DE102019210779A1 - Elektrisches Antriebssystem und Verfahren zum Betrieb des Antriebssystems - Google Patents

Elektrisches Antriebssystem und Verfahren zum Betrieb des Antriebssystems Download PDF

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Abstract

Es wird ein Antriebssystem (1) für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei das Antriebssystem (1) ein Differential (24) mit zwei Abtriebswellen umfasst, die mit entsprechenden Halbwellen (25a, 25b) verbindbar sind, einen primären Elektromotor (2), der mit einem Antriebseingang (19) des Differentials über eine erste Reduktionsgetriebestufe (13) verbunden ist, wobei die erste Reduktionsgetriebestufe (13) mit einem sekundären Elektromotor (3) zum Einstellen der Übersetzung der ersten Reduktionsgetriebestufe (13) verbunden ist; wobei der sekundäre Elektromotor (3) mit einer zweiten Reduktionsgetriebestufe (18) verbunden ist, die konfiguriert ist, um die Übersetzung der erste Reduktionsgetriebestufe (13) zu bestimmen, wobei der primäre Elektromotor (2) über einen für den Nennspannungsbereich von 400 bis 800 V vorgesehenen Umrichter (4) mit einer Batterie (7) verbunden ist, die für den Nennspannungsbereich von 400 bis 800 V ausgelegt ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Fahrzeug, wobei das Antriebssystem ein Differential mit zwei Abtriebswellen umfasst, die mit entsprechenden Halbwellen verbindbar sind, einen primären Elektromotor, der mit einem Antriebseingang des Differentials über eine erste Reduktionsgetriebestufe verbunden ist, wobei die erste Reduktionsgetriebestufe mit einem sekundären Elektromotor zum Einstellen der Übersetzung der ersten Reduktionsgetriebestufe verbunden ist; wobei der sekundäre Elektromotor mit einer zweiten Reduktionsgetriebestufe verbunden ist, die konfiguriert ist, um die Übersetzung der erste Reduktionsgetriebestufe zu bestimmen.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems.
  • Stand der Technik
  • Grundlegende Leistungsanforderungen an die Traktionsmaschine, wie Spitzen- oder Dauer-Leistung, werden im Allgemeinen durch die geforderten Beschleunigungswerte des Fahrzeuges, bspw. von 0 bis 100km/h oder von 80 bis 120km/h, sowie durch die zu erreichende maximale Fahrzeuggeschwindigkeit definiert. Daraus resultiert bei Mittel- und Oberklasse Fahrzeugen mit an der Leistung orientierten Antrieben eine entsprechend hohe erforderliche Maschinenleistung, welche wiederum zu nur mäßigen Effizienzwerten in den für die Ermittlung der Verbrauchswerte relevanten Fahrzyklen und der realen Fahrumgebung führt. Der WLTP-Zyklus (Worldwide Harmonized Light Duty Test Procedure) wurde anhand weltweit gesammelter Fahrdaten entwickelt und deckt Fahrsituationen vom Innenstadtverkehr bis zur Autobahnfahrt ab.
  • Beispielsweise beträgt die für ein Referenzfahrzeug mit 250kW Spitzen-Leistung und 125kW Dauer-Leistung erforderliche maximale Antriebsleistung im WLTP-Zyklus 42kW und die durchschnittliche Antriebsleistung im WLTP-Zyklus lediglich 11 kW.
  • Die Auslegung der Traktionsmaschine und der erforderlichen Reduktionsgetriebestufe erfolgt im Spannungsfeld von geforderter Höchstgeschwindigkeit, gefordertem maximalem Traktionsmoment sowie durch Bauraum- und Effizienzvorgaben.
  • Getriebe für elektrische Antriebe werden im Allgemeinen als Reduktionsgetriebe mit einer festgelegten Untersetzung oder als zweigängige Variante mit zwei fest ausgelegten Untersetzungsstufen ausgeführt. Insbesondere bei batteriegetriebenen Elektrofahrzeugen mit hohen Anforderungen an das mögliche Achsmoment z.B. 6000Nm sowie die zu erreichende maximale Fahrzeuggeschwindigkeit z.B. 250km/h ist eine eingängige Getriebevariante nicht mehr zielführend und zumindest eine zweite Untersetzungsstufe gefordert.
