DE102020109329A1

DE102020109329A1 - Elektrisches Antriebssystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs

Info

Publication number: DE102020109329A1
Application number: DE102020109329.2A
Authority: DE
Inventors: Justus Speichermann
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2040-04-04
Also published as: DE102020109329B4

Abstract

Elektrisches Antriebssystem (10) eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, mit mindestens einer elektrischen Maschine (12), mit mindestens einer Traktionsbatterie (11), mit mindestens einer Leistungselektronik (13), mit als Stromschienen (14) ausgebildeten elektrischen Leitungen zum Verbinden der mindestens einen elektrischen Maschine (12) mit der mindestens einen Traktionsbatterie (11) unter Zwischenschaltung der mindestens einen Leistungselektronik (13), wobei mindestens einer als Stromschiene (14) ausgebildeten elektrischen Leitung eine Temperiereinrichtung (15) mit einem magnetokalorischen Material zugeordnet ist, und wobei die mindestens eine Leistungselektronik (13) einen Stromfluss durch die jeweilige als Stromschiene (14) ausgebildete elektrische Leitung ändert, um eine Magnetfeldänderung für das magnetokalorische Material zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs.
Ein Antriebssystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs verfügt über zumindest eine elektrische Maschine, über welche an einem Abtrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeugs Antriebsleistung bereitgestellt werden kann, über mindestens eine Traktionsbatterie, welche elektrische Energie für den Betrieb der mindestens einen elektrischen Maschine speichert, sowie über mindestens eine Leistungselektronik, die zwischen die mindestens eine elektrische Maschine und die mindestens eine Traktionsbatterie geschaltet ist. Elektrische Leitungen zum Verbinden der mindestens einen elektrischen Maschine mit der mindestens einen Traktionsbatterie unter Zwischenschaltung der mindestens einen Leistungselektronik sind dabei typischerweise als Stromschienen ausgeführt.
Die Komponenten eines solchen Antriebssystems eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs sind sehr kompakt ausgeführt, um möglichst wenig Bauraum im Fahrzeug in Anspruch zu nehmen. Die Komponenten sind dabei mit hoher Packungsdichte im Fahrzeug verbaut. Um einen ordnungsgemäßen Betrieb des Antriebssystems zu gewährleisten, muss eine unzulässig hohe Erwärmung der Komponenten des Antriebssystems vermieden werden. Gerade bei einem elektrischen Antriebssystem besteht jedoch infolge von Verlustleistung die Gefahr, dass sich die elektrischen Komponenten des elektrischen Antriebssystems unzulässig stark erwärmen. Auch muss für einen hohen Wirkungsrad eine zu geringe Temperatur vermieden werden. Diese Anforderung besteht auch bei als Stromschienen ausgebildeten elektrischen Leitungen.
Aus der DE 10 2011 100 602 A1 ist eine Kühlvorrichtung zur Kühlung eines elektrochemischen Energiespeichers bekannt. Die dort offenbarte Kühlvorrichtung verfügt über einen Primärkreislauf, in welchem eine magnetische Kühlflüssigkeit durch ein Magnetfeld und anschließend durch den elektrochemischen Energiespeicher fließen kann.
