WO2018137788A1 - Verfahren zum übertragen elektrischer energie zwischen einem fahrzeugseitigen energiespeicher und einer anschlussstation sowie fahrzeugbordnetz - Google Patents

Verfahren zum übertragen elektrischer energie zwischen einem fahrzeugseitigen energiespeicher und einer anschlussstation sowie fahrzeugbordnetz Download PDF

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WO2018137788A1
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electrical
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Franz Pfeilschifter
Dominik Grauvogl
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the method described here and the vehicle electrical system described here relates to the field of energy transmission between a vehicle with an electric drive and a connection station, in particular for the recovery of energy and for charging the vehicle.
  • the procedures described here relate in particular to vehicles with electric drive, such as electric vehicles or hybrid vehicles (which have a further, non-electric drive in addition to a elec tric drive ⁇ ).
  • the entire energy to be transmitted is transmitted in a distributed manner, in particular via two (individual) power signals.
  • the performance paths can be configured differently.
  • various types of electrical machines or power signals (relating to level, power, altitude, phase number and / or current type) in the different power paths may be used.
  • the electric machines belong to different power paths.
  • Each power path preferably has at least one conductor individually, that is not part of another Leis ⁇ processing path.
  • Several or all of the power paths may have a common conductor, such as a neutral or ground conductor, or a reference potential conductor.
  • the power paths can each have their own positive pole conductor or their own reference potential conductor.
  • the power paths can have a common reference potential conductor or a common positive pole conductor, or they can each have both their own reference potential conductor and positive pole conductors.
  • the power paths may each have at least one own phase conductor and may have a common neutral conductor (or a common further phase conductor).
  • the power paths can each have a single, separate phase conductor and each have their own neutral or their own, another
  • the power paths may also each have a single, separate phase conductor and have a common neutral or common other phase conductor.
  • the power paths can each have several own phase conductors and each have their own
  • Neutral conductor or own, further phase conductors have.
  • the power paths may also each have a plurality own phases ⁇ conductors and have a common neutral conductor or another phase conductor joint.
  • At least one power path may include (at least) two DC power supply conductors (such as a plus pole conductor on the one hand and a minus pylon or ground conductor on the other hand). on the other hand). At least one further power path can have a single-phase or multi-phase AC power line. A conductor of this AC line and a conductor of the DC power supply conductors may be implemented as a common conductor, such as ground or neutral. Alternatively, the DC power supply conductors may form a DC power line which is separate from the
  • the AC line is in particular three-phase, but can also be configured in single phase, or (for US power grids, for example) be configured in two phases.
  • at least one power path of the power paths may be formed by a DC voltage line and at least one (further) power path of Leis ⁇ processing paths may be formed as an alternating voltage line.
  • Power paths may have a common conductor (such as a conductor that carries a reference potential such as ground) or may not share a common conductor.
  • At least one conductor of each power path leads through an electrical machine. It is further preferably provided for each conductor Leis ⁇ processing path, at least one which does not result of an electrical machine, in the sense of a return conductor of a reference potential such as ground. The electric machine through which a first power path leads is different than another electric machine through which a second power path leads.
  • At least one conductor of each power path can be provided as a forward conductor.
  • At least one other conductor of each power path may be provided as a return conductor carrying about a reference potential (or in the case of a two-phase system ⁇ as shown particularly in the United States appears aschrosversor ⁇ supply network another phase potential leads).
  • the lead or the lead through an electric machine.
  • the return conductor (s) do not pass through an electrical machine.
  • the return conductor (s) may be provided as common or separate return conductors. As separate conductors or conductors which are separate, conductors are described which It can be concluded that their current flow is not exclusively defined by the current flow in another conductor.
  • Conductors that form branches in a non-arresting network mesh are not separate or separate conductors in the sense of this description. Own conductors or conductors that are separate are arranged to carry different amounts of current. Further, in particular a ground potential or a negative terminal Po ⁇ tential or a neutral conductor is referred to as Re ference ⁇ potential.
  • the power paths may terminate at a common port (preferably accessible from outside) of the vehicle electrical system and branch off into multiple power paths from the port.
  • the connection can be followed by a branch, followed by the power paths. This is especially true if the power paths are for the same type of current (DC or AC).
  • Terminal station provides that a first part of the energy via a first power path and a second part of the energy via at least one second power path at the same time.
  • the power paths are, as mentioned, separate in that at least one conductor of a power path may have a different potential or carry a different amount of power than the conductors of the other power path.
  • the first power path leads via a first vehicle-side electric machine.
  • the at least one second power path leads via at least one second vehicle-side electric machine.
  • the power paths are designed such that currents passed through the electrical machines can be different.
  • the first part of the energy is transmitted via the first electric machine and a first inverter.
  • the first inverter is located between the first electric machine and the energy storage.
  • the second part of the energy is transmitted via the second electric machine and a second inverter.
  • Of the second inverter is located between the second electric machine and the energy storage.
  • the inverters are connected in such a way that can flow through these different current ⁇ amounts.
  • the electrical machines are in different circuits. This also applies to the inverter.
  • the energy may be routed through an electrical vehicle-side port and split.
  • the energy is split into the first and the at least one second part.
  • the energy is split for the first and the second power path; the power paths each carry parts of the split energy.
  • the total charging power or total return power is thereby distributed over a plurality of electrical machines and optionally subsequent components such as inverters, so that current-carrying elements and in particular disconnectors with lower power or with lower current carrying capacity can be designed.
  • a first electric drive and a second electric drive are provided.
  • the first electric drive comprises the first electric machine and the second drive comprises a second electric machine.
  • the energy can be transmitted over a plurality of electrical machines, that is, besides the first and second electrical machine at least one other electric machine pre ⁇ see, over which the energy is transferred.
  • the definition of "first and second electric machine” is therefore not to be understood as an exhaustive list
  • the drives or the electric machines are in particular traction drives or electric traction machines
  • the drives and the electrical machines are each transferring with an output of the motor Vehicle, ie with Vehicle wheels or connected to drive axles of the vehicle.
  • one of the electric machines may be provided for driving an electrically operated component of the vehicle, such as an electric air conditioning compressor or an electric air compressor or a compressor of a charging device of an internal combustion engine.
  • one of the electric drives may be provided for driving an electrically operated component of the vehicle, such as an electric air conditioning compressor or an electric air compressor or a compressor of a charging device of an internal combustion engine.
  • a drive or an electric machine can be used to drive the vehicle, while the other drive or the other electric machine is provided for driving one of the aforementioned electrically operated components.
  • the term "propulsion of the vehicle” means acceleration or deceleration (by recuperation.)
  • the first electric machine is for driving a first axle of a vehicle, such as the front axle
  • the second electric machine is for driving a second axle of the vehicle vehicle about the rear axle.
  • the respective electrical machine is this movement and torque-transmitting manner with the Subject Author ⁇ fenden axis connected.
  • the first electric machine capable of driving a wheel of the vehicle while the second electric machine drives a further wheel of the vehicle. It may at least one further electric machine can be provided which drives a further wheel of the vehicle.
  • the bE ⁇ taken electric machine is in this case motion and torque-transmitting manner with the respective wheel.
  • the energy is in this case through the first, second and the at least one further electrical Machine transferred
  • electrical energy is transmitted through at least one winding (connected in series).
  • the windings may be completely or partially separated from each other.
  • the windings are again connected together in a configuration, such as a triangular or star configuration.
  • An inverter is preferably connected to each of the electrical machines mentioned.
  • the inverter is preferably designed bidirectionally.
  • the inverters are provided between the vehicle-side energy storage and the relevant electrical machine.
  • the inverters each include a DC side and an AC side.
  • the alternating current side ⁇ is connected to the respective electric machine (in ⁇ dividual). All DC sides of the inverters are connected to the energy storage, either directly or via a DC-DC converter (DC / DC converter).
  • the energy is transmitted via the first electric machine and a first inverter.
  • the first inverter is connected between the electric machine and the energy storage.
  • the energy is also transmitted via the second electric machine and a second inverter.
  • the second inverter is connected between the second electric machine and the energy storage. It may be provided in the electric machines each have a configuration switch, connects the controlled windings (as in a triangular or Sternkonfigu ⁇ ration) or separates, that separates at least one winding of the other windings of the electrical machine in question. Power is transferred through the configuration switches associated with or included in the electrical machines. Characterized in that the energy is thus transmitted over several confi ⁇ gurationsschalter, these can be designed according to a rated current, which is smaller than the rated current of the power transmission. This can save costs. In particular, the configuration switches according to a
  • the first electric machine can be a separately excited or permanently excited DC machine.
  • the first elekt ⁇ innovative machine may be a synchronous machine or an Asyn ⁇ chronmaschine.
  • the second electric machine may be a separately excited or permanently excited DC machine.
  • the second electric machine may be a synchronous machine or an asynchronous machine.
  • Energy can be transmitted as an alternating current signal or as a direct current signal via the first electric machine and via the second electrically operated machine.
  • the one ⁇ individual electrical machines can transmit the same supply (AC or DC), so as to transmit the energy.
  • energy can be transmitted as an alternating current signal via the first electric machine, while energy is transmitted as a direct current signal via the second electrical machine.
  • This allows different sources to be used during the charging process. From a first electric power source of the docking station power can be transmitted via the first electrical machine to the energy ⁇ memory and a second electric power source of the docking station power via the second electrical machine can be transferred to the energy store.
  • the energy sources can separately carry energy via the respective electric machine to the energy storage over ⁇ .
  • the first power source of the docking station may include a stationary battery (and possibly a power converter, such as a DC-to-DC converter, DC / DC converter), and the second power source may be provided by a stationary utility grid (AC or DC).
  • a power converter such as a DC-to-DC converter, DC / DC converter
  • AC or DC stationary utility grid
  • energy may be exchanged between the first and second energy sources, in particular to charge the first energy source.
  • energy can be transmitted via an energy-transmitting connection between the first and the second energy source of the connection station, in particular during the transmission of energy between the vehicle-side energy store and the connection station.
  • the energy transmitting connection may comprise a (stationary) rectifier or inverter or DC-DC converter.
  • the preceding paragraph refers to an energy transfer to the vehicle's energy storage.
  • the procedure described there can also refer to an energy transfer starting from the vehicle-side energy storage.
  • Energy can be transferred from the energy store via the first electric machine to a first electrical energy sink of the connection station.
  • energy can be transferred from the energy store via the second electric machine to a second electrical energy sink of the connection station.
  • the second electrical energy sink is here separated from the first energy sink; This results in separate energy flows through the electrical machines.
  • a first part of a regenerative energy can be transmitted via the first electric machine to a first electrical energy sink of the connection station.
  • a second part of a regenerative energy can be transmitted via the second electric machine to the first or to a second electrical energy sink of the connection station.
  • Power station of the terminal station comprise a stationary accumulator (and possibly a current transformer, such as a DC-DC converter, DC / DC converter), and the second power source can be provided by a stationary supply network (AC or DC).
  • a stationary supply network AC or DC
  • energy can be exchanged between the first and the second energy source, in particular in order to charge the first energy source.
  • energy can be transmitted via an energy-transmitting connection between the first and the second energy sink of the connection station, in particular during the transmission of energy between the vehicle-side energy store and the connection station.
  • the energy transmitting connection may comprise a (stationary) rectifier or inverter or DC-DC converter.
  • the first electric machine is preferably an asynchronous machine. Through this, (part of) the energy is transmitted in the form of a direct current signal.
  • the second electric machine is preferably a permanent-magnet electric machine. This is used to transfer (part of) the energy in the form of a direct current signal or in the form of an alternating current signal. This results in the electrical machines (and the associated inverter) multiple power flows.
  • the power flows are controlled by a common control.
  • one voltage of a power flow is adapted to the voltage of the other power flow, or the voltages of the power flows are adapted to the voltage or to the state of charge and / or the nominal or (momentary) maximum power of the vehicle-side energy storage.
  • connection station mentioned here is stationary and can in particular be connected to a supply network, in particular to a stand-alone grid and / or to a public supply network.
  • the connection station can comprise a stationary energy store, energy being transferred between this energy store via one of the electrical machines to the vehicle-side energy store, while energy is also transmitted via another of the electrical machines, for example between a supply network and the vehicle-side energy store.
  • energy can be exchanged between the stationary energy store and the supply network, this energy transfer also being carried out alternatively or in combination before or after the energy transfer between the vehicle-side energy store and the terminal station can.
  • a further stationary energy storage instead of the stationary energy storage, another utility network can be used.
  • the supply network (s) described herein are stationary supply networks (unless otherwise indicated).
  • the cradle has at least one electrical connection and / or an inductive transmission module (Minim ⁇ least in the total number of two). Furthermore, at least one electrical connection and / or an inductive transmission module are provided on the vehicle side, which can be connected in an energy-transmitting manner to the aforementioned transmission elements.
  • connection refers to a conducted transmission type and, in particular, relates to an electrical plug connection.
  • a vehicle electrical system with an energy store which is used to carry out the method described here, is also described. In this case, properties, features and embodiments of the elements are taken over which are described by means of the method.
  • the vehicle electrical system is connected to a first electrical terminal, and (at least) a second electrical terminal being ⁇ equips.
  • the vehicle electrical system further includes a first elekt ⁇ generic machine between the first terminal and the Ener ⁇ gie amid and a second electric machine between the second terminal and the (vehicle-mounted) energy storage.
  • the vehicle electrical system according to first embodiments may have a first power path that is different from the first electrical power Connection leads via the first electric machine to the energy ⁇ gie Grande.
  • a second power path of the vehicle electrical system can lead from the second electrical connection via the second electric machine to the energy store. Therefore, various power paths have different connections to ⁇ or start to this. Two different ones
  • Power paths therefore have different connections or start at these. Further embodiments provide that two power paths start from or include the same port. There may be provided a (common connection), which is followed by a branch, by means of which the power paths are separated from each other. The service paths start at this branch.
  • a first power path of the electrical system leads from the first electrical connection (corresponding to the common electrical connection) via the first electric machine to the energy store.
  • a second power path of the electrical system leads from this first electrical connection (ie, from the common connection) via the second electrical machine to the energy store.
  • the Leis ⁇ processing paths are separated, in this case have the same origin in the form of the first (ie, shared) connection and, in particular, separated by a branch.
  • the branching is two-fold and can generally be multiple, in particular a branching into branches with a number which corresponds to the number of electrical machines in the vehicle electrical system.
  • the branch refers in particular to all lines or contacts of the terminal and multiplies (in particular doubly) these. If the lines or contacts are doubled, then there is one (single) Y-branch for each contact or line or phase.
  • a first inverter is connected between the first electric machine and the energy storage. Between the second electric machine and the energy storage, a second inverter is connected.
  • a common control drives both the first and the second inverter.
  • the control is driving with the in- connected. It may also be provided a first control, which is drivingly connected to the first inverter, and a second controller, which is drivingly connected to the second inverter.
  • the controls can be connected to each other for coordination or a higher-level control controls the said controls.
  • the first electric machine and the second electric machine preferably each have a configuration switch which connects in a first switching state phases or windings of the respective electric machine to a respective star point and in a second switching ⁇ state one or more phases or windings separates from the star point.
  • the configuration switches in each case connect phases or windings of the relevant electrical machine to a triangular configuration in a first switching state and, in a second switching state, separate one or more phases or windings from one another.
  • the respective configuration switches provide, in a first switching state, the phases or windings in a star configuration, providing in a second switching state, the phases or windings in a delta configuration, and in a third switching state of at least one of be ⁇ taken phases or Windings of the other separates (or all phases or windings separated from each other). This refers in particular to a winding end of the windings.
  • the configuration switches are in a switching state in which one or more phases or windings are separated from one another.
  • the controls resp. the parent or common control are resp. is drivingly connected to the configuration switches and set up to control the aforementioned switching state ⁇ .
  • the or the terminals are provided in particular for connection to an external source, preferably by cable.
  • the An ⁇ connections are external connections, ie are adapted to be connected to complementary terminals of a charging station or generally a terminal station.
  • the terminals are in particular plug-in terminals, for example designed according to a standard which is defined for instance in IEC 62196, for instance in the form of a CHAdeMO plug connection element
  • the or the terminals are designed in particular as a socket.
  • the or the connections are preferably arranged in the outer skin of a vehicle, in particular in a preferably closable trough in the outer skin of the vehicle.
  • the or the connections can also be designed as "plug-in connections".
  • FIG. 1 shows a method for transmitting electrical energy between a vehicle-side energy storage (B) and a connection station (AS), wherein the energy via a first and a second vehicle-side electric machine (EMI, EM2) is transmitted simultaneously.
  • B vehicle-side energy storage
  • AS connection station
  • FIG. 1 shows a vehicle electrical system FB, which is connected to a terminal station AS.
  • Figure 1 serves to explain the vehicle electrical system described herein and the method described herein and describes merely an exemplary game at ⁇ procedure.
  • the vehicle electrical system FB comprises a vehicle-side elek- fresh energy storage B, via a first electrical
  • Machine EMI and a second electric machine EM2 is charged. It is also the reverse energy transfer direction conceivable, however, for simplicity, only the charging of the vehicle-side energy storage B is shown.
  • the vehicle-side energy storage is in this case a battery, wherein ⁇ game example an accumulator, in particular a traction battery ⁇ mulator.
  • the energy is transmitted from the terminal station AS via the two electric machines EMI, EM2, thereby resulting in two power paths LP1 and LP2.
  • the power path LP1 passes through the electric machine 1, and the power path LP2 leads via the electric machine 2.
  • the power paths LP1, LP2 are parallel to each other.
  • the power paths are vonei ⁇ Nander separated, ie in particular by the illustrated inverters II, 12 are the power paths LP1, LP2 individually controllable. Each power path has at least one forward and return conductor.
  • the performance paths each form a mesh in the sense of the 2nd Kirchoffoff law; The formed meshes are not identical in terms of circuitry.
  • a first and a second inverters II and 12 are provided, wherein the first inverter II is connected between the first electric machine and the vehicle-side energy store B, and the second inverter 12 is provided between the second electric machine EM2 and the vehicle-side energy store B.
  • the two inverters, II, 12, are bidirectional, so that in a driving state of the electrical energy storage can be used to supply the two electric machines EMI, EM2 with traction energy.
  • a DC / DC converter For voltage adjustment can be provided between the vehicle-side energy storage B and the node of the inverter II, 12, a DC / DC converter.
  • a DC / DC converter can be provided between the first inverter II and the node of the inverter, between the second inverter 12 and the node of the inverter or between both inverters and their node.
  • the vehicle-side energy store B operates at a voltage level of approximately 800 volts
  • an increase in the voltage by means of the described DC / DC converters may be required, depending on the voltage present at the terminals AI, A2.
  • the DC / DC converters are not shown in the figure, especially as their position clearly emerges from this description.
  • the vehicle-side connections AI and A2 are symbolically represented as line-based contacts and can be designed according to a charging standard.
  • the terminals AI, A2 may be formed according to different types of current, wherein the terminal AI is formed, for example, according to a DC charging standard, and the terminal A2 is formed according to a change ⁇ current charging standard. Shown is an embodiment in which each power path LP1, LP2 has its own connection AI, A2 or begins at this, in order to represent that the first power path LP1 relative to the second power path LP2 is a separate path or is separate from this. There are embodiments which can also be explained with reference to FIG. 1 and which provide a common connection for both (in general: several) power paths. This results in the same circuit diagram as in FIG.
  • the first terminal AI may be referred to as a single terminal as a "common terminal".
  • the electric machine EMI is preferably an asynchronous ⁇ machine, while the electric machine EM2 as a permanent excited synchronous machine is formed. But it can be configured as asynchronous both electrical machines, or both of electrical machines as a permanently excited electric ⁇ machines, especially as permanent-magnet synchronous machine.
  • power path LP1 is a power path that carries alternating current (up to inverter II rectifying) while power path LP2 carries DC (continuing from inverter 12, optionally coupled to DC voltage conversion).
  • the operation of the inverters is controlled in the present transfer of energy; in particular, their power or their output voltage is regulated or controlled.
  • the electrical machines EMI, EM2 each comprise a configuration switch K1, K2. This is exemplified on the left of the inverter II again enlarged and more detail Darge ⁇ provides. The illustration also applies to the configuration switch K2.
  • the illustrated configuration switch K1 comprises a disconnection circuit element T, which according to a first embodiment is designed as an opener / closer.
  • this switching element connects the phase PI (corresponding to a first winding of the electric machine) with a neutral point S.
  • the phases P2 and P3 (corresponding to the second and third winding of the electric machine) are permanently connected to the neutral point S. If, according to the application, energy is transmitted, then the switching element T is open, so that energy is transmitted via the phases P2 and P3 and via the dashed connection (which leads to neutral point S).
  • the configuration switches may be electromechanical switches or semiconductor switches, in particular MOSFETs, IGBTs, thyristors or TRIACs.
  • the inverters are first turned off (i.e., all
  • Switches of the relevant inverter are opened, and at least ⁇ those in which, when open, no current can flow in a controlled manner), and only then are the configurators tion switch operated.
  • the energy corresponding to the self-induction of the electric machines flows at least 90%, 95% or substantially 100%, which may be controlled by, for example, the time offset between the switching operations or measurements of the current in the windings or can be determined at the configuration switches.
  • the configuration switches are then opened substantially de-energized.
  • the circuit breaker T is designed as a changeover switch, wherein then a phase, namely the phase PI (and not the phases P2 and P3) are connected to the respective terminal, represented by a solid line. It should be noted that the dashed line of the alternatives mentioned above leads to the terminal AI or A2.
  • the terminal station AS comprises two energy sources Q1, Q2 (which would be energy sinks when regenerated). These are each connected via a station-side connection with the terminals AI, A2 of the vehicle electrical system FB. Like ports AI and A2, the respective ports of sources Ql, Q2 may correspond to charging standards associated with different types of currents.
  • a connection V which is shown only symbolically, can transmit energy between the sources Q1 and Q2, either while energy is being transferred between the connection station AS and the vehicle-side energy storage B, or before and / or after this process.
  • the source Q1 and / or the source Q2 can have a stationary energy store, which is designed in particular in the form of a rechargeable battery.
  • the source Ql comprises such an accumulator.
  • the connection V may comprise an inverter which is designed to be unidirectional or bidirectional, and furthermore a DC / DC converter may also be provided in the connection.
  • the inverter of the terminal station AS is designed to transmit energy from the source Q1 to the source Q2 (corresponding to a regenerative power supply).
  • you can the connection V have a rectifier which is bidirectional or unidirectional.
  • the rectifier is in particular equipped to transfer energy from the source Q2 to the source Q1, in particular to its energy storage.
  • the source Q2 may be a utility network, such as a public utility network or an island utility grid.
  • the source or Depression which is provided for DC transmission, preferably includes a stationary energy storage and possibly a (DC) supply network.
  • the source or sink which is provided for Kirstro ⁇ mübertragung, preferably comprises an AC power supply network or a connection device which is adapted for connection to an AC power supply network, such as a three-phase connection.
  • a controller S is drivingly connected to the inverters II, 12, as well as with the configuration switches Kl and K2.
  • the controller S may be provided as a common control, or may be formed in a plurality of hierarchies.
  • the controller S as exemplified controls the configuration switches K1 and K2 during the energy transmission process described here in a state in which at least one winding or phase of the respective electrical machine EM1 or EM2 is separated from the other phases or windings. Further, the controller controls while described here

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einem fahrzeugseitigen Energiespeicher (B) und einer Anschlussstation (AS) beschrieben. Energie wird über zwei Leistungspfade gleichzeitig übertragen, welche über eine erste und über eine zweite fahrzeugseitige elektrische Maschine (EM1, EM2) führen. Ferner wird ein Fahrzeugbordnetz (FB) mit einem Energiespeicher (B), einem ersten elektrischen Anschluss (A1) und einem zweiten elektrischen Anschluss (A2) beschrieben. Das Fahrzeugbordnetz (FB) umfasst eine erste elektrische Maschine (EM1) zwischen dem ersten Anschluss (A1) und dem Energiespeicher (B) sowie eine zweite elektrische Maschine (EM2) zwischen dem zweiten Anschluss (A2) und dem Energiespeicher (B). Die elektrischen Maschinen gehören unterschiedlichen Leistungspfaden an.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einem fahrzeugseitigen Energiespeicher und einer Anschlussstation sowie Fahrzeugbordnetz
Das hier beschriebene Verfahren und das hier beschriebene Fahrzeugbordnetz betrifft das Gebiet der Energieübertragung zwischen einem Fahrzeug mit elektrischem Antrieb und einer Anschlussstation, insbesondere zum Rückspeisen von Energie und zum Laden des Fahrzeugs. Die hier beschriebenen Vorgehensweisen betreffen insbesondere Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb, etwa Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge (die neben einem elek¬ trischen Antrieb einen weiteren, nicht elektrischen Antrieb aufweisen) .
Es ist bekannt, Komponenten des Fahrzeugs, etwa Leistungselek¬ tronik oder eine elektrische Maschine des Fahrzeugs auch für das Laden des Fahrzeugs oder Rückspeisen von Energie in eine An- Schlussstation bzw. Ladestation zu verwenden.
Es besteht die Aufgabe, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mittels der kostengünstig Energie bei hoher Leistung zwischen einem Fahrzeug und einer Anschlussstation übertragen werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Vorteile, Eigenschaften, Ausführungsformen und Merkmale ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen sowie mit der Beschreibung und der Zeichnung.
Es wird vorgeschlagen, elektrische Energie zwischen einem fahr- zeugseitigen Energiespeicher und einer Anschlussstation zu übertragen, etwa zum Laden und/oder zum Rückspeisen von Energie ausgehend vom Fahrzeug, wobei die Energie über eine erste und über eine zweite fahrzeugseitige elektrische Maschine gleichzeitig übertragen wird. Dadurch wird insbesondere die gesamte zu übertragende Energie verteilt übertragen, insbesondere über zwei (individuelle) Leistungssignale. Dadurch wird die Belastung der zur Steuerung des Energieflusses verwendeten Elemente auf mehrere Leistungspfade verteilt. Die Leistungspfade können unterschiedlich ausgestaltet sein. Insbesondere können verschiedene Typen an elektrischen Maschinen oder Leistungssignale (betreffend den Pegel, die Leistung, die Höhe, die Phasenzahl und/oder die Stromart) in den unterschiedlichen Leistungspfaden verