EP4558356A1 - Fahrzeug mit einer elektrischen schaltungsanordnung und zwei elektrischen antriebseinheiten und verfahren zu dessen betrieb - Google Patents

Fahrzeug mit einer elektrischen schaltungsanordnung und zwei elektrischen antriebseinheiten und verfahren zu dessen betrieb

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EP4558356A1
EP4558356A1 EP23742294.4A EP23742294A EP4558356A1 EP 4558356 A1 EP4558356 A1 EP 4558356A1 EP 23742294 A EP23742294 A EP 23742294A EP 4558356 A1 EP4558356 A1 EP 4558356A1
Authority
EP
European Patent Office
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electrical
vehicle
connection
drive unit
traction battery
Prior art date
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Pending
Application number
EP23742294.4A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Akin Candir
Urs Boehme
Markus Orner
Nathan Tröster
Jörg Weigold
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Mercedes Benz Group AG filed Critical Mercedes Benz Group AG
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a vehicle according to the features of the preamble of claim 1 and a method for operating it.
  • the generic document DE 102018 000465 A1 describes an electric drive system for a vehicle, comprising a battery with two different electrochemical sub-areas and two inverters, each of which can be electrically coupled or coupled to a sub-area of the battery.
  • the electric drive system comprises two electric three-phase machines, each of which can be electrically coupled or coupled to one of the inverters, wherein star points of the electric three-phase machines can each be electrically coupled or coupled to a charging contact of a DC charging connection of the electric drive system.
  • phase windings of the electrical machine can be divided into two groups, with each group having a separate star point.
  • a separate bridge circuit made of capacitors, diodes or semiconductor switches is provided for each star point.
  • the document DE 102021 003 851 A1 also relates to an electric drive system for a vehicle, with an electric three-phase machine, an electric energy storage, an inverter of the electric three-phase machine and a charging connection for coupling the electric energy storage with a charging unit.
  • a switching device has a first switching state in which the Charging connection is galvanically connected to the electrical energy storage and the inverter is galvanically isolated from the charging connection and from the electrical energy storage. In a second switching state of the switching device, the charging connection is galvanically connected to the inverter and to the electrical energy storage and in a third switching state of the switching device, the inverter is galvanically connected to the electrical energy storage and the charging connection is galvanically isolated from the electrical energy storage and from the inverter.
  • an energy coupler for electrically coupling electrical vehicle electrical systems and a method for electrically coupling electrical vehicle electrical systems are known.
  • the energy coupler for electrically coupling a first electrical on-board electrical system supplied with a first electrical direct voltage to a second electrical on-board electrical system supplied with a second electrical direct voltage has a first and a second clocked energy converter, each of which has an on-board electrical system connection and an intermediate circuit connection.
  • the vehicle electrical system connection of the first clocked energy converter is connected to the first vehicle electrical system and the vehicle electrical system connection of the second clocked energy converter is connected to the second vehicle electrical system.
  • the intermediate circuit connections of the first and second clocked energy converters are connected to a common DC intermediate circuit.
  • a first electrical potential of the DC intermediate circuit is electrically connected to one of the electrical potentials of the first vehicle electrical system by means of the first clocked energy converter.
  • a second electrical potential of the DC intermediate circuit is electrically connected to one of the electrical potentials of the second vehicle electrical system by means of the second clocked energy converter.
  • DE 102018 009 840 A1 describes a circuit arrangement for a hybrid or electric vehicle.
  • the circuit arrangement includes a high-voltage battery for storing electrical energy, at least one electric machine for driving the hybrid or electric vehicle, a power converter, by means of which high-voltage direct voltage that can be provided by the high-voltage battery can be converted into high-voltage alternating voltage for operating the electric machine , and a charging port for providing electrical energy to charge the high-voltage battery.
  • the power converter is designed as a three-stage power converter. From DE 102018 009 848 A1 a circuit arrangement for a hybrid or electric vehicle is known.
  • the circuit arrangement includes a high-voltage battery for storing electrical energy, at least one electric machine for driving the hybrid or electric vehicle, a power converter, by means of which high-voltage direct voltage that can be provided by the high-voltage battery can be converted into high-voltage alternating voltage for operating the electric machine , and a charging port for providing electrical energy to charge the high-voltage battery.
  • the power converter is designed as a three-stage power converter and has at least one switch unit assigned to a phase of the electrical machine, which comprises two series-connected switch groups, each of which has two series-connected IGBTs, with a connection between the IGBTs of one of the switch groups is arranged, which is electrically connected directly to a line of the charging port.
  • the vehicle electrical system includes a vehicle battery, a multi-phase electrical machine and an inverter electrically coupled to the vehicle battery, which comprises a respective series connection of respective series-connected switching units for each of the phases of the electrical machine.
  • the switching units of each of the series circuits provide a respective center connection to which a respective phase winding of the electrical machine is connected.
  • the inverter is designed as a 3-level inverter, in which each of the switching units has a series connection of two switching elements connected to one another at a connection point. In the case of the two switching units of at least one of the series circuits, an inductor with a respective first connection is connected to the respective connection points.
  • Respective second connections of the inductors can be electrically coupled to a DC charging connection of the motor vehicle.
  • the electric drive system includes at least one three-phase electric machine and a battery for supplying electrical energy to the three-phase electric machine.
  • the electric three-phase machine can be electrically coupled or coupled to the battery via an inverter.
  • a star point of the electric three-phase machine can be electrically coupled or coupled to a positive pole connection of a DC charging connection of the electric drive system and a negative pole of the battery is connected to a Negative pole connection of the DC charging connection of the electric drive system can be electrically coupled or coupled.
  • DE 102009 052 680 A1 describes a charging device for charging a battery of a motor vehicle with a buck converter.
  • the charging device comprises an electric machine for driving the motor vehicle and a drive converter, which converts the DC voltage of the battery for the electric machine when the motor vehicle is driving.
  • the electric machine together with the drive inverter, serves as a step-up converter for charging the battery.
  • the step-up converter is preceded by a step-down converter in order to reduce an input DC voltage to such an extent that it represents a suitable charging voltage for the battery after being increased by the step-up converter.
  • the electrical system for a partially or completely electrically operated motor vehicle comprises an electrical inverter, by means of which an alternating voltage can be generated from a direct voltage for a first operating state of the motor vehicle and a direct voltage can be generated from an alternating voltage for a second operating state of the motor vehicle, and at least one galvanically coupled direct-current converter , which is connected to the electrical inverter on a DC voltage side of the electrical inverter.
  • the at least one DC-DC converter has an energy storage element to be clocked, which is connected in a negative path of the at least one DC-DC converter.
  • the invention is based on the object of specifying a vehicle that is improved over the prior art and a method for operating it that is improved over the prior art.
  • a vehicle has an electrical circuit arrangement.
  • This circuit arrangement includes a traction battery, an electrical connection for electrical coupling with an electrical unit external to the vehicle, a first High-voltage potential is a second high-voltage potential, wherein the first high-voltage potential is a positive high-voltage potential and the second high-voltage potential is a negative high-voltage potential or vice versa.
  • the term “high voltage”, also abbreviated as HV, is understood to mean in particular an electrical direct voltage that is in particular greater than approximately 60 V. In particular, the term “high voltage” must be interpreted in accordance with the ECE R 100 standard.
  • the circuit arrangement comprises two electric drive units, each with an inverter and an electric three-phase machine electrically coupled thereto for driving the vehicle.
  • the traction battery is intended in particular to supply electrical energy to these drive units for driving the vehicle.
  • the electrical circuit arrangement is designed such that the two electrical drive units between the electrical connection and the traction battery can be electrically connected in series in such a way that the first electrical drive unit increases the first high-voltage potential and the second electrical drive unit increases the second high-voltage potential from the electrical connection to the traction battery.
  • the first electric drive unit accordingly reduces the first high-voltage potential and the second electric drive unit reduces the second high-voltage potential.
  • the solution according to the invention thus provides a connection between the electrical connection and the traction battery through the two electrical drive units, i.e. H. DC-DC converters formed by their described circuitry and operating in the manner described.
  • the terms increase and reduce each refer to an absolute amount of a respective potential voltage to a reference potential, in particular ground potential, i.e. H. without taking signs into account.
  • the solution according to the invention therefore makes it possible to use the electric drive units already present in the vehicle as DC-DC converters and thus to provide them with an additional purpose.
  • This makes it possible, in particular, to charge the traction battery by means of an electrical unit external to the vehicle, which is electrically coupled to the electrical connection and is designed as a DC charging station and whose charging voltage is lower than a nominal voltage of the traction battery.
  • an opposite energy supply is also possible, also known as buck operation. Electrical energy is transferred through the Traction battery is provided to an electrical unit external to the vehicle that is electrically coupled to the electrical connection, for example for feeding electrical energy to the traction battery, in particular via a DC charging station electrically coupled to the electrical connection, into a public energy supply network or into an energy supply network of a building.
  • the two electrical drive units are electrically connected in series between the electrical connection and the traction battery.
  • the solution according to the invention makes it possible, for example, to charge an 800V traction battery at a DC charging station with a charging voltage of, for example, 400V or 500V.
  • the solution according to the invention also enables safety requirements to be met with regard to overloading of insulation in the DC charging station, unrestricted function of an insulation monitor and switching off of a short circuit in the traction battery caused by an insulation fault in the vehicle.
  • the inverters each have a capacitor between a potential line of the first high-voltage potential and a potential line of the second high-voltage potential.
  • the circuit arrangement is designed in such a way that the second electric drive unit can be electrically connected in series with the capacitor connection of the first electric drive unit.
  • one of the potential lines of the inverter of the second electric drive unit is electrically connected to a capacitor connection contact of the capacitor connection of the inverter of the first electric drive unit which has the same high-voltage potential.
  • the circuit arrangement is designed such that a star point of the three-phase electric machine of the second electric drive unit can be electrically connected to the other capacitor connection contact of the capacitor connection of the inverter of the first electric drive unit, the potential line of this inverter, which is electrically connected to this capacitor connection contact, can be electrically connected to a connection contact of the electrical connection that has the same high-voltage potential, and a star point of the three-phase electric machine of the first electric drive unit can be electrically connected to the other connection contact of the electrical connection.
  • the circuit arrangement is designed such that a winding connection of the three-phase electric machine of the second electric drive unit can be electrically connected to the other capacitor connection contact of the capacitor connection of the inverter of the first electric drive unit , the potential line of this inverter that is electrically connected to this capacitor connection contact can be electrically connected to a connection contact of the electrical connection that has the same high-voltage potential, and a winding connection of the three-phase electric machine of the first electric drive unit can be electrically connected to the other connection contact of the electrical connection.
  • the traction battery is electrically connected to the capacitor connection of the second electric drive unit.
  • the circuit arrangement is designed such that the traction battery can be electrically connected to the capacitor connection of the first electric drive unit. This means that the two electric drive units can be supplied with electrical energy by the traction battery. In the procedure for operating the vehicle is therefore It is provided that both inverters are connected directly to the traction battery for ferry operation of the vehicle.
  • the circuit arrangement is designed such that the electrical connection can be electrically connected directly to the traction battery.
  • This also enables the traction battery to be charged by an electrical unit external to the vehicle that is electrically coupled to the electrical connection and designed as a DC charging station, the charging voltage of which is at least as high as the nominal voltage of the traction battery.
  • the electrical connection is directly connected to the traction battery is electrically connected.
  • FIG. 1 shows a schematic embodiment of a vehicle with a switching device
  • FIG. 2 shows a schematic structure of the current in the switching device according to FIG. 1 in a charging mode
  • FIG. 3 shows schematically a freewheeling of the current in the switching device according to FIG. 1 in a charging mode
  • FIG. 4 shows schematically a structure of the current in the switching device according to FIG. 1 in a buck operation
  • FIG. 5 shows schematically a freewheeling of the current in the switching device according to FIG. 1 in a buck operation
  • 6 shows schematically a further embodiment of a vehicle with a switching device
  • FIG. 7 shows a schematic structure of the current in the switching device according to FIG. 6 in a charging mode
  • FIG. 8 shows schematically a freewheeling of the current in the switching device according to FIG. 6 in a charging mode
  • FIG. 9 shows schematically a structure of the current in the switching device according to FIG. 6 in a buck operation
  • FIG. 10 shows schematically a freewheeling of the current in the switching device according to FIG. 6 in a buck operation
  • FIG. 14 shows schematically the embodiment according to FIG. 1 in the event of a short circuit in the vehicle
  • FIG. 15 shows schematically the embodiment according to FIG. 6 in the event of a short circuit in the vehicle.
  • Figures 1 and 6 show examples of two embodiments of a vehicle 1 with an electrical circuit arrangement 2.
  • the vehicle 1 is designed as a direct current charging station electrically coupled to the vehicle-external electrical unit 3.
  • An internal resistance Rg of the DC charging station is also shown here.
  • the circuit arrangement 2 comprises a traction battery 4, an internal resistance Rb of the traction battery 4 also being shown here, and furthermore an electrical connection 5 for electrical coupling to the vehicle-external electrical unit 3, a first high-voltage potential P1 and a second high-voltage potential P2.
  • the first high-voltage potential P1 is a positive high-voltage potential
  • the second high-voltage potential P2 is a negative high-voltage potential. In other embodiments this can also be the other way around.
  • the circuit arrangement 2 further comprises two electric drive units A1, A2, each with an inverter 11, I2 and an electric three-phase machine M1, M2 electrically coupled thereto for driving the vehicle 1.
  • the circuit arrangement 2 is designed such that the two electric drive units A1, A2 can be electrically connected in series between the electrical connection 5 and the traction battery 4 in such a way that the first electric drive unit A1 has the first high-voltage potential P1 and the second electric drive unit A2 the second high-voltage potential P2 from the electrical connection 5 to the traction battery 4 is increased or reduced in the opposite direction.
  • a DC-DC converter is formed by the drive units A1, A2 connected in this way, which enables so-called bidirectional charging, i.e. H.
  • the inverters 11, I2 each have an inverter circuit IS1, IS2, comprising in particular a plurality of inverter switching units IE1 to IE12, in particular semiconductor switching units, in particular transistors, in particular bipolar transistors with an insulated gate electrode, in particular in combination with a diode in particular designed as a freewheeling body diode, as shown here.
  • the inverter circuit IS1, IS2 is in particular between a potential line PL1 of the first high-voltage potential P1 and a potential line PL2 of the second High-voltage potential P2 of the respective inverter 11, 12 arranged.
  • the three-phase machine M1, M2 of the respective drive unit A1, A2 has three motor windings U1, V1, W1, U2, V2, W2 in a star connection, which are coupled to the inverter 11, I2 of the drive unit A1, A2 in the manner shown.
  • the inverters 11, I2 also each have a capacitor C1, C2 between their two potential lines PL1, PL2.
  • the circuit arrangement 2 is designed such that the second electrical drive unit A2 can be electrically connected in series with the capacitor connection of the first electrical drive unit A1.
  • one of the potential lines, here the first potential line PL1, of the inverter I2 of the second electric drive unit A2 is electrically connected to a capacitor connection contact of the capacitor connection of the inverter 11 of the first electric drive unit A1, which has the same high-voltage potential, here the first high-voltage potential P1.
  • the circuit arrangement 2 is designed such that a star point SP2 of the three-phase electric machine M2 of the second electric drive unit A2 can be electrically connected to the other capacitor connection contact of the capacitor connection of the inverter 11 of the first electric drive unit A1, here through Closing a first switch S1, the potential line PL2 of this inverter 11, which is electrically connected to this capacitor connection contact, can be electrically connected to a connection contact of the electrical connection 5 having the same high-voltage potential P2, here by closing a second switch S2, and a star point SP1 of the three-phase electric machine M1
  • the first electrical drive unit A1 can be electrically connected to the other connection contact of the electrical connection 5, here by closing a third switch S3.
  • a winding connection of the three-phase electric machine M2 of the second electric drive unit A2 can be electrically connected to the other capacitor connection contact of the capacitor connection of the inverter 11 of the first electric drive unit A1, here by closing the first switch S1, the potential line PL2 of this inverter 11, which is electrically connected to this capacitor connection contact, can be electrically connected to the connection contact of the electrical connection 5, which has the same high-voltage potential P2, here by closing the second switch S2, and a winding connection of the three-phase electric machine M1 of the first electric drive unit A1 can be electrically connected to the other connection contact of the electrical connection 5, here by closing the third switch S3.
  • the traction battery 4 is electrically connected to the capacitor connection of the second electric drive unit A2.
  • the circuit arrangement 2 is designed such that the traction battery 4 can be electrically connected to the capacitor connection of the first electric drive unit A1, here by closing a fourth switch S4, through which the second potential line PL2 is connected in the examples shown of the inverter 11 of the first electric drive unit A1 is connected to the second high-voltage potential P2 of the traction battery 4.
  • the circuit arrangement 2 also enables the traction battery 4 to be charged by a vehicle-external electrical unit 3, which is electrically coupled to the electrical connection 5 and is designed as a DC charging station, the charging voltage of which is at least as high as the nominal voltage of the traction battery 4.
  • a vehicle-external electrical unit 3 which is electrically coupled to the electrical connection 5 and is designed as a DC charging station, the charging voltage of which is at least as high as the nominal voltage of the traction battery 4.
  • the circuit arrangement 2 is designed in this way is that the electrical connection 5 can be electrically connected directly to the traction battery 4, in the two embodiments by closing a fifth and sixth switch S5, S6, whereby the high-voltage potentials P1, P2 of the traction battery 4 and the vehicle-external electrical unit 3 through corresponding continuous potential lines PL1 , PL2 are directly connected to each other.
  • the switches S1 to S6 are each designed as a contactor, for example.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • a vehicle-external electrical unit 3 which is electrically coupled to the electrical connection 5 and is designed as a DC charging station, the charging voltage of which is lower than the nominal voltage of the traction battery 4, and/or for the provision of electrical energy by the traction battery 4 to a
  • the vehicle-external electrical unit 3 electrically coupled to the electrical connection 5
  • the two electrical drive units A1, A2 are electrically connected in series between the electrical connection 5 and the traction battery 4.
  • the switches S1, S2 and S3 are closed and the switches S4, S5 and S6 are opened.
  • the electrical connection 5 is electrically connected directly to the traction battery 4.
  • the switches S5 and S6 are closed in the illustrated embodiments according to FIGS. 1 and 6.
  • the switching position of the other switches S1 to S4 is irrelevant, i.e. H. they can each be open or closed.
  • both inverters H, I2 are each connected directly to the traction battery 4.
  • the switch S4 is closed and the other switches S1, S2, S3, S5, S6 are opened.
  • FIG. 2 and 7 show for the respective embodiment according to FIG. 1 and FIG , a structure AB1 of the current in the motor windings U1, V1, W1 of the first electric drive unit A1 using solid arrows and a structure AB2 of the current in the motor windings U2, V2, W2 of the second electric drive unit A2 using dashed arrows.