Die DE 10 2017 009 719 A1 offenbart eine Ladeeinrichtung zum induktiven Laden eines Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie. Die Ladeeinrichtung verfügt über eine Ladespule, mittels welcher zum induktiven Übertragen der elektrischen Energie wenigstens ein Magnetfeld erzeugt werden kann, sowie über eine Kühleinrichtung eines Teilbereichs der Ladeeinrichtung. Die Kühleinrichtung weist wenigstens ein magnetkalorisches Material auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neuartiges elektrisches Antriebssystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein elektrisches Antriebssystem gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist mindestens einer als Stromschiene ausgebildeten elektrischen Leitung eine Temperiereinrichtung mit einem magnetokalorischen Material zugeordnet, wobei die mindestens eine Leistungselektronik einen Stromfluss durch die jeweilige als Stromschiene ausgebildete elektrische Leitung ändert, um eine Magnetfeldänderung für das magnetokalorische Material zu erzeugen.
Erfindungsgemäß ist bei einem elektrischen Antriebssystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mindestens einer Stromschiene des Antriebssystems eine Temperiereinrichtung mit einem magnetokalorischen Material zugeordnet. Unter Ausnutzung des magnetokalorischen Effekts kann so die Stromschiene temperiert werden. Die für die Ausnutzung des magnetokalorischen Effekts benötigte Magnetfeldänderung für das magnetokalorische Material wird dadurch erzeugt, dass die mindestens eine Leistungselektronik den Stromfluss durch die jeweilige Stromschiene ändert. Es ist demnach keine separate Einrichtung zur Erzeugung und Änderung eines Magnetfelds erforderlich, vielmehr wird durch die Stromänderung des durch die jeweilige Stromschiene fließenden elektrischen Stroms die Magnetfeldänderung erzeugt. Hierdurch kann bei kompakter Bauform eine effektive Temperierung der Stromschienen des elektrischen Antriebssystems bereitgestellt werden. Stromschienen können dünner ausgeführt werden, wodurch Kosten und Gewicht eingespart werden können.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung moduliert die mindestens eine Leistungselektronik einem elektrischen Strom, der abhängig von einer Leistungsanforderung der mindestens einen elektrischen Maschine über die jeweilige als Stromschiene ausgebildeten elektrischen Leitung fließt, eine Änderung des elektrischen Stroms auf, welche die Magnetfeldänderung für das magnetokalorische Material erzeugt. Hiermit sind einerseits ein besonders vorteilhafter Betrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeugs und andererseits eine besonders vorteilhafte Temperierung der jeweiligen Stromschiene möglich.
Vorzugsweise wird die Änderung des elektrischen Stroms dem abhängig von der Leistungsanforderung der mindestens einen elektrischen Maschine durch die Stromschiene fließenden aufmoduliert, und zwar ohne die Leistungsanforderung der mindestens einen elektrischen Maschine im Mittel zu überschreiten oder zu unterschreiten. Bei effektiver Temperierung der jeweiligen Stromschiene kann die Leistungsanforderung ohne Einbußen bereitgestellt werden.
Vorzugsweise ist mindestens einer als Stromschiene ausgebildeten elektrischen Leitung im Gleichstrompfad und/oder mindestens einer als Stromschiene ausgebildeten elektrischen Leitung im Wechselstrompfad des elektrischen Antriebssystems eine Temperiereinrichtung mit dem magnetokalorischen Material zugeordnet, wobei die mindestens eine Leistungselektronik den jeweiligen Stromfluss durch die jeweilige als Stromschiene ausgebildete elektrische Leitung ändert, um die Magnetfeldänderung für das magnetokalorische Material zu erzeugen. Sowohl im Gleichstrompfad als auch im Wechselstrompfad des Antriebssystems verlaufende Stromschienen können mit der Erfindung einfach und zuverlässig temperiert werden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen elektrisches Antriebssystem eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs.

