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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Antriebssystem.
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Aus der Praxis bekannte elektrische Antriebssysteme für Fahrzeuge umfassen üblicherweise einen AC-Kreis und einen DC-Kreis, welche durch mindestens einen ACDC-Inverter verbunden sind. Am DC-Kreis ist in der Regel mindestens ein elektrischer Energiespeicher angeschlossen. Weiterhin können diverse Nebenaggregate angeschlossen werden. Inverter und Nebenaggregate haben oft Eingangskapazitäten auf Seiten des DC-Kreises.
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Beim Aufstarten des Fahrzeugs wird in der Regel ein Zuschalten des Energiespeichers angefordert, z. B. über den CAN-Datenbus. Aufgrund der hohen Kapazität und Ruhespannung des Energiespeichers und der geringen Übergangswiderstände im DC-Kreis würden ohne Strombegrenzung kurzschlussartige Zuschaltströme entstehen. Um dies zu verhindern, wird in dem Energiespeicher, z. B. in der Batterie, üblicherweise eine Vorladeschaltung verbaut, welche den Zuschaltstrom über einen Vorladewiderstand begrenzt.
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Aktuell werden gerade in elektrisch oder zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Nutzfahrzeugen, z. B. Nutzfahrzeugen, die als Batterie-Elektrofahrzeuge (BEV), Hybrid-Elektrofahrzeuge (HEV) oder Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEV) ausgeführt sind, mehrere Energiespeicher verbaut und parallel und/oder seriell am DC-Kreis angeschlossen. Oft ist dadurch mehrfach pro Fahrzeug eine Vorladeschaltung verbaut. Dies führt zu erhöhtem Bauraumbedarf und Kosten.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Vorlade-Technik bereitzustellen, mit der Nachteile herkömmlicher Vorlade-Techniken vermieden werden können. Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere, eine kosteneffizientere und/oder bauraumoptimierte Vorlade-Technik für elektrische Antriebssysteme bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
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Gemäß einem allgemeinen Gesichtspunkt betrifft die Erfindung ein elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug. Das elektrische Antriebssystem umfasst einen Hochvolt-Gleichspannungskreis, nachfolgend auch kurz als HV-DC-Kreis bezeichnet, einen Wechselspannungskreis, nachfolgend auch kurz als AC-Kreis bezeichnet, und einen AC/DC-Wechselrichter zur Kopplung von HV-DC-Kreis und AC-Kreis.
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Das elektrische Antriebssystem umfasst ferner ein Traktionsenergiespeichersystem zur Bereitstellung einer elektrischen Leistung für den HV-DC-Kreis. Das Traktionsenergiespeichersystem umfasst mehrere elektrische Energiespeicher, z. B. mehrere Batterien. Die mehreren elektrischen Energiespeicher können parallel oder seriell miteinander verschaltet sein. Jeder Energiespeicher umfasst hierbei mehrere Zellen und eine Energiespeichersteuerung. Anders ausgedrückt umfasst das Traktionsenergiespeichersystem eine Multi-Batterie-Architektur aus mehreren verbauten Energiespeichern, die parallel und/oder seriell am HV-DC-Kreis angeschlossen sind.
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Das elektrische Antriebssystem kann ferner eine motorisch und generatorisch betreibbare elektrische Maschine umfassen, die als elektrischer Antriebsmotor des Fahrzeugs dient. Der AC/DC-Wechselrichter kann in an sich bekannter Weise zur Ansteuerung der elektrischen Maschine ausgebildet sein und hierzu eine Gleichspannung in Wechselspannung umwandeln (oder umgekehrt im rekuperativen Betriebsmodus).
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Ferner ist eine Vorladeeinrichtung zum Begrenzen von Zuschaltströmen beim Zuschalten des Traktionsenergiespeichersystems vorgesehen.
