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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebssystem sowie ein Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers.
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Stand der Technik
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Ganz oder teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge gewähren zunehmend an Bedeutung. Zur Bereitstellung der elektrischen Energie für das Antriebssystem eines Elektrofahrzeugs sind neben elektrischen Energiespeichern, wie zum Beispiel Akkumulatoren auch sogenannten Brennstoffzellen bekannt. Um vor dem Erreichen eines ausreichenden Wirkungsgrads der Brennstoffzelle genügend Energie für die elektrische Maschine bereitzustellen, erfordern auch Brennstoffzellensysteme einen zusätzlichen Energiespeicher. Dieser zusätzliche Energiespeicher kann nach dem Hochfahren der Brennstoffzelle von der elektrischen Energie der Brennstoffzelle aufgeladen werden.
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Die Druckschrift
DE 10 2017 222 019 A1 beschreibt ein elektrisches Antriebssystem und ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine mit einer Brennstoffzelle und einer zusätzlichen Batterie. Der Energiefluss von der Batterie und der Brennstoffzelle kann hierbei mittels eines Drei-Level-Umrichters gesteuert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung offenbart ein elektrisches Antriebssystem, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Demgemäß ist vorgesehen:
- Ein elektrisches Antriebssystem mit einer elektrischen Maschine, einer Kupplung sowie einem ersten Stromrichter und einem zweiten Stromrichter. Die Kupplung umfasst eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle. Die Kupplung ist dazu ausgelegt, die Antriebswelle mechanisch lösbar mit der Abtriebswelle zu koppeln.
- Bei einer geöffneten Kopplung ist die Antriebswelle von der Abtriebswelle mechanisch entkoppelt, und bei einer geschlossenen Kupplung ist die Antriebswelle mit der Abtriebswelle mechanisch gekoppelt. Die elektrische Maschine umfasst eine Antriebsachse. Die Antriebsachse der elektrischen Maschine ist mechanisch mit der Antriebswelle der Kupplung gekoppelt.
- Weiterhin umfasst die elektrische Maschine mehrere Phasenwicklungen.
- Insbesondere sind an der elektrischen Maschine beide Anschlüsse jeder Phasenwicklung von außen anschließbar. Der erste Stromrichter weist an einem ersten Anschluss mehrere Anschlusselemente auf. Jedes Anschlusselement des ersten Stromrichters ist mit einer korrespondierenden Phasenwicklung der elektrischen Maschine elektrisch gekoppelt. Weiterhin ist der erste Stromrichter dazu ausgelegt, an einem zweiten Anschluss mit einer elektrischen Energiequelle gekoppelt zu werden. Der zweite Stromrichter umfasst einen ersten Anschluss mit mehreren Anschlusselementen. Jedes Anschlusselement des zweiten Stromrichters ist mit einem Anschlusselement einer korrespondierenden Phasenwicklung elektrisch gekoppelt. Insbesondere ist jeweils ein erstes Anschlusselement einer Phasenwicklung mit einem korrespondierenden Anschlusselement des ersten Stromrichters gekoppelt und ein zweites Anschlusselement am gegenüberliegenden Ende der jeweiligen Phasenwicklung ist mit einem Anschlusselement des zweiten Stromrichters gekoppelt. Der zweite Stromrichter weist darüber hinaus einen zweiten Anschluss auf, der mit einem elektrischen Energiespeicher gekoppelt werden kann.
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Weiterhin ist vorgesehen:
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Ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystem. Insbesondere ist die Abtriebswelle der Kupplung mechanisch mit einer Antriebsachse des Fahrzeugs gekoppelt.