1 zeigt stark schematisiert ein Blockschaltbild eines elektrischen Antriebssystems 10 eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, welches eine Traktionsbatterie 11 und eine elektrische Maschine 12 aufweist. In der Traktionsbatterie 11 ist elektrische Energie gespeichert, die abhängig zum Beispiel von einem Fahrerwunsch von der elektrischen Maschine 12 abgerufen werden kann, um den Fahrerwunsch am Abtrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeugs bereitzustellen. Zwischen Traktionsbatterie 11 und die elektrische Maschine 12 ist eine Leistungselektronik 13 geschaltet. Diese umfasst zum Beispiel einen Umrichter, um Gleichstrom in Wechselstrom zu wandeln. So handelt es sich bei einer Traktionsbatterie 11 um eine Gleichspannungsquelle, bei der elektrischen Maschine 12 hingegen um einen Wechselstromverbraucher. Über den Umrichter der Leistungselektronik 13 muss demnach von der Traktionsbatterie 11 bereitstellbarer Gleichstrom in Wechselstrom für die elektrische Maschine 12 gewandelt werden.
Die elektrischen Komponenten 11, 12 und 13 des elektrischen Antriebssystems 10 sind über als Stromschienen 14 ausgebildete elektrische Leitungen miteinander verbunden, so zum Beispiel die Traktionsbatterie 11 mit der Leistungselektronik 13 sowie die Leistungselektronik 13 mit der elektrischen Maschine 12. Die sich zwischen der Traktionsbatterie 11 und der Leistungselektronik 13 erstreckende Stromschiene 14 überträgt demnach Gleichstrom, die sich zwischen der Leistungselektronik 13 und der elektrischen Maschine 12 erstreckende Stromschiene 14 überträgt hingegen Wechselstrom.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung ist mindestens einer Stromschiene 14, in 1 beiden Stromschienen 14, eine Temperiereinrichtung 15 mit einem magnetokalorischen Material zugeordnet, um unter Ausnutzung des magnetokalorischen Effekts die jeweilige Stromschiene 14 zu temperieren, nämlich zu kühlen und/oder zu erwärmen.
So ist in 1 sowohl der Stromschiene 14, die sich im Gleichstrompfad des elektrischen Antriebssystems zwischen der Traktionsbatterie 11 und der Leistungselektronik 13 erstreckt, als auch der Stromschiene 14, die sich im Wechselstrompfad des elektrischen Antriebssystems 10 zwischen der Leistungselektronik 13 und der elektrischen Maschine 12 erstreckt, jeweils eine Temperiereinrichtung 15 mit einem magnetokalorischen Material zugeordnet.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystem 10 ändert die Leistungselektronik 13 einen Stromfluss des jeweiligen elektrischen Stroms durch die jeweilige Stromschiene 14, um so eine Magnetfeldänderung für das magnetokalorische Material zu erzeugen, um also den magnetokalorischen Effekt des magnetokalorischen Materials zur Temperierung, nämlich Kühlung oder Erwärmung, der jeweiligen Stromschiene 14 zu nutzen.
Es ist demnach keine separate Baugruppe zur Erzeugung und Änderung eines Magnetfelds erforderlich, die Änderung des Magnetfelds für die jeweilige Temperiereinrichtung 15 erfolgt durch Änderung des elektrischen Stromflusses durch die zu temperierende Stromschiene 14 über die Leistungselektronik 13.
Vorzugsweise ändert die Leistungselektronik 13 den elektrischen Stromfluss durch die jeweilige Stromschiene 14 derart, dass dem abhängig von einer Leistungsanforderung der elektrischen Maschine 12 durch die jeweilige Stromschiene 14 fließenden elektrischen Strom eine Änderung des elektrischen Stroms aufmoduliert wird, welche die Magnetfeldänderung für das magnetokalorische Material erzeugt.
Die Änderung des elektrischen Stroms wird derart aufmoduliert, dass die Leistungsanforderung der elektrischen Maschine 12 bereitgestellt werden kann. Die Änderung des elektrischen Stroms wird derart aufmoduliert, dass die Leistungsanforderung der jeweiligen elektrischen Maschine 12 im Mittel nicht überschritten und nicht unterschritten wird, also von der elektrischen Maschine 12 ein Fahrerwunsch umgesetzt wird.
Zur Aufmodulierung der Änderung des elektrischen Stromflusses durch jeweilige Stromschiene 14 nutzt die Leistungselektronik 13 vorzugsweise eine Pulsmodulation, so zum Beispiel eine Pulsdauermodulation oder eine Pulsamplitudenmodulation.
Es liegt demnach im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, eine Stromschiene 14 eines elektrischen Antriebssystems eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mithilfe einer Temperiereinrichtung zu kühlen oder zu erwärmen, die ein magnetokalorisches Material aufweist und demnach den magnetokalorischen Effekt zur Kühlung oder Erwärmung der jeweiligen Stromschiene 14 nutzt, wobei die benötigte Magnetfeldänderung dadurch erzeugt wird, dass die Leistungselektronik 13, die ohnehin im elektrischen Antriebssystem verbaut ist, den elektrischen Stromfluss durch die jeweilige Stromschiene 14 ändert, um durch diese Änderung des elektrischen Stromflusses durch die jeweilige Stromschiene 14 die Änderung des für den magnetokalorischen Effekt benötigten Magnetfelds zu erzeugen. Es wird demnach keine separate Einrichtung zur Erzeugung und Änderung eines Magnetfelds benötigt, wodurch Bauraum und Kosten eingespart werden können. Die Änderung des elektrischen Stroms durch die jeweilige Stromschiene 14 erfolgt durch eine Modulation, insbesondere derart, dass durch das Aufmodulieren der für die Änderung des Magnetfelds benötigten Änderung des elektrischen Stromflusses für einen Fahrer keine Einschränkungen entstehen, insbesondere derart, dass eine von der elektrischen Maschine 12 abhängig vom Fahrerwunsch angeforderte Leistung am Abtrieb des Elektro- oder Hybridfahrzeugs bereitgestellt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011100602 A1 [0004]
DE 102017009719 A1 [0005]

Claims

Elektrisches Antriebssystem (10) eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, mit mindestens einer elektrischen Maschine (12), mit mindestens einer Traktionsbatterie (11), mit mindestens einer Leistungselektronik (13), mit als Stromschienen (14) ausgebildeten elektrischen Leitungen zum Verbinden der mindestens einen elektrischen Maschine (12) mit der mindestens einen Traktionsbatterie (11) unter Zwischenschaltung der mindestens einen Leistungselektronik (13), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer als Stromschiene (14) ausgebildeten elektrischen Leitung eine Temperiereinrichtung (15) mit einem magnetokalorischen Material zugeordnet ist, die mindestens eine Leistungselektronik (13) einen Stromfluss durch die jeweilige als Stromschiene (14) ausgebildete elektrische Leitung ändert, um eine Magnetfeldänderung für das magnetokalorische Material zu erzeugen.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer als Stromschiene (14) ausgebildeten elektrischen Leitung im Gleichstrompfad des elektrischen Antriebssystems eine Temperiereinrichtung (15) mit dem magnetokalorischen Material zugeordnet ist, die mindestens eine Leistungselektronik (13) den Gleichstromfluss durch die jeweilige als Stromschiene (14) ausgebildete elektrische Leitung ändert, um die Magnetfeldänderung für das magnetokalorische Material zu erzeugen.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer als Stromschiene (14) ausgebildeten elektrischen Leitung im Wechselstrompfad des elektrischen Antriebssystems eine Temperiereinrichtung (15) mit dem magnetokalorischen Material zugeordnet ist, die mindestens eine Leistungselektronik (13) den Wechselstromfluss durch die jeweilige als Stromschiene (14) ausgebildete elektrische Leitung ändert, um die Magnetfeldänderung für das magnetokalorische Material zu erzeugen.
Elektrisches Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leistungselektronik (13) einem elektrischen Strom, der abhängig von einer Leistungsanforderung der mindestens einen elektrischen Maschine (12) über die jeweilige als Stromschiene (14) ausgebildeten elektrischen Leitung fließt, eine Änderung des elektrischen Stroms aufmoduliert, welche die Magnetfeldänderung für das magnetokalorische Material erzeugt.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung des elektrischen Stroms aufmoduliert wird ohne die Leistungsanforderung der mindestens einen elektrischen Maschine (12) im Mittel zu überschreiten oder zu unterschreiten.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leistungselektronik (13) hierzu eine Pulsmodulation nutzt.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leistungselektronik (13) eine Pulsdauermodulation oder eine Pulsamplitudenmodulation nutzt.