerungseinrichtung ansteuerbar und der zweite Inverter ist zum Betreiben der zweiten elektrischen Maschine von der Steuerungseinrichtung ansteuerbar.
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Bei der ersten 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 zweiten Energiespeichereinheit, zusätzlich zur ersten Energiespeichereinheit, und somit eines zweiten Traktionsantriebs (Hilfsantrieb), wird vorteilhaft eine Redundanz für den Traktionsantrieb erzielt.
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Die zweite Energiespeichereinheit kann vorteilhaft entsprechend einer Vorgabe ausgeprägt sein, um im Falle eines Betriebs der zweiten elektrischen Maschine ein gewünschtes Leistungsprofil für den Hilfsantrieb zu erfüllen, insbesondere bei einem in Leistung, Betriebsdauer oder Reichweite eingeschränkten Hilfsmodus.
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So kann vorteilhaft je nach Fahrzeugart oder vorgesehener Betriebsart, für welche der elektrische Antrieb angewandt wird, die zweite 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 für den Traktionsantrieb 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 (erste Energiespeichereinheit), und es ist lediglich notwendig die Verfügbarkeit des Gesamtsystems, insbesondere eines mit Energie versorgten Antriebs und Bordnetzes (erster oder zweiter Traktionsantrieb), sicherzustellen, wodurch ein fehlertolerantes Batterie- und Antriebssystem bereitgestellt wird. Folglich kann vorteilhaft stets ein Lenkmanöver oder eine Bremshandlung durch den ersten oder durch den zweiten Traktionsantrieb vorgenommen werden, insbesondere bei Fehlern in Einzelkomponenten im ersten Antriebsstrang kann auf den zweiten Antriebsstrang ausgewichen werden. 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, insbesondere beider Traktionsantriebe, führen.
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Bei der ersten und der zweiten elektrischen Maschine handelt es sich beispielsweise um einen Elektromotor in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise in PKWs, LKWs, Nutzfahrzeugen, Booten, Fluggeräten oder anderen Kraftfahrzeugen. Die erste und/oder die zweite elektrische Maschine ist vorteilhaft für eine Leistung von mehr als oder gleich 30 kW ausgelegt.
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Alternativ zum Konzept des Hilfsantriebs mit der zweiten Energiespeichereinheit als Hilfsbatterie und der zweiten elektrischen Maschine als schwächer ausgelegte Hilfsmaschine kann die zweite Energiespeichereinheit auch identisch der ersten Energiespeichereinheit und die zweite elektrische Maschine identisch der ersten elektrischen Maschine, oder auch leistungsstärker als diese, ausgelegt sein. Dadurch kann der zweite Traktionsantrieb vorteilhaft zumindest ebenso leistungsstark ausgelegt sein wie der erste Traktionsantrieb. Hierbei können beide Traktionsantriebe einen Allradantrieb eines Fahrzeugs darstellen.
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Der erste und der zweite Inverter stellen vorteilhaft aus der an diesen angelegter Spannung eine Wechselspannung für die elektrische Maschine bereit. Dies kann vorteilhaft über ein Modulationssignal am Inverter erfolgen, welches vorteilhaft von der Steuerungseinrichtung gesteuert werden kann. Die Steuerungseinrichtung weist vorteilhaft für jeden Inverter eine eigene Schaltereinrichtung auf, mit welcher der erste Inverter und der zweite Inverter gesteuert (ein- oder ausgeschaltet) werden können.
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Die erste elektrische Maschine ist beispielsweise für eine Leistung von zumindest 30 kW, und die zweite elektrische Maschine für eine Leistung von höchstens 15 kW ausgelegt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems umfasst der erste Antriebsstrang einen ersten Gleichspannungswandler, wobei der erste Gleichspannungswandler mit der ersten Energiespeichereinheit und mit einem ersten Bordnetz verbunden ist, und welcher dazu eingerichtet ist, eine erste Spannung von der ersten Energiespeichereinheit in ein Spannungsniveau von dem ersten Bordnetz umzuwandeln.