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Schließlich ist vorgesehen:
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Ein Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Bereitstellen elektrischer Energie von einer elektrischen Energiequelle an ersten Phasenanschlüssen von Phasenwicklungen einer elektrischen Maschine. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Bereitstellen einer elektrischen Energie von zweiten Phasenanschlüssen der Phasenwicklungen der elektrischen Maschine an einem elektrischen Energiespeicher. Die zweiten Phasenanschlüsse der Phasenwicklungen befinden sich dabei am jeweils gegenüberliegenden Ende der jeweiligen Phasenwicklungen in Bezug auf die ersten Anschlüsse der Phasenwicklungen. Während der Übertragung der elektrischen Energie von der elektrischen Energiequelle über die Phasenwicklungen der elektrischen Maschine zu dem elektrischen Energiespeicher ist dabei die Antriebswelle der elektrischen Maschine mittels einer Kupplung mechanisch entkoppelt. Mit anderen Worten, die elektrische Maschine kann während der Energieübertragung frei drehen, ohne dabei ein Drehmoment an eine weitere Komponente abzugeben.
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Vorteile der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für eine Übertragung elektrischer Energie von einer Brennstoffzelle zu einem elektrischen Energiespeicher, wie zum Beispiel einer Batterie, eine Topologie genutzt werden kann, welche die Windungen einer elektrischen Maschine nutzt. Dabei weist die Energieübertragung bei einer elektrischen Maschine mit befestigtem Rotor, also im Stillstand, einen relativ schlechten Wirkungsgrad auf.
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Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine verbesserte Topologie zur Energieübertragung einer Brennstoffzelle zu einem elektrischen Energiespeicher bereitzustellen. Für die Energieübertragung zwischen der Brennstoffzelle und dem elektrischen Energiespeicher können hierbei Komponenten verwendet werden, welche in dem elektrischen Antriebssystem bereits vorhanden sind. Insbesondere kann der elektrische Stromrichter zwischen der Brennstoffzelle und der elektrischen Maschine sowie der elektrische Stromrichter zwischen dem elektrischen Energiespeicher und der elektrischen Maschine gemeinsam mit den Phasenwicklungen der elektrischen Maschine als Gleichspannungskonverter genutzt werden. Somit ist kein zusätzlicher Gleichspannungskonverter für die Energieübertragung von der Brennstoffzelle zu dem elektrischen Energiespeicher erforderlich. Um den Wirkungsgrad und somit die Effizienz der Energieübertragung zu verbessern, ist es darüber hinaus vorgesehen, dass die elektrische Maschine während der Energieübertragung rotieren kann. Hierzu kann die elektrische Maschine von der Antriebsachse mittels einer Kupplung entkoppelt werden. Somit kann sich die elektrische Maschine während der Energieübertragung von der Brennstoffzelle zu dem elektrischen Energiespeicher drehen, ohne dass ein Drehmoment von der elektrischen Maschine zu weiteren Antriebkomponenten übertragen wird. Dies ermöglicht eine Energieübertragung, die im Vergleich zu einer stillstehenden elektrischen Maschine eine signifikant bessere Effizienz aufweist.
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Nach dem Schließen der Kupplung ist die elektrische Maschine wieder mechanisch mit weiteren Antriebskomponenten gekoppelt und kann ein gewünschtes Drehmoment an diesen Antriebskomponenten bereitstellen. Somit kann die in dem elektrischen Antriebssystem bereits vorhandene Elektronik einerseits dazu genutzt werden, um elektrischen Energie von der Brennstoffzelle zu dem elektrischen Energiespeicher zu übertragen und andererseits die elektrische Maschine anzusteuern, um an der Antriebsachse ein Drehmoment bereitzustellen (oder alternativ während einer Rekuperation die mechanische Energie von der Antriebsachse mittels der elektrischen Maschine in elektrische Energie zu konvertieren und diese in dem elektrischen Energiespeicher zu speichern).
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Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Stromrichter in einem ersten Betriebsmodus dazu ausgelegt, elektrische Energie von einer am zweiten Anschluss des ersten Stromrichters angeschlossenen Energiequelle an den ersten Anschlüssen der Phasenwicklungen der elektrischen Maschine bereitzustellen. Der zweite Stromrichter kann in dem ersten Betriebsmodus dazu ausgelegt sein, elektrische Energie von den zweiten Anschlüssen der Phasenwicklungen der elektrischen Maschine an den an dem zweiten Anschluss des zweiten Stromrichters angeschlossenen elektrischen Energiespeicher zu übertragen. Insbesondere kann in diesem ersten Betriebsmodus die Kupplung geöffnet sein. Bei einer geöffneten Kupplung ist die Antriebswelle der Kupplung mechanisch von der Abtriebswelle entkoppelt. Die elektrische Maschine kann sich somit drehen, ohne dass ein Drehmoment von der elektrischen Maschine an die Abtriebswelle der Kupplung und eine gegebenenfalls an der Abtriebswelle angeschlossene Antriebsachse übertragen wird.
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Gemäß einer Ausführungsform kann sich die elektrische Maschine in dem ersten Betriebsmodus drehen. Durch die Möglichkeit einer Rotation der elektrischen Maschine während der Energieübertragung von der elektrischen Energiequelle zu dem elektrischen Energiespeicher kann eine effiziente Energieübertragung mit hohem Wirkungsgrad erreicht werden. Hierbei können für die Energieübertragung die in dem elektrischen Antriebssystem bereits vorhandenen Komponenten genutzt werden. Auf diese Weise kann eine Gleichspannungswandlung der von der elektrischen Energiequelle bereitgestellten Gleichspannung zu einer elektrischen Spannung erfolgen, um einen elektrischen Energiespeicher elektrischen Energiespeicher, wie beispielsweise eine Batterie, aufzuladen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann in einem zweiten Betriebsmodus die elektrische Maschine von dem ersten Stromrichter oder dem zweiten Stromrichter angesteuert werden. Die Kupplung ist dabei in dem zweiten Betriebsmodus geschlossen. Mit anderen Worten, die Antriebswelle der Kupplung ist mechanisch mit der Abtriebswelle gekoppelt. Auf diese Weise kann ein von der elektrischen Maschine bereitgestellten Drehmoment über die Kupplung an eine an der Abtriebswelle gekoppelte Antriebswelle übertragen werden. Auf diese Weise kann die elektrische Maschine beispielsweise mittels elektrischer Energie von dem elektrischen Energiespeicher oder auch mittels elektrischer Energie von der elektrischen Energiequelle gespeist werden. Gegebenenfalls ist auch eine Kombination möglich, bei der die elektrische Maschine sowohl über den ersten Stromrichter als auch über den zweiten Stromrichter angesteuert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das elektrische Antriebssystem eine Brennstoffzelle. Die Brennstoffzelle kann elektrisch mit dem zweiten Anschluss des ersten Stromrichters gekoppelt sein. Weiterhin kann das elektrische Antriebssystem einen elektrischen Energiespeicher, insbesondere eine Batterie, beispielsweise eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges, umfassen. Der elektrische Energiespeicher kann elektrisch mit dem zweiten Anschluss des zweiten Stromrichters gekoppelt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform des Kraftfahrzeugs ist das elektrische Antriebssystem dazu ausgelegt, elektrische Energie von dem zweiten Anschluss des ersten Stromrichters zu dem zweiten Anschluss des zweiten Stromrichters zu übertragen, wenn das Fahrzeug still steht. Durch das Öffnen der Kupplung kann die elektrische Maschine von der Antriebsachse entkoppelt werden, so dass sich die elektrische Maschine auch bei Stillstand des Fahrzeugs drehen kann, um somit eine effiziente Energieübertragung zu ermöglichen.
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Gemäß einer Ausführungsform des Kraftfahrzeugs umfasst das Kraftfahrzeug eine weitere Antriebsachse. Das Antriebssystem kann in diesem Fall dazu ausgelegt sein, elektrische Energie von dem ersten Anschluss des zweiten Stromrichters zu dem zweiten Anschluss des zweiten Stromrichters zu übertragen, während das Fahrzeug durch die weitere Antriebsachse angetrieben wird. Ist dabei die Kupplung des elektrischen Antriebssystems geöffnet, so kann sich die elektrische Maschine des Antriebssystems unabhängig von der Bewegung des Kraftfahrzeugs drehen, um elektrische Energie von der elektrischen Energiequelle, insbesondere der Brennstoffzelle, zu dem elektrischen Energiespeicher zu übertragen.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaubilds eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer Ausführungsform;
- 2: eine schematische Darstellung eines Prinzipschaubildseines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform; und
- 3: ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaubilds eines elektrischen Antriebssystems 1 gemäß einer Ausführungsform. Das elektrische Antriebssystem 1 umfasst eine elektrische Maschine 50 mit mehreren Phasenwicklungen 51, 52, 53. Hierbei sind die Phasenwicklungen 51, 52, 53 an beiden Enden nach außen geführt, sodass beide Enden jeder Phasenwicklung 51, 52, 53 individuell mit weiteren Komponenten verbunden werden können. Weiterhin weist die elektrische Maschine 50 eine Antriebsachse 55 auf. Die Antriebsachse 55 elektrische Maschine 50 kann in Rotation versetzt werden und entsprechend der Ansteuerung der elektrischen Maschine 50 ein gewünschtes Drehmoment bereitstellen.
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Weiterhin weist das elektrische Antriebssystem 1 eine Kupplung 60 auf. Eine Antriebswelle 61 in der Kupplung 60 ist mit der Antriebsachse 55 der elektrischen Maschine 50 mechanisch gekoppelt. Eine Abtriebswelle 62 kann mit weiteren Antriebskomponenten 70 verbunden sein. Beispielsweise kann es sich bei den weiteren Antriebskomponenten 70 um eine Antriebsachse eines Kraftfahrzeugs, ein Getriebe, etc. handeln. Die Kupplung 60 ist dazu ausgelegt, die Antriebswelle 61 mit der Antriebswelle 62 mechanisch lösbar zu koppeln. Entsprechend kann bei einer geschlossenen Kupplung 60 die Antriebswelle 61 mit der Antriebswelle 62 mechanisch gekoppelt sein, um das Drehmoment von der Antriebsachse 55 der elektrischen Maschine 50 an die weiteren Antriebskomponenten 70 zu übertragen. Bei einer geöffneten Kupplung 60 ist die Antriebswelle 61 mechanisch von der Antriebswelle 62 entkoppelt, sodass kein Drehmoment übertragen wird und die Antriebsachse 55 der elektrischen Maschine 50 frei drehen kann, selbst wenn die weiteren Antriebskomponenten 70 still stehen.
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Weiterhin kann das elektrische Antriebssystem 1 zwei Stromrichter 20, 40 umfassen. Ein erster Stromrichter 20 kann an einem Eingangsanschluss 21 von einer Gleichspannungsquelle 10 gespeist werden. Um zu gewährleisten, dass elektrische Strom ausschließlich von der Gleichspannungsquelle 10 in Richtung des ersten Stromrichters 20 fließt, kann eine Diode 11 zwischen der Gleichspannungsquelle 10 und dem Eingangsanschluss 21 des ersten Stromrichters 20 vorgesehen sein. Weiterhin weist der erste Stromrichter 20 einen Ausgangsanschluss 22 mit mehreren Anschlusselementen auf. Insbesondere kann die Anzahl der Anschlusselemente des Ausgangsanschlusses 22 des ersten Stromrichters 20 der Anzahl der Phasenwicklungen 51, 52, 53 entsprechend. Auf diese Weise kann jedes Anschlusselement des Ausgangsanschluss 22 des ersten Stromrichters 20 mit einem ersten Anschluss einer korrespondierenden Phasenwicklungen 51, 52, 53 verbunden sein.
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Das elektrische Antriebssystem 1 umfasst ferner einen zweiten Stromrichter 40. Der zweite Stromrichter 40 kann an einem Eingangsanschluss 41 mit einem elektrischen Energiespeicher 30, beispielsweise einer Batterie, wie zum Beispiel einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, gekoppelt werden. Analog zu dem ersten Stromrichter 20 weist auch der zweite Stromrichter 40 einen Ausgangsanschluss 42 mit mehreren Anschlusselementen auf. Jedes Anschlusselement des Ausgangsanschluss 42 des zweiten Stromrichters 40 ist mit einem korrespondierenden zweiten Anschlusselement der Phasenwicklungen 51, 52, 53 der elektrischen Maschine 50 gekoppelt. Dabei ist das zweite Anschlusselement einer Phasenwicklungen 51, 52, 53 das jeweils einem ersten Anschlusselement der Phasenwicklungen 51,52, 53 gegenüberliegende Ende. Somit ist jede Phasenwicklungen 51, 52, 53 zwischen einem Anschlusselement des zweiten Anschlusses 22 des ersten Stromrichters 20 und einem Anschlusselement des zweiten Anschlusses 42 des zweiten Stromrichters 40 angeordnet.
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Bei dem ersten Wechselrichter 20 kann es sich insbesondere um einen Wechselrichter handeln, der ausschließlich eine am Gleichspannungsanschluss 21 anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung konvertiert und diese am zweiten Anschluss (Wechselspannungsanschluss) 22 bereitstellt. Bei dem zweiten Stromrichter 40 kann es sich darüber hinaus um einen bidirektionalen Stromrichter handeln, der sowohl eine am Gleichspannungsanschluss 41 anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung konvertiert und diese Wechselspannung am zweiten Anschluss (Wechselspannungsanschluss) 42 bereitstellt, als auch eine am Wechselspannungsanschluss 42 anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung wandelt und diese am Gleichspannungsanschluss 41 bereitstellt. Durch das Gleichrichten der am Wechselspannungsanschluss 42 anliegenden Wechselspannung in eine Gleichspannung ist es auch möglich, den am Gleichspannungsanschluss 42 angeschlossenen elektrischen Energiespeicher 30 aufzuladen. Das Aufladen kann beispielsweise durch Rekuperation erfolgen, wobei durch die elektrische Maschine 50 an dem Wechselspannungsanschluss 42 des zweiten Stromrichters 40 elektrische Energie bereitgestellt wird.
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Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die elektrische Energiequelle 10, insbesondere eine Brennstoffzelle, elektrische Energie an dem Gleichspannungsanschluss 21 des ersten Stromrichters 20 bereitstellt. Der erste Stromrichter 20 wandelt diese Gleichspannung in eine Wechselspannung und stellt über den Wechselspannungsanschluss 22 diese Wechselspannung den Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine 50 bereit. Insbesondere kann dabei die elektrische Maschine 50 in eine Drehbewegung versetzt werden. Hierdurch liegt an dem Wechselspannungsanschluss 42 des zweiten Stromrichters 40 eine elektrische Spannung an, die durch den zweiten Stromrichter 40 gleichgerichtet werden kann. Dadurch kann am Gleichspannungsanschluss 41 des zweiten Stromrichters 40 eine Gleichspannung bereitgestellt werden, um den elektrischen Energiespeicher 30 aufzuladen.
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Während der zuvor beschriebenen Energieübertragung von der elektrischen Energiequelle 10 zu dem elektrischen Energiespeicher 30 über die elektrische Maschine 50 ist die Antriebsachse 55 der elektrischen Maschine 50 mittels einer Kupplung 60 von den weiteren mechanischen Komponenten, insbesondere der Antriebsachse 70 eines Fahrzeugs entkoppelt. Die Kupplung 60 umfasst hierzu eine Antriebswelle 61, die mit der Antriebsachse 55 der elektrischen Maschine 50 mechanisch gekoppelt ist. Eine Abtriebswelle 62 der Kupplung 60 ist mechanisch mit der Antriebsachse 70 des Fahrzeugs gekoppelt. Durch das Öffnen der Kupplung 60 ist die Antriebswelle 61 von der Abtriebswelle 62 mechanisch entkoppelt. Somit kann die Antriebsachse 55 der elektrischen Maschine 50 frei drehen, ohne hierbei ein Drehmoment an die Antriebsachse 70 des Fahrzeugs zu übertragen. Da die elektrische Maschine 50 somit frei drehen kann, entsteht kein signifikanter mechanischer Verlust während der Energieübertragung von der elektrischen Energiequelle 10 zu dem elektrischen Energiespeicher 50.
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Für den Antrieb des Fahrzeugs mittels der Antriebsachse 70 kann die Kupplung 60 geschlossen werden. Hierdurch ist die Antriebswelle 61 mechanisch mit der Abtriebswelle 62 gekoppelt, und das Drehmoment von der Antriebsachse 55 der elektrischen Maschine 50 kann an die Antriebsachse 70 des Fahrzeugs übertragen werden. Dabei kann, wie zuvor bereits beschrieben, die elektrische Maschine 50 mittels elektrischer Energie von der elektrischen Energiequelle 10 und/oder mittels elektrischer Energie von dem elektrischen Energiespeicher 30 gespeist werden. Auch eine Rekuperation ist möglich, bei der Bewegungsenergie von der Antriebsachse 70 des Fahrzeugs über die Kupplung 60 in die elektrische Maschine 50 geführt wird, so dass die elektrische Maschine 50 elektrische Energie erzeugen kann, die über den zweiten Stromrichter 40 in den elektrischen Energiespeicher 30 gespeist werden kann.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Prinzipschaubilds eines Kraftfahrzeugs 100 mit einem elektrischen Antriebssystem 1. Bei dem elektrischen Antriebssystem 1 kann es sich insbesondere beispielsweise um ein elektrisches Antriebssystem handeln, wie es zuvor im Zusammenhang mit 1 bereits beschrieben worden ist. Darüber hinaus kann das Fahrzeug 100 auch über eine weitere angetriebene Achse 160 verfügen. Die weitere Achse 160 kann beispielsweise mittels einer weiteren elektrischen Maschine 150 angetrieben werden. Die weitere elektrische Maschine 150 kann beispielsweise mittels eines nicht dargestellten Stromrichters von einer elektrischen Energiequelle oder einem elektrischen Energiespeicher gespeist werden. Bei der elektrischen Energiequelle bzw. dem elektrischen Energiespeicher kann es sich insbesondere auch um die elektrische Energiequelle 10 sowie den elektrischen Energiespeicher 30 des elektrischen Antriebssystems 1 handeln. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die weitere Achse 160 mittels eines elektrischen Antriebssystems gespeist wird, welches analog zu dem zuvor beschriebenen elektrischen Antriebssystem 1 aufgebaut ist.
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In der gemäß 2 dargestellten Konfiguration ist es möglich, dass das Fahrzeug 100 mittels der elektrischen Maschine 150 über die weitere Antriebsachse 160 angetrieben wird. Solange die von der elektrischen Maschine 150 bereitgestellte Leistung für den Antrieb des Fahrzeugs 100 ausreicht, kann beispielsweise die Kupplung 60 geöffnet werden, so dass die Antriebsachse 70 des elektrischen Antriebssystems 1 von der elektrischen Maschine 50 des Antriebssystems 1 entkoppelt ist. Somit kann die elektrische Maschine 50 des Antriebssystems 1 frei drehen, und es kann elektrische Energie von der elektrischen Energiequelle 10 zu dem elektrischen Energiespeicher 30 übertragen werden. Da die Antriebsachse 70 des Antriebssystems 1 von der elektrischen Maschine 50 des Antriebssystems 1 mechanisch entkoppelt ist, ist es dabei unerheblich, ob sich das Fahrzeug 100 bewegt oder nicht.
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Falls keine Energieübertragung von der elektrischen Energiequelle 10 zu dem Energiespeicher 30 während einer Fahrt des Fahrzeugs 100 erforderlich ist, kann gegebenenfalls auf den Antrieb der weiteren Achse 160 mittels der weiteren elektrischen Maschine 150 verzichtet werden. In diesem Fall kann bei einem stillstehenden Fahrzeug 150 die Kupplung 60 geöffnet werden, und es kann elektrische Energie von der elektrischen Energiequelle 10 über eine rotierende elektrische Maschine 50 zu dem elektrischen Energiespeicher 30 übertragen werden.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers 30 gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Das Verfahren kann insbesondere beliebige Schritte umfassen, wie sie zuvor im Zusammenhang mit dem elektrischen Antriebssystem 1 bereits beschrieben worden sind. Analog können auch in dem zuvor beschriebenen elektrischen Antriebssystem 1 beliebige Schritte ausgeführt werden, die im Nachfolgenden im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers 30 beschrieben werden.
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In Schritt S1 wird elektrische Energie von einer elektrischen Energiequelle 10 an ersten Phasenanschlüssen der Phasenwicklungen 51, 52, 53 einer elektrischen Maschine 50 bereitgestellt. Insbesondere kann es sich bei der elektrischen Energiequelle 10 beispielsweise um eine Brennstoffzelle handeln.
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In Schritt S2 wird die elektrische Energie von zweiten Phasenanschlüssen der Phasenwicklungen 51, 52, 53 der elektrischen Maschine 50 an einem elektrischen Energiespeicher 30 bereitgestellt. Bei dem elektrischen Energiespeicher 30 kann es sich insbesondere um eine Batterie wie zum Beispiel eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs handeln.
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Durch die beiden zuvor genannten Schritte kann somit elektrische Energie von einer elektrischen Energiequelle 10, wie zum Beispiel einer Brennstoffzelle über eine elektrische Maschine 50 zu einem elektrischen Energiespeicher 30, beispielsweise einer Batterie übertragen werden. Auf diese Weise kann der elektrische Energiespeicher 30 aufgeladen werden, um elektrische Energie für ein Antriebssystem bereitzustellen, solange der elektrische Energiespeicher 10 keine oder zumindest keine ausreichende elektrische Energie bereitstellen kann.
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Die Übertragung der elektrischen Energie erfolgt dabei insbesondere über eine elektrische Maschine 50, die mittels einer Kupplung 60 mechanisch von weiteren Antriebskomponenten entkoppelt ist. Auf diese Weise kann die elektrische Maschine 50 frei drehen, ohne ein Drehmoment an weitere Komponenten abzugeben. Durch das Rotieren der elektrischen Maschine 50 kann bei der Energieübertragung ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden.
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Insbesondere kann das Bereitstellen der elektrischen Energie von der elektrischen Energiequelle 10 an der elektrischen Maschine 50 mittels eines ersten Stromrichters 20 erfolgen. Bei dem ersten Stromrichter 20 kann es sich insbesondere um einen Wechselrichter handeln. Das Bereitstellen der elektrischen Energie an dem elektrischen Energiespeicher 30 kann mittels eines zweiten Stromrichters 40 erfolgen, der die an den Phasenanschlüssen 51, 52, 53 anliegende Wechselspannung gleichrichtet.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine elektrische Energieübertragung von einer elektrischen Energiequelle, wie zum Beispiel einer Brennstoffzelle, zu einem elektrischen Energiespeicher, wie zum Beispiel einer Batterie. Hierbei können insbesondere bestehende Komponenten wie Wechselrichter und Phasenwicklungen einer elektrischen Maschine genutzt werden. Die elektrische Maschine kann während der Energieübertragung mittels einer Kupplung mechanisch von weiteren Komponenten des Antriebssystems entkoppelt werden. Auf diese Weise kann die elektrische Maschine frei drehen, so dass durch die Rotation der elektrischen Maschine ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017222019 A1 [0003]