  • Bei einer Zweigang-Getriebevariante wird im Mittel- und Oberklasse Segment im allgemeinen Lastschaltbarkeit, zumindest für Schaltungen vom ersten in den zweiten Gang, gefordert. Dies wird häufig über ein, mittels zwei unabhängig voneinander aktuierbaren Reibkupplungen schaltbares, Planetengetriebe oder über eine Losradanordnung mit zwei Stirnradstufen ausgeführt.
  • Nachteilig dabei ist die aufwändige Ausführung der lastschaltbaren Kupplung inklusive der erforderlichen Aktuatorik-Komponenten. Für eine gute Regelbarkeit werden die Kupplungen i.a. hydraulisch betätigt und neben Drucksensoren auch Drehzahlsensoren antriebs- und abtriebsseitig gefordert. Ein weiteres Problem ist die, im Vergleich zu Hauptgetriebeanwendungen mit sieben oder mehr Gängen, hohe Gangspreizung, was wiederum zu hohen Differenzdrehzahlen in den Reibkupplungen führt. Daraus resultieren kurzzeitig hohe Leistungseinträge während dem Schaltvorgang und hohe Schleppverluste der jeweils inaktiven Kupplung. Zudem ist bei einem elektrischen Primärantrieb mit zugkraftunterberechungsfreiem Gangwechsel ein Synchronisieren über die Traktionsmaschine nicht möglich.
  • Bisher gibt es Ansätze mit Zweigang-Doppelkupplungsgetriebe mit zwei Reibkupplungen nass oder trocken laufend. Nachteilig ist der hohe Aufwand für die Integration von zwei Reibkupplungen und die damit verbundenen Schleppmomente.
  • Zweigang-Getriebe als Kombination einer Reibkupplung nass- oder trocken laufend mit einem schaltbaren Element z.B. Freilauf sind ebenfalls bekannt. Nachteilig dabei sind funktionale Einschränkungen, bspw. Rückschaltung G2 auf G1 unter Last nicht möglich.
  • So ist aus der US 2018/ 0 340 595 A1 ein System bekannt, das ein Differential mit zwei Abtriebswellen umfasst, die mit jeweiligen Radwellen verbindbar sind, wobei ein primärer Elektromotor mit einem Antriebseingang des Differentials über ein erstes Untersetzungsgetriebe verbunden ist, wobei das erste Untersetzungsgetriebe mit einem sekundären Elektromotor zum Einstellen des Übersetzungsverhältnisses des ersten Untersetzungsgetriebes verbunden ist; wobei der sekundäre Elektromotor mit einer Kupplungsanordnung verbunden ist, die konfiguriert ist, um das Übersetzungsverhältnis des ersten Untersetzungsgetriebes selektiv zu sperren.
  • Weiterhin ist ein Fahrzeug-Antriebssystem für ein Fahrzeug vorgesehen. Das System umfasst ein Differential mit zwei Abtriebswellen, die mit jeweiligen Radwellen verbindbar sind, wobei ein primärer Elektromotor mit einem Antriebseingang des Differentials über ein erstes Untersetzungsgetriebe verbunden ist; wobei das erste Untersetzungsgetriebe eine Doppelkupplungsanordnung umfasst, die konfiguriert ist, um das Übersetzungsverhältnis des ersten Untersetzungsgetriebes einzustellen.
  • Baulich nachteilig ist dabei die Verwendung von zwei gleichwertigen elektrischen Maschinen, was in vielen Fahrsituationen zu Überdimensionierung des Antriebs führt.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen Antrieb für ein batteriegetriebenes Elektrofahrzeug bereitzustellen, das optimal an reale Fahrsituationen angepasst ist.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einem Antriebssystem für ein Fahrzeug, wobei das Antriebssystem ein Differential mit zwei Abtriebswellen umfasst, die mit entsprechenden Radwellen verbindbar sind, einen primären Elektromotor, der mit einem Antriebseingang des Differentials über eine erste Reduktionsgetriebestufe verbunden ist, wobei die erste Reduktionsgetriebestufe mit einem sekundären Elektromotor zum Einstellen der Übersetzung der ersten Reduktionsgetriebestufe verbunden ist; wobei der sekundäre Elektromotor mit einer zweiten Reduktionsgetriebestufe verbunden ist, die konfiguriert ist, um die Übersetzung der erste Reduktionsgetriebestufe zu bestimmen, wobei der primäre Elektromotor über einen für den Nennspannungsbereich von 400 bis 800 V vorgesehenen Inverter mit einer Batterie verbunden ist, die für den Nennspannungsbereich 400 bis 800 V ausgelegt ist.