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Durch die Umwandlung der ersten Spannung auf das Spannungsniveau für das erste Bordnetz, vorzugsweise auf 12 V, ist es vorteilhaft möglich, das erste Bordnetz über die erste Energiespeichereinheit mit Energie zu versorgen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems umfasst der zweite Antriebsstrang einen zweiten Gleichspannungswandler, wobei der zweite Gleichspannungswandler mit der zweiten Energiespeichereinheit und mit einem zweiten Bordnetz verbunden ist, und welcher dazu eingerichtet ist, eine zweite Spannung von der zweiten Energiespeichereinheit in ein Spannungsniveau von dem zweiten Bordnetz umzuwandeln.
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Bei dem Gleichspannungswandler(n) handelt es sich beispielsweise um einen potentialgetrennten Gegentaktflusswandler, aber auch andere, vorteilhaft potentialgetrennte, Gleichspannungswandler sind zur Anwendung möglich.
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Durch die Umwandlung der zweiten Spannung auf das Spannungsniveau für das zweite Bordnetz, vorzugsweise auf 12 V, ist es vorteilhaft möglich, das zweite Bordnetz über die zweite Energiespeichereinheit mit Energie zu versorgen. Dies ist insbesondere für eine von der ersten Energiespeichereinheit unabhängige Energieversorgung eines zweiten Bordnetzes vorteilhaft. Auf diese Weise kann der zweite Traktionsantrieb mit einem (zweiten) Bordnetz kontrolliert (gesteuert) werden, insbesondere unabhängig von einer etwaigen Fehlfunktion der Energieversorgung aus der ersten Energiespeichereinheit.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems umfasst die Steuerungseinrichtung zumindest zwei gleichartige Teilsteuerungseinrichtungen, wobei jede der Teilsteuerungseinrichtungen eine Prüfeinrichtung umfasst, die dazu eingerichtet ist ein korrektes Funktionieren der Teilsteuerungseinrichtung zu überprüfen. Bei der Prüfeinrichtung handelt es sich vorteilhaft um einen sogenannten „Watch-Dog“, welcher deren korrekte Funktion überprüft (z.B. Prüfsummen etc...). Tritt in der aktiven Teilsteuerungseinrichtung ein Fehler auf, übernimmt eine andere Teilsteuerungseinrichtung die Steuerung der gesamten Anordnung. Bei drei und mehr Teilsteuerungseinrichtungen kann ein Steuerbefehl auch nur dann ausgelöst werden, wenn mindestens zwei Teilsteuerungseinrichtungen ein identisches Ergebnis liefern.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems umfasst die Steuerungseinrichtung eine erste Schaltereinheit und eine zweite Schaltereinheit, und der erste Gleichspannungswandler ist über einen zweiten Knoten mit dem zweiten Bordnetz und der zweite Gleichspannungswandler ist über einen ersten Knoten mit dem ersten Bordnetz verbunden, wobei der erste Gleichspannungswandler über die zweite Schaltereinheit mit dem zweiten Knoten verbunden ist und der zweite Gleichspannungswandler über die erste Schaltereinheit mit dem ersten Knoten verbunden ist, wobei die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet ist, die erste Schaltereinheit und die zweite Schaltereinheit derart anzusteuern, dass das erste Bordnetz und das zweite Bordnetz mit der ersten Energiespeichereinheit oder das erste Bordnetz und das zweite Bordnetz mit der zweiten Energiespeichereinheit betreibbar sind.
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Durch die zweite Energiespeichereinheit wird eine Hilfsenergiequelle auch für das erste Bordnetz bereitgestellt, wodurch vorteilhaft eine Redundanz in der Energieversorgung für das erste Bordnetz und vorteilhaft weiterer Systemkomponenten, welche für die Steuerung des Antriebs und/oder für Lenkmanöver notwendig sind gewährleistet wird. Mittels der ersten Schaltereinrichtung kann die Steuerungseinrichtung vorteilhaft für das erste Bordnetz die Energieversorgung vom zweiten Antriebsstrang zuschalten und in analoger Weise für das zweite Bordnetz die Energieversorgung vom ersten Antriebsstrang durch das Ansteuern der zweiten Schaltereinrichtung zuschalten.
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Hierbei nutzt die Steuerungseinrichtung vorteilhaft die Redundanz für die Energie für die beiden Bordnetze mit der Wahl des jeweiligen zur Verfügung stehenden Strompfades.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems umfasst die erste und die zweite Schaltereinheit eine Gleichrichterdiode.
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Weitere Varianten können eine Anordnung aus einem oder mehreren Halbleiterschaltern vorsehen oder auch eine elektromechanische Schützschaltung umfassen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems umfasst der erste Antriebsstrang eine erste Stützbatterie, welche mit dem ersten Bordnetz verbunden ist und/oder der zweite Antriebsstrang eine zweite Stützbatterie, welche mit dem zweiten Bordnetz verbunden ist.
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Die Stützbatterie(n) weist vorteilhaft eine Spannung von 12 V auf und ist für den Betrieb einer Elektronik des ersten und/oder des zweiten Bordnetzes vorgesehen. Die Spannung von 12 V entspricht dem Spannungsniveau für das erste und/oder das zweite 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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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems ist der erste Antriebsstrang mit einer ersten Achse eines Fahrzeugs mechanisch verbunden, und der zweite Antriebsstrang ist mit einer zweiten Achse des Fahrzeugs mechanisch verbunden.
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Der erste Antriebsstrang ist vorteilhaft über die erste elektrische Maschine vorteilhaft durch ein erstes Differential und ein erstes Getriebe mit der ersten Achse eines Fahrzeugs verbunden, wobei das Getriebe G über das Differential D eine Kraft von der ersten elektrischen Maschine an die erste Achse A bringt. Der zweite Antriebsstrang ist vorteilhaft analog dazu über die zweite elektrische Maschine durch ein zweites Differential und ein zweites Getriebe mit der zweiten Achse eines Fahrzeugs verbunden. Für den Fall, dass die erste und die zweite elektrische Maschine für unterschiedliche Leistungen ausgelegt sind, können die Differentiale und Getriebe vorteilhaft unterschiedlich oder gleich ausgelegt oder gleich sein.
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Ansonsten sind das zweite Getriebe, das zweite Differential und die zweite elektrische Maschine vorteilhaft für einen Hilfsantrieb mit geringeren Leistungsanforderungen (Drehmoment, Drehzahl) und Reichweiten ausgelegt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems umfasst der erste Antriebsstrang das erste Bordnetz und/oder der zweite Antriebsstrang umfasst das zweite Bordnetz.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems ist die Steuerungseinrichtung dazu eingerichtet, bei einer Fehlfunktion der ersten Energiespeichereinheit, den zweiten Traktionsantrieb mittels der zweiten elektrischen Maschine anzutreiben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems umfasst die erste Energiespeichereinheit eine Hochvoltbatterie, welche eine erste Spannung größer oder gleich 60 V aufweist und die zweite Energiespeichereinheit umfasst eine Hilfsbatterie, welche eine zweite Spannung von 48 V aufweist.
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Die Hochvoltbatterie kann vorteilhaft eine Leistung von größer oder gleich 3 kWh bereitstellen. Die erste Energiespeichereinheit kann vorteilhaft auch einen Stapel mehrerer Batterien umfassen.
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Die zweite 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 zweite elektrische Maschine um eine geforderte Mindestleistung und/oder Mindestreichweite bei einem Ausfall des ersten Traktionsantriebs 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 zweite Energiespeichereinheit kann auch einen Stapel mehrerer Batterien umfassen.
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Weiterhin ist es vorteilhaft auch möglich, dass zumindest eine der beiden Energiespeichereinheiten eine Brennstoffzelle oder ein Supercap umfasst.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des elektrischen Antriebssystems ist die Steuerungseinrichtung zur Energieversorgung mit dem ersten Bordnetz und/oder mit dem zweiten Bordnetz verbunden.
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Die Steuerungseinrichtung wird vorteilhaft über das erste und/oder das zweite 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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Erfindungsgemäß wird bei einem Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems in einem Verfahrensschritt S1 ein erster Antriebsstrangs mit einer ersten Energiespeichereinheit, einer ersten elektrischen Maschine und einem ersten Inverter bereitgestellt, und ein zweiter Antriebsstrangs mit einer zweiten Energiespeichereinheit, einer zweiten elektrischen Maschine und einem zweiten Inverter, sowie eine Steuerungseinrichtung bereitgestellt. Des Weiteren wird in einem Verfahrensschritt S2 der erste Inverter mit einer ersten Spannung von der ersten Energiespeichereinheit mittels der Steuerungseinrichtung angesteuert und ein erster Traktionsantriebs mit der ersten elektrischen Maschine betrieben und/oder in einem Verfahrensschritt S3 der zweite Inverter mit einer zweiten Spannung von der zweiten Energiespeichereinheit mittels der Steuerungseinrichtung angesteuert und ein zweiter Traktionsantriebs mit der zweiten elektrischen Maschine betrieben.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird im Verfahrensschritt S1 im ersten Antriebsstrang ein erster Gleichspannungswandler bereitgestellt, wobei der erste Gleichspannungswandler mit der ersten Energiespeichereinheit und mit einem ersten Bordnetz verbunden wird, und im zweiten Antriebsstrang ein zweiter Gleichspannungswandler bereitgestellt, wobei der zweite Gleichspannungswandler mit der zweiten Energiespeichereinheit und mit einem zweiten Bordnetz verbunden wird. Des Weiteren wird bei einer Fehlfunktion der ersten Energiespeichereinheit der Verfahrensschritt S3 durchgeführt. In einem Verfahrensschritt S4 steuert die Steuerungseinrichtung eine erste Schaltereinheit, welche mit dem zweiten Gleichspannungswandler verbunden ist, und/oder eine zweite Schaltereinheit, welche mit dem ersten Gleichspannungswandler verbunden ist, derart an, dass das erste Bordnetz und das zweite Bordnetz mit der ersten Energiespeichereinheit oder das erste Bordnetz und das zweite Bordnetz mit der zweiten Energiespeichereinheit betrieben werden, wobei der erste Gleichspannungswandler eine erste Spannung von der ersten Energiespeichereinheit in ein Spannungsniveau von dem ersten Bordnetz umwandelt und der zweite Gleichspannungswandler eine zweite Spannung von der zweiten Energiespeichereinheit in ein Spannungsniveau von dem zweiten Bordnetz umwandelt.
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Bei einer Fehlfunktion kann es sich vorteilhaft um einen teilweisen oder vollständigen Ausfall der Energieversorgung durch die erste Energiespeichereinheit handeln. Bei einem teilweisen Ausfall, oder auch für einen Allradantrieb, ist es vorteilhaft möglich, den zweiten Traktionsantrieb unterstützend zum ersten Traktionsantrieb zuzuschalten. Der Betrieb über die zweite Energiespeichereinheit kann vorteilhaft auch im Falle eines Kaltstarts oder einer notwendigen Vorkonditionierung der ersten Energiespeichereinheit erfolgen, etwa bei niedrigen Außentemperaturen beim Einsatz von Hochleistungs-Modulen mit 48 V als zweite Energiespeichereinheit.
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Die Steuerungseinrichtung erkennt vorteilhaft eine Fehlfunktion der ersten Energiespeichereinheit oder des ersten Traktionsantriebs und schaltet daraufhin den zweiten Traktionsantrieb zu, indem sie den zweiten Inverter entsprechend mit einer zweiten Spannung ansteuert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens steuert im ersten Antriebsstrang eine erste Stützbatterie das erste Bordnetz an und/oder im zweiten Antriebsstrang steuert eine zweite Stützbatterie das zweite Bordnetz an.
