DE102020127633A1 - Elektrisches kraftfahrzeugantriebssystem mit verschachtelten wandlern für variable spannungen - Google Patents

Elektrisches kraftfahrzeugantriebssystem mit verschachtelten wandlern für variable spannungen Download PDF

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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

Die Offenbarung stellt ein elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem mit verschachtelten Wandlern für variable Spannungen bereit. Ein bidirektionaler Wandler für variable Spannungen überträgt Leistung zwischen einer Traktionsbatterie und einem Wechselrichter einer elektrischen Maschine. Der bidirektionale Wandler für variable Spannungen beinhaltet einen Kondensator, zwei Leistungsmodulphasenzweige und einen Luftspalttransformator mit drei Wicklungen und nicht mehr als vier Anschlüsse. Eine erste der Wicklungen definiert einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss der nicht mehr als vier Anschlüsse. Der erste Anschluss ist direkt mit einem positiven Anschluss der Traktionsbatterie elektrisch verbunden und der zweite Anschluss ist direkt mit einem positiven Anschluss des Kondensators und einer Verbindungsstelle zwischen der zweiten und dritten Wicklung elektrisch verbunden. Eine zweite der Wicklungen definiert einen dritten Anschluss der nicht mehr als vier Anschlüsse, der direkt mit einem der Leistungsmodulphasenzweige elektrisch verbunden ist. Eine dritte der Wicklungen definiert einen vierten Anschluss der nicht mehr als vier Anschlüsse, der direkt mit dem anderen der Leistungsmodulphasenzweige elektrisch verbunden ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft Leistungselektroniksysteme für Kraftfahrzeuge.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Elektrifizierte Fahrzeuge, zu denen Hybrid-, Plug-in-Hybrid- und Elektrofahrzeuge gehören, sind dazu ausgestaltet, durch eine oder mehrere elektrische Maschinen angetrieben oder teilweise angetrieben zu werden, wie etwa Wechselstrominduktionsmaschinen, bürstenlose elektrische Gleichstrommaschinen und synchrone Dauermagnetmaschinen. Ein Batteriepack ist in den elektrifizierten Fahrzeugen enthalten, um den elektrischen Maschinen elektrischen Strom bereitstellen. Hybrid- und Plug-in-Hybridfahrzeuge können zudem eingebaute Brennkraftmaschinen aufweisen, die dazu in der Lage sind, den Batteriepack zu laden und/oder das elektrifizierte Fahrzeug anzutreiben. Der Batteriepack beinhaltet mehrere Batteriezellen in Reihe und/oder parallel, um Hochspannungsleistung und/oder eine hohe Ausgabeleistung zu erreichen, um die Anforderungen von elektrischen Maschinen zu erfüllen. Der Batteriepack stellt zudem anderer Ausstattung und anderen Schaltungen Leistung bereit, wie etwa Gleichspannungswandlern, bordeigenen Generatoren und Klimatisierungssystemen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ein elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem beinhaltet eine Traktionsbatterie, einen Wechselrichter einer elektrischen Maschine und einen bidirektionalen Wandler für variable Spannungen, der Leistung zwischen der Traktionsbatterie und dem Wechselrichter der elektrischen Maschine überträgt. Der bidirektionale Wandler für variable Spannungen beinhaltet einen Kondensator, zwei Leistungsmodulphasenzweige und einen Luftspalttransformator mit drei Wicklungen und nicht mehr als vier Anschlüsse. Eine erste der Wicklungen definiert einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss der nicht mehr als vier Anschlüsse. Der erste Anschluss ist direkt mit einem positiven Anschluss der Traktionsbatterie elektrisch verbunden und der zweite Anschluss ist direkt mit einem positiven Anschluss des Kondensators und einer Verbindungsstelle zwischen der zweiten und dritten Wicklung elektrisch verbunden. Eine zweite der Wicklungen definiert einen dritten Anschluss der nicht mehr als vier Anschlüsse, der direkt mit einem der Leistungsmodulphasenzweige elektrisch verbunden ist, und eine dritte der Wicklungen definiert einen vierten Anschluss der nicht mehr als vier Anschlüsse, der direkt mit dem anderen der Leistungsmodulphasenzweige elektrisch verbunden ist.
  • Ein elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem beinhaltet eine Traktionsbatterie, einen Wechselrichter einer elektrischen Maschine und einen bidirektionalen Wandler für variable Spannungen, der Leistung zwischen der Traktionsbatterie und dem Wechselrichter der elektrischen Maschine überträgt. Der bidirektionale Wandler für variable Spannungen beinhaltet einen Kondensator, zwei Leistungsmodulphasenzweige und einen Luftspalttransformator mit drei Kernen und drei Wicklungen. Eine erste der Wicklungen ist nur um einen ersten der Kerne gewickelt. Eine zweite und dritte der Wicklungen sind jeweils um den ersten der Kerne und einen zweiten der Kerne gewickelt. Ein dritter der Kerne, der zwischen dem ersten und dem zweiten der Kerne angeordnet ist, weist keine der Wicklungen um sich herumgewickelt auf.
  • Ein elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem beinhaltet eine Traktionsbatterie, einen Wechselrichter einer elektrischen Maschine und einen bidirektionalen Wandler für variable Spannungen, der Leistung zwischen der Traktionsbatterie und dem Wechselrichter der elektrischen Maschine überträgt. Der bidirektionale Wandler für variable Spannungen beinhaltet einen Kondensator, zwei Leistungsmodulphasenzweige und einen Luftspalttransformator mit drei Kernen und drei Wicklungen. Eine erste der Wicklungen ist nur um einen ersten der Kerne gewickelt. Eine zweite und dritte der Wicklungen sind jeweils nur um einen zweiten der Kerne gewickelt. Der erste und der zweite der Kerne sind direkt benachbart zueinander und ein dritter der Kerne weist keine der Wicklungen um sich herumgewickelt auf.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Kraftfahrzeugantriebssystems, das einen typischen verschachtelten Wandler für variable Spannungen beinhaltet.
    • 2 ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Kraftfahrzeugantriebssystems, das einen vorgeschlagenen verschachtelten Wandler für variable Spannungen beinhaltet.
    • 3 ist eine schematische Darstellung des Abschnitts des elektrischen Kraftfahrzeugantriebssystems aus 2 mit einem Ersatzschaltbild des verschachtelten Wandlers für variable Spannungen.
    • 4 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts eines elektrischen Kraftfahrzeugantriebssystems, das einen anderen vorgeschlagenen verschachtelten Wandler für variable Spannungen beinhaltet.
    • 5 ist ein Verlauf von iB gegenüber der Zeit für den verschachtelten Wandler für variable Spannungen aus den 2 und 4 bei einer Streuinduktivität von 3 µH und einem Innenwiderstand Rb= 0,2 Ω.
    • 6 ist ein Verlauf von i1 und i2 gegenüber der Zeit für den verschachtelten Wandler für variable Spannungen aus den 2 und 4 bei einer Streuinduktivität von 3 µH und einem Innenwiderstand Rb= 0,2 Ω.
    • 7 ist ein Verlauf von Vb und Vdc gegenüber der Zeit für den verschachtelten Wandler für variable Spannungen aus den 2 und 4 bei einer Streuinduktivität von 3 µH und einem Innenwiderstand Rb= 0,2 Ω.
    • 8 ist ein Verlauf von iB gegenüber der Zeit für den verschachtelten Wandler für variable Spannungen aus 1 bei einer Streuinduktivität von 3 µH und einem Innenwiderstand Rb= 0,2 Q.
    • 9 ist ein Verlauf von i1 und i2 gegenüber der Zeit für den verschachtelten Wandler für variable Spannungen aus 1 bei einer Streuinduktivität von 3 µH und einem Innenwiderstand Rb= 0,2 Ω.
    • 10 ist ein Verlauf von Vb und Vdc gegenüber der Zeit für den verschachtelten Wandler für variable Spannungen aus 1 bei einer Streuinduktivität von 3 µH und einem Innenwiderstand Rb= 0,2 Ω.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden in dieser Schrift beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die in der vorliegenden Schrift offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für den Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
  • Wandler für variable Spannungen (variable voltage converter - VVC) werden in Hybridelektrofahrzeugen (hybrid electric vehicle - HEV) und Elektrofahrzeugen (electric vehicle - EV) verwendet. Die Leistung des Traktionsmotorantriebs wird durch die Verstärkungsfähigkeit des VVC verbessert, welche die Gleichstrombusspannung von einer niedrigeren Batteriespannung erhöht und ungeachtet der Leistung, die der Antrieb eines Motorgenerators verbraucht oder erzeugt, eine gewünschte Gleichstrombusspannung sichergestellt. Für VVC mit hoher Leistung/hohem Strom sind mehrphasige Zweige parallel, um den VVC-Nennstrom zu vergrößern.
  • 1 zeigt ein elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem 10, das eine Traktionsbatterie 12, einen Wechselrichter des Motorgenerators 14, einen Gleichstromzwischenkreiskondensator 16 und einen zweiphasigen verschachtelten VVC 18, der zwischen der Traktionsbatterie 12 und dem Gleichstromzwischenkreiskondensator 16 verbunden ist, beinhaltet. Der zweiphasige verschachtelte VVC 18 beinhaltet einen Eingangskondensator 20, einen gekoppelten Induktor 22 und die Phasenzweige 24, 26. Der gekoppelte Induktor 22 und der Eingangskondensator 20 arbeiten zusammen, um die Stromwelligkeit der Traktionsbatterie innerhalb eines erforderlichen Bereichs einzuschränken. Für Hochleistungs-VVC sind üblicherweise große Induktoren und Kondensatoren erforderlich, um diesen Zweck zu erreichen. Infolgedessen können ausgestaltete Hochleistungs-VVC ein großes Volumen, ein hohes Gewicht, hohe Kosten und einen hohen Verlust aufweisen, was den Wert des elektrischen Antriebssystems reduziert. Des Weiteren kann das Kühlen und Verpacken großer Induktoren und Kondensatoren eine Herausforderung darstellen.
  • Zusätzlich kann der Innenwiderstand und die Streuinduktivität einer Traktionsbatterie die Batteriestromwelligkeit in bestehenden VVC beeinflussen. Eine Traktionsbatterie kann einen hohen Widerstand (z. B. 0,7 Ω bei -40 °C) bei niedrigen Temperaturen und einen niedrigen Widerstand (z. B. 0,025 Ω bei 70 °C) bei hohen Temperaturen aufweisen. Wenn ein gekoppelter Induktor und ein Eingangskondensator für einen bestehenden VVC dazu ausgestaltet sind, Anforderungen bezüglich der Batteriestromwelligkeit bei niedrigen Temperaturen gerecht zu werden, können der ausgestaltete Induktor und Eingangskondensator den Anforderungen bezüglich der Batteriestromwelligkeit bei hohen Temperaturen möglicherweise nicht gerecht werden. Wenn ein gekoppelter Induktor und ein Eingangskondensator für einen bestehenden VVC dazu ausgestaltet sind, Anforderungen bezüglich der Batteriestromwelligkeit bei hohen Temperaturen gerecht zu werden, können der ausgestaltete Induktor und Eingangskondensator große Abmessungen annehmen.
  • Es bleibt somit die Frage, wie ein verschachtelter Hochleistungs-VVC mit einem kleinen Induktor und einem kleinen Kondensator zu gestalten ist. In der Zwischenzeit sollte der Batteriewelligkeitsstrom unabhängig von der internen Impedanz der Batterie auf einem niedrigen Niveau gehalten werden.
  • An dieser Stelle werden VVC vorgeschlagen, um die vorstehenden Probleme anzugehen. Solche VVC reduzieren die Induktivität und Kapazität im Vergleich zu bestehenden Lösungen. Des Weiteren ist der Batteriewelligkeitsstrom jederzeit relativ niedrig, obwohl sich die interne Impedanz der Batterie in einem breiten Bereich ändern kann, was eine zuverlässige Leistung im Hinblick auf Änderungen der internen Impedanz der Batterie aufzeigt.
  • Die 2 und 3 zeigen ein elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem 110, das eine Traktionsbatterie 112, einen Wechselrichter 114 des Motorgenerators, einen Gleichstromzwischenkreiskondensator 116 und einen zweiphasigen verschachtelten VVC 118, der zwischen der Traktionsbatterie 112 und dem Gleichstromzwischenkreiskondensator 116 verbunden ist, beinhaltet. Der zweiphasige verschachtelte VVC 118 beinhaltet einen Eingangskondensator 130, einen Luftspalttransformator 132 und die Phasenzweige 134, 136. Der Luftspalttransformator 132 beinhaltet drei Kerne 138, 140, 142, drei Wicklungen 144, 146, 148 und vier Anschlüsse 150, 152, 154, 156.