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Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung kann die Vorladeeinrichtung als zentrale Vorladeeinrichtung, insbesondere als zentrale Vorladeschaltung, vorgesehen sein, die ausgebildet ist, beim Zuschalten des Traktionsenergiespeichersystems die Zuschaltströme zu begrenzen. Unter einer zentralen Vorladeeinrichtung wird eine Vorladeeinrichtung verstanden, die den Zuschaltstrom des gesamten Traktionsspeichersystems beim Zuschalten begrenzen kann, so dass mehrere einzelne Vorladeschaltungen, die jeweils einem der mehreren Energiespeicher zugeordnet sind, nicht vonnöten sind. Die zentrale Vorladeeinrichtung stellt somit die Vorladefunktionalität für alle Energiespeicher des Traktionsenergiespeichersystems zentral an einer Stelle und/oder durch eine Schaltung oder Baugruppe bereit.
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In einer Ausführungsform weist die zentrale Vorladeeinrichtung eine erste Trennvorrichtung, nachfolgend als Hauptschütz bezeichnet, eine zweite Trenneinrichtung, nachfolgend als Vorladeschütz bezeichnet, und einen Vorladewiderstand auf, wobei mittels des Hauptschützes und des Vorladeschützes ein Lastausgang des Traktionsenergiespeichersystems zum HV-DC-Kreis zuschaltbar und von diesem abschaltbar ist. Hierbei sind der Vorladeschütz und der Vorladewiderstand vorzugsweise in einem ersten Pfad der Vorladeeinrichtung angeordnet, der parallel zu einem zweiten Pfad ist, in dem der Hauptschütz angeordnet ist. Mittels der Vorladeeinrichtung kann der zweite Pfad bei Bedarf überbrückt werden, indem der Hauptladeschütz im zweiten Pfad geöffnet und der Vorladeschütz im ersten Pfad geschlossen wird. Der Vorladewiderstand begrenzt dabei den Strom. Der sich beim Zuschalten des Traktionsenergiespeichersystems einstellende Strom ist abhängig vom Vorladewiderstand.
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Eine Vorladeschaltung in den einzelnen Energiespeichern kann somit entfallen. Entsprechend können der Bauraumbedarf und die Kosten zur Bereitstellung der Vorladefunktionalität vorteilhaft reduziert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante dieser Ausführungsform ist die zentrale Vorladeeinrichtung als eine zentrale Vorlade-Box ausgeführt, die vorzugsweise ein eigenes Gehäuse aufweist. Die Vorlade-Box ist bevorzugt zwischen dem Traktionsenergiespeichersystem und dem restlichen DC-Kreis angeordnet.
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Das elektrische Antriebssystem kann ferner einen Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler), vorzugsweise in Form eines bidirektionalen DC/DC-Wandlers, einen Niederspannungs-Gleichspannungskreis, nachfolgend kurz als LV-DC-Kreis bezeichnet, sowie eine im LV-DC-Kreis angeordnete Spannungsquelle, z. B. eine Batterie, aufweisen. Der Niederspannungskreis kann beispielsweise eine Nennspannung von 12 Volt oder 24 Volt aufweisen. Die im LV-DC-Kreis angeordnete Spannungsquelle stellt somit entsprechend eine Niederspannung bereit - im Gegensatz zum Traktionsenergiespeichersystem im HV-DC-Kreis, das eine im Vergleich hierzu höhere Spannung bereitstellen kann.
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In einer alternativen Ausführungsform weist das elektrische Antriebssystem wiederum den vorstehend beschriebenen Gleichspannungswandler auf, der den LV-DC-Kreis mit dem HV-DC-Kreis koppelt, sowie die im LV-DC-Kreis angeordnete Spannungsquelle. Gemäß dieser alternativen Ausführungsform ist die zentrale Vorladeeinrichtung nicht durch eine zentrale Vorladeschaltung, umfassend einen Vorladeschütz und Vorladewiderstand, ausgebildet, sondern stattdessen wird die Vorladefunktionalität zentral vom DC/DC-Wandler bereitgestellt.