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Das Verfahren kann vorteilhaft auch gemäß den 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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Figurenliste
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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.
- 3 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 ersten Antriebsstrang AS1 mit einer ersten Achse A1 eines Fahrzeugs, und über einen zweiten Antriebsstrang AS2 mit einer zweiten Achse A2 verbunden. Ein erstes Getriebe G1 bringt vorteilhaft über ein erstes Differential D1 eine Kraft von der ersten elektrischen Maschine EM1 aus dem ersten Antriebsstrang AS1 an die erste Achse A1 (erster Traktionsantrieb). Ein zweites Getriebe G2 bringt vorteilhaft über ein zweites Differential D2 eine Kraft von der zweiten elektrischen Maschine EM2 aus dem zweiten Antriebsstrang AS2 an die zweite Achse A2 (zweiter Traktionsantrieb). Im Normalbetrieb wird das Fahrzeug über den ersten Antriebsstrang AS1 angetrieben. Hierbei ist eine Steuerungseinrichtung SE mit einem ersten Inverter INV1 im ersten Antriebsstrang AS1 verbunden, welcher mit der ersten elektrischen Maschine EM1 verbunden ist und diese mit einer ersten Spannung U1 von der ersten Energiespeichereinheit B1 versorgt. Die Steuerungseinrichtung SE oder der erste Inverter INV1 umfasst vorteilhaft eine Schaltereinheit (nicht gezeigt), mit welcher der Stromfluss von der ersten Energiespeichereinrichtung B1 am Inverter INV1 unterbrochen werden kann.
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Für einen Hilfsantrieb oder für einen Allradantrieb wird der zweite Traktionsantrieb durch die Steuerungseinrichtung SE eingeschaltet, indem die zweite elektrische Maschine EM2 über den zweiten Inverter INV2 mit Energie von der zweiten Energiespeichereinheit B2 versorgt wird. Die Steuerungseinrichtung SE oder der zweite Inverter INV2 umfasst vorteilhaft eine Schaltereinheit (nicht gezeigt), mit welcher der Stromfluss von der zweiten Energiespeichereinrichtung B2 am Inverter INV2 unterbrochen oder eingeschaltet werden kann. Die Steuerungseinrichtung SE kann vorteilhaft in einem Fahrzeug, oder innerhalb des ersten oder zweiten Antriebsstrangs angeordnet sein.
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Die erste Energiespeichereinheit B1 umfasst vorteilhaft eine Hochvoltbatterie, beispielsweise mit einer ersten Spannung U1 von 300 V bis 400 V.
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Der erste Antriebsstrang AS1 umfasst ein erstes Bordnetz L1, oder ist lediglich mit einem verschaltet, welches über einen ersten Gleichspannungswandler W1 mit der ersten Energiespeichereinheit B1 verbunden ist. Der erste Gleichspannungswandler W1 wandelt die erste Spannung U1 von der ersten Energiespeichereinheit B1 in ein Spannungsniveau UL1, insbesondere 12 V, von dem ersten Bordnetz L1 um. Der zweite Antriebsstrang AS2 umfasst ein zweites Bordnetz L2, oder ist lediglich mit einem verschaltet, welches über einen zweiten Gleichspannungswandler W2 mit der zweiten Energiespeichereinheit B2 verbunden ist. Der zweite Gleichspannungswandler W2 wandelt die zweite Spannung U2 von der zweiten Energiespeichereinheit B2 in ein Spannungsniveau UL2, insbesondere 12 V, von dem zweiten Bordnetz L2 um.
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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.
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Die Steuerungseinrichtung SE kann vorteilhaft auch über diesen 12 V - Strang, oder vom Bordnetz L aus mit Strom versorgt werden (nicht gezeigt).
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Die am ersten Inverter INV1 angelegte erste Spannung U1 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 ersten elektrischen Maschine EM1 vorgesehen ist. Fällt die erste Spannung U1 unterhalb eines Mindestwertes, kann der zweite Traktionsantrieb zugeschaltet werden. Die erste Spannung U1 kann beispielsweise 300 V bis 500 V betragen.
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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 dadurch von der Anordnung in der 1, dass der erste Antriebsstrang AS1 und der zweite Antriebsstrang AS2 eine gegenseitige Verschaltung der Strompfade für die beiden Bordnetze L1 und L2 umfassen. Diesbezüglich ist der erste Gleichspannungswandler W1 über eine zweite Schaltereinheit S2 mit einem zweiten Knoten K2 im 12-V-Strang (Strompfad des Bordnetzes L2) des zweiten Antriebsstrangs AS2 verbunden, wobei der zweite Gleichspannungswandler W2 und der erste Gleichspannungswandler W1 somit über den zweiten Knoten K2 mit dem zweiten Bordnetz L2 verbunden sind und das Spannungsniveau UL2 erzeugen oder an diese angeschlossen sind. Ebenso ist der zweite Gleichspannungswandler W2 über eine erste Schaltereinheit S1 mit einem ersten Knoten K1 im 12-V-Strang (Strompfad des Bordnetzes L1) des ersten Antriebsstrangs AS1 verbunden, wobei der erste Gleichspannungswandler W1 und der zweite Gleichspannungswandler W1 somit über den ersten Knoten K1 mit dem ersten Bordnetz L1 verbunden sind und das Spannungsniveau UL1 erzeugen oder an diese angeschlossen sind. Hierdurch ergibt sich eine Redundanz in der Versorgungsenergie der beiden Bordnetze L1 und L2. Der erste Gleichspannungswandler W1 ist im ersten Antriebsstrang AS1 über einen dritten Knoten K3 mit dem ersten Inverter INV1 und der ersten Energiespeichereinrichtung B1 verbunden. Der zweite Gleichspannungswandler W2 ist im zweiten Antriebsstrang AS2 über einen vierten Knoten K4 mit dem zweiten Inverter INV2 und der zweiten Energiespeichereinrichtung B2 verbunden.
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Die Steuerungseinrichtung SE ist mit der ersten Schaltereinheit S1 und mit der zweiten Schaltereinheit S2 verbunden und steuert diese für eine entsprechend benötigte Energieversorgung der Bordnetze L1 und L2 durch die erste und/oder die zweite Energiespeichereinheit B1 und B2 an.
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3 zeigt ein schematisches Schaltbild eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Das elektrische Antriebssystem 1 in der 3 unterscheidet sich dadurch von der Anordnung in der 2, dass das elektrische Antriebssystem 1 eine erste Stützbatterie B im ersten Antriebsstrang AS1 umfasst, welche mit dem ersten Bordnetz L1 verschaltet ist, und eine zweite Stützbatterie B' im zweiten Antriebsstrang AS2 umfasst, welche mit dem zweiten Bordnetz L2 verschaltet ist.
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Diese Stützbatterien B und B' weisen vorteilhaft jeweils eine Spannung von 12 V auf und sind vorteilhaft direkt an das Spannungsniveau UL1 und UL2 des Bordnetzes L1 und L2 angelegt. Das Spannungsniveau der Bordnetze entspricht vorteilhaft der Spannung von 12 V. Die Stützbatterie können (einzeln oder gemeinsam) vorteilhaft auch mit der Steuerungseinrichtung SE verbunden sein, wobei die Stützbatterie vorteilhaft durch eine Schaltereinheit in der Steuerungseinrichtung SE zugeschaltet werden kann. Die Stützbatterien B und B' können (einzeln oder gemeinsam) vorteilhaft auch die Steuerungseinrichtung SE mit Strom versorgen.
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Analog zu den Ausführungsbeispielen der 1 bis 3 ist es auch möglich, beliebig viele Batterien (Energiespeichereinheiten) auch unterschiedlicher Nennspannung über Gleichspannungswandler an die Bordnetze und/oder die elektrischen Maschinen anzuschließen.
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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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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015007585 A1 [0003]