  • Die Wicklung 144 ist nur um den Kern 138 gewickelt. Die Wicklungen 146, 148 sind jeweils um den Kern 138 und den Kern 142 gewickelt. Der Kern 140 ist zwischen den Kernen 138, 142 angeordnet und weist keine der Wicklungen 144, 146, 148 um sich herumgewickelt auf.
  • Die Wicklung 144 definiert die Anschlüsse 150, 152. Die Wicklung 146 definiert den Anschluss 156. Die Wicklung 148 definiert den Anschluss 154. Der Anschluss 150 ist direkt mit einem positiven Anschluss der Traktionsbatterie 112 elektrisch verbunden. Der Anschluss 152 ist direkt mit einem positiven Anschluss des Eingangskondensators 130 und einer Verbindungsstelle der Wicklungen 146, 148 elektrisch verbunden. Der Anschluss 154 ist direkt mit dem Phasenzweig 134 elektrisch verbunden. Der Anschluss 156 ist direkt mit dem Phasenzweig 136 elektrisch verbunden.
  • Die Wicklungen 144, 146, 148 auf dem Kern 138 weisen ein Windungsverhältnis von N:1:1 auf. Die Wicklungen 146, 148 auf dem Kern 142 sind gekoppelt. Der Kern 140 stellt einen gemeinsamen Magnetpfad bereit. Der Batteriewelligkeitsstrom ΔiB weist die folgende Beziehung zu den Stromwelligkeiten Δi1 und Δi2 von zwei Phasenzweigen auf: Δ i B = Δ i 1 + Δ i 2 N − Δ i m
    Figure DE102020127633A1_0001
    wobei Δim die Magnetisierungsstromwelligkeit ist, die nicht in die Traktionsbatterie 112 fließt. Wenn eine große Magnetisierungsinduktivität ausgelegt ist, ist Δim vernachlässigbar und somit Δ i B = Δ i 1 + Δ i 2 N
    Figure DE102020127633A1_0002
    Wenn eine kleine Magnetisierungsinduktivität ausgelegt ist, ist ΔiB deutlich geringer als (Δi1+Δi2)/N.
  • 4 zeigt ein elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem 210, das eine Traktionsbatterie 212, einen Wechselrichter 214 des Motorgenerators, einen Gleichstromzwischenkreiskondensator 216 und einen zweiphasigen verschachtelten VVC 218, der zwischen der Traktionsbatterie 212 und dem Gleichstromzwischenkreiskondensator 216 verbunden ist, beinhaltet. Der zweiphasige verschachtelte VVC 218 beinhaltet einen Eingangskondensator 230, einen Luftspalttransformator 232 und die Phasenzweige 234, 236. Der Luftspalttransformator 232 beinhaltet drei Kerne 238, 240, 242, drei Wicklungen 244, 246, 248 und vier Anschlüsse 250, 252, 254, 256. Die Kerne 238, 240 definieren gemeinsam die Kernschenkel 258, 260. Der Kern 242 definiert den Kernschenkel 262.
  • Die Wicklung 244 ist nur um den Kern 238 gewickelt. Die Wicklungen 246, 248 sind jeweils nur um den Kern 242 gewickelt. Die Kerne 238, 242 sind direkt benachbart zueinander angeordnet. Der Kern 240 weist keine der Wicklungen 244, 246, 248 um sich herumgewickelt auf.
  • Die Wicklung 244 definiert die Anschlüsse 250, 252. Die Wicklung 246 definiert den Anschluss 256. Die Wicklung 248 definiert den Anschluss 254. Der Anschluss 250 ist direkt mit einem positiven Anschluss der Traktionsbatterie 212 elektrisch verbunden. Der Anschluss 252 ist direkt mit einem positiven Anschluss des Eingangskondensators 230 und einer Verbindungsstelle der Wicklungen 246, 248 elektrisch verbunden. Der Anschluss 254 ist direkt mit dem Phasenzweig 234 elektrisch verbunden. Der Anschluss 256 ist direkt mit dem Phasenzweig 236 elektrisch verbunden.
