WO2012097899A1 - Elektrische antriebseinheit - Google Patents

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WO2012097899A1
WO2012097899A1 PCT/EP2011/070512 EP2011070512W WO2012097899A1 WO 2012097899 A1 WO2012097899 A1 WO 2012097899A1 EP 2011070512 W EP2011070512 W EP 2011070512W WO 2012097899 A1 WO2012097899 A1 WO 2012097899A1
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electric drive
battery module
unit
drive unit
battery
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PCT/EP2011/070512
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English (en)
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Ralph Schmidt
Stefan Butzmann
Holger Fink
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Sb Limotive Germany Gmbh
Sb Limotive Company Ltd.
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/51—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells characterised by AC-motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/61—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries by batteries charged by engine-driven generators, e.g. series hybrid electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to an electric drive unit for an electric drive motor, a battery which forms the electric drive unit according to the invention, and an electric motor unit which comprises an electric motor and the electric drive unit according to the invention.
  • Battery systems will be used. In order to meet the voltage and available power requirements of a particular application, a large number of battery cells are connected in series. Since the power provided by such a battery must flow through all the battery cells and a battery cell can only conduct a limited current, battery cells are often additionally connected in parallel in order to increase the maximum current. This can be done either by providing multiple cell wraps within a battery cell housing or by externally interconnecting battery cells. It is, however,
  • FIG. 1 The block diagram of a conventional electric drive unit, as used for example in electric and hybrid vehicles or in stationary applications such as in the rotor blade adjustment of wind turbines for Insert comes is shown in Figure 1.
  • a battery 10 is connected to a
  • a pulse inverter 12 Connected DC voltage intermediate circuit is a pulse inverter 12, which in each case via two switchable semiconductor valves and two diodes at three taps
  • the capacitance of the DC link capacitor 11 must be large enough to stabilize the voltage in the DC link for a period of time in which one of the switchable semiconductor valves is turned on. In a practical
  • Pulse inverter 12 to high switching losses and - because of the high voltages typically Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) switch must be used - also to high forward losses.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • FIG. 2 shows a diagram in which the torque M required by an electric motor is sketched against the rotational speed n for typical driving cycles.
  • a first region 21 which corresponds to the starting of the vehicle, a high torque is required at low speeds. This high currents flow, but the required voltage is rather low.
  • a second area 22 which corresponds to the normal drive, after the vehicle has been set in motion, only low torques are needed, so that even at high speeds usually can be driven with low currents.
  • a third area 23 relevant in which high speeds and high torques are required at the same time. In this area, the electric motor requires high currents and high voltages, so that an increased electrical power is consumed.
  • the third area 23 corresponds, for example, to an uphill ride at full speed.
  • the Figure 1 shown arrangement reacts only inflexible to the various
  • an electric drive unit is provided with a main battery unit, a pulse inverter and at least one output. At the output of an electric drive motor can be connected and is thus operable via the output.
  • the pulse inverter is supplied with DC voltage by the main battery unit.
  • the electric drive unit comprises at least one Maubattenemodulstrang, which is connected to the output of the electric drive unit or connectable.
  • the Maubattenemodulstrang comprises at least one battery module, which comprises at least one battery cell, at least one coupling unit, a first terminal and a second terminal.
  • the battery module is designed to selectively generate one of at least two voltages between the first terminal and the second terminal of the battery module depending on a control of the coupling unit.
  • the battery module included in the secondary battery module string can have different designs and thus a different number of different ones
  • the battery module may be configured to selectively connect the first terminal and the second terminal of the battery module or to switch the battery cell between the first terminal and the second terminal depending on a control of the coupling unit. This results the two possible voltage values 0 volts and U m0d , where U m0d is the maximum achievable battery module voltage .
  • the battery module may be configured to switch the battery cell between the first terminal and the second terminal, wherein a polarity of the voltage applied between the first terminal and the second terminal in dependence on a control of the coupling unit is selectable. This results in the two possible voltage values U m0d and -U m0d - If the statement is made in the context of the invention that the battery cell of the
  • Battery module is connected between the first terminal and the second terminal, it means that in the case where more than one battery cell is provided in the battery module, that a plurality of battery cells (for example, connected in series) between the first terminal and the second terminal become.
  • the Maubattenemodulstrang between a pole of the main battery unit and the output of the electric drive unit is switchable. In this arrangement, therefore, the Maubattenemodulstrang parallel to
  • Pulse inverters are switched.
  • a voltage that can be generated by the secondary battery module train is higher than the DC voltage generated by the main battery unit.
  • the minor battery module string comprise a plurality of battery modules connected in series.
  • the main battery unit in turn comprises at least one battery module with the above-mentioned properties. In this way, the pulse inverter can be supplied with a predetermined DC voltage, which is needed in the particular situation.
  • an electric motor can be connected to the usually provided three phases.
  • a battery which comprises all features of the electric drive unit according to the invention.
  • the battery is preferably a lithium-ion battery.
  • An electric motor can then be directly connected to the output or to the majority of the outputs.
  • Another aspect of the invention relates to an electric motor unit with an electric motor, which is connected to the electric drive unit according to the invention (which, as described above, can be configured as a battery in total).
  • a motor vehicle with the electric motor unit according to the invention for driving the motor vehicle.
  • FIG. 1 shows an electrical drive unit according to the prior art
  • FIG. 2 shows a diagram in which the torque M required by an electric motor is plotted against the rotational speed n for typical driving cycles
  • FIG. 3 shows a coupling unit which is used in a method according to the invention
  • FIG. 4 shows a first embodiment of the coupling unit
  • FIG. 5 shows a second embodiment of the coupling unit
  • Figure 6 shows the second embodiment of the coupling unit in a simple
  • FIGS. 7 and 8 show two arrangements of the coupling unit in a battery module
  • FIG. 9 shows the coupling unit shown in FIG. 6 in the arrangement shown in FIG. 7,
  • FIG. 10 shows an electric drive unit with three battery module strings
  • FIG. 11 is a schematic diagram of the invention (no circuit diagram)
  • FIG. 12 shows an electric drive unit according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 13 shows an electric drive unit according to a second embodiment of the invention
  • FIG. 14 shows an embodiment of the coupling unit, which allows a voltage with selectable polarity to be present between the terminals of a battery module, and
  • FIG. 15 shows an embodiment of the battery module with that in FIG. 14
  • FIG. 3 shows a coupling unit 30 which can be used in an electric drive unit according to the invention.
  • the coupling unit 30 has two inputs 31 and 32 and an output 33 and is adapted to connect one of the inputs 31 or 32 to the output 33 and to decouple the other. In certain embodiments of the coupling unit, this can also be designed to separate both inputs 31, 32 from the output 33. However, it is not intended to connect both the input 31 and the input 32 to the output 33.
  • FIG 4 shows a first embodiment of the coupling unit 30, which has a changeover switch 34, which in principle can connect only one of the two inputs 31, 32 to the output 33, while the respective other input 31, 32 is disconnected from the output 33.
  • the changeover switch 34 can be realized particularly simply as an electromechanical switch.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of the coupling unit 30, in which a first and a second switch 35 or 36 are provided. Each of the switches is connected between one of the inputs 31 and 32 and the output 33.
  • this embodiment has the advantage that both inputs 31, 32 can be disconnected from the output 33, so that the output 33 is high impedance.
  • the switches 35, 36 can be easily realized as semiconductor switches such as Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) switches or Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) switches.
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • FIG. 6 shows the second embodiment of the coupling unit in a simple
  • FIGS. 7 and 8 show two arrangements of the coupling unit 30 in one
  • Battery module 40 A plurality of battery cells 41 are between the inputs a coupling unit 30 connected in series.
  • the invention is not limited to such a series connection of battery cells, it can also be provided only a single battery cell or a parallel connection or mixed-serial-parallel circuit of battery cells.
  • the output of the coupling unit 30 is connected to a first terminal 42 and the negative pole of the battery cells 41 to a second terminal 43.
  • FIG. 9 shows the coupling unit 30 shown in FIG. 6 in that in FIG. 7
  • Control unit is connected.
  • FIG. 10 shows an electric drive unit with an electric motor 13, whose three phases are connected to three battery module strings 50-1, 50-2, 50-3.
  • Each of the three battery module strings 50-1, 50-2, 50-3 consists of a plurality of series-connected battery modules 40-1, 40-n, each comprising a coupling unit 30 and constructed as shown in Figure 7 or 8.
  • Output voltage can be generated in each of the three battery module strings 50-1, 50-2, 50-3.
  • a control unit is adapted to a variable
  • the control unit gives to the rest
  • Figure 1 1 shows a schematic diagram of the invention (no diagram).
  • the basic idea of the invention is a partitioning of the electric drive unit into one
  • Main battery unit 10 which provides only a low output voltage, but high currents, and one or more secondary battery module strings 50-1, 50-2, 50-3, which can provide high voltages.
  • the number of secondary battery module strings is equal to the number of phases of the electric motor 13 (three in the present case).
  • the secondary battery module strings 50-1, 50-2, 50-3 are connected to the main battery unit 10 via coupling elements 30.
  • the battery cells 41 in the sub-battery module strings have 1 / m of the capacity of the battery cells in the main battery unit 10, where m is the number of motor phases.
  • the configuration shown in FIG. 11 still utilizes the advantages of the configuration shown in FIG. 10, but overcomes the drawback of the high AC load of the battery cells 41 to a large extent.
  • FIG. 12 shows an electric drive unit 60 according to a first embodiment of the invention.
  • the electric drive unit 60 is connected to three phases of an electric motor 13 via outputs 62-1, 62-2, 62-3.
  • the electric motor 13 is connected to three phases of an electric motor 13 via outputs 62-1, 62-2, 62-3.
  • Drive unit 60 comprises a main battery unit 10 and a pulse inverter 12, wherein the pulse inverter 12 of the main battery unit 10 with
  • the pulse inverter 12 is configured to provide a time-varying voltage at each of its three taps 14-1, 14-2, 14-3, in particular sinusoidal voltages phase-shifted with respect to one another for the operation of the electric motor 13. Otherwise 1, it is provided according to the invention that three auxiliary battery module strings 50-1, 50-2, 50-3 are each connected to one of the outputs 62-1, 62-2, 62-3 of the electric drive unit 60 via switching elements 61-1, 61- 2, 61-3 are connectable. Each of the secondary battery module strings 50-1, 50-2, 50-3 is thus switchable in parallel to the pulse inverter 12. For example, a first port of the
  • a second connection of the secondary battery module line 50-1 can be connected via the switching element 61-1 to a tap 14-1 of the pulse-controlled inverter 12.
  • the tap 14-1 of the pulse inverter 12 is connected to the output 62-1 of the electric drive unit 60.
  • Each of the sub battery module strings 50-1, 50-2, 50-3 includes a plurality of serially connected battery modules 40-1, 40-n.
  • a disadvantage of the first embodiment of the invention shown in Figure 12 is the design of the pulse inverter 12, since its switching elements 15-1, 15-2, 15-3 bipolar locking must be designed and the switching elements 16-1, 16-2, 16-3 maximum one voltage (U h + nU m0 d) must lock.
  • FIG. 13 shows the electric drive unit 60 according to a second embodiment of the invention.
  • the secondary battery module strings 50-1, 50-2, 50-3 with their associated parts of the pulse inverter 12 are connected in series.
  • the pulse-controlled inverter 12 is designed to provide a time-varying voltage at each of its three taps 14-1, 14-2, 14-3, in particular sinusoidal voltages which are phase-shifted relative to one another for the operation of the electric motor 13.
  • a first terminal of the sub battery module string 50-1 is connected to the tap
  • pulse inverter 15- 3 and 16-1, 16-2, 16-3 of the pulse inverter may have to lock lower voltages in this embodiment, these can be configured as a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) switch, which the MOSFET
  • 16- 2 or 16-3 are closed, in the respective strand one over the
  • the battery modules 40-1, 40-n used in a secondary battery module line 50-1, 50-2, 50-3 are designed to connect their battery cells 41 between the first terminal 42 and the second one Terminal 43 to switch that a polarity of the voltage applied between the first terminal 42 and the second terminal 43
  • FIG. 14 shows an embodiment of the coupling unit 70 which makes this possible and in which a first, a second, a third and a fourth switch 75, 76, 77 and 78 are provided.
  • the first switch 75 is connected between a first input 71 and a first output 73
  • the second switch 76 is connected between a second input 72 and a second output 74
  • the third switch 77 between the first input 71 and the second output 74
  • the fourth Switch 78 connected between the second input 72 and the first output 73.
  • FIG. 15 shows an embodiment of the battery module 40 with the coupling unit shown in FIG.
  • the first output of the coupling unit 70 is connected to the first terminal 42 and the second output of the coupling unit 70 to the second terminal 43 of the battery module 40.
  • Battery module 40 has the advantage that the battery cells 41 through the
  • Coupling unit 70 can be connected in a selectable polarity with the terminals 42, 43, so that an output voltage of different signs can be generated. It may also be possible, for example, by closing the switches 76 and 78 and simultaneously opening the switches
  • Configuration is a voltage range between -U h / 2 or U h / 2 -nU m0d (j e after which value is lower) and U h / 2 + n U m0d adjustable.
  • a voltage range between -U h / 2 -nU m0d and U h / 2 + nU m o d can be set.

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Abstract

Es wird eine elektrische Antriebseinheit (60) mit einer Hauptbatterieeinheit (10), einem Pulswechselrichter (12) und wenigstens einem Ausgang (62-1, 62-2, 62-3), an welchem ein elektrischer Antriebsmotor (13) anschließbar ist, beschrieben. Der Pulswechselrichter (12) ist von der Hauptbatterieeinheit (10) mit Gleichspannung versorgbar. Die elektrische Antriebseinheit (60) umfasst wenigstens einen mit dem Ausgang (62-1, 62-2, 62-3) verbundenen oder verbindbaren Nebenbattenemodulstrang (50-1, 50-2, 50-3) mit wenigstens einem Batteriemodul (40-1, 40-n). Das Batteriemodul (40-1, 40-n) umfasst wenigstens eine Batteriezelle (41), wenigstens eine Koppeleinheit (30, 70), ein erstes Terminal (42) und ein zweites Terminal (43) und ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit (30, 70) wahlweise einen von mindestens zwei Spannungswerten zwischen dem ersten Terminal (42) und dem zweiten Terminal (43) des Batteriemoduls (40-1, 40-n) zu erzeugen.

Description

Beschreibung Titel
Elektrische Antriebseinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit für einen elektrischen Antriebmotor, eine Batterie, welche die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit bildet, sowie eine elektrische Motoreinheit, welche einen elektrischen Motor und die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit umfasst.
Stand der Technik
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, als auch bei Fahrzeugen wie Hybrid- und Elektrofahrzeugen vermehrt
Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden. Um die für eine jeweilige Anwendung gegebenen Anforderungen an Spannung und zur Verfügung stellbarer Leistung erfüllen zu können, werden eine hohe Zahl von Batteriezellen in Serie geschaltet. Da der von einer solchen Batterie bereitgestellte Strom durch alle Batteriezellen fließen muss und eine Batteriezelle nur einen begrenzten Strom leiten kann, werden oft zusätzlich Batteriezellen parallel geschaltet, um den maximalen Strom zu erhöhen. Dies kann entweder durch Vorsehen von mehreren Zellwickeln innerhalb eines Batteriezellengehäuses oder durch externes Verschalten von Batteriezellen geschehen. Dabei ist jedoch
problematisch, dass es aufgrund nicht exakt identischer Zellkapazitäten und -Spannungen zu Ausgleichsströmen zwischen den parallelgeschalteten
Batteriezellen kommen kann.
Das Prinzipschaltbild einer üblichen elektrischen Antriebseinheit, wie sie beispielsweise in Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen oder auch in stationären Anwendungen wie bei der Rotorblattverstellung von Windkraftanlagen zum Einsatz kommt, ist in Figur 1 dargestellt. Eine Batterie 10 ist an einen
Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen, welcher durch einen
Zwischenkreiskondensator 1 1 gepuffert wird. An den
Gleichspannungszwischenkreis angeschlossen ist ein Pulswechselrichter 12, der über jeweils zwei schaltbare Halbleiterventile und zwei Dioden an drei Abgriffen
14-1 , 14-2, 14-3 gegeneinander phasenversetzte Sinusspannungen für den Betrieb eines elektrischen Antriebsmotors 13 bereitstellt. Die Kapazität des Zwischenkreiskondensators 11 muss groß genug sein, um die Spannung im Gleichspannungszwischenkreis für eine Zeitdauer, in der eines der schaltbaren Halbleiterventile durchgeschaltet wird, zu stabilisieren. In einer praktischen
Anwendung wie einem Elektrofahrzeug ergibt sich eine hohe Kapazität im Bereich von mF.
Nachteilig bei der in Figur 1 dargestellten Anordnung ist, dass die schwächste Batteriezelle in der Batterie 10 die Reichweite bestimmt, und dass der Defekt einer einzelnen Batteriezelle bereits zu einem Liegenbleiber des ganzen
Fahrzeugs führt. Zudem führt die Modulation der hohen Spannungen im
Pulswechselrichter 12 zu hohen Schaltverlusten und - da wegen der hohen Spannungen typischerweise Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)-Schalter eingesetzt werden müssen - ebenfalls zu hohen Durchlassverlusten.
Des Weiteren ist die in Figur 1 dargestellte elektrische Antriebseinheit nicht optimal an die in Elektrofahrzeugen benötigten Leistungen angepasst. Figur 2 zeigt ein Diagramm, in welchem das von einem elektrischen Motor benötigte Drehmoment M gegen die Drehzahl n für typische Fahrzyklen skizziert ist. In einem ersten Bereich 21 , welcher dem Anfahren des Fahrzeugs entspricht, wird ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen benötigt. Hierbei fließen hohe Ströme, die erforderliche Spannung ist jedoch eher gering. In einem zweiten Bereich 22, welcher der normalen Fahrt entspricht, nachdem das Fahrzeug in Bewegung gesetzt wurde, werden nur geringe Drehmomente benötigt, so dass selbst bei hohen Geschwindigkeiten meist mit niedrigen Strömen gefahren werden kann. Nur selten dagegen wird ein dritter Bereich 23 relevant, in dem hohe Drehzahlen und hohe Drehmomente zugleich benötigt werden. In diesem Bereich benötigt der elektrische Motor hohe Ströme sowie hohe Spannungen, so dass eine erhöhte elektrische Leistung verbraucht wird. Der dritte Bereich 23 entspricht beispielsweise einer Bergauf-Fahrt bei voller Geschwindigkeit. Die in Figur 1 dargestellte Anordnung reagiert nur unflexibel auf die verschiedenen
Erfordernisse der Bereiche 21 bis 23.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine elektrische Antriebseinheit mit einer Hauptbatterieeinheit, einem Pulswechselrichter und wenigstens einem Ausgang bereitgestellt. An dem Ausgang ist ein elektrischer Antriebsmotor anschließbar und ist somit über den Ausgang betreibbar. Der Pulswechselrichter wird von der Hauptbatterieeinheit mit Gleichspannung versorgt. Die elektrische Antriebseinheit umfasst wenigstens einen Nebenbattenemodulstrang, welcher mit dem Ausgang der elektrischen Antriebseinheit verbunden oder verbindbar ist. Der Nebenbattenemodulstrang umfasst wenigstens ein Batteriemodul, welches wenigstens eine Batteriezelle, wenigstens eine Koppeleinheit, ein erstes Terminal und ein zweites Terminal umfasst. Das Batteriemodul ist dazu ausgebildet, in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit wahlweise eine von mindestens zwei Spannungen zwischen dem ersten Terminal und dem zweiten Terminal des Batteriemoduls zu erzeugen. Das heißt, dass mindestens zwei verschiedene Spannungswerte existieren und durch geeignete Ansteuerung der Koppeleinheit entweder der erste oder der zweite Spannungswert einzustellen sind. Falls mehr als nur zwei Spannungswerte gegeben sind, kann durch Ansteuerung der Koppeleinheit erreicht werden, dass jeweils einer der verfügbaren Spannungswerte zwischen dem ersten Terminal und dem zweiten Terminal des Batteriemoduls anliegt.
Durch Aktivierung oder Deaktivierung des Nebenbatteriemodulstrangs kann eine flexible Anpassung der elektrischen Antriebseinheit an verschiedene Situationen erreicht werden, in denen unterschiedliche Anforderungen an benötigte Ströme und Spannungen gestellt werden.
Das vom Nebenbattenemodulstrang umfasste Batteriemodul kann unterschiedlich ausgebildet sein und somit eine unterschiedliche Anzahl von verschiedenen
Spannungen zur Verfügung stellen. So kann das Batteriemodul dazu ausgebildet sein, in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit wahlweise das erste Terminal und das zweite Terminal des Batteriemoduls zu verbinden oder die Batteriezelle zwischen das erste Terminal und das zweite Terminal zu schalten. Daraus resultieren die beiden möglichen Spannungswerte 0 Volt und Um0d, wobei Um0d die maximal erreichbare Batteriemodulspannung ist.
Andererseits kann das Batteriemodul dazu ausgebildet sein, die Batteriezelle zwischen das erste Terminal und das zweite Terminal zu schalten, wobei eine Polarität der zwischen dem ersten Terminal und dem zweiten Terminal anliegenden Spannung in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit wählbar ist. Hieraus resultieren die beiden möglichen Spannungswerte Um0d und -Um0d- Wenn im Rahmen der Erfindung die Aussage gemacht wird, dass die Batteriezelle des
Batteriemoduls zwischen das erste Terminal und das zweite Terminal geschaltet wird, so bedeutet dies im Falle, dass mehr als nur eine Batteriezelle in dem Batteriemodul vorgesehen ist, dass eine Mehrzahl von Batteriezellen (beispielsweise in Serie geschaltet) zwischen das erste Terminal und das zweite Terminal geschaltet werden.
In einer ersten Ausführungsform ist der Nebenbattenemodulstrang zwischen einen Pol der Hauptbatterieeinheit und den Ausgang der elektrischen Antriebseinheit schaltbar. In dieser Anordnung kann somit der Nebenbattenemodulstrang parallel zum
Pulswechselrichter geschaltet werden.
In einer zweiten Ausführung der Erfindung ist der Nebenbattenemodulstrang zwischen einen Abgriff des Pulswechselrichters und den Ausgang der elektrischen
Antriebseinheit geschaltet. Bei dieser Anordnung liegen der Nebenbattenemodulstrang und der Pulswechselrichter in Reihe. Hierdurch ist an dem Ausgang der elektrischen Antriebseinheit ein größerer Spannungswertebereich einstellbar. Außerdem sind die
Anforderungen, welche an die Schaltelemente im Pulswechselrichter gestellt werden, in der zweiten Ausführung der Erfindung geringer.
Bevorzugt ist außerdem, dass eine durch den Nebenbattenemodulstrang erzeugbare Spannung höher ist als die durch die Hauptbatterieeinheit erzeugte Gleichspannung.
Dadurch wird eine optimale Anpassung der elektrischen Antriebseinheit an
verschiedene Situationen, beispielsweise verschiedene Fahrzyklen, erreicht.
Typischerweise wird dies dadurch erreicht, dass der Nebenbattenemodulstrang eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Batteriemodulen umfasst. Zusätzliche Flexibilität wird dadurch erreicht, dass die Hauptbatterieeinheit ihrerseits wenigstens ein Batteriemodul mit den oben genannten Eigenschaften umfasst. Auf diese Weise kann der Pulswechselrichter mit einer vorbestimmten Gleichspannung versorgt werden, welche gerade in der jeweiligen Situation benötigt wird.
Typischerweise wird in diesem Fall ein Batteriemodulstrang mit mehreren
Batteriemodulen mit den beschriebenen Koppeleinheiten in der Hauptbatterieeinheit angeordnet, so dass an den Ausgangsklemmen der Hauptbatterieeinheit verschiedene Spannungen einstellbar sind. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die elektrische
Antriebseinheit drei Ausgänge und drei jeweils mit einem der drei Ausgänge verbundene Nebenbattenemodulstränge. Über die drei Ausgänge kann ein elektrischer Motor mit den üblicherweise vorgesehenen drei Phasen verbunden werden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterie, welche alle Merkmale der erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit umfasst. Die Batterie ist bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batterie. An den Ausgang oder die Mehrzahl der Ausgänge kann dann direkt ein elektrischer Motor angeschlossen werden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektrische Motoreinheit mit einem elektrischen Motor, welcher an die erfindungsgemäße elektrische Antriebseinheit (welche, wie oben beschrieben, insgesamt als Batterie ausgebildet sein kann) angeschlossen ist. Schließlich betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen elektrischen Motoreinheit zum Antreiben des Kraftfahrzeugs.
Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine elektrische Antriebseinheit gemäß dem Stand der Technik, Figur 2 ein Diagramm, in welchem das von einem elektrischen Motor benötigte Drehmoment M gegen die Drehzahl n für typische Fahrzyklen aufgetragen ist,
Figur 3 eine Koppeleinheit, die in einem erfindungsgemäßen Verfahren
verwendbar ist,
Figur 4 eine erste Ausführungsform der Koppeleinheit,
Figur 5 eine zweite Ausführungsform der Koppeleinheit,
Figur 6 die zweite Ausführungsform der Koppeleinheit in einer einfachen
Halbleiterschaltung,
Figur 7 und 8 zwei Anordnungen der Koppeleinheit in einem Batteriemodul,
Figur 9 die in Figur 6 dargestellte Koppeleinheit in der in Figur 7 dargestellten Anordnung,
Figur 10 eine elektrische Antriebseinheit mit drei Batteriemodulsträngen,
Figur 1 1 ein Prinzipschema der Erfindung (kein Schaltbild),
Figur 12 eine elektrische Antriebseinheit gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 13 eine elektrische Antriebseinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 14 eine Ausführungsform der Koppeleinheit, welche ermöglicht, dass zwischen den Terminals eines Batteriemoduls eine Spannung mit wählbarer Polarität anliegt, und
Figur 15 eine Ausführungsform des Batteriemoduls mit der in Figur 14
dargestellten Koppeleinheit. Figur 3 zeigt eine Koppeleinheit 30, die in einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebseinheit verwendbar ist. Die Koppeleinheit 30 besitzt zwei Eingänge 31 und 32 sowie einen Ausgang 33 und ist dazu ausgebildet, einen der Eingänge 31 oder 32 mit dem Ausgang 33 zu verbinden und den anderen abzukoppeln. Bei bestimmten Ausführungsformen der Koppeleinheit kann diese außerdem ausgebildet sein, beide Eingänge 31 , 32 vom Ausgang 33 abzutrennen. Nicht vorgesehen ist jedoch, sowohl den Eingang 31 als auch den Eingang 32 mit dem Ausgang 33 zu verbinden.
Figur 4 zeigt eine erste Ausführungsform der Koppeleinheit 30, welche über einen Wechselschalter 34 verfügt, welcher prinzipiell nur einen der beiden Eingänge 31 , 32 mit dem Ausgang 33 verbinden kann, während der jeweils andere Eingang 31 , 32 vom Ausgang 33 abgekoppelt wird. Der Wechselschalter 34 kann besonders einfach als elektromechanischer Schalter realisiert werden.
Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Koppeleinheit 30, bei der ein erster und ein zweiter Schalter 35 beziehungsweise 36 vorgesehen sind. Jeder der Schalter ist zwischen einen der Eingänge 31 beziehungsweise 32 und den Ausgang 33 geschaltet. Im Gegensatz zu der Ausführungsform von Figur 4 bietet diese Ausführungsform den Vorteil, dass auch beide Eingänge 31 , 32 vom Ausgang 33 abgekoppelt werden können, so dass der Ausgang 33 hochohmig wird. Zudem können die Schalter 35, 36 einfach als Halbleiterschalter wie zum Beispiel Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET)-Schalter oder Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)-Schalter verwirklicht werden.
Halbleiterschalter haben den Vorteil eines günstigen Preises und einer hohen Schaltgeschwindigkeit, so dass die Koppeleinheit 30 innerhalb einer geringen Zeit auf ein Steuersignal beziehungsweise eine Änderung des Steuersignales reagieren kann und hohe Umschaltraten erreichbar sind. Figur 6 zeigt die zweite Ausführungsform der Koppeleinheit in einer einfachen
Halbleiterschaltung, bei welcher jeder der Schalter 35, 36 aus jeweils einem ein- und ausschaltbarem Halbleiterventil und einer zu diesem parallel geschalteten Diode besteht. Die Figuren 7 und 8 zeigen zwei Anordnungen der Koppeleinheit 30 in einem
Batteriemodul 40. Eine Mehrzahl von Batteriezellen 41 ist zwischen die Eingänge einer Koppeleinheit 30 in Serie geschaltet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine solche Serienschaltung von Batteriezellen beschränkt, es kann auch nur eine einzelne Batteriezelle vorgesehen sein oder aber eine Parallelschaltung oder gemischt-seriell-parallele Schaltung von Batteriezellen. Im Beispiel der Figur 7 sind der Ausgang der Koppeleinheit 30 mit einem ersten Terminal 42 und der negative Pol der Batteriezellen 41 mit einem zweiten Terminal 43 verbunden. Es ist jedoch eine spiegelbildliche Anordnung wie in Figur 8 möglich, bei der der positive Pol der Batteriezellen 41 mit dem ersten Terminal 42 und der Ausgang der Koppeleinheit 30 mit dem zweiten Terminal 43 verbunden sind.
Figur 9 zeigt die in Figur 6 dargestellte Koppeleinheit 30 in der in Figur 7
dargestellten Anordnung. Eine Ansteuerung und Diagnose der Koppeleinheiten 30 erfolgt über eine Signalleitung 44, welche mit einem nicht dargestellten
Steuergerät verbunden ist.
Figur 10 zeigt eine elektrische Antriebseinheit mit einem elektrischen Motor 13, dessen drei Phasen mit drei Batteriemodulsträngen 50-1 , 50-2, 50-3 verbunden sind. Jeder der drei Batteriemodulstränge 50-1 , 50-2, 50-3 besteht aus einer Mehrzahl von in Serie geschalteten Batteriemodulen 40-1 , 40-n, die jeweils eine Koppeleinheit 30 umfassen und wie in Figur 7 oder 8 dargestellt aufgebaut sind. Bei dem
Zusammensetzen von Batteriemodulen 40-1 , 40-n zu einem der
Batteriemodulstränge 50-1 , 50-2, 50-3 wird jeweils das erste Terminal 42 eines Batteriemoduls 40-1 , 40-n mit dem zweiten Terminal 43 eines benachbarten Batteriemoduls 40-1 , 40-n verbunden. Auf diese Weise kann eine gestufte
Ausgangsspannung in jedem der drei Batteriemodulstränge 50-1 , 50-2, 50-3 erzeugt werden.
Eine nicht dargestellte Steuereinheit ist dazu ausgebildet, an eine variable
Anzahl von Batteriemodulen 40-1 , 40-n ein erstes Steuersignal auszugeben, durch welches die Koppeleinheiten 30 der so angesteuerten Batteriemodule 40-
1 , 40-n die Batteriezelle (beziehungsweise die Batteriezellen) 41 zwischen das erste Terminal 42 und das zweite Terminal 43 des jeweiligen Batteriemoduls 40-1 , 40-n schalten. Gleichzeitig gibt die Steuereinheit an die restlichen
Batteriemodule 40-1 , 40-n ein zweites Steuersignal aus, durch welches die
Koppeleinheiten 30 dieser restlichen Batteriemodule 40-1 , 40-n das erste
Terminal 42 und das zweite Terminal 43 des jeweiligen Batteriemoduls 40-1 , 40-n verbinden, wodurch die Batteriezellen 41 dieses Batteriemoduls 40-1 ,
40-n überbrückt werden.
Durch geeignete Ansteuerung der Mehrzahl von Batteriemodulen 40-1 , 40-n können somit drei sinusförmige Ausgangsspannungen erzeugt werden, die den elektrischen Motor 13 in der gewünschten Form ohne Einsatz eines zusätzlichen Pulswechselrichters ansteuern. Die in Figur 10 gezeigte Konfiguration hat jedoch den Nachteil, dass die Batteriezellen 41 mit einer hohen Wechselstrombelastung betrieben werden, was insbesondere bei großen geforderten Drehmomenten nachteilig ist, da dies eine schnelle Alterung der Batteriezellen 41 zur Folge hat.
Figur 1 1 zeigt ein Prinzipschema der Erfindung (kein Schaltbild). Grundsätzliche Idee der Erfindung ist eine Partitionierung der elektrischen Antriebseinheit in eine
Hauptbatterieeinheit 10, welche nur eine niedrige Ausgangsspannung, aber hohe Ströme zur Verfügung stellt, und in eine oder mehrere Nebenbatteriemodulstränge 50- 1 , 50-2, 50-3, die hohe Spannungen zur Verfügung stellen können. Typischerweise ist die Anzahl der Nebenbatteriemodulstränge gleich der Anzahl der Phasen des elektrischen Motors 13 (im vorliegenden Fall drei). Die Nebenbatteriemodulstränge 50- 1 , 50-2, 50-3 sind über Koppelelemente 30 mit der Hauptbatterieeinheit 10 verbunden. Typischerweise besitzen die Batteriezellen 41 in den Nebenbattenemodulsträngen 1/m der Kapazität der Batteriezellen in der Hauptbatterieeinheit 10, wobei m der Anzahl der Motorphasen entspricht. Durch die in Figur 11 gezeigte Konfiguration werden die Vorteile der in Figur 10 gezeigten Konfiguration weiterhin genutzt, der Nachteil der hohen Wechselstrombelastung der Batteriezellen 41 wird aber zu einem großen Teil umgangen.
Figur 12 zeigt eine elektrische Antriebseinheit 60 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die elektrische Antriebseinheit 60 ist über Ausgänge 62-1 , 62-2, 62-3 mit drei Phasen eines elektrischen Motors 13 verbunden. Die elektrische
Antriebseinheit 60 umfasst eine Hauptbatterieeinheit 10 und einen Pulswechselrichter 12, wobei der Pulswechselrichter 12 von der Hauptbatterieeinheit 10 mit
Gleichspannung versorgt wird, ähnlich wie in Figur 1 dargestellt. Genauer ist der Pulswechselrichter 12 dazu ausgebildet, an jedem seiner drei Abgriffe 14-1 , 14-2, 14-3 eine zeitlich variierende Spannung bereitzustellen, insbesondere gegeneinander phasenversetzte Sinusspannungen für den Betrieb des elektrischen Motors 13. Anders als in Figur 1 ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass drei Nebenbatteriemodulstränge 50-1 , 50-2, 50-3 jeweils mit einem der Ausgänge 62-1 , 62-2, 62-3 der elektrischen Antriebseinheit 60 über Schaltelemente 61-1 , 61-2, 61-3 verbindbar sind. Jeder der Nebenbatteriemodulstränge 50-1 , 50-2, 50-3 ist somit parallel zum Pulswechselrichter 12 schaltbar. Genauer ist beispielsweise ein erster Anschluss des
Nebenbatteriemodulstrangs 50-1 mit einem Pol der Hauptbatterieeinheit 10 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Nebenbatteriemodulstrangs 50-1 ist über das Schaltelement 61-1 mit einem Abgriff 14-1 des Pulswechselrichters 12 verbindbar. Der Abgriff 14-1 des Pulswechselrichters 12 ist mit dem Ausgang 62-1 der elektrischen Antriebseinheit 60 verbunden. Entsprechendes gilt für die weiteren Nebenbatteriemodulstränge 50-2,
50-3. Jeder der Nebenbatteriemodulstränge 50-1 , 50-2, 50-3 umfasst eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Batteriemodulen 40-1 , 40-n.
Wenn die Schaltelemente 61-1 , 61-2, 61-3 geöffnet sind, liegt der klassische
Pulswechselrichterbetrieb - jedoch nur bei niedriger Batteriespannung - vor, wobei etwaige hohe Ströme bei niedrigen Drehzahlen zu keiner erhöhten
Wechselstrombelastung der Batteriezellen führen. Soll nun eine Spannung größer als die Gleichspannung der Hauptbatterieeinheit 10 an dem Ausgang 62-1 der elektrischen Antriebseinheit 60 erzeugt werden, so wird das Schaltelement 61-1 geschlossen und dadurch der Nebenbatteriemodulstrang 50-1 direkt an den Ausgang 62-1 der elektrischen Antriebseinheit 60 geschaltet. Gleichzeitig müssen die Schaltelemente 15- 1 und 16-1 des Pulswechselrichters 12 geöffnet bleiben, um einen Kurzschluss zu verhindern. Durch geeignete und zeitrichtige Ansteuerung der Batteriemodule 40-1 , 40-n in dem Nebenbatteriemodulstrang 50-1 kann nunmehr eine über der von der Hauptbatterieeinheit 10 gelieferten Gleichspannung liegende Spannung am Ausgang
62-1 der elektrischen Antriebseinheit 60 erzeugt werden. Wenn an den Polen der Hauptbatterieeinheit 10 die Spannungen Uh/2 und -Uh/2 anliegen und jedes der Batteriemodule 40-1 , ... , 40-n entweder 0 Volt oder die Spannung Um0d zur Verfügung stellen kann, so kann bei geschlossenem Schaltelement 61-1 an dem Ausgang 62-1 der elektrischen Antriebseinheit 60 eine maximale Spannung von Uh/2 + nUm0d erzeugt werden. Somit ist in der in Figur 12 dargestellten Konfiguration die Spannung an einer der Phasen des elektrischen Motors 13 zwischen - Uh/2 und Uh/2 + nUm0d variierbar.
Nachteilig bei der in Figur 12 gezeigten ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Auslegung des Pulswechselrichters 12, da dessen Schaltelemente 15-1 , 15-2, 15-3 bipolar sperrend ausgelegt sein müssen und die Schaltelemente 16-1 , 16-2, 16-3 maximal eine Spannung (Uh + nUm0d) sperren müssen.
Figur 13 zeigt die elektrische Antriebseinheit 60 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Hierbei sind die Nebenbatteriemodulstränge 50-1 , 50-2, 50-3 mit den ihnen zugeordneten Teilen des Pulswechselrichters 12 in Serie geschaltet. Wieder ist der Pulswechselrichter 12 dazu ausgebildet, an jedem seiner drei Abgriffe 14-1 , 14-2, 14-3 eine zeitlich variierende Spannung bereitzustellen, insbesondere gegeneinander phasenversetzte Sinusspannungen für den Betrieb des elektrischen Motors 13.
Genauer ist ein erster Anschluss des Nebenbatteriemodulstrangs 50-1 mit dem Abgriff
14- 1 des Pulswechselrichters verbunden, während ein zweiter Anschluss des
Nebenbatteriemodulstrangs 50-1 mit dem Ausgang 62-1 der elektrischen
Antriebseinheit 60 verbunden ist. Entsprechendes gilt für die beiden anderen
Nebenbatteriemodulstränge 50-2, 50-3. Dadurch, dass die Schaltelemente 15-1 , 15-2,
15- 3 und 16-1 , 16-2, 16-3 des Pulswechselrichters in dieser Ausführungsform geringere Spannungen sperren müssen können, können diese als Metall-Oxid- Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET)-Schalter ausgestaltet sein, was die
Durchlassverluste sowie die Schaltverluste deutlich verringert und damit zu einer Effizienzverbesserung des Gesamtsystems beiträgt.
Durch die Serienschaltung ist es in der zweiten Ausführungsform der Erfindung nicht erforderlich, Schaltelemente wie in der ersten Ausführungsform der Erfindung (61-1 , 61-2, 61-3) vorzusehen. Wenn alle Batteriemodule 40-1 , 40-n eines Nebenbatteriemodulstrangs 50-1 ,
50-2, 50-3 überbrückt werden, so dass sie keine zusätzliche Spannung liefern, entspricht die in Figur 13 gezeigte Anordnung dem gewöhnlichen
Pulswechselrichterbetrieb, wie er in Figur 1 dargestellt ist. Werden einige oder alle der Batteriemodule 40-1 , 40-n jedoch mit ihrer jeweiligen
Maximalspannung Um0d hinzugeschaltet, so wird, wenn die jeweiligen Schalter
15- 1 , 15-2 oder 15-3 geschlossen und die jeweils komplementären Schalter 16-1 ,
16- 2 oder 16-3 geschlossen sind, in dem jeweiligen Strang eine über die
Gleichspannung Uh/2 hinausgehende Spannung erzeugt, wobei der maximale
Spannungswert Uh/2 + nUm0d beträgt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die in einem Nebenbattenemodulstrang 50-1 , 50-2, 50-3 verwendeten Batteriemodule 40-1 , 40-n dazu ausgebildet sind, ihre Batteriezellen 41 derart zwischen das erste Terminal 42 und das zweite Terminal 43 zu schalten, dass eine Polarität der zwischen dem ersten Terminal 42 und dem zweiten Terminal 43 anliegenden
Spannung in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit wählbar ist.
Figur 14 zeigt eine Ausführungsform der Koppeleinheit 70, welche dies ermöglicht und bei welcher ein erster, ein zweiter, ein dritter und ein vierter Schalter 75, 76, 77 und 78 vorgesehen sind. Der erste Schalter 75 ist zwischen einen ersten Eingang 71 und einen ersten Ausgang 73 geschaltet, der zweite Schalter 76 ist zwischen einen zweiten Eingang 72 und einen zweiten Ausgang 74, der dritte Schalter 77 zwischen den ersten Eingang 71 und den zweiten Ausgang 74 und der vierte Schalter 78 zwischen den zweiten Eingang 72 und den ersten Ausgang 73 geschaltet.
Die Figur 15 zeigt eine Ausführungsform des Batteriemoduls 40 mit der in Figur 14 dargestellten Koppeleinheit. Der erste Ausgang der Koppeleinheit 70 ist mit dem ersten Terminal 42 und der zweite Ausgang der Koppeleinheit 70 mit dem zweiten Terminal 43 des Batteriemoduls 40 verbunden. Das so aufgebaute
Batteriemodul 40 hat den Vorteil, dass die Batteriezellen 41 durch die
Koppeleinheit 70 in einer wählbaren Polarität mit den Terminals 42, 43 verbunden werden können, so dass eine Ausgangsspannung unterschiedlicher Vorzeichen erzeugt werden kann. Auch kann es möglich sein, beispielsweise durch Schließen der Schalter 76 und 78 und gleichzeitiges Öffnen der Schalter
75 und 77 (oder aber durch Öffnen der Schalter 76 und 78 sowie Schließen der Schalter 75 und 77), die Terminals 42 und 43 miteinander leitend zu verbinden und eine Ausgangsspannung von 0 V zu erzeugen. Insgesamt ist es somit möglich, zwischen den Terminals 42 und 43 des Batteriemoduls 40 entweder 0 Volt, die Spannung Um0d oder die Spannung -Um0d einzustellen.
Wird das in Figur 15 dargestellte Batteriemodul 40 in den in Figur 12 und 13 dargestellten Konfigurationen eingesetzt, so kann an jedem der Ausgänge 62-1 , 62-2, 62-3 der elektrischen Antriebseinheit 60 ein gegebenenfalls breiterer Spannungsbereich eingestellt werden. In der in Figur 12 dargestellten
Konfiguration ist ein Spannungsbereich zwischen -Uh/2 oder Uh/2 - nUm0d (je nachdem, welcher Wert niedriger ist) und Uh/2 + n Um0d einstellbar. In der in Figur 13 dargestellten Konfiguration ist ein Spannungsbereich zwischen -Uh/2 - nUm0d und Uh/2 + nUmod einstellbar.

Claims

Elektrische Antriebseinheit (60) mit einer Hauptbatterieeinheit (10), einem Pulswechselrichter (12) und wenigstens einem Ausgang (62-1 , 62-2, 62-3), an welchem ein elektrischer Antriebsmotor (13) anschließbar ist, wobei der Pulswechselrichter (12) von der Hauptbatterieeinheit (10) mit
Gleichspannung versorgbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
die elektrische Antriebseinheit (60) wenigstens einen mit dem Ausgang (62- 1 , 62-2, 62-3) verbundenen oder verbindbaren Nebenbatteriemodulstrang (50-1 , 50-2, 50-3) mit wenigstens einem Batteriemodul (40-1 , 40-n) umfasst, wobei das Batteriemodul (40-1 , 40-n) wenigstens eine
Batteriezelle (41), wenigstens eine Koppeleinheit (30, 70), ein erstes Terminal (42) und ein zweites Terminal (43) umfasst und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit (30, 70) wahlweise einen von mindestens zwei Spannungswerten zwischen dem ersten
Terminal (42) und dem zweiten Terminal (43) des Batteriemoduls (40-1 , 40-n) zu erzeugen.
Elektrische Antriebseinheit (60) nach Anspruch 1 , wobei das Batteriemodul (40-1 , 40-n) dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit (30, 70) wahlweise das erste Terminal (42) und das zweite Terminal (43) des Batteriemoduls (40-1 , 40-n) zu verbinden oder die wenigstens eine Batteriezelle (41) zwischen das erste Terminal (42) und das zweite Terminal (43) zu schalten.
Elektrische Antriebseinheit (60) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das
Batteriemodul (40-1 , 40-n) dazu ausgebildet ist, die wenigstens eine Batteriezelle (41) zwischen das erste Terminal (42) und das zweite Terminal (43) zu schalten, wobei eine Polarität der zwischen dem ersten Terminal (42) und dem zweiten Terminal (43) anliegenden Spannung in Abhängigkeit einer Ansteuerung der Koppeleinheit (70) wählbar ist.
4. Elektrische Antriebseinheit (60) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Nebenbatteriemodulstrang (50-1 , 50-2, 50-3) zwischen einen Pol der Hauptbatterieeinheit (10) und den Ausgang (62-1 , 62-2, 62-3) der elektrischen Antriebseinheit (60) schaltbar ist.
5. Elektrische Antriebseinheit (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Nebenbatteriemodulstrang (50-1 , 50-2, 50-3) zwischen einen Abgriff (14- 1 , 14-2, 14-3) des Pulswechselrichters (12) und den Ausgang (62-1 , 62-2, 62-3) der elektrischen Antriebseinheit (60) geschaltet ist.
6. Elektrische Antriebseinheit (60) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine durch den Nebenbatteriemodulstrang (50-1 , 50-2, 50-3) erzeugbare Spannung höher ist als die durch die Hauptbatterieeinheit (10) erzeugte Gleichspannung.
7. Elektrische Antriebseinheit (60) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Nebenbatteriemodulstrang (50-1 , 50-2, 50-3) eine Mehrzahl von in Serie geschalteten Batteriemodulen (40-1 , 40-n) umfasst.
8. Elektrische Antriebseinheit (60) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hauptbatterieeinheit (10) wenigstens ein Batteriemodul mit den in einem der vorangehenden Ansprüche beanspruchten Eigenschaften umfasst.
9. Elektrische Antriebseinheit (60) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektrische Antriebseinheit (60) drei Ausgänge (62-1 , 62-2, 62-3) und drei jeweils mit einem der drei Ausgänge verbundene
Nebenbatteriemodulstränge (50-1 , 50-2, 50-3) umfasst.
10. Batterie mit einer Hauptbatterieeinheit (10), einem Pulswechselrichter (12), wenigstens einem Ausgang (62-1 , 62-2, 62-3) sowie wenigstens einem mit dem Ausgang (62-1 , 62-2, 62-3) verbundenen oder verbindbaren
Nebenbatteriemodulstrang (50-1 , 50-2, 50-3) mit wenigstens einem
Batteriemodul (40-1 , 40-n), wobei die Batterie eine elektrische
Antriebseinheit (60) nach einem der vorangehenden Ansprüche bildet.
1 1. Elektrische Motoreinheit mit einem elektrischen Motor (13) und einer elektrischen Antriebseinheit (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 oder einer Batterie nach Anspruch 10, wobei der elektrische Motor (13) an den Ausgang der elektrischen Antriebseinheit (60) oder der Batterie angeschlossen ist.
12. Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Motoreinheit nach Anspruch 11 zum Antreiben des Kraftfahrzeuges.
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