  • Über ein zwischen der Traktionsmaschine - dem primären Elektromotor - und einer zusätzlichen Stützmaschine - dem sekundären Elektromotor - angeordnetes mechanisches Getriebe bestehend aus einer ersten und einer zweiten Reduktionsgetriebestufe wird eine innerhalb festgelegter Grenzen stufenlos variable Getriebeuntersetzung möglich, wodurch der leistungsstarke primäre Elektromotor in wirkungsgradoptimalen Betriebspunkten betrieben werden kann.
  • Zusätzlich können Vorteile durch die stufenlose Anpassung der Untersetzung erzielt werden, beispielsweise sind damit höhere Beschleunigungswerte zu erreichen oder man verwendet - bei gleicher Zielvorgabe - einen schwächeren primären Elektromotor.
  • Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Peak Leistung der Traktionsmaschine zur Erreichung geforderter Fahrzeug-Beschleunigungswerte reduziert werden kann. Auch die maximale Maschinendrehzahl zur Erreichung der geforderten maximalen Fahrzeuggeschwindigkeit kann reduziert werden, wodurch sich wiederum ein Maschinendesign mit höheren Effizienzwerten realisieren lässt.
  • Es ist von Vorteil, dass entweder der primäre Elektromotor oder der sekundäre Elektromotor als Antriebsmaschine dient, wobei der jeweilige andere Elektromotor als Stützmaschine dient.
    Die als primärer und sekundärer Elektromotor bezeichneten Maschinen können auch als Generator eingesetzt sein.
    Über eine entsprechende Betriebsstrategie können weitere effizienzoptimale Betriebszustände durch Invertieren der Funktion von primärem und sekundärem Elektromotor dargestellt werden d.h. der primäre Elektromotor wirkt als Stützmaschine, der sekundäre Elektromotor wirkt als Antriebsmaschine.
  • Es ist von Vorteil, dass der primäre Elektromotor eine Leistung aufweist, die über dem 10-fachen der Leistung des sekundären Elektromotors liegt.
  • Die Getriebefunktion ermöglicht es, über die kompakte Stützmaschine des sekundären Elektromotors, beispielsweise einer Leitungsklasse von ca. 15 kW, die leistungsstarke Antriebsmaschine der Leistungsklasse 160-250 kW durch Lastpunktverschiebung in jeweils wirkungsgradoptimalen Betriebspunkten zu betreiben, wodurch in Summe Effizienzvorteile, insbesondere in Betriebspunkten mit schlechtem Wirkungsgrad der Antriebsmaschine entstehen.
  • Die Lastpunktverschiebung des primären Elektromotors kann, je nach Drehrichtung und Drehzahl des sekundären Elektromotors, in Richtung höhere Leistung oder in Richtung niedrigere Leistung erfolgen. Dementsprechend wird der sekundäre Elektromotor in wirkungsgradrelevanten Betriebspunkten entweder im Boost- oder im Rekuperations-Modus betrieben. Der mögliche Leistungsbereich des sekundären Elektromotors bestimmt gleichzeitig die maximal mögliche Getriebespreizung.
  • Dabei ist vorgesehen, dass der sekundäre Elektromotor im Nennspannungsbereich von 12 V bis 60 V arbeitet.
  • Vorteilhafterweise ist der sekundäre Elektromotor über einen Gleichspannungswandler an den primären Elektromotor angebunden.
    Alternativ ist der sekundäre Elektromotor an eine zweite Batterie für den Nennspannungsbereich 12 bis 60 V über einen Umrichter angebunden.
  • Baulich ist es möglich, dass der Umrichter für den sekundären Elektromotor am sekundären Elektromotor selbst oder an einer zentralen Steuereinheit am primären Elektromotor angebracht ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung arbeitet der sekundäre Elektromotor ebenfalls im Spannungsbereich 400V bis 800 V und ist über einen sekundären Inverter mit der Batterie für den primären Elektromotor verbunden.
  • Die Erfindung umfasst auch eine Betriebsstrategie zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebssystem, wobei je nach ermittelten Leistungsbedarf der primäre Elektromotor, der sekundäre Elektromotor oder beide Elektromotoren angesteuert werden.
  • Figurenliste
  • Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
    • 1 zeigt eine erste Ausführungsform des Antriebssystems,
    • 2 zeigt eine zweite Ausführungsform,
    • 3 zeigt eine dritte Ausführungsform,
    • 4 zeigt eine vierte Ausführungsform,
    • 5 zeigt ein beispielhaftes Wirkungsgradkennfeld,
    • 6 zeigt den theoretisch idealen Verlauf der stufenlos variablen Getriebeuntersetzung im WLTC Fahrzyklus sowie das zugehörige Geschwindigkeitsprofil,
    • 7 zeigt eine qualitative Darstellung des Zusammenhangs von Verlustleistung und Getriebeuntersetzung,
    • 8 zeigt eine qualitative Darstellung des Zusammenhangs von der Beschleunigungszeit in Abhängigkeit von der Getriebeübersetzung der in 7 dargestellten Varianten,
    • 9 zeigt eine beispielhafte Betriebsstrategie für den Betrieb des erfindungsgemäßen elektrischen Traktionsantriebes.
  • 1 zeigt ein Getriebelayout eines elektrischen Antriebsmoduls 1 für einen Traktionsantrieb mit stufenlos variabler Reduktionsgetriebestufe in einer ersten Ausführungsform. Eine Antriebsmaschine, ein primärer Elektromotor 2, ist mit einem Umrichter 4 und einer Hochspannungsleitung 8 an eine Batterie 7 verbunden, wobei die Batterie 7 für einen Nennspannungsbereich von 400 bis 800 V ausgelegt ist. Weiterhin ist am primären Elektromotor 2 eine zentrale Steuereinheit vorgesehen.
  • Der primäre Elektromotor 2 treibt über eine erste Reduktionsgetriebestufe 13 ein Hohlrad 15 eines Planetengetriebes 14. Der Abtrieb 19 auf das Differentialgehäuse eines Differentials 24 erfolgt über einen Planetenträger 16. Der Abtrieb der Leistung erfolgt vom Differential 24 über zwei Halbwellen 25a und 25b zu den Rädern des Fahrzeugs.
  • Der sekundäre Elektromotor 3 wirkt über eine zweite Reduktionsgetriebestufe 18 auf ein Sonnenrad 17 der ersten Reduktionsgetriebestufe 14.
  • Die beiden Reduktionsgetriebestufen sind ein einem Getriebegehäuse 12 angeordnet.
  • In diesem Ausführungsbeispiel wird der sekundäre Elektromotor 3 im Niederspannungsbereich betrieben und von einem direkt in der zentralen Steuereinheit 5 des primären Elektromotors integrierten Gleichspannungswandler 6 mit Spannung über eine Niederspannungsleitung 10 versorgt. Der nominelle Spannungsbereich am Ausgang des Gleichspannungswandlers 6 beträgt 12 bis 60 V, wobei eine Nennspannung von 48V oder 60V als optimal angesehen wird.
  • 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des elektrischen Antriebes mit stufenlos variablem Reduktionsgetriebe, wie zur 1 ausgeführt. Dabei wird der sekundäre Elektromotor 3 direkt von einem über eine zweite Batterie 9 gespeistes Niederspannungs-Bordnetz versorgt. Die Batterie und das Bordnetz sind dabei für einen Nennspannungsbereich von 12 bis 60 Volt ausgelegt. Die zweite Batterie 9 ist mit der zentralen Steuereinheit 5 verbunden.
  • Der Umrichter für den sekundären Elektromotor kann in die zentrale Steuereinheit 5 integriert sein oder als separater Umrichter an dem sekundären Elektromotor 3 angebaut werden.
  • Die Verwendung von zwei Batterien stellt kein Nachteil dar, da die Niederspannungsbatterie für das Bordnetz ja von weiteren Verbrauchern mitgenutzt wird und auch in den anderen Ausführungsbeispielen für den Betrieb des Niederspannungs-Bordnetzes verbaut wird.