  • Die Kernschenkel 258, 262 sind so ausgestaltet, dass sie eine viel größere Reluktanz als der Kernschenkel 260 aufweisen. Wenn Rm1, Rm2 und Rm3 die jeweiligen Reluktanzen der Kernschenkel 258, 262, 260 sind, beträgt die Batteriestromwelligkeit ΔiB Δ i B = N 2 R m 3 N 1 ( R m 2 + R m 3 ) ( Δ i 1 + Δ i 2 ) − Δ i m
    Figure DE102020127633A1_0003
    wobei Δim die Magnetisierungsstromwelligkeit ist, die nicht in die Traktionsbatterie 212 fließt; N1 die Windungszahl der Wicklung 244 ist und N2 die Windungszahl der Wicklungen 246, 248 ist. Um das Transformatorgewicht zu verringern, ist N1 ist deutlich geringer als N2. Bei der Ausgestaltung des Transformators 232 werden die folgenden Beziehungen beobachtet: N 2 R m 3 N 1 ( R m 2 + R m 3 ) = 1 N
    Figure DE102020127633A1_0004
    und R m 2 = ( N ⋅ N 2 N 1 − 1 ) R m 3
    Figure DE102020127633A1_0005
    Die Batteriestromwelligkeit ΔiB wird somit auf (Δi1+Δi2)/N begrenzt.
  • Die hierin in Betracht gezogenen Anordnungen halten den Batteriewelligkeitsstrom selbst bei einer kleinen Induktivität, die mit dem Transformator und einem kleinen Eingangskondensator assoziiert ist, niedrig. Darüber hinaus wird der Batteriewelligkeitsstrom weniger durch die interne Impedanz der Batterie beeinflusst. Daher können Überlegungen zur Innenimpedanz im Zusammenhang mit der Batterietemperatur weniger relevant sein.
  • An dieser Stelle wurden Simulationen verwendet, um die vorgeschlagenen VVC-Ausgestaltungen mit bestehenden Lösungen zu vergleichen. Die folgenden Annahmen wurden getroffen. Die Traktionsbatteriespannung beträgt 200 V. Die interne Impedanz der Batterie weist drei Fälle auf: 1) Streuinduktivität Lb= 3 µH, Innenwiderstand Rb= 0,2 Ω; 2) Streuinduktivität Lb= 3 µH, Innenwiderstand Rb= 0,025 Ω; 3) Streuinduktivität Lb= 0 µH, Innenwiderstand Rb= 0,025 Ω. Beide VVCs mit einem Arbeitszyklus von 0,75 treiben eine Last von 100 kW an. L ist gleich 50 µH. Cin ist gleich 50 µF. N ist gleich 6.
  • Die 4, 5 und 6 zeigen Simulationsergebnisse für Fall 1. Der Batteriewelligkeitsstrom liegt im Bereich von 27,5 A Peak-Peak. Die DC-Busspannung wird von 200 V Batteriespannung auf 800 V verstärkt. Der durchschnittliche Batteriestrom beträgt 500 A und jede Wicklung, die mit einem Phasenzweig verbunden ist, führt 250 A. Dies zeigt zwei Merkmale: 1) die erforderliche Induktivität und Kapazität sind relativ klein, um einen niedrigen Batteriewelligkeitsstrom zu erreichen; 2) Der Batteriewelligkeitsstrom wird weniger durch die interne Impedanz der Batterie beeinflusst. Fall 2 und Fall 3 wurden ebenfalls untersucht. Für Fall 2 liegt der Batteriewelligkeitsstrom in dem Bereich von 27,5 A Peak-Peak. Für Fall 3 liegt der Batteriewelligkeitsstrom in dem Bereich von 29,3 A Peak-Peak.
  • Die gleichen Batterieimpedanzfälle wurden bei der Simulation der Anordnung aus 1 verwendet. Erneut ist L gleich 50 µH und Cin gleich 50 µF. Die 8, 9 und 10 zeigen Simulationsergebnisse für Fall 1. Der Batteriewelligkeitsstrom liegt in dem Bereich von 92,7 A Peak-Peak. Die Gleichstrombusspannung wird von 200 V Batteriespannung mit einem 39,2 V Peak-Peak auf 800 V verstärkt. Für Fall 2 liegt der Batteriewelligkeitsstrom in dem Bereich von 129 A Peak-Peak. Für Fall 3 liegt der Batteriewelligkeitsstrom in dem Bereich von 183,7 A Peak-Peak. Somit ist der Batteriewelligkeitsstrom relativ hoch und deutlich durch die interne Impedanz der Batterie beeinflusst.