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Der DC/DC ist hierzu ausgebildet und/oder wird zur Bereitstellung der Vorladefunktionalität und/oder zum Vorladen des HV-DC-Kreises angesteuert, Energie aus dem LV-DC-Kreis in den HV-DC-Kreis zu übertragen. Der DC/DC-Wandler kann hierzu von einer Steuervorrichtung entsprechend angesteuert werden, z. B. von einer Steuervorrichtung, die auch das Traktionsenergiespeichersystem ansteuert. Das Traktionsenergiespeichersystem ist während des Vorladens vorzugsweise vom HV-DC-Kreis getrennt. Diese alternative Ausführungsform ermöglicht somit ebenfalls, dass eine Vorladeschaltung in den einzelnen Energiespeichern entfallen kann und dass entsprechend der Bauraumbedarf und die Kosten zur Bereitstellung der Vorladefunktionalität vorteilhaft reduziert werden. Ein besonderer Vorzug dieser Ausführungsform liegt ferner darin, dass eine bereits vorhandene Komponente, hier der DC/DC-Wandler, genutzt wird, um die Vorladefunktionalität bereitzustellen, so dass auf zusätzliche Komponenten, wie Vorladeschütze und Vorladewiderstände, verzichtet werden kann.
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Vorstehend wurde bereits festgestellt, dass mittels der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eine Vorladefunktionalität zentral bereitgestellt wird, so dass eine Vorladeschaltung in den einzelnen Energiespeichern somit entfallen kann. Entsprechend können gemäß einem weiteren Aspekt die mehreren elektrischen Energiespeicher des Traktionsenergiespeichersystems jeweils keine Vorladeschaltung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Traktionsenergiespeichersystem keine Vorladeschaltung aufweisen, die nur einem der mehreren elektrischen Energiespeicher zugeordnet ist. Mit anderen Worten weisen die einzelnen Energiespeicher des Traktionsenergiespeichersystems jeweils keine integrierte Vorladeschaltung auf, und/oder es ist keine Vorladeschaltung vorgesehen, die jeweils nur einem der mehreren elektrischen Energiespeicher zugeordnet ist.
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Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung wird die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst, dass jeder der mehreren Energiespeicher des Traktionsenergiespeichersystems anstelle einer herkömmlichen Vorladeschaltung, umfassend einen Hauptschütz, Vorladeschütz und Vorladewiderstand, stattdessen eine Vorladeschaltung aufweist und/oder einer eigenen Vorladeschaltung zugeordnet ist, die zum Begrenzen von Zuschaltströmen beim Zuschalten des Energiespeichers eine zum Hauptschütz des Energiespeichers parallelgeschaltete pulsweitenmodulierte Halbleiterbaugruppe umfasst. Eine pulsweitenmodulierte (PWM) Halbleiterbaugruppe ist eine Halbleiterbaugruppe, die im PWM-Betrieb betreibbar ist, um dem Strom beim Vorladen zu begrenzen. Das Vorladen erfolgt hier somit über die PWM-Schaltung in Form der Halbleiterbaugruppe. Entsprechend können wiederum der Vorladeschütz und der Vorladewiderstand in jedem der Energiespeicher entfallen, die stattdessen durch die PWM-Schaltung ersetzt werden. Hierdurch ergibt sich eine deutliche Miniaturisierung der Vorladeschaltung. Entsprechend können sowohl Kosten als auch Gewicht eingespart werden. Die Halbleiterbaugruppe kann Leistungshalbleiter, MOSFETs o. Ä. umfassen, die im PWM-Betrieb zur Einstellung unterschiedlicher Ströme ansteuerbar sind. Die Halbleiterbaugruppe kann beispielsweise zwischen niederohmig und hochohmig variabel geschaltet werden, um den Strom aus dem jeweiligen Energiespeicher beim Vorladen einzustellen, insbesondere zu begrenzen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt kann jeder der mehreren Energiespeicher ein oder mehrere zusammengeschaltete Zellmodule und eine mit dem mindestens einen Zellmodul in Signalverbindung stehende Energiespeichersteuerung umfassen, und das mindestens eine Zellmodul kann jeweils mehrere zusammengeschaltete Speicherzellen und eine mit den Speicherzellen in Signalverbindung stehende Zellmodulsteuerung umfassen. Ferner kann jede Zellmodulsteuerung dazu ausgebildet sein, Zellzustände der in Signalverbindung stehenden Speicherzellen zu erfassen und aufgrund der erfassten Zellzustände einen Modulzustand auszugeben. Ferner kann jede Energiespeichersteuerung dazu ausgebildet sein, aufgrund des mindestens einen Modulzustands einen Speicherzustand zu bestimmen. Alternativ oder zusätzlich kann das Traktionsenergiespeichersystem eine mit den Energiespeichersteuerungen in Signalverbindung stehende Systemsteuerung umfassen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Offenbarung ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Kraftfahrzeug, das ein elektrisches Antriebssystem, wie es in diesem Dokument beschrieben ist, umfasst.
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Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, z. B. ein Personenkraftfahrzeug sein. Besonders vorzugsweise handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug um ein Nutzfahrzeug. In diesem Fall kann es sich bei dem Kraftfahrzeug mit anderen Worten um ein Kraftfahrzeug handeln, das durch seine Bauart und Einrichtung zur Beförderung von Personen, zum Transport von Gütern oder zum Ziehen von Anhängerfahrzeugen ausgelegt ist. Beispielsweise kann es sich bei dem Kraftfahrzeug um einen Lastkraftwagen, einen Omnibus und oder einen Sattelzug handeln, der zumindest teilweise elektrisch angetrieben ist. Das Fahrzeug kann ferner ein Luftfahrzeug (Flugzeug), ein schienengebundenes Fahrzeug oder ein Wasserfahrzeug, z. B. ein Schiff, sein.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein elektrisches Antriebssystem mit einer zentralen Vorladeschaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 ein elektrisches Antriebssystem mit einem DC/DC-Wandler zur Bereitstellung der Vorladefunktionalität gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
- 3 ein elektrisches Antriebssystem mit in die einzelnen Energiespeicher integrierten Vorladeschaltungen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
- 4 ein Nutzfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform.
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Gleiche oder äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und zum Teil nicht gesondert beschrieben.
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1 illustriert eine erste Ausführungsform der Erfindung. Ein elektrisches Antriebssystem 100 für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug, beispielsweise ein Nutzfahrzeug, umfasst ein Gleichstromnetz (Hochvolt-Gleichspannungskreis, HV-DC-Kreis) 2, das die elektrische Energie eines Traktionsenergiespeichersystems 10 z. B. an den elektrischen Antriebsmotor 8 des Fahrzeugs überträgt. Der Antriebsmotor ist in einem Wechselspannungskreis (AC-Kreis) 3 angeordnet. Das Gleichstromnetz wird vorliegend als Hochvolt-Gleichspannungskreis (HV-DC-Kreis) 2 bezeichnet, da die vom Traktionsenergiespeichersystem 10 bereitgestellte Spannung eine Hochvolt-Spannung ist und mehrere Hundert Volt betragen kann.
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Der elektrische Antriebsmotor 8 wird in der Regel nicht mit der Gleichspannung des Gleichstromnetzes 2 versorgt, sondern mit Wechselstrom. Deshalb ist ein AC/DC-Wechselrichter (Inverter) 4 vorgesehen, der den HV-DC-Kreis 2 und AC-Kreis 3 koppelt. Der AC/DC-Wechselrichter 4 hat dabei die Aufgabe, den Gleichstrom des Gleichstromnetzes in das jeweilige Stromprofil umzuformen und umgekehrt, beispielsweise zur Rekuperation von Bewegungsenergie des Kraftfahrzeuges. Somit liegen gekoppelte Gleich- und Wechselstromnetze vor.
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Der Wechselrichter kann ausgebildet sein, Wicklungen des Antriebsmotors 8 bedarfsgerecht zu bestromen und dadurch im Antriebsmotor eine Drehzahl und ein Drehmoment, und damit einen gewünschten oder angeforderten Arbeitspunkt, einzustellen. Der AC/DC-Wechselrichter 4 umfasst eine Leistungseinheit, aufweisend eine Leistungs-Halbleiterelemente aufweisende Schaltungsanordnung.
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Das Traktionsenergiespeichersystem 10 bildet eine Multi-Batterie-Architektur aus, d. h., es wird durch mehrere Energiespeicher (z. B. Batterien) gebildet, die parallel und/oder seriell am HV-DC-Kreis 2 angeschlossen sind. Im Beispiel der 1 ist eine Ausführungsvariante gezeigt, bei der die Energiespeicher 11a, 11b, ..., 11 n parallel geschaltet sind. Hierzu sind die Plusleitungen 17a, 17b, ..., 17n der einzelnen Energiespeicher 11a, 11b, ..., 11n auf eine gemeinsamen Plusleitung 17 des Traktionsenergiespeichersystem 10 gelegt. Entsprechendes gilt für die Minusleitungen 18a, 18b, ..., 18n der einzelnen Energiespeicher 11a, 11b, ..., 11n, die auf eine gemeinsame Minusleitung 18 gelegt sind.
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Jeder der Energiespeicher 11a, 11b, ..., 11n umfasst mehrere Energiespeicherzellen 12, eine Energiespeichersteuerung 13 und Hauptschütze 15, 16. Die Hauptschütze 15, 16 sind von der Energiespeichersteuerung 13 ansteuerbar, um den jeweiligen Energiespeicher wahlweise an den HV-DC-Kreis 2 zuzuschalten oder wegzuschalten.
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Das Traktionsenergiespeichersystem 10 umfasst ferner eine mit den Energiespeichersteuerungen 13 in Signalverbindung stehende Systemsteuerung oder zentrale Steuervorrichtung 5, die ausgebildet ist, eine Steueranweisung an die Energiespeichersteuerungen 13 auszugeben, um so den Betrieb der einzelnen Energiespeicher 11a, 11b, ..., 11n zu koordinieren. Die zentrale Steuervorrichtung 5 kann als Master-Steuerung fungieren, die die Energiespeichersteuerungen 13 als Slaves aussteuert. Die Signalverbindung zwischen der zentralen Steuervorrichtung 5 und den Energiespeichersteuerungen 13 ist durch die strichpunktierte Linie 6 illustriert. Jeder der Energiespeicher 11a, 11b, ..., 11n kann ein eigenes Energiespeichergehäuse 14 aufweisen, in dem die Speicherzellen 12, die Energiespeichersteuerung 13 und die Hauptschütze 15, 16 untergebracht sind.
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Eine Besonderheit des Traktionsenergiespeichersystems 10 liegt darin, dass die elektrischen Energiespeicher 11a, 11b, ..., 11n jeweils keine integrierte Vorladeschaltung aufweisen.
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Stattdessen wird die Vorladefunktionalität zentral durch eine zentrale Vorladeschaltung 20 bereitgestellt. Die zentrale Vorladeeinrichtung 20 umfasst einen Hauptschütz 21 in einem ersten Leitungsabschnitt sowie einen Vorladeschütz 22 und einen Vorladewiderstand 23, die in einem zweiten Leitungsabschnitt, der parallel zum ersten Leitungsabschnitt ist, angeordnet sind. Mittels des Hauptschützes 21 und des Vorladeschützes 22 ist ein Lastausgang 17 (Plusleitung) des Traktionsenergiespeichersystems 10 zum HV-DC-Kreis 2 zuschaltbar und von diesem abschaltbar. Die zentrale Vorladeeinrichtung 20 ist vorliegend als eine zentrale Vorlade-Box 24 ausgeführt, die ein eigenes Gehäuse aufweist.
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Der Hauptschütz 21 und der Vorladeschütz 22 können zur Veränderung ihrer Schaltstellung von der Steuervorrichtung 5 angesteuert werden und stehen hierzu in Signalverbindung mit der Steuervorrichtung 5 (nicht dargestellt). Im normalen Betrieb ist der Vorladeschütz 22 offen und der Hauptschütz 21 geschlossen, so dass der Strom über den oberen Leitungsabschnitt fließt. Zum Vorladen wird jedoch der Hauptschütz 21 geöffnet und der Vorladeschütz 22 geschlossen, um den oberen Leitungsabschnitt zu überbrücken. Der Strom fließt somit über den unteren Leitungsabschnitt und wird durch den Vorladewiderstand 23 begrenzt.
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Entsprechend kann mit weniger Bauraumbedarf und weniger Kosten eine Vorladefunktionalität für das gesamte Traktionsenergiespeichersystem 10 bereitgestellt werden, z. B. um beim Zuschalten des Traktionsenergiespeichersystems 10 eine Zwischenkreiskapazität 7 aufzuladen und allgemein kurzschlussartige Zuschaltströme zu vermeiden.
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Es wird betont, dass das elektrische Antriebssystem 100 weitere Komponenten umfassen kann, beispielsweise diverse weitere elektrische Verbraucher, z. B. Nebenaggregate und/oder weitere Inverter. Ferner kann das HV-DC-Netzt über einen DC/DC-Wandler mit einem Niederspannungs-DC-Netz gekoppelt sein oder koppelbar sein.
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2 zeigt ein elektrisches Antriebssystem mit einem DC/DC-Wandler zur Bereitstellung der Vorladefunktionalität gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Das elektrische Antriebssystem 200 umfasst wieder das Traktionsenergiespeichersystem 10, den Inverter 4, die Zwischenkreiskapazität 7 und den Antriebsmotor 8, wie es bereits in 1 beschrieben wurde. Das elektrisches Antriebssystem 200 umfasst ferner einen bidirektionalen DC/DC-Wandler 40, einen Niederspannungs-Gleichspannungskreis (LV-DC-Kreis) 50 sowie eine im LV-DC-Kreis 50 angeordnete Batterie 51, z. B. eine Bleisäurebatterie, und eine Last 52. Der LV-DC-Kreis 50 wird mit einer Nennspannung betrieben, z. B. 12 oder 24 Volt, die geringer ist als die Nennspannung des HV-DC-Kreises 2.
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Auch hier weisen die elektrischen Energiespeicher 11a, 11b, ..., 11n wiederum jeweils keine integrierte Vorladeschaltung auf. In der Ausführungsform der 2 wird die Vorladefunktionalität zum Begrenzen von Zuschaltströmen beim Zuschalten des Traktionsenergiespeichersystems 10 wiederum stattdessen zentral bereitgestellt. Die Besonderheit dieser Ausführungsform 200 liegt darin, dass ein DC/DC-Wandler diese Funktionalität bereitstellt. Mit anderen Worten wird die zentrale Vorladefunktionalität durch den DC/DC-Wandler 40 gebildet. Der DC/DC-Wandler 40 wird beim Zuschalten des Traktionsenergiespeichersystems 10 so angesteuert, z. B. von der Steuervorrichtung 5, dass der DC/DC-Wandler 40 in dieser Phase zum Vorladen des HV-DC-Kreises 2 Energie aus der Batterie 51 im LV-DC-Kreis 50 in den HV-DC-Kreis 2 überträgt. In dieser Vorladephase ist das Traktionsenergiespeichersystem 10 z. B. über die Trennvorrichtung 19 vom HV-DC-Kreis 2 getrennt.
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Entsprechend kann mit weniger Bauraumbedarf und weniger Kosten eine Vorladefunktionalität für das gesamte Traktionsenergiespeichersystem 10 bereitgestellt werden, z. B., um vor Zuschalten des Traktionsenergiespeichersystems 10 zuerst mittels des DC/DC-Wandlers über die Batterie 61 die Zwischenkreiskapazität 8 und andere Kapazitäten im HV-DC-Kreis 2 vorzuladen.
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Es wird betont, dass das elektrische Antriebssystem 200 weitere Komponenten umfassen kann, beispielsweise diverse weitere elektrische Verbraucher, z. B. Nebenaggregate und/oder weitere Inverter.
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3 zeigt ein elektrisches Antriebssystem 300 mit in die einzelnen Energiespeicher integrierten Vorladeschaltungen gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Das elektrisches Antriebssystem 300 umfasst wieder ein Traktionsenergiespeichersystem 10' zur Bereitstellung einer elektrischen Leistung für den HV-DC-Kreis 2 sowie den Inverter 4, die Zwischenkreiskapazität 7 und den Antriebsmotor 8, wie es bereits in 1 beschrieben wurde.