  • 3 zeigt eine dritte Ausführungsform des elektrischen Antriebes mit stufenlos variablem Reduktionsgetriebe nach 1. Hier wird der sekundäre Elektromotor 3 in demselben Hochspannungsbereich wie die primäre Elektromaschine 2 betrieben und der Umrichter 11 des sekundären Elektromotors 3 als Anbau-Umrichter an den sekundären Elektromotor ausgeführt und direkt von der Batterie 7 versorgt.
  • Der primäre und der sekundäre Elektromotor 2, 3 werden somit auf einheitlichem Spannungsniveau, das beispielsweise auf 400V oder auf 800V Nennspannung festgelegt wird, betrieben.
  • 4 zeigt eine weitere Ausführungsform des elektrischen Antriebes mit stufenlos variabler Reduktionsgetriebe nach 1. In dieser Ausführungsform wird über eine mittels eines Schaltaktuators 23 betätigbare Überbrückungskupplung 21 das Sonnenrad 17 der Planetengetriebestufe 14 gehäusefest geschalten.
  • Somit kann unabhängig von der Verfügbarkeit des sekundären Elektromotors 3 ein Drehmoment übertragen und die Funktion eines einstufigen Getriebes dargestellt werden. Dies ermöglicht es den erforderlichen Leistungsbedarf und somit Kosten und Bauraumbedarf des sekundären Elektromotors in einer realisierbaren Größenordnung zu halten. Die variable Getriebefunktion kann, in Abhängigkeit von der zugrunde gelegten Betriebsstrategie, in den effizienzrelevanten Geschwindigkeitsbereichen bis bspw. 140km/h eingesetzt sein, darüber hinaus wird durch Festlegung der zweiten Reduktionsgetriebestufe am Getriebegehäuse 12 mit betätigter Überbrückungskupplung 21 eine konstante Getriebeuntersetzung gefahren.
  • 5 zeigt ein beispielhaftes Wirkungsgradkennfeld mit dargestellten Hyperbeln konstanter Leistung 28 der permanentmagneterregten Synchronmaschine. Aufgetragen ist das normalisierte Drehmoment, positiv und negativ, über der normalisierten Geschwindigkeit. Die beiden Kurven 26a und 26b bezeichnen die Drehmoment-Drehzahl Grenzkurve im Zugbetrieb und die Drehmoment-Drehzahl Grenzkurve im Schubbetrieb.
  • Die Wirkungsgradkennlinien 27 zeigen die Bereiche, in denen die ideale elektrischen Maschine mit einem optimalen Wirkungsgrad, im konkreten Beispiel bis zu 92%, betrieben werden kann.
  • 6 zeigt den theoretisch idealen Verlauf 30 der stufenlos variablen Getriebeuntersetzung (i = 2.5 bis 25) für maximale Effizienz der elektrischen Maschine im WLTC-Fahrzyklus mit dem zugehörigen Geschwindigkeitsprofil 29.
  • 7 zeigt eine qualitative Darstellung des Zusammenhangs von Verlustleistung und Getriebeuntersetzung im WLTC-Fahrzyklus. Aufgetragen ist die relative Verlustleistung in Prozent über der Getriebeuntersetzung. Als Referenz dient die im WLTC-Fahrzyklus bei theoretisch idealer stufenlos variable Reduktionsgetriebestufe (siehe 6) ermittelte Verlustleistung 35.
  • Der Punkt 31 kennzeichnet die relative Verlustleistung für eine beispielhafte Auslegung eines Eingang-Getriebes. Die Punkte 32 und 33 kennzeichnen die relative Verlustleistung im ersten und im zweiten Gang eines Zweigang-Getriebes. Punkt 34 kennzeichnet die hinsichtlich Effizienz optimale Übersetzungsstufe, die sich mit einem stufenlos variablen Übersetzungsgetriebe erzielen lässt. Daraus lässt sich der Effizienz-Vorteil der stufenlos variablen Übersetzungsstufe erkennen.
  • 8 zeigt eine qualitative Darstellung des Zusammenhangs von der Beschleunigungszeit von 0 auf 100km/h in Abhängigkeit von der Getriebeübersetzung der in 7 dargestellten Varianten unter Berücksichtigung der Reibwertausnutzung im Peak-Leistungsbereich der Primärmaschine. Daraus lässt sich der Performance-Vorteil der stufenlos variablen Übersetzungsstufe erkennen.
  • In Abhängigkeit von der gewählten Betriebsstrategie, siehe 9, kann die primäre Maschine 2 als Stützmaschine und die sekundäre Maschine 3 als Traktionsmaschine wirken, wodurch sich weitere effizienzoptimale Betriebszustände darstellen lassen. Darüber hinaus kann der primäre Antriebspfad oder der sekundäre Antriebspfad über eine Überbrückungskupplung gehäusefest geschalten werden, wodurch die im jeweils gehäusefesten Pfad angeordnete Maschine deaktiviert werden kann.
  • 9 zeigt eine beispielhafte Betriebsstrategie für den Betrieb des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems 1 mit stufenlos variabler Reduktionsgetriebestufe nach 1 bis 4 in einer spezifischen Fahrzeugapplikation (HEV- oder BEV-Anwendung). In Abhängigkeit eines vom Fahrer manuell oder vom Fahrregler automatisch gewählten Betriebsmode (bspw. ECO, SPORT, COMFORT) kann zwischen einer hinsichtlich Effizienz oder einer hinsichtlich Performance orientierten Betriebsweise des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssytems unterschieden werden. Dabei wird von einem Fahrregler 36, in Abhängigkeit von fahrzeugspezifischen Regelgrößen wie bspw. der Fahrpedalstellung, dem Lenkwinkel, dem Ladezustand der Batterie etc., der erforderliche Leistungsbedarf des elektrischen Traktionsantriebes im Schritt 37 ermittelt.
  • Im nächsten Schritt wird entschieden, ob der ermittelte Leistungsbedarf im Effizienz-Modus erfüllt werden kann. Wenn ja, wird im Logik- Pfad Effizienz-Modus 38 die geforderte Antriebsleistung ausschließlich über den primären Elektromotor oder ausschließlich über den sekundären Elektromotor 3 aufgebracht, oder es wird ein dualer Betriebsmodus gewählt, in welchem beide Maschinen einen entsprechenden Anteil der Antriebsleistung bereitstellen.
  • Die erfindungsgemäße Betriebsstrategie sieht vor, dass für jeden möglichen Betriebsmodus Antriebsleistung über den primären Elektromotor 38a, Antriebsleistung über den sekundären Elektromotor 38b, Antriebsleistung über primären und sekundären Elektromotor 38c kontinuierlich oder in diskreten zeitlichen Intervallen, die Verluste von primären Elektromotor, sekundären Elektromotor und mechanischem Reduktionsgetriebe rechnerisch ermittelt 42 und hinsichtlich weiterer Kriterien, bspw. dem erforderlichen Energiebedarf zur Änderung des aktuellen Betriebsmodus, evaluiert werden 43. Weitere Kriterien können spezifische Bauteilbelastungen, das NVH-Verhalten oder Anforderungen an die thermische Verfügbarkeit des elektrischen Traktionsantriebes darstellen. Schlussendlich wird jener effizienzoptimale Betriebspunkt gewählt, welcher alle Anforderungen hinreichend erfüllt 44.
  • Stellt man nach der Ermittlung des Leistungsbedarfs fest, dass der Effizienz-Modus nicht ausreicht wird über den Logik-Pfad Performance-Modus eine weiter Betriebsstrategie gewählt. Im Performance-Modus wird die Antriebsleistung von dem primären Elektromotor 2 aufgebracht und der sekundären Elektromotor 3 nimmt jenen Zustand ein, welcher, unter Berücksichtigung der geforderten thermischen Verfügbarkeit, das maximal mögliche Abtriebs-Drehmoment des elektrischen Antriebssystem 1 ermöglicht. Damit wird der aktuelle optimal Betriebsmodus ausgewählt 40.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Elektrisches Antriebssystem
    2
    primärer Elektromotor
    3
    sekundärer Elektromotor
    4
    Umrichter für den primären Elektromotor
    5
    zentrale Steuereinheit
    6
    Gleichspannungswandler
    7
    Batterie
    8
    Hochspannungs-Leitung
    9
    Batterie
    10
    Niederspannungs-Leitung
    11
    Umrichter für den sekundären Elektromotor
    12
    Getriebegehäuse
    13
    erste Reduktionsgetriebestufe
    14
    Planetengetriebe
    15
    Hohlrad
    16
    Planetenträger
    17
    Sonnenrad
    18
    zweite Reduktionsgetriebestufe
    19
    Abtrieb
    21
    Überbrückungskupplung
    22
    Schaltmuffe
    23
    Schaltaktuator
    24
    Differential
    25a, b
    Halbwellen
    26a
    Drehmoment-Drehzahl Grenzkurve (Zug)
    26b
    Drehmoment-Drehzahl Grenzkurve (Schub)
    27
    Wirkungsgradkennlinie
    28
    Leistungshyperbel
    29
    Geschwindigkeitsprofil
    30
    Getriebeübersetzung
    31
    Eingang-Getriebe
    32
    Zweigang-Getriebe, erster Gang
    33
    Zweigang-Getriebe, zweiter Gang
    34
    Wirkungsgradoptimale konstante Getriebeübersetzung
    35
    Theoretisch ideales CVT-Getriebe
    36
    Funktionsblock Fahrregler
    37
    Funktionsblock zur Ermittlung des Leistungsbedarfes
    38
    Logik-Pfad „Effizienz-Mode“
    38a
    Antriebsleistung über Primärmaschine
    38b
    Antriebsleistung über Sekundärmaschine
    38c
    Antriebsleistung über Primär- u. Sekundärmaschine
    39
    Logik-Pfad „Performance-Mode“
    40
    Betriebspunktoptimierung hinsichtlich Drehmoment
    41
    Betriebspunktoptimierung hinsichtlich Effizienz
    42
    Ermittlung der Verluste
    43
    Evaluierung der Verluste
    44
    Wahl des aktuellen Betriebsmode

Claims (9)

  1. Antriebssystem (1) für ein Fahrzeug, wobei das Antriebssystem (1) ein Differential (24) mit zwei Abtriebswellen umfasst, die mit entsprechenden Halbwellen (25a, 25b) verbindbar sind, einen primären Elektromotor (2), der mit einem Antriebseingang (19) des Differentials über eine erste Reduktionsgetriebestufe (13) verbunden ist, wobei die erste Reduktionsgetriebestufe (13) mit einem sekundären Elektromotor (3) zum Einstellen der Übersetzung der ersten Reduktionsgetriebestufe (13) verbunden ist; wobei der sekundäre Elektromotor (3) mit einer zweiten Reduktionsgetriebestufe (18) verbunden ist, die konfiguriert ist, um die Übersetzung der ersten Reduktionsgetriebestufe (13) zu bestimmen, wobei der primäre Elektromotor (2) über einen für einen Nennspannungsbereich zwischen 400 V und 800 V vorgesehenen Umrichter (4) mit einer Batterie (7) verbunden ist, die für den Nennspannungsbereich 400 bis 800 V ausgelegt ist.
  2. Antriebssystem (1) für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der primäre Elektromotor (2) oder der sekundäre Elektromotor (3) als Antriebsmaschine dient, wobei der jeweilige anderer Elektromotor (3, 2) als Stützmaschine dient.
  3. Antriebssystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der primäre Elektromotor (2) eine Leistung aufweist, die über dem 10-fachen der Leistung des sekundären Elektromotors (3) liegt.
  4. Antriebssystem für ein Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Elektromotor (3) in einem Nennspannungsbereich zwischen 12 V und 60 V arbeitet.
  5. Antriebssystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Elektromotor (3) über einen Gleichspannungswandler (6) an den primären Elektromotor (2) angebunden ist.
  6. Antriebssystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Elektromotor (3) an eine zweite Batterie (9) für den Nennspannungsbereich 12 bis 60 V über einen Umrichter (11) angebunden ist.
  7. Antriebssystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (11) für den sekundären Elektromotor (3) am sekundären Elektromotor (3) selbst oder an einer zentralen Steuereinheit (5) am primären Elektromotor (2) angebracht ist.
  8. Antriebssystem für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der sekundäre Elektromotor (3) ebenfalls in einem Nennspannungsbereich zwischen 400 V und 800 V arbeitet und über einen sekundären Umrichter (11) mit der Batterie für den primären Elektromotor (2) verbunden ist.
  9. Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einem Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8 wobei je nach ermittelten Leistungsbedarf der primäre Elektromotor, der sekundäre Elektromotor oder beide Elektromotoren angesteuert werden.
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