  • In der Anordnung aus 1 ist ein weit größerer Induktor zu erwarten, um die Batteriestromwelligkeit und Spannungswelligkeit zu verringern. Tatsächliche Ausgestaltungsbeispiele sind in Tabelle 1 gezeigt, um die vorgeschlagenen VVC mit dem bestehenden VVC aus 1 zu vergleichen. Um die gleiche Amplitude des Batteriewelligkeitsstroms zu erreichen, erfordert der bestehende VVC aus 1 eine größere Induktivität. Darüber hinaus weisen die vorgeschlagenen VVC im Vergleich zu dem bestehenden VVC aus 1 ein deutlich geringeres Gewicht auf. Tabelle 1
    Leistungsvergleich der Anordnung aus 1 mit den Anordnungen aus den 2 und 4
    Batterieimpedanz Erforderliche Induktivität (µH) Batteriestromwelligkeit (Peak-Peak) Induktorgewicht (kg) Hinweis
    Bestehend Vorgeschlagen Bestehend Vorgeschlagen Bestehend Vorgeschlagen
    Lb=3 µH, Rb=0,2 Ω 160 µH 50 µH 27,6 A 27,5 A 3,3 kg 1,6 kg Durchschnittl icher Batteriestrom : 500 A
    Lb=3 µH, Rb=0,025 Ω 219 µH 50 µH 27,5 A 27,5 A 4,3 kg
    Lb=0 µH, Rb=0,025 Ω 310 µH 50 µH 29,6 A 29,3 A 6,1 kg Jeder Phasenzweig strom: 250 A.
  • Einige der vorgeschlagenen VVC erfordern einen kleinen Transformator mit drei Wicklungen, einen kleinen Kondensator und vier aktive Schalter, um einen zweiphasigen verschachtelten VVC zu erreichen. Der Batteriewelligkeitsstrom ist relativ gering. Der bestehende VVC benötigt jedoch einen großen gekoppelten Induktor mit zwei Wicklungen und einen großen Eingangskondensator, um einen zweiphasigen verschachtelten VVC zu erreichen. Der Batteriewelligkeitsstrom des vorgeschlagenen VVC wird weniger durch die interne Impedanz der Batterie beeinflusst, wohingegen jener des bestehenden VVC deutlich von der internen Impedanz der Batterie beeinflusst wird.
  • Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben worden sein könnten, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass bei einem bzw. einer oder mehreren Merkmalen oder Eigenschaften Kompromisse eingegangen werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können Folgendes einschließen, sind jedoch darauf nicht beschränkt: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, bequeme Montage usw. Daher liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Geltungsbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims (15)

  1. Elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem, das Folgendes umfasst: eine Traktionsbatterie; einen Wechselrichter einer elektrischen Maschine; und einen bidirektionalen Wandler für variable Spannungen, der dazu konfiguriert ist, Leistung zwischen der Traktionsbatterie und dem Wechselrichter der elektrischen Maschine zu übertragen und der einen Kondensator, zwei Leistungsmodulphasenzweige und einen Luftspalttransformator mit drei Wicklungen und nicht mehr als vier Anschlüsse beinhaltet, wobei eine erste der Wicklungen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss der nicht mehr als vier Anschlüsse definiert, wobei der erste Anschluss direkt mit einem positiven Anschluss der Traktionsbatterie elektrisch verbunden ist und der zweite Anschluss direkt mit einem positiven Anschluss des Kondensators und einer Verbindungsstelle zwischen der zweiten und dritten Wicklung elektrisch verbunden ist, wobei eine zweite der Wicklungen einen dritten Anschluss der nicht mehr als vier Anschlüsse definiert, der direkt mit einem der Leistungsmodulphasenzweige elektrisch verbunden ist, und eine dritte der Wicklungen einen vierten Anschluss der nicht mehr als vier Anschlüsse definiert, der direkt mit dem anderen der Leistungsmodulphasenzweige elektrisch verbunden ist.
  2. Elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 1, wobei der Luftspalttransformator drei Kerne beinhaltet und wobei jede der drei Wicklungen um einen gleichen der Kerne gewickelt ist.
  3. Elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 1, wobei der Luftspalttransformator drei Kerne beinhaltet und wobei die zweite und die dritte der Wicklungen jeweils um zwei gleiche der Kerne gewickelt sind.
  4. Elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 1, wobei der Luftspalttransformator drei Kerne beinhaltet und wobei die zweite und die dritte der Wicklungen jeweils um nur einen der Kerne gewickelt sind.
  5. Elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 1, wobei der Luftspalttransformator drei Kerne beinhaltet und wobei einer der Kerne keine der drei Wicklungen um sich herumgewickelt aufweist.
  6. Elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 4, wobei der eine der Kerne zwischen den anderen zwei der Kerne angeordnet ist.
  7. Elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 1, wobei der Luftspalttransformator drei Kerne beinhaltet und wobei die erste der Wicklungen nur um einen der Kerne gewickelt ist.
  8. Elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem, das Folgendes umfasst: eine Traktionsbatterie; einen Wechselrichter einer elektrischen Maschine; und einen bidirektionalen Wandler für variable Spannungen, der dazu konfiguriert ist, Leistung zwischen der Traktionsbatterie und dem Wechselrichter der elektrischen Maschine zu übertragen, und der einen Kondensator, zwei Leistungsmodulphasenzweige und einen Luftspalttransformator mit drei Kernen und drei Wicklungen beinhaltet, wobei eine erste der Wicklungen nur um einen ersten der Kerne gewickelt ist, wobei eine zweite und eine dritte der Wicklungen jeweils und den ersten der Kerne und einen zweiten der Kerne gewickelt sind und ein dritter der Kerne, der zwischen dem ersten und dem zweiten der Kerne angeordnet ist, keine der Wicklungen um sich herumgewickelt aufweist.
  9. Elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 8, wobei der Luftspalttransformator nicht mehr als vier Anschlüsse beinhaltet, wobei die erste der Wicklungen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss der nicht mehr als vier Anschlüsse definiert, und wobei der erste der Anschluss direkt mit einem positiven Anschluss der Traktionsbatterie elektrisch verbunden ist.
  10. Elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 9, wobei der zweite Anschluss direkt mit einem positiven Anschluss des Kondensators und einer Verbindungsstelle zwischen der zweiten und der dritten Wicklung elektrisch verbunden ist.
  11. Elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 8, wobei der Luftspalttransformator nicht mehr als vier Anschlüsse beinhaltet, wobei die zweite der Wicklungen einen dritten Anschluss der nicht mehr als vier Anschlüsse definiert, der direkt mit einem der Leistungsmodulphasenzweige elektrisch verbunden ist, und wobei die dritte der Wicklungen einen vierten Anschluss der nicht mehr als vier Anschlüsse definiert, der direkt mit dem anderen der Leistungsmodulphasenzweige elektrisch verbunden ist.
  12. Elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem, das Folgendes umfasst: eine Traktionsbatterie; einen Wechselrichter einer elektrischen Maschine; und einen bidirektionalen Wandler für variable Spannungen, der dazu konfiguriert ist, Leistung zwischen der Traktionsbatterie und dem Wechselrichter der elektrischen Maschine zu übertragen, und der einen Kondensator, zwei Leistungsmodulphasenzweige und einen Luftspalttransformator mit drei Kernen und drei Wicklungen beinhaltet, wobei eine erste der Wicklungen nur um einen ersten der Kerne gewickelt ist, wobei eine zweite und eine dritte der Wicklungen jeweils nur um einen zweiten der Kerne gewickelt sind, wobei der erste und der zweite der Kerne direkt zueinander benachbart sind und wobei ein dritter der Kerne keine der Wicklungen um sich herumgewickelt aufweist.
  13. Elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 12, wobei der Luftspalttransformator nicht mehr als vier Anschlüsse beinhaltet, wobei die erste der Wicklungen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss der nicht mehr als vier Anschlüsse definiert, und wobei der erste der Anschluss direkt mit einem positiven Anschluss der Traktionsbatterie elektrisch verbunden ist.
  14. Elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 13, wobei der zweite Anschluss direkt mit einem positiven Anschluss des Kondensators und einer Verbindungsstelle zwischen der zweiten und der dritten Wicklung elektrisch verbunden ist.
  15. Elektrisches Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 12, wobei der Luftspalttransformator nicht mehr als vier Anschlüsse beinhaltet, wobei die zweite der Wicklungen einen dritten Anschluss der nicht mehr als vier Anschlüsse definiert, der direkt mit einem der Leistungsmodulphasenzweige elektrisch verbunden ist, und wobei die dritte der Wicklungen einen vierten Anschluss der nicht mehr als vier Anschlüsse definiert, der direkt mit dem anderen der Leistungsmodulphasenzweige elektrisch verbunden ist.
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