DE19707763C1 - Serial hybrid drive esp. for bus-drive system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen seriellen Hybrid-Antrieb, insbe sondere für einen Busantrieb, gemäß Patentanspruch 1.The invention relates to a serial hybrid drive, in particular especially for a bus drive, according to claim 1.
zum elektrischen Antrieb derartiger Fahrzeuge ist bereits vorgeschlagen worden, an den Treibrädern jeweils vorgesehene Asynchronmotoren über Drehstromumrichter mit Gleichstromzwi schenkreis aus einem fremdangetriebenen Dreiphasen-Generator, d. h. einen Generator mit drei Wicklungssträngen, im Fahrbe trieb zu speisen und im Bremsbetrieb die dann generatorisch arbeitenden Asynchronmotoren an einen chopperbaren Brems stromkreis mit einem Bremswiderstand anzuschließen (US 53 68 116). Zur Opti mierung des Gesamt-Antriebssystems ist der Einsatz eines Vier phasen-Generators mit vier über seinen Umfang um 90° elek trisch gegeneinander versetzten Wicklungssträngen, insbeson dere auf Transversalflußmaschinenbasis, wünschenswert; dies würde an sich dann den Einsatz spezieller vierphasiger Um richter und gesonderter Bremschopper-Stromkreise erfordern.for the electric drive of such vehicles is already have been proposed, each provided on the driving wheels Asynchronous motors via three-phase converters with direct current circuit from an externally driven three-phase generator, d. H. a generator with three winding strands, in the Fahrbe drive to feed and in braking mode then the generator working asynchronous motors on a choppable brake circuit with a braking resistor to connect (US 53 68 116). For opti The overall drive system is based on the use of a four phase generator with four over its circumference by 90 ° elek winding strands offset in relation to one another, in particular those based on transverse flux machines, desirable; this would in itself then use special four-phase Um judge and separate Bremschopper circuits require.
Gemäß Aufgabe vorliegender Erfindung soll der Schaltungsauf wand für einen seriellen Hybridantrieb, insbesondere für ei nen Busantrieb, unter Einsatz eines viersträngigen Generators wesentlich gemindert werden können. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch einen seriellen Hybridantrieb gemäß Patentanspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen der Er findung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.According to the object of the present invention, the circuit should wall for a serial hybrid drive, especially for egg NEN bus drive, using a four-strand generator can be significantly reduced. The solution to this task succeeds according to the invention by a serial hybrid drive according to claim 1; advantageous embodiments of the Er invention are the subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt den Einsatz von vier strängigen Generatoren mit 90° elektrisch gegeneinander ver setzt angeordneten, voneinander magnetisch unabhängigen, Wicklungssträngen unter Verwendung von dreiphasigen Standar dumrichtern, wobei durch den Bremskreis-Einsatz des jeweils einen, für die Umsetzung der generatorseitigen Spannung nicht notwendigen Brückenzweiges eines jeden generatorseitigen dreiphasigen Standard-Umrichters dann auf einen gesonderten Schaltungsaufwand für die Bremschopperung verzichtet werden kann.The solution according to the invention allows the use of four stranded generators with 90 ° electrical against each other ver sets arranged, magnetically independent, Winding strands using three-phase standard inverters, using the brake circuit of each one, for the implementation of the generator-side voltage necessary bridge branch of each generator side three-phase standard converter then on a separate Circuit expenditure for the brake chopper can be dispensed with can.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand schematisch dargestell ter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:The invention and further advantageous configurations of the Invention are shown schematically below with reference to ter exemplary embodiments explained in more detail in the drawing; show in it:
Fig. 1 den generatorseitigen Schaltungsteil eines seriellen Hybrid-Busantriebes; FIG. 1 is the generator-side circuit part of a serial hybrid drive bus;
Fig. 2 den motorseitigen Schaltungsteil eines seriellen Hy brid-Busantriebes. Fig. 2 shows the engine-side circuit part of a serial Hy brid bus drive.