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Das Traktionsenergiespeichersystem 10' umfasst wiederum mehrere elektrische Energiespeicher 11a', 11b', 11n', wobei jeder Energiespeicher mehrere Zellen 12 und eine Energiespeichersteuerung 13 umfasst.
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Die Besonderheit dieser Ausführungsform liegt darin, dass jeder der mehreren elektrischen Energiespeicher 11a', 11b', 11n' eine Vorladeschaltung 30 zum Begrenzen von Zuschaltströmen beim Zuschalten des Energiespeichers aufweist, wobei die Vorladeschaltung 30 eine zum Hauptschütz 15 des jeweiligen Energiespeichers parallelgeschaltete pulsweitenmodulierte Halbleiterbaugruppe 31 umfasst.
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Die in jeden der Energiespeicher integrierte Vorladeschaltung umfasst somit nicht einen zum Hauptschütz parallel angeordneten Leitungszweig, in dem ein Vorladeschütz und ein Vorladewiderstand in Reihe angeordnet sind, sondern der Vorladeschütz und der Vorladewiderstand sind ersetzt durch eine Halbleiterbaugruppe 31, die zum Vorladen im PWM-Betrieb betrieben wird. Die Halbleiterbaugruppe 31 kann Leistungshalbleiter, MOSFETs o. Ä. umfassen, die im PWM-Betrieb zur Einstellung unterschiedlicher Ströme ansteuerbar sind. Die Halbleiterbaugruppe 31 kann beispielsweise zwischen niederohmig und hochohmig variabel geschaltet werden, um den Strom aus dem jeweiligen Energiespeicher beim Vorladen einzustellen, insbesondere zu begrenzen. Hierdurch ergibt sich eine deutliche Miniaturisierung der Vorladeschaltung. Entsprechend können Kosten als auch Gewicht eingespart werden. Beim Vorladen wird die Halbleiterbaugruppe 31 entsprechend zur Begrenzung des Stromes im PWM-Betrieb angesteuert, beispielsweise von der Steuereinrichtung 5.
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Es wird betont, dass das elektrische Antriebssystem 300 weitere Komponenten umfassen kann, beispielsweise diverse weitere elektrische Verbraucher, z. B. Nebenaggregate und/oder weitere Inverter.
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4 illustriert schematisch ein Nutzfahrzeug 1, das mit einem elektrischen Antriebssystem 100, 200 oder 300, wie es zuvor beschrieben wurde, ausgestattet ist.
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Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug, z. B. Nutzfahrzeug
- 2
- Hochvolt-Gleichspannungskreis (HV-DC-Kreis)
- 3
- Wechselspannungskreis (AC-Kreis)
- 4
- AC/DC-Wechselrichter
- 5
- Steuervorrichtung
- 6
- Signalleitung
- 7
- Zwischenkreiskondensator
- 8
- Elektrische Antriebsmaschine
- 10, 10'
- Traktionsenergiespeichersystem
- 11a, 11b, ..., 11n
- Elektrischer Energiespeicher
- 11a', 11b', ..., 11n'
- Elektrischer Energiespeicher
- 12
- Batteriezellen
- 13
- Energiespeichersteuerung
- 14
- Energiespeichergehäuse
- 15
- Hauptschütz
- 16
- Hauptschütz
- 17
- Plusleitung
- 18
- Minusleitung
- 19
- Trennvorrichtung
- 20
- Zentrale Vorladeeinrichtung
- 21
- Hauptschütz
- 22
- Vorladeschütz
- 23
- Vorladewiderstand
- 24
- Vorladebox
- 30
- Vorladeschaltung
- 31
- Pulsweitenmodulierte Halbleiterbaugruppe
- 40
- DC/DC-Wandler
- 50
- Niederspannungs-Gleichspannungskreis (LV-DC-Kreis)
- 51
- Spannungsquelle, z. B. Batterie
- 100
- Elektrisches Antriebssystem
- 200
- Elektrisches Antriebssystem
- 300
- Elektrisches Antriebssystem