  • 3 and 8 show for the respective embodiment according to FIG. 1 and FIG , a freewheeling FL1 of the current in the motor windings U1, V1, W1 of the first electric drive unit A1 using solid arrows and a freewheeling FL2 of the current in the motor windings U2, V2, W2 of the second electric drive unit A2 using dashed arrows.
  • 4 and 9 show the structure AB1 of the current in the motor windings U1, V1 for the respective embodiment according to FIG. 1 and FIG , W1 of the first electric drive unit A1 using solid arrows and the structure AB2 of the current in the motor windings U2, V2, W2 of the second electric drive unit A2 using dashed arrows.
  • FIG. 5 and 10 show, for the respective embodiment according to FIG. 1 and FIG , W1 of the first electric drive unit A1 using solid arrows and the freewheeling FL2 of the current in the motor windings U2, V2, W2 of the second electric drive unit A2 using dashed arrows.
  • the solution described also avoids the disadvantages of a galvanically coupled DC-DC converter, because this causes a potential shift in only one high-voltage potential P1, P2, while the other high-voltage potential P2, P1 is connected through from the DC charging station to the vehicle 1. This can lead to overloading of the insulation during charging.
  • the trigger can be an asymmetrical insulation resistance distribution in the DC charging station and/or in the vehicle 1.
  • an insulation monitor also leads to a potential shift, which can lead to an insulation overload in the DC charging station.
  • the potential shift of both potentials P1, P2 can be controlled, as shown by way of example in FIGS. 11 to 13.
  • the charging of the traction battery 4 with a nominal voltage of 800V at a DC charging station with a charging voltage of 400V is shown.
  • the potential distribution in vehicle 1 does not lead to an overload of the insulation at the weaker insulated DC charging station.
  • the drive units A1, A2 are therefore free to choose the gear ratio.
  • the potential distribution in vehicle 1 would lead to an overload of the insulation at the weakly insulated DC charging station in the first high-voltage potential P1. Therefore, the second drive unit A2 increases the second high-voltage potential P2 with a lower transmission ratio or is switched on passively, as shown here.
  • the first drive unit A1 increases the first high-voltage potential P1 in a higher transmission ratio.
  • the potential distribution in vehicle 1 would lead to an overload of the insulation at the weakly insulated DC charging station in the second high-voltage potential P2. Therefore, the first drive unit A1 increases the first high-voltage potential P1 with a lower transmission ratio or is switched on passively, as shown here.
  • the second drive unit A2 increases the second high-voltage potential P2 in a higher transmission ratio.
  • the DC charging station has, for example, a design voltage and/or charging voltage of 500V.
  • the traction battery 4 has, for example, a nominal voltage of 800V.
  • An insulation fault F1 occurs in vehicle 1.
  • an insulation fault F2 also occurs here.
  • the resulting battery short-circuit current KS is shown by arrows.
  • a critical operating state during buck operation is shown here, i.e. H. during the feeding of electrical energy from the traction battery 4 into the vehicle-external electrical unit 3 designed as a DC charging station, for example for feeding into the public energy supply network.
  • the insulation fault F1 in the vehicle 1 is present from the first high-voltage potential P1 to the reference potential M, in particular ground potential, i.e. H. in particular to the chassis 7 of the vehicle 1.
  • the short-circuit current increase is then slowed down by the motor windings U2, V2 and W2 of the second drive unit A2, so that a monitoring system, for example by means of current measurement and / or voltage measurement, has enough time to detect the error without any Overload/destruction of the
  • the buck operation can be stopped by opening the switching units, which are designed in particular as semiconductor switching units
  • the impressed current in the motor windings U2, V2 and W2 is transferred via the freewheeling body diodes
  • Inverter switching units IE7, IE9, IE11 continue and the energy of the inductors, including the inductance of the supply lines, is recharged in the capacitor C1.
  • the short-circuit current is then completely reduced to OA.
  • a possible reaction to a short circuit that occurs due to an insulation fault F1 in the vehicle 1 is thus given by slowing down the current increase through the motor inductances. This creates enough time to clearly identify the fault and interrupt the current flow.
  • the impressed current in the motor inductances can be transferred to a capacity via freewheeling/body diodes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1) mit einer elektrischen Schaltungsanordnung (2), wobei die elektrische Schaltungsanordnung (2) aufweist: - eine Traktionsbatterie (4), - einen elektrischen Anschluss (5) zum elektrischen Koppeln mit einer fahrzeugexternen elektrischen Einheit (3), - ein erstes Hochvoltpotential (P1), und - ein zweites Hochvoltpotential (P2), wobei das erste Hochvoltpotential (P1) ein positives Hochvoltpotential ist und das zweite Hochvoltpotential (P2) ein negatives Hochvoltpotential ist oder umgekehrt. Hierbei weist die Schaltungsanordnung (2) - zwei elektrische Antriebseinheiten (A1, A2) mit jeweils einem Inverter (I1, I2) und einer damit elektrisch gekoppelten elektrischen Drehstrommaschine (M1, M2) zum Antrieb des Fahrzeugs (1) auf, und - ist derart ausgebildet, dass die beiden elektrischen Antriebseinheiten (A1, A2) zwischen dem elektrischen Anschluss (5) und der Traktionsbatterie (4) derart elektrisch in Reihe schaltbar sind, dass die erste elektrische Antriebseinheit (A1) das erste Hochvoltpotential (P1) und die zweite elektrische Antriebseinheit (A2) das zweite Hochvoltpotential (P2) vom elektrischen Anschluss (5) zur Traktionsbatterie (4) erhöht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Inverter (I1, I2) jeweils einen Kondensator (C1, C2) zwischen einer Potentialleitung (PL1) des ersten Hochvoltpotentials (P1) und einer Potentialleitung (PL2) des zweiten Hochvoltpotentials (P2) aufweisen, wobei die Schaltungsanordnung (2) derart ausgebildet ist, dass die zweite elektrische Antriebseinheit (A2) mit dem Kondensatoranschluss der ersten elektrischen Antriebseinheit (A1) elektrisch in Reihe schaltbar ist.

Description

Fahrzeug mit einer elektrischen Schaltungsanordnung und zwei elektrischen Antriebseinheiten und Verfahren zu dessen Betrieb
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Betrieb.
In der gattungsbildenden Schrift DE 102018 000465 A1 ist ein elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug, umfassend eine Batterie mit zwei unterschiedlichen elektrochemischen Teilbereichen und zwei Inverter, welche jeweils mit einem Teilbereich der Batterie elektrisch koppelbar oder gekoppelt sind, beschrieben. Hierzu umfasst das elektrische Antriebssystem zwei elektrische Drehstrommaschinen, welche mit jeweils einem der Inverter elektrisch koppelbar oder gekoppelt sind, wobei Sternpunkte der elektrischen Drehstrommaschinen mit jeweils einem Ladekontakt eines Gleichstromladeanschlusses des elektrischen Antriebssystems elektrisch koppelbar oder gekoppelt sind.
Aus der DE 102019209 786 A1 ist ein System zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers durch ein elektrisches Antriebssystem bekannt. Zur galvanischen Trennung zwischen einer Spannungsquelle und dem aufzuladenden Energiespeicher ist eine induktive Kopplung zwischen Phasenwicklungen beziehungsweise Phasensträngen einer elektrischen Maschine vorgesehen. Hierzu können die Phasenwicklungen der elektrischen Maschine in zwei Gruppen unterteilt sein, wobei jede Gruppe einen separaten Sternpunkt aufweist. Für jeden Sternpunkt ist eine separate Brückenschaltung aus Kondensatoren, Dioden oder Halbleiterschaltern vorgesehen.
Auch das Dokument DE 102021 003 851 A1 betrifft ein elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug, mit einer elektrischen Drehstrommaschine, einem elektrischen Energiespeicher, einem Wechselrichter der elektrischen Drehstrommaschine und einem Ladeanschluss zum Koppeln des elektrischen Energiespeichers mit einer Ladeeinheit. Eine Schaltvorrichtung weist dabei einen ersten Schaltzustand auf, in welchem der Ladeanschluss mit dem elektrischen Energiespeicher galvanisch verbunden und der Wechselrichter von dem Ladeanschluss und von dem elektrischen Energiespeicher galvanisch getrennt ist. In einen zweiten Schaltzustand der Schaltvorrichtung ist der Ladeanschluss mit dem Wechselrichter und mit dem elektrischen Energiespeicher galvanisch verbunden und in einen dritten Schaltzustand der Schaltvorrichtung ist der Wechselrichter mit dem elektrischen Energiespeicher galvanisch verbunden und der Ladeanschluss von dem elektrischen Energiespeicher und von dem Wechselrichter galvanisch getrennt.
Des Weiteren sind im Stand der Technik, wie in der DE 102017 009 352 A1 beschrieben, ein Energiekoppler zum elektrischen Koppeln von elektrischen Bordnetzen und ein Verfahren zum elektrischen Koppeln von elektrischen Bordnetzen bekannt. Der Energiekoppler zum elektrischen Koppeln eines mit einer ersten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten ersten elektrischen Bordnetzes mit einem mit einer zweiten elektrischen Gleichspannung beaufschlagten zweiten elektrischen Bordnetz weist einen ersten und einen zweiten getakteten Energiewandler auf, die jeweils einen Bordnetzanschluss und einen Zwischenkreisanschluss aufweisen. Der Bordnetzanschluss des ersten getakteten Energiewandlers ist an das erste Bordnetz angeschlossen und der Bordnetzanschluss des zweiten getakteten Energiewandlers ist an das zweite Bordnetz angeschlossen. Die Zwischenkreisanschlüsse des ersten und des zweiten getakteten Energiewandlers sind an einen gemeinsamen Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen. Ein erstes elektrisches Potential des Gleichspannungszwischenkreises ist mittels des ersten getakteten Energiewandlers mit einem der elektrischen Potentiale des ersten Bordnetzes elektrisch verbunden. Ein zweites elektrisches Potential des Gleichspannungszwischenkreises ist mittels des zweiten getakteten Energiewandlers mit einem der elektrischen Potentiale des zweiten Bordnetzes elektrisch verbunden.
In der DE 102018 009 840 A1 wird eine Schaltungsanordnung für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug beschrieben. Die Schaltungsanordnung umfasst eine Hochvolt-Batterie zum Speichern von elektrischer Energie, wenigsten eine elektrische Maschine zum Antreiben des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, einen Stromrichter, mittels welchem von der Hochvolt-Batterie bereitstellbare Hochvolt-Gleichspannung in Hochvolt-Wechselspannung zum Betreiben der elektrischen Maschine umwandelbar ist, und einen Ladeanschluss zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Laden der Hochvolt-Batterie. Der Stromrichter ist als ein Drei-Stufen-Stromrichter ausgebildet. Aus der DE 102018 009 848 A1 ist eine Schaltungsanordnung für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug bekannt. Die Schaltungsanordnung umfasst eine Hochvolt-Batterie zum Speichern von elektrischer Energie, wenigstens eine elektrische Maschine zum Antreiben des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs, einen Stromrichter, mittels welchem von der Hochvolt-Batterie bereitstellbare Hochvolt-Gleichspannung in Hochvolt-Wechselspannung zum Betreiben der elektrischen Maschine umwandelbar ist, und einen Ladeanschluss zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Laden der Hochvolt-Batterie. Der Stromrichter ist als ein Drei-Stufen-Stromrichter ausgebildet und weist wenigstens eine einer Phase der elektrischen Maschine zugeordnete Schaltereinheit auf, welche zwei in Reihe geschaltete Schaltergruppen umfasst, die jeweils zwei in Reihe geschaltete IGBTs aufweisen, wobei zwischen den IGBTs einer der Schaltergruppen ein Anschluss angeordnet ist, welcher direkt mit einer Leitung des Ladeanschlusses elektrisch verbunden ist.
In der DE 102019 005621 A1 wird ein Bordnetz für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug beschrieben. Das Bordnetz umfasst eine Fahrzeugbatterie, eine mehrphasige elektrische Maschine und einen mit der Fahrzeugbatterie elektrisch gekoppelten Wechselrichter, der für jede der Phasen der elektrischen Maschine eine jeweilige Reihenschaltung aus jeweiligen in Reihe geschalteten Schalteinheiten umfasst. Die Schalteinheiten einer jeweiligen der Reihenschaltungen stellen einen jeweiligen Mittelanschluss bereit, an den eine jeweilige Phasenwicklung der elektrischen Maschine angeschlossen ist. Der Wechselrichter ist als 3-Pegel-Wechselrichter ausgebildet, bei dem jede der Schalteinheiten eine Reihenschaltung aus zwei an einem Verbindungspunkt miteinander verbundenen Schaltelementen aufweist. Bei den zwei Schalteinheiten von zumindest einer der Reihenschaltungen ist an den jeweiligen Verbindungspunkten jeweils eine Induktivität mit einem jeweiligen ersten Anschluss angeschlossen. Jeweilige zweite Anschlüsse der Induktivitäten sind mit einem Gleichspannungsladeanschluss des Kraftfahrzeugs elektrisch koppelbar.
Aus der DE 102018 000488 A1 werden ein elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug und ein Verfahren zu dessen Betrieb beschrieben. Das elektrische Antriebssystem umfasst mindestens eine elektrische Drehstrommaschine und eine Batterie zur elektrischen Energieversorgung der elektrischen Drehstrommaschine. Die elektrische Drehstrommaschine ist über einen Inverter mit der Batterie elektrisch koppelbar oder gekoppelt. Ein Sternpunkt der elektrischen Drehstrommaschine ist mit einem Pluspolanschluss eines Gleichstromladeanschlusses des elektrischen Antriebssystems elektrisch koppelbar oder gekoppelt und ein Minuspol der Batterie ist mit einem Minuspolanschluss des Gleichstromladeanschlusses des elektrischen Antriebssystems elektrisch koppelbar oder gekoppelt.
In der DE 102009 052 680 A1 wird eine Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines Kraftfahrzeugs mit Tiefsetzsteller beschrieben. Die Ladevorrichtung umfasst eine elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeugs und einen Antriebsumrichter, der im Antriebsbetrieb des Kraftfahrzeugs die Gleichspannung der Batterie für die elektrische Maschine wandelt. Die elektrische Maschine dient zusammen mit dem Antriebsumrichter für einen Ladebetrieb der Batterie als Hochsetzsteller. Dem Hochsetzsteller ist ein Tiefsetzsteller vorgeschaltet, um eine Eingangsgleichspannung so weit herabzusetzen, dass sie nach dem Hochsetzen durch den Hochsetzsteller eine geeignete Ladespannung für die Batterie darstellt.
Aus der DE 102018 000 580 A1 ist ein elektrisches Bordnetz mit einem Inverter und mit einem Gleichspannungswandler, welcher ein Energiespeicherelement in einem Minus-Pfad aufweist, bekannt. Das elektrische Bordnetz für ein teilweise oder vollständig elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug umfasst einen elektrischen Inverter, mittels welchem für einen ersten Betriebszustand des Kraftfahrzeugs aus einer Gleichspannung eine Wechselspannung und für einen zweiten Betriebszustand des Kraftfahrzeugs aus einer Wechselspannung eine Gleichspannung erzeugbar ist, und zumindest einen galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler, welcher mit dem elektrischen Inverter auf einer Gleichspannungsseite des elektrischen Inverters verschaltet ist. Der zumindest eine Gleichspannungswandler weist ein zu taktendes Energiespeicherelement auf, welches in einem Minus-Pfad des zumindest einen Gleichspanungswandlers verschaltet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Fahrzeug und ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zu dessen Betrieb anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Betrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 6.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein Fahrzeug weist eine elektrische Schaltungsanordnung auf. Diese Schaltungsanordnung umfasst eine Traktionsbatterie, einen elektrischen Anschluss zum elektrischen Koppeln mit einer fahrzeugexternen elektrischen Einheit, ein erstes Hochvoltpotential ein zweites Hochvoltpotential, wobei das erste Hochvoltpotential ein positives Hochvoltpotential ist und das zweite Hochvoltpotential ein negatives Hochvoltpotential ist oder umgekehrt. Unter dem Begriff „Hochvolt“, auch mit HV abgekürzt, ist insbesondere eine elektrische Gleichspannung zu verstehen, die insbesondere größer als etwa 60 V ist. Insbesondere ist der Begriff „Hochvolt“ konform zur Norm ECE R 100 auszulegen.
Erfindungsgemäß umfasst die Schaltungsanordnung zwei elektrische Antriebseinheiten mit jeweils einem Inverter und einer damit elektrisch gekoppelten elektrischen Drehstrommaschine zum Antrieb des Fahrzeugs. Die Traktionsbatterie ist insbesondere zur elektrischen Energieversorgung dieser Antriebseinheiten zum Antrieb des Fahrzeugs vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist die elektrische Schaltungsanordnung derart ausgebildet, dass die beiden elektrischen Antriebseinheiten zwischen dem elektrischen Anschluss und der Traktionsbatterie derart elektrisch in Reihe schaltbar sind, dass die erste elektrische Antriebseinheit das erste Hochvoltpotential und die zweite elektrische Antriebseinheit das zweite Hochvoltpotential vom elektrischen Anschluss zur Traktionsbatterie erhöht. In umgekehrte Richtung, d. h. von der Traktionsbatterie zum elektrischen Anschluss, reduziert entsprechend die erste elektrische Antriebseinheit das erste Hochvoltpotential und die zweite elektrische Antriebseinheit das zweite Hochvoltpotential. Die erfindungsgemäße Lösung stellt somit zwischen dem elektrischen Anschluss und der Traktionsbatterie einen durch die beiden elektrischen Antriebseinheiten, d. h. durch deren beschriebene Verschaltung, gebildeten und auf die beschriebene Weise arbeitenden Gleichspannungswandler bereit. Die Begriffe Erhöhen und Reduzieren beziehen sich dabei jeweils auf einen Absolutbetrag einer jeweiligen Potentialspannung zu einem Bezugspotential, insbesondere Massepotential, d. h. ohne Berücksichtigung von Vorzeichen.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird es somit ermöglicht, die ohnehin bereits im Fahrzeug vorhandenen elektrischen Antriebseinheiten als Gleichspannungswandler zu verwenden und somit einem zusätzlichen Verwendungszweck zuzuführen. Es wird dadurch insbesondere ermöglicht, die Traktionsbatterie durch eine mit dem elektrischen Anschluss elektrisch gekoppelte als Gleichstromladestation ausgebildete fahrzeugexterne elektrische Einheit zu laden, deren Ladespannung geringer ist als eine Nennspannung der Traktionsbatterie. Des Weiteren wird ebenso eine entgegengesetzte Energieversorgung ermöglicht, auch als Buck-Betrieb bezeichnet. Hierbei wird elektrische Energie durch die Traktionsbatterie an eine mit dem elektrischen Anschluss elektrisch gekoppelte fahrzeugexterne elektrische Einheit bereitgestellt, beispielsweise zum Einspeisen elektrischer Energie der Traktionsbatterie, insbesondere über eine mit dem elektrischen Anschluss elektrisch gekoppelte Gleichstromladestation, in ein öffentliches Energieversorgungsnetz oder in ein Energieversorgungsnetz eines Gebäudes. Diese Energieversorgung in beide Richtungen wird auch als bidirektionales Laden bezeichnet. Durch die erfindungsgemäße Lösung muss hierfür kein zusätzlicher Gleichspannungswandler im Fahrzeug vorgesehen werden, wodurch entsprechend eine Bauraum-, Gewichts- und Kosteneinsparung erreicht wird. Auch andere Lösungen, um das Laden der Traktionsbatterie mit einer geringeren Ladespannung zu ermöglichen, beispielsweise eine Ausgestaltung der Traktionsbatterie als Umschaltbatterie, um das Laden durch eine geänderte Schaltung von Batteriemodulen der Traktionsbatterie zu ermöglichen, sind durch die erfindungsgemäße Lösung nicht erforderlich.
In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs ist entsprechend vorgesehen, dass für das Laden der Traktionsbatterie durch eine mit dem elektrischen Anschluss elektrisch gekoppelte als Gleichstromladestation ausgebildete fahrzeugexterne elektrische Einheit, deren Ladespannung geringer ist als die Nennspannung der Traktionsbatterie, und/oder für die Bereitstellung elektrischer Energie durch die Traktionsbatterie an eine mit dem elektrischen Anschluss elektrisch gekoppelte fahrzeugexterne elektrische Einheit die beiden elektrischen Antriebseinheiten zwischen dem elektrischen Anschluss und der Traktionsbatterie elektrisch in Reihe geschaltet werden.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird es beispielsweise ermöglicht, eine 800V-Traktionsbatterie an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung von beispielsweise 400V oder 500V zu laden.
Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht zudem eine Erfüllung von Sicherheitsanforderungen hinsichtlich einer Überlastung einer Isolation in der Gleichstromladestation, eine uneingeschränkte Funktion eines Isolationswächters und eine Abschaltung eines durch einen Isolationsfehler im Fahrzeug verursachten entstehenden Kurzschlusses der Traktionsbatterie.
Erfindungsgemäß weisen die Inverter jeweils einen Kondensator zwischen einer Potentialleitung des ersten Hochvoltpotentials und einer Potentialleitung des zweiten Hochvoltpotentials auf. Die Schaltungsanordnung ist dabei derart ausgebildet, dass die zweite elektrische Antriebseinheit mit dem Kondensatoranschluss der ersten elektrischen Antriebseinheit elektrisch in Reihe schaltbar ist.
In einer möglichen Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine der Potentialleitungen des Inverters der zweiten elektrischen Antriebseinheit mit einem das gleiche Hochvoltpotential aufweisenden Kondensatoranschlusskontakt des Kondensatoranschlusses des Inverters der ersten elektrischen Antriebseinheit elektrisch verbunden ist. Um die oben beschriebene elektrische Reihenschaltung der beiden Antriebseinheiten zu ermöglichen, ist dann beispielsweise vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, dass ein Sternpunkt der elektrischen Drehstrommaschine der zweiten elektrischen Antriebseinheit mit dem anderen Kondensatoranschlusskontakt des Kondensatoranschlusses des Inverters der ersten elektrischen Antriebseinheit elektrisch verbindbar ist, die mit diesem Kondensatoranschlusskontakt elektrisch verbundene Potentialleitung dieses Inverters mit einem das gleiche Hochvoltpotential aufweisenden Anschlusskontakt des elektrischen Anschlusses elektrisch verbindbar ist und ein Sternpunkt der elektrischen Drehstrommaschine der ersten elektrischen Antriebseinheit mit dem anderen Anschlusskontakt des elektrischen Anschlusses elektrisch verbindbar ist. Alternativ ist, um die oben beschriebene elektrische Reihenschaltung der beiden Antriebseinheiten zu ermöglichen, beispielsweise vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, dass ein Wicklungsanschluss der elektrischen Drehstrommaschine der zweiten elektrischen Antriebseinheit mit dem anderen Kondensatoranschlusskontakt des Kondensatoranschlusses des Inverters der ersten elektrischen Antriebseinheit elektrisch verbindbar ist, die mit diesem Kondensatoranschlusskontakt elektrisch verbundene Potentialleitung dieses Inverters mit einem das gleiche Hochvoltpotential aufweisenden Anschlusskontakt des elektrischen Anschlusses elektrisch verbindbar ist und ein Wicklungsanschluss der elektrischen Drehstrommaschine der ersten elektrischen Antriebseinheit mit dem anderen Anschlusskontakt des elektrischen Anschlusses elektrisch verbindbar ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Traktionsbatterie mit dem Kondensatoranschluss der zweiten elektrischen Antriebseinheit elektrisch verbunden ist. Insbesondere um die Grundfunktion der elektrischen Antriebseinheiten, d. h. den Antrieb des Fahrzeugs, weiterhin zu ermöglichen, ist des Weiteren vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, dass die Traktionsbatterie mit dem Kondensatoranschluss der ersten elektrischen Antriebseinheit elektrisch verbindbar ist. Dadurch sind die beiden elektrischen Antriebseinheiten durch die Traktionsbatterie mit elektrischer Energie versorgbar. Im Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs ist daher vorgesehen, dass für einen Fährbetrieb des Fahrzeugs beide Inverter jeweils direkt mit der Traktionsbatterie verbunden werden.
In einer möglichen Ausführungsform des Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, dass der elektrische Anschluss direkt mit der Traktionsbatterie elektrisch verbindbar ist. Dadurch wird auch ein Laden der Traktionsbatterie durch eine mit dem elektrischen Anschluss elektrisch gekoppelte als Gleichstromladestation ausgebildete fahrzeugexterne elektrische Einheit ermöglicht, deren Ladespannung mindestens so groß ist wie die Nennspannung der Traktionsbatterie. Im Verfahren zum Betrieb des Fahrzeugs ist entsprechend vorgesehen, dass für das Laden der Traktionsbatterie durch eine mit dem elektrischen Anschluss elektrisch gekoppelte als Gleichstromladestation ausgebildete fahrzeugexterne elektrische Einheit, deren Ladespannung mindestens so groß ist wie die Nennspannung der Traktionsbatterie, der elektrische Anschluss direkt mit der Traktionsbatterie elektrisch verbunden wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einer Schalteinrichtung,
Fig. 2 schematisch einen Aufbau des Stroms in der Schalteinrichtung gemäß Figur 1 in einem Ladebetrieb,
Fig. 3 schematisch einen Freilauf des Stroms in der Schalteinrichtung gemäß Figur 1 in einem Ladebetrieb,
Fig. 4 schematisch einen Aufbau des Stroms in der Schalteinrichtung gemäß Figur 1 in einem Buck-Betrieb,
Fig. 5 schematisch einen Freilauf des Stroms in der Schalteinrichtung gemäß Figur 1 in einem Buck-Betrieb, Fig. 6 schematisch eine weitere Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einer Schalteinrichtung,
Fig. 7 schematisch einen Aufbau des Stroms in der Schalteinrichtung gemäß Figur 6 in einem Ladebetrieb,
Fig. 8 schematisch einen Freilauf des Stroms in der Schalteinrichtung gemäß Figur 6 in einem Ladebetrieb,
Fig. 9 schematisch einen Aufbau des Stroms in der Schalteinrichtung gemäß Figur 6 in einem Buck-Betrieb,
Fig. 10 schematisch einen Freilauf des Stroms in der Schalteinrichtung gemäß Figur 6 in einem Buck-Betrieb,
Fig. 11 schematisch ein Beispiel einer Gleichspannungswandlung mittels der Schalteinrichtung,
Fig. 12 schematisch ein weiteres Beispiel einer Gleichspannungswandlung mittels der Schalteinrichtung,
Fig. 13 schematisch ein weiteres Beispiel einer Gleichspannungswandlung mittels der Schalteinrichtung,
Fig. 14 schematisch die Ausführungsform gemäß Figur 1 bei einem Kurzschluss im Fahrzeug, und
Fig. 15 schematisch die Ausführungsform gemäß Figur 6 bei einem Kurzschluss im Fahrzeug.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Figuren 1 und 6 zeigen beispielhaft zwei Ausführungsformen eines Fahrzeugs 1 mit einer elektrischen Schaltungsanordnung 2. Das Fahrzeug 1 ist dabei in beiden dargestellten Ausführungsformen mit einer als eine Gleichstromladestation ausgebildeten fahrzeugexternen elektrischen Einheit 3 elektrisch gekoppelt. Dargestellt ist hier auch jeweils ein Innenwiderstand Rg der Gleichstromladestation.
Die Schaltungsanordnung 2 umfasst eine Traktionsbatterie 4, wobei hier auch jeweils ein Innenwiderstand Rb der Traktionsbatterie 4 dargestellt ist, und des Weiteren einen elektrischen Anschluss 5 zum elektrischen Koppeln mit der fahrzeugexternen elektrischen Einheit 3, ein erstes Hochvoltpotential P1 und ein zweites Hochvoltpotential P2. In den dargestellten Ausführungsformen ist das erste Hochvoltpotential P1 ein positives Hochvoltpotential und das zweite Hochvoltpotential P2 ein negatives Hochvoltpotential. In anderen Ausführungsformen kann dies auch umgekehrt sein.
Die Schaltungsanordnung 2 umfasst des Weiteren zwei elektrische Antriebseinheiten A1 , A2 mit jeweils einem Inverter 11 , I2 und einer damit elektrisch gekoppelten elektrischen Drehstrommaschine M1 , M2 zum Antrieb des Fahrzeugs 1.
In beiden Ausführungsformen ist die Schaltungsanordnung 2 derart ausgebildet, dass die beiden elektrischen Antriebseinheiten A1, A2 zwischen dem elektrischen Anschluss 5 und der Traktionsbatterie 4 derart elektrisch in Reihe schaltbar sind, dass die erste elektrische Antriebseinheit A1 das erste Hochvoltpotential P1 und die zweite elektrische Antriebseinheit A2 das zweite Hochvoltpotential P2 vom elektrischen Anschluss 5 zur Traktionsbatterie 4 erhöht bzw. in entgegengesetzter Richtung reduziert. Durch diese Lösung wird durch die auf diese Weise verschalteten Antriebseinheiten A1, A2 ein Gleichspannungswandler ausgebildet, welcher ein so genanntes bidirektionales Laden ermöglicht, d. h. in die eine Richtung das Laden der Traktionsbatterie 4 durch eine mit dem elektrischen Anschluss 5 elektrisch gekoppelte als Gleichstromladestation ausgebildete fahrzeugexterne elektrische Einheit 3, deren Ladespannung geringer ist als eine Nennspannung der Traktionsbatterie 4, und in die andere Richtung eine Bereitstellung elektrischer Energie durch die Traktionsbatterie 4 an eine mit dem elektrischen Anschluss 5 elektrisch gekoppelte fahrzeugexterne elektrische Einheit 3.
Die Inverter 11 , I2 weisen jeweils eine Inverterschaltung IS1 , IS2 auf, umfassend insbesondere mehrere Inverterschalteinheiten IE1 bis IE12, insbesondere Halbleiterschalteinheiten, insbesondere Transistoren, insbesondere Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, insbesondere in Kombination mit jeweils einer insbesondere als Freilauf-Bodydiode ausgebildeten Diode, wie hier dargestellt. Die Inverterschaltung IS1 , IS2 ist insbesondere zwischen einer Potentialleitung PL1 des ersten Hochvoltpotentials P1 und einer Potentialleitung PL2 des zweiten Hochvoltpotentials P2 des jeweiligen Inverters 11 , 12 angeordnet. Die Drehstrommaschine M1, M2 der jeweiligen Antriebseinheit A1, A2 weist drei Motorwicklungen U1, V1, W1 , U2, V2, W2 in einer Sternschaltung auf, welche mit dem Inverter 11, I2 der Antriebseinheit A1, A2 auf die dargestellte Weise gekoppelt sind.
Die Inverter 11 , I2 weisen des Weiteren jeweils einen Kondensator C1 , C2 zwischen ihren beiden Potentialleitungen PL1 , PL2 auf. Für die oben beschriebene elektrische Reihenschaltung der beiden Antriebseinheiten A1, A2 ist die Schaltungsanordnung 2 derart ausgebildet, dass die zweite elektrische Antriebseinheit A2 mit dem Kondensatoranschluss der ersten elektrischen Antriebseinheit A1 elektrisch in Reihe schaltbar ist. Hierfür ist eine der Potentialleitungen, hier die erste Potentialleitung PL1, des Inverters I2 der zweiten elektrischen Antriebseinheit A2 mit einem das gleiche Hochvoltpotential, hier das erste Hochvoltpotential P1 , aufweisenden Kondensatoranschlusskontakt des Kondensatoranschlusses des Inverters 11 der ersten elektrischen Antriebseinheit A1 elektrisch verbunden.
Des Weiteren ist in der in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsform die Schaltungsanordnung 2 derart ausgebildet, dass ein Sternpunkt SP2 der elektrischen Drehstrommaschine M2 der zweiten elektrischen Antriebseinheit A2 mit dem anderen Kondensatoranschlusskontakt des Kondensatoranschlusses des Inverters 11 der ersten elektrischen Antriebseinheit A1 elektrisch verbindbar ist, hier durch Schließen eines ersten Schalters S1 , die mit diesem Kondensatoranschlusskontakt elektrisch verbundene Potentialleitung PL2 dieses Inverters 11 mit einem das gleiche Hochvoltpotential P2 aufweisenden Anschlusskontakt des elektrischen Anschlusses 5 elektrisch verbindbar ist, hier durch Schließen eines zweiten Schalters S2, und ein Sternpunkt SP1 der elektrischen Drehstrommaschine M1 der ersten elektrischen Antriebseinheit A1 mit dem anderen Anschlusskontakt des elektrischen Anschlusses 5 elektrisch verbindbar ist, hier durch Schließen eines dritten Schalters S3.
In der in Figur 6 dargestellten anderen Ausführungsform ist alternativ vorgesehen, dass ein Wicklungsanschluss der elektrischen Drehstrommaschine M2 der zweiten elektrischen Antriebseinheit A2 mit dem anderen Kondensatoranschlusskontakt des Kondensatoranschlusses des Inverters 11 der ersten elektrischen Antriebseinheit A1 elektrisch verbindbar ist, hier durch Schließen des ersten Schalters S1, die mit diesem Kondensatoranschlusskontakt elektrisch verbundene Potentialleitung PL2 dieses Inverters 11 mit dem das gleiche Hochvoltpotential P2 aufweisenden Anschlusskontakt des elektrischen Anschlusses 5 elektrisch verbindbar ist, hier durch Schließen des zweiten Schalters S2, und ein Wicklungsanschluss der elektrischen Drehstrommaschine M1 der ersten elektrischen Antriebseinheit A1 mit dem anderen Anschlusskontakt des elektrischen Anschlusses 5 elektrisch verbindbar ist, hier durch Schließen des dritten Schalters S3.
Zudem ist in beiden Ausführungsformen vorgesehen, dass die Traktionsbatterie 4 mit dem Kondensatoranschluss der zweiten elektrischen Antriebseinheit A2 elektrisch verbunden ist. Dadurch werden einerseits das oben beschriebene Laden der Traktionsbatterie 4 und andererseits ein Fährbetrieb des Fahrzeugs 1 ermöglicht. Zur Durchführung des Fährbetriebs ist zudem vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung 2 derart ausgebildet ist, dass die Traktionsbatterie 4 mit dem Kondensatoranschluss der ersten elektrischen Antriebseinheit A1 elektrisch verbindbar ist, hier durch Schließen eines vierten Schalters S4, durch welchen in den dargestellten Beispielen die zweite Potentialleitung PL2 des Inverters 11 der ersten elektrischen Antriebseinheit A1 mit dem zweiten Hochvoltpotential P2 der Traktionsbatterie 4 verbunden wird.
Die Schaltungsanordnung 2 ermöglicht zudem ein Laden der Traktionsbatterie 4 durch eine mit dem elektrischen Anschluss 5 elektrisch gekoppelte als Gleichstromladestation ausgebildete fahrzeugexterne elektrische Einheit 3, deren Ladespannung mindestens so groß ist wie die Nennspannung der Traktionsbatterie 4. Hierfür ist vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung 2 derart ausgebildet ist, dass der elektrische Anschluss 5 direkt mit der Traktionsbatterie 4 elektrisch verbindbar ist, in den beiden Ausführungsformen durch Schließen eines fünften und sechsten Schalters S5, S6, wodurch die Hochvoltpotentiale P1 , P2 von Traktionsbatterie 4 und fahrzeugexterner elektrischer Einheit 3 durch entsprechende durchgehende Potentialleitungen PL1 , PL2 direkt miteinander verbunden sind.
Die Schalter S1 bis S6 sind beispielsweise jeweils als Schütz ausgebildet.
Bei den beiden Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 und 6 können zusätzlich noch hier nicht dargestellte EMV-Ausgangsfilter (EMV = Elektromagnetische Verträglichkeit) vom Fahrzeug 1 zur Gleichstromladestation vorgesehen sein.
Für das Laden der Traktionsbatterie 4 durch eine mit dem elektrischen Anschluss 5 elektrisch gekoppelte als Gleichstromladestation ausgebildete fahrzeugexterne elektrische Einheit 3, deren Ladespannung geringer ist als die Nennspannung der Traktionsbatterie 4, und/oder für die Bereitstellung elektrischer Energie durch die Traktionsbatterie 4 an eine mit dem elektrischen Anschluss 5 elektrisch gekoppelte fahrzeugexterne elektrische Einheit 3 werden die beiden elektrischen Antriebseinheiten A1 , A2 zwischen dem elektrischen Anschluss 5 und der Traktionsbatterie 4 elektrisch in Reihe geschaltet. Hierfür werden in den dargestellten Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 und 6 die Schalter S1 , S2 und S3 geschlossen und die Schalter S4, S5 und S6 geöffnet.
Für das Laden der Traktionsbatterie 4 durch eine mit dem elektrischen Anschluss 5 elektrisch gekoppelte als Gleichstromladestation ausgebildete fahrzeugexterne elektrische Einheit 3, deren Ladespannung mindestens so groß ist wie die Nennspannung der Traktionsbatterie 4, wird der elektrische Anschluss 5 direkt mit der Traktionsbatterie 4 elektrisch verbunden. Hierfür werden in den dargestellten Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 und 6 die Schalter S5 und S6 geschlossen. Die Schaltstellung der anderen Schalter S1 bis S4 ist hierbei unerheblich, d. h. sie können jeweils geöffnet oder geschlossen sein.
Für den Fährbetrieb des Fahrzeugs 1 werden beide Inverter H, I2 jeweils direkt mit der Traktionsbatterie 4 verbunden. Hierfür wird in den dargestellten Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 und 6 der Schalter S4 geschlossen und die anderen Schalter S1 , S2, S3, S5, S6 werden geöffnet.
Die Figuren 2 und 7 zeigen für die jeweilige Ausführungsform gemäß Figur 1 bzw. Figur 6 für das Laden der Traktionsbatterie 4 durch eine mit dem elektrischen Anschluss 5 elektrisch gekoppelte als Gleichstromladestation ausgebildete fahrzeugexterne elektrische Einheit 3, deren Ladespannung geringer ist als die Nennspannung der Traktionsbatterie 4, einen Aufbau AB1 des Stroms in den Motorwicklungen U1, V1, W1 der ersten elektrischen Antriebseinheit A1 mittels durchgezogener Pfeile und einen Aufbau AB2 des Stroms in den Motorwicklungen U2, V2, W2 der zweiten elektrischen Antriebseinheit A2 mittels gestrichelter Pfeile.
Die Figuren 3 und 8 zeigen für die jeweilige Ausführungsform gemäß Figur 1 bzw. Figur 6 für das Laden der Traktionsbatterie 4 durch eine mit dem elektrischen Anschluss 5 elektrisch gekoppelte als Gleichstromladestation ausgebildete fahrzeugexterne elektrische Einheit 3, deren Ladespannung geringer ist als die Nennspannung der Traktionsbatterie 4, einen Freilauf FL1 des Stroms in den Motorwicklungen U1, V1, W1 der ersten elektrischen Antriebseinheit A1 mittels durchgezogener Pfeile und einen Freilauf FL2 des Stroms in den Motorwicklungen U2, V2, W2 der zweiten elektrischen Antriebseinheit A2 mittels gestrichelter Pfeile. Die Figuren 4 und 9 zeigen für die jeweilige Ausführungsform gemäß Figur 1 bzw. Figur 6 für die Bereitstellung elektrischer Energie durch die Traktionsbatterie 4 an eine mit dem elektrischen Anschluss 5 elektrisch gekoppelte fahrzeugexterne elektrische Einheit 3 den Aufbau AB1 des Stroms in den Motorwicklungen U1, V1, W1 der ersten elektrischen Antriebseinheit A1 mittels durchgezogener Pfeile und den Aufbau AB2 des Stroms in den Motorwicklungen U2, V2, W2 der zweiten elektrischen Antriebseinheit A2 mittels gestrichelter Pfeile.
Die Figuren 5 und 10 zeigen für die jeweilige Ausführungsform gemäß Figur 1 bzw. Figur 6 für die Bereitstellung elektrischer Energie durch die Traktionsbatterie 4 an eine mit dem elektrischen Anschluss 5 elektrisch gekoppelte fahrzeugexterne elektrische Einheit 3 den Freilauf FL1 des Stroms in den Motorwicklungen U1, V1, W1 der ersten elektrischen Antriebseinheit A1 mittels durchgezogener Pfeile und den Freilauf FL2 des Stroms in den Motorwicklungen U2, V2, W2 der zweiten elektrischen Antriebseinheit A2 mittels gestrichelter Pfeile.
Durch die beschriebene Lösung werden zudem Nachteile eines galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers vermieden, denn dieser bewirkt eine Potentialverschiebung in nur einem Hochvoltpotential P1 , P2, während das andere Hochvoltpotential P2, P1 von der Gleichstromladestation zum Fahrzeug 1 durchverbunden ist. Dies kann während des Ladevorgangs zu einer Überlastung der Isolation führen. Auslöser kann eine unsymmetrische Isolationswiderstandsverteilung in der Gleichstromladestation und/oder im Fahrzeug 1 sein. Zudem führt auch ein Isolationswächter zu einer Potentialverschiebung, die zu einer Isolationsüberlastung in der Gleichstromladestation führen kann.
Im Gegensatz dazu kann bei der hier beschriebenen Lösung die Potentialverschiebung beider Potentiale P1, P2 gesteuert werden, wie in den Figuren 11 bis 13 beispielhaft gezeigt. Hier ist jeweils das Laden der Traktionsbatterie 4 mit einer Nennspannung von 800V an einer Gleichstromladestation mit einer Ladespannung von 400V gezeigt. Dargestellt sind jeweils die beiden Potentiale P1, P2 von der Gleichstromladestation links zur Traktionsbatterie 4 rechts und ein Bezugspotential M, insbesondere Massepotential, mit 0V. Im Beispiel gemäß Figur 11 führt die Potentialverteilung im Fahrzeug 1 nicht zu einer Überlastung der Isolation an der schwächer isolierten Gleichstromladestation. Die Antriebseinheiten A1 , A2 sind daher frei in der Wahl des Übersetzungsverhältnisses.
Im Beispiel gemäß Figur 12 würde die Potentialverteilung im Fahrzeug 1 zu einer Überlastung der Isolation an der schwächer isolierten Gleichstromladestation im ersten Hochvoltpotential P1 führen. Daher erhöht die zweite Antriebseinheit A2 das zweite Hochvoltpotential P2 mit einem geringeren Übersetzungsverhältnis oder ist passiv durchgeschaltet, wie hier dargestellt. Die erste Antriebseinheit A1 erhöht das erste Hochvoltpotential P1 in einem höheren Übersetzungsverhältnis.
Im Beispiel gemäß Figur 13 würde die Potentialverteilung im Fahrzeug 1 zu einer Überlastung der Isolation an der schwächer isolierten Gleichstromladestation im zweiten Hochvoltpotential P2 führen. Daher erhöht die erste Antriebseinheit A1 das erste Hochvoltpotential P1 mit einem geringeren Übersetzungsverhältnis oder ist passiv durchgeschaltet, wie hier dargestellt. Die zweite Antriebseinheit A2 erhöht das zweite Hochvoltpotential P2 in einem höheren Übersetzungsverhältnis.
Die Reaktion der Schaltungsanordnung 2, insbesondere der beiden auf die oben beschriebene Weise elektrisch in Reihe geschalteten Antriebseinheiten A1, A2, auf eine unsymmetrische Potentialverteilung kann beispielsweise erfolgen wie in der
DE 10 2017 009 352 A1 beschrieben, insbesondere durch eine Steuerung und/oder Regelung der Inverter 11, I2, insbesondere von deren Inverterschaltungen IS1 , IS2.
Die Einhaltung der Isolationsfestigkeit in der Ladesäule ist gegeben für den oben beschriebenen Ladebetrieb, insbesondere bei einer dabei erfolgenden Potentialverschiebung durch Isolationswächter, sowie bei unsymmetrischen Isolationswiderständen und/oder bei langsam eintretenden Isolationsfehlern.
Die Kompatibilität mit dem Isolationswächter ist sichergestellt beispielsweise gemäß dem Verfahren, das in folgender Veröffentlichung beschrieben wird: PCIM 2021, Quasi- Isolated HV/HV-DC/DC-Converter for Electric Driven Vehicles with Multiple High-Voltage Levels, Andre Haspel, Urs Böhme, Mercedes-Benz AG, Germany.
Ein weiterer Nachteil eines galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandlers, welches durch die beschriebene Lösung vermieden wird, ist, dass bei dem galvanisch gekoppelten Gleichspannungswandler im Falle eines Isolationsfehlers im Fahrzeug 1 als direkte Folge ein weiterer Isolationsfehler im gegengesetzten Hochvoltpotential P2, P1 auf Seiten der Gleichstromladestation eintreten kann. Dadurch wird ein Kurzschluss der Traktionsbatterie 4 erzeugt, der im so genannten CHAdeMO-Ladestandard zu einer Zerstörung einer Massepotential leitung ML in einem Ladekabel 6 führen wird, mittels welchem der elektrische Anschluss 5 des Fahrzeugs 1 mit der Gleichstromladestation elektrisch gekoppelt ist, denn diese Massepotentialleitung ML im Ladekabel 6 ist nur sehr dünn ausgeführt.
Figur 14 zeigt die Lösung dieses Problems mit der Ausführungsform gemäß Figur 1 und Figur 15 mit der Ausführungsform gemäß Figur 6. Dargestellt ist jeweils das Fahrzeug 1, hier insbesondere ein Chassis 7 des Fahrzeugs 1 , mit der Schaltungsanordnung 2 und die als Gleichstromladestation ausgebildete fahrzeugexterne Einheit 3, hier insbesondere mit einem Metallgehäuse 8. Die Gleichstromladestation weist beispielsweise eine Auslegungsspannung und/oder Ladespannung von 500V auf. Die Traktionsbatterie 4 weist beispielsweise eine Nennspannung von 800V auf.
Es tritt ein Isolationsfehler F1 im Fahrzeug 1 auf. Als direkte Folge und einer damit resultierenden Überlastung der Isolation in der Gleichstromladestation aufgrund der anliegenden Spannung von 800V der Traktionsbatterie 4 tritt hier ebenfalls ein Isolationsfehler F2 auf. Mittels Pfeilen ist der dadurch aufkommende Batteriekurzschlussstrom KS dargestellt.
Dargestellt ist hier jeweils ein kritischer Betriebszustand während des Buck-Betriebs, d. h. während der Einspeisung elektrischer Energie von der Traktionsbatterie 4 in die als Gleichstromladestation ausgebildete fahrzeugexterne elektrische Einheit 3, beispielsweise zum Einspeisen in das öffentliche Energieversorgungsnetz. Der Isolationsfehler F1 im Fahrzeug 1 liegt vom ersten Hochvoltpotential P1 zum Bezugspotential M, insbesondere Massepotential, vor, d. h. insbesondere zum Chassis 7 des Fahrzeugs 1. Der Kurzschlussstromanstieg wird dann durch die Motorwicklungen U2, V2 und W2 der zweiten Antriebseinheit A2 verlangsamt, so dass einem Überwachungssystem, beispielsweise mittels Strommessung und/oder Spannungsmessung genügend Zeit bleibt, den Fehlerfall zu erkennen, ohne dass eine Überlastung/Zerstörung der
Massepotentialleitung ML im Ladekabel 6, der Gleichstromladestation oder von Teilen des Fahrzeugs 1 eingetreten ist. Der Buck-Betrieb ist zu stoppen durch ein Öffnen der insbesondere als Halbleiterschalteinheiten ausgebildeten
Inverterschalteinheiten IE8, IE10, IE12. Der eingeprägte Strom in den Motorwicklungen U2, V2 und W2 wird über die Freilauf-Bodydioden der Inverterschalteinheiten IE7, IE9, IE11 weitergeführt und die Energie der Induktivitäten, inklusive der Induktivität der Zuleitungen, wird im Kondensator C1 umgeladen. Im Anschluss ist der Kurzschlussstrom komplett zu OA abgebaut.
Ein Isolationsfehler vom zweiten Hochvoltpotential P2 HV- zum Bezugspotential M, insbesondere Massepotential, im Fahrzeug 1 würde entsprechend zu einer Überlastung des ersten Hochvoltpotentials P1 zum Bezugspotential M, insbesondere Massepotential, in der Gleichstromladestation führen. Auch dieser Strom kann nach dem gleichen Prinzip unterbrochen werden, wobei dann die entsprechenden Bauteile der ersten Antriebseinheit A1 betroffen sind.
Eine Reaktionsmöglichkeit auf einen entstehenden Kurzschluss aufgrund eines Isolationsfehlers F1 im Fahrzeug 1 ist somit gegeben durch die Verlangsamung des Stromanstiegs durch die Motorinduktivitäten. Dadurch entsteht genügend Zeit zur eindeutigen Erkennung des Fehlerfalls und zum Unterbrechen des Stromflusses. Der eingeprägte Strom in den Motorinduktivitäten kann über Freilauf-/Bodydioden auf eine Kapazität umgeladen werden.
Bezugszeichenliste
1 Fahrzeug
2 Schaltungsanordnung
3 fahrzeugexterne elektrische Einheit
4 Traktionsbatterie
5 Anschluss
6 Ladekabel
7 Chassis
8 Metallgehäuse
A1, A2 Antriebseinheit
AB1 , AB2 Aufbau Strom
C1 , C2 Kondensator
F1 , F2 Isolationsfehler
FL1 , FL2 Freilauf Strom
11 , I2 Inverter
IE1 bis IE12 Inverterschalteinheit
IS1 , IS2 Inverterschaltung
KS Batteriekurzschlussstrom
M Bezugspotential
M1 , M2 Drehstrommaschine
ML Massepotentialleitung
P1, P2 Hochvoltpotential
PL1 , PL2 Potentialleitung
Rb I nnenwiderstand T raktionsbatterie
Rg Innenwiderstand Gleichstromladestation
S1 bis S6 Schalter
SP1 , SP2 Sternpunkt U1 , V1, W1 Motorwicklung U2, V2, W2 Motorwicklung

Claims

Patentansprüche Fahrzeug (1) mit einer elektrischen Schaltungsanordnung (2), wobei die elektrische Schaltungsanordnung (2) aufweist:
- eine Traktionsbatterie (4),
- einen elektrischen Anschluss (5) zum elektrischen Koppeln mit einer fahrzeugexternen elektrischen Einheit (3),
- ein erstes Hochvoltpotential (P1), und
- ein zweites Hochvoltpotential (P2), wobei das erste Hochvoltpotential (P1) ein positives Hochvoltpotential ist und das zweite Hochvoltpotential (P2) ein negatives Hochvoltpotential ist oder umgekehrt, und wobei die Schaltungsanordnung (2)
- zwei elektrische Antriebseinheiten (A1, A2) mit jeweils einem Inverter (11, I2) und einer damit elektrisch gekoppelten elektrischen Drehstrommaschine (M1 , M2) zum Antrieb des Fahrzeugs (1) aufweist, und
- derart ausgebildet ist, dass die beiden elektrischen Antriebseinheiten (A1, A2) zwischen dem elektrischen Anschluss (5) und der Traktionsbatterie (4) derart elektrisch in Reihe schaltbar sind, dass die erste elektrische Antriebseinheit (A1) das erste Hochvoltpotential (P1) und die zweite elektrische Antriebseinheit (A2) das zweite Hochvoltpotential (P2) vom elektrischen Anschluss (5) zur Traktionsbatterie (4) erhöht, dadurch gekennzeichnet, dass die Inverter (11, I2) jeweils einen Kondensator (C1, C2) zwischen einer Potentialleitung (PL1) des ersten Hochvoltpotentials (P1) und einer Potentialleitung (PL2) des zweiten Hochvoltpotentials (P2) aufweisen, wobei die Schaltungsanordnung (2) derart ausgebildet ist, dass die zweite elektrische Antriebseinheit (A2) mit dem Kondensatoranschluss der ersten elektrischen Antriebseinheit (A1) elektrisch in Reihe schaltbar ist. Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine der Potentialleitungen (PL1 , PL2) des Inverters (I2) der zweiten elektrischen Antriebseinheit (A2) mit einem das gleiche Hochvoltpotential (P1 , P2) aufweisenden Kondensatoranschlusskontakt des Kondensatoranschlusses des Inverters (11) der ersten elektrischen Antriebseinheit (A1) elektrisch verbunden ist und die Schaltungsanordnung (2) derart ausgebildet ist, dass
- ein Sternpunkt (SP2) der elektrischen Drehstrommaschine (M2) der zweiten elektrischen Antriebseinheit (A2) mit dem anderen Kondensatoranschlusskontakt des Kondensatoranschlusses des Inverters (11) der ersten elektrischen Antriebseinheit (A1) elektrisch verbindbar ist, die mit diesem Kondensatoranschlusskontakt elektrisch verbundene Potentialleitung (PL1 , PL2) dieses Inverters (11) mit einem das gleiche Hochvoltpotential (P1 , P2) aufweisenden Anschlusskontakt des elektrischen Anschlusses (5) elektrisch verbindbar ist und ein Sternpunkt (SP1) der elektrischen Drehstrommaschine (M1) der ersten elektrischen Antriebseinheit (A1) mit dem anderen Anschlusskontakt des elektrischen Anschlusses (5) elektrisch verbindbar ist, oder
- ein Wicklungsanschluss der elektrischen Drehstrommaschine (M2) der zweiten elektrischen Antriebseinheit (A2) mit dem anderen Kondensatoranschlusskontakt des Kondensatoranschlusses des Inverters (11) der ersten elektrischen Antriebseinheit (A1) elektrisch verbindbar ist, die mit diesem Kondensatoranschlusskontakt elektrisch verbundene Potentialleitung (PL1 , PL2) dieses Inverters (11) mit einem das gleiche Hochvoltpotential (P1 , P2) aufweisenden Anschlusskontakt des elektrischen Anschlusses (5) elektrisch verbindbar ist und ein Wicklungsanschluss der elektrischen Drehstrommaschine (M1) der ersten elektrischen Antriebseinheit (A1) mit dem anderen Anschlusskontakt des elektrischen Anschlusses (5) elektrisch verbindbar ist. Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsbatterie (4) mit dem Kondensatoranschluss der zweiten elektrischen Antriebseinheit (A2) elektrisch verbunden ist. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (2) derart ausgebildet ist, dass die Traktionsbatterie (4) mit dem Kondensatoranschluss der ersten elektrischen Antriebseinheit (A1) elektrisch verbindbar ist. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung (2) derart ausgebildet ist, dass der elektrische Anschluss (5) direkt mit der Traktionsbatterie (4) elektrisch verbindbar ist. Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- für ein Laden der Traktionsbatterie (4) durch eine mit dem elektrischen Anschluss (5) elektrisch gekoppelte als Gleichstromladestation ausgebildete fahrzeugexterne elektrische Einheit (3), deren Ladespannung geringer ist als eine Nennspannung der Traktionsbatterie (4), und/oder für eine Bereitstellung elektrischer Energie durch die Traktionsbatterie (4) an eine mit dem elektrischen Anschluss (5) elektrisch gekoppelte fahrzeugexterne elektrische Einheit (3) die beiden elektrischen Antriebseinheiten (A1 , A2) zwischen dem elektrischen Anschluss (5) und der Traktionsbatterie (4) elektrisch in Reihe geschaltet werden, und/oder
- für ein Laden der Traktionsbatterie (4) durch eine mit dem elektrischen Anschluss (5) elektrisch gekoppelte als Gleichstromladestation ausgebildete fahrzeugexterne elektrische Einheit (3), deren Ladespannung mindestens so groß ist wie die Nennspannung der Traktionsbatterie (4), der elektrische Anschluss (5) direkt mit der Traktionsbatterie (4) elektrisch verbunden wird, und/oder
- für einen Fährbetrieb des Fahrzeugs (1) beide Inverter (11 , I2) jeweils direkt mit der Traktionsbatterie (4) verbunden werden dadurch gekennzeichnet, dass hierzu die Inverter (11 , I2) der Antriebseinheiten (A1 , A2) jeweils einen Kondensator (C1 , C2) zwischen einer Potentialleitung (PL1) des ersten Hochvoltpotentials (P1) und einer Potentialleitung (PL2) des zweiten Hochvoltpotentials (P2) aufweisen, wobei die Schaltungsanordnung (2) derart geschalten werden kann, dass die zweite elektrische Antriebseinheit (A2) mit dem Kondensatoranschluss der ersten elektrischen Antriebseinheit (A1) elektrisch in Reihe geschalten wird.
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