Jeweils mit einem Antriebsrad gekoppelte Antriebsmotoren M1 bzw. M2, insbesondere Asynchronmotoren, werden im Fahrbetrieb aus einem fremdangetriebenen viersträngigen Generator G, ins besondere in Transversalflußbauart, über generatorseitige Um richter U1; U2 einerseits bzw. motorseitige Umrichter U3; U4 andererseits mit zwischenliegendem Gleichstromzwischenkreis P; N angetrieben und können im Bremsbetrieb auf jeweils einen Bremswiderstand R1 bzw. R2 aufweisende Bremskreise geschaltet werden. Für die Umrichter U1; U2 bzw. U3; U4 sind in vorteilhaf ter Weise Serien-Dreiphasen-Stromrichter in Standard-Hard waretechnik mit Brückenzweigen B1.1-B1.3; B2.1-B2.3 bzw. B3.1-B3.3; B4.1-B4.3 jeweils mit IGBT′s und zu diesen parallel liegenden Freilaufdioden sowie mit zu den jeweiligen Brücken zweigen parallel geschaltetem Glättungskondensator und Entla dewiderstand sowie mit einer Standard-Ansteuerschaltung aus gestattet, die eine Steuereinheit (Control board) CB1-CB4 so wie eine Treiberstufe T1-T4 aufweist, wobei den generatorsei tigen Steuereinheiten CB1 bzw. CB2 über entsprechende Meßgerä te MI1; MU1 bzw. MI2; MU2 als Istwerte der Generatorstrom sowie der Bremsstrom sowie die Generatorspannung und den motorsei tigen Steuereinheiten CB3 und CB4 über entsprechende Meßgerä te MI3; MU3 bzw. MI4; MU4 Stromwerte der Speiseströme für die Motorwicklungsstränge sowie der Zwischenkreisspannung und über weitere Meßgeräte MRP; MT jeweilige Istwerte auch der Ro torposition RP bzw. Rotordrehzahl sowie der Wicklungstempera tur T der Antriebsmotore M1 bzw. M2 vorgegeben werden.Drive motors M1 each coupled to a drive wheel or M2, especially asynchronous motors, are in driving operation from an externally driven four-strand generator G, ins special in transverse flow design, via generator-side order judge U1; U2 on the one hand or motor-side converter U3; U4 on the other hand with an intermediate DC link P; N driven and can brake on one at a time Brake circuits R1 or R2 having brake circuits switched will. For the inverters U1; U2 or U3; U4 are advantageous Series three-phase converter in standard hard goods technology with bridge branches B1.1-B1.3; B2.1-B2.3 or B3.1-B3.3; B4.1-B4.3 each with IGBT's and parallel to them free-wheeling diodes as well as to the respective bridges branches smoothing capacitor and discharge connected in parallel resistance and with a standard control circuit allowed a control unit (control board) CB1-CB4 so like a driver stage T1-T4, the generator being term control units CB1 or CB2 via appropriate measuring devices te MI1; MU1 or MI2; MU2 as actual values of the generator current as well the braking current as well as the generator voltage and the motor cable term control units CB3 and CB4 via appropriate measuring devices te MI3; MU3 or MI4; MU4 current values of the feed currents for the Motor winding strands and the intermediate circuit voltage and via further measuring devices MRP; MT respective actual values also the Ro Gate position RP or rotor speed and the winding temperature T of the drive motors M1 or M2 can be specified.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann ein von einer Pufferbatterie (main battery) MB gestützter Gleichstromzwi schenkreis P; N vorgesehen sein. Die aus einer Versorgungs spannung UV von vorzugsweise 12 Volt gespeisten generatorsei tigen Steuereinheiten CB1; CB2 einerseits sowie CB3; CB4 ande rerseits kommunizieren in vorteilhafter Weise über entspre chende Anschlüsse CAN mittels eines hier nicht näher darge stellten, insbesondere kundenspezifischen, Bus-Systems, vor zugsweise in CAN-Technik. Nach längerem Abschaltzeitraum ist jeweils ein Wiedereinschalten der Umrichter U1-U4 jeweils über einen Vorladewiderstand RV1; RV2 bzw. RV3; RV4 vorgesehen.According to one embodiment of the invention, one of Buffer battery (main battery) MB supported direct current leg circle P; N may be provided. The one from a supply Voltage UV of preferably 12 volt powered generator egg term control units CB1; CB2 on the one hand and CB3; CB4 other on the other hand, communicate in an advantageous manner via correspond Corresponding connections CAN by means of a not shown here presented, especially customer-specific, bus systems preferably in CAN technology. After a long shutdown period the inverters U1-U4 are each switched on again via a pre-charging resistor RV1; RV2 or RV3; RV4 provided.
Im Fahrbetrieb arbeiten die beiden ersten Brückenzweige B1.1; B1.2 bzw. B2.1; B2.2 der generatorseitige Umrichter U1 bzw. U2 als AC-DC-Wandler zwischen den vier gegeneinander um 90° elektrisch gegeneinander versetzten Wicklungssträngen L1-L4 des Generators G, wobei vorzugsweise je zwei um 180° am Um fang versetzte Wicklungsstränge L1; L3 bzw. L2; L4 mit jeweils zwei äußeren Phasenanschlüssen in Reihe geschaltet sind. In den dem Gleichstromzwischenkreis P;N nachgeschalteten motor seitigen Umrichtern U3; U4 dienen die Brückenzweige B3.1-B3.3 bzw. B4.1-B4.3 als DC-AC-Wandler der steuer- bzw. regelbaren Versorgung der jeweils drei Wicklungsstränge der Antriebsmo toren M1 bzw. M2, insbesondere Asynchronmotoren. Im Bremsbe trieb können die dann als Generatoren arbeitenden Antriebsmo toren M1 bzw. M2 zur elektrischen Bremsung nach einer AC-DC-Wandlung durch die Umrichter U3 bzw. U4 über die im Fahrbe trieb nicht benutzten Brückenzweige B1.3 bzw. 2.3 der genera torseitigen Umrichter U1 bzw. U2 auf die jeweils einen Brems widerstand R1 bzw. R2 enthaltenden Bremsstromkreise geschaltet werden. Dabei dient der jeweils obere IGBT der Brückenzweige B1.3 bzw. B2.3 zur Chopperung des Bremsstromes. Der zweite IGBT in diesen Brückenzweigen ist gesperrt; dessen parallel liegende Diode kann dann bei Bedarf die Funktion einer Frei laufdiode übernehmen.When driving, the first two bridge branches B1.1 work; B1.2 or B2.1; B2.2 the generator-side converter U1 or U2 as an AC-DC converter between the four against each other by 90 ° electrically offset winding phases L1-L4 of the generator G, preferably two each at 180 ° on the order start staggered winding strands L1; L3 or L2; L4 with each two outer phase connections are connected in series. In the motor downstream of the DC intermediate circuit P; N side inverters U3; U4 are the bridge branches B3.1-B3.3 or B4.1-B4.3 as a DC-AC converter of the controllable or regulable Supply of the three winding strands of the drive motor gates M1 and M2, especially asynchronous motors. In the brake can drive the drive motor then working as generators gates M1 or M2 for electrical braking after a AC-DC conversion by the inverters U3 or U4 via the in the drive drove unused bridge branches B1.3 or 2.3 of the genera gate-side converter U1 or U2 to one brake each resistor R1 or R2 containing brake circuits switched will. The upper IGBT is used for the bridge branches B1.3 or B2.3 for chopping the braking current. The second IGBT in these bridge branches is blocked; its parallel lying diode can then function as a free if necessary Take over the running diode.
Erfindungsgemäß werden also die aus jeweils zwei gegeneinan der um 180° elektrisch versetzten und in Reihe geschalteten Wicklungsstränge gebildeten Phasen des Generators jeweils se parat durch einen Wechselstromrichter, bestehend aus vier Schaltelementen (IGBT′s mit Freilaufdiode) zweier Brücken zweige eines Serien-Standard-Dreiphasenumrichters in ihrer Spannung durch Pulsweitenmodulation gesteuert. Die Schaltele mente der dabei nichtbenutzten Brückenzweige der generator seitigen Serien-Standard-Drehstromumrichter werden für die Chopperfunktion im Bremsbetrieb eingesetzt. Ein derartiges Antriebssystem zeichnet sich durch einen vorteilhaften gerin gen Schaltungsaufwand bei Nutzung von preiswerten Standard-Elek tronikbausteinen aus und benötigt z. B. bei einem zweimo torenantrieb mit jeweils zwei Motoren für zwei Antriebsräder generatorseitig nur zwei dreiphasige Standardumrichter, von denen zwei Brückenzweige für den Generator und jeweils ein verbleibender Brückenzweig für die Chopperfunktion im Brems betrieb vorgesehen sind. Motorseitig werden die Antriebsmoto ren in üblicher Weise von dem Gleichstromzwischenkreis bei Motorbetrieb nach- bzw. der Bremsbetrieb vorgeschalteten Um richtern versorgt, die ebenfalls in Standard-Hardware-Technik mit Serien-Dreiphasen-Stromrichtern und dazu notwendigen Se rien-Steuermitteln ausgerüstet sind.According to the invention, the two are each against each other the one that is electrically offset by 180 ° and connected in series Winding phases formed phases of the generator each se ready by an AC converter consisting of four Switching elements (IGBT's with free-wheeling diode) two bridges branches of a series standard three-phase converter in your Voltage controlled by pulse width modulation. The Schaltele the unused bridge branches of the generator -sided series standard three-phase inverters are used for Chopper function used in braking mode. Such a thing Drive system is characterized by an advantageous gerin circuit effort when using inexpensive standard elec electronics modules and requires z. B. in a two-year Gate drive with two motors each for two drive wheels only two three-phase standard inverters on the generator side, from which two bridge branches for the generator and one each Remaining bridge branch for the chopper function in the brake operation are provided. On the motor side, the drive motor ren in the usual way from the DC link Motor operation downstream or braking operation upstream Um judges supplied, which also in standard hardware technology with series three-phase converters and the necessary Se rien control means are equipped.
Claims (7)
- - mit einem fremdangetriebenen viersträngigen Generator (G), insbesondere viersträngigen Synchrongenerator;
- - mit zumindest zwei von dem viersträngigen Generator (G) im Fahrbetrieb speisbaren Antriebsmotoren (M1 bzw. M2), insbesondere Dreiphasen-Asynchronmotoren;
- - mit zumindest jeweils einem von einem Antriebsmotor (M1 bzw. M2) im Bremsbetrieb speisbaren Bremswiderstand (R1 bzw. R2);
- - mit jeweils einem Gleichstromzwischenkreis (P; N) mit je weils vorgeschaltetem generatorseitigen Umrichter (U1 bzw. U2) einerseits, jeweils enthaltend einen generator seitigen Dreiphasen-Stromrichter (B1.1; B1.2; B1.3 bzw. B2.1; B2.2; B2.3) und mit jeweils nachgeschaltetem motor seitigen Umrichter (U3 bzw. U4) andererseits, enthaltend jeweils einen motorseitigen Dreiphasen-Stromrichter (B3.1; B3.2; B3.3 bzw. B4.1; B4.2; B4.3);
- - mit einer Verwendung von Schaltelementen von jeweils zwei Brückenzweigen (B1.1; B1.2 bzw. B2.1; B2.2) eines jeden ge neratorseitigen Dreiphasen-Stromrichters zur AC-DC-Wand lung des Generatorstromes im Motorbetrieb.
- - mit einer Verwendung von Schaltelementen des jeweils ver bleibenden Brückenzweiges (B1.3 bzw. B2.3) eines jeden ge neratorseitigen Dreiphasen-Stromrichters zur Bremsstel lung im Bremsbetrieb.
- - With an externally driven four-strand generator (G), in particular four-strand synchronous generator;
- - With at least two drive motors (M1 or M2) that can be fed by the four-strand generator (G) while driving, in particular three-phase asynchronous motors;
- - With at least one braking resistor (R1 or R2) that can be fed by a drive motor (M1 or M2) in braking mode;
- - Each with a DC intermediate circuit (P; N), each with upstream generator-side converter (U1 or U2) on the one hand, each containing a generator-side three-phase converter (B1.1; B1.2; B1.3 or B2.1; B2.2; B2.3) and with a downstream motor-side converter (U3 or U4) on the other hand, each containing a motor-side three-phase converter (B3.1; B3.2; B3.3 or B4.1; B4. 2; B4.3);
- - With the use of switching elements of two bridge branches (B1.1; B1.2 or B2.1; B2.2) of each ge generator-side three-phase converter for AC-DC conversion of the generator current in motor operation.
- - With the use of switching elements of the ver remaining bridge branch (B1.3 or B2.3) of each ge generator-side three-phase converter for braking position in braking operation.
- - mit Serien-Dreiphasen-Stromrichtern in Standard-Hardware technik.
- - With series three-phase converters in standard hardware technology.
- - mit einer Transversalflußmaschine als Generator (G).
- - With a transverse flux machine as a generator (G).
- - mit einem Generator (G) mit vier jeweils über den Umfang um 90° elektrisch gegeneinander versetzten Wicklungs stränge (L1-L4).
- - With a generator (G) with four winding strands (L1-L4) electrically offset from each other over the circumference by 90 °.
- - mit einem Generator (G) mit jeweils aus zwei um 180° am Umfang gegeneinander versetzten, in Reihe geschalteten Wicklungssträngen (L1; L3 bzw. L2; L4).
- - With a generator (G), each with two winding strands (L1; L3 or L2; L4) which are offset by 180 ° on the circumference and connected in series.
- - mit einer Ankopplung der Steuerungen (CB1; CB2 bzw. CB3; CB4) der jeweils generatorseitigen Umrichter (U1 bzw. U2) bzw. der jeweils motorseitigen Umrichter (U3 bzw. U4) an ein, insbesondere kundenspezifisches, BUS-System, insbe sondere in CAN-Technik.
- - With a coupling of the controls (CB1; CB2 or CB3; CB4) of the respective generator-side converter (U1 or U2) or the respective motor-side converter (U3 or U4) to a, in particular customer-specific, BUS system, in particular special in CAN technology.
- - mit einem durch eine Pufferbatterie (MB) gestützen Gleichstromzwischenkreis (P; N).
- - With a DC intermediate circuit (P; N) supported by a buffer battery (MB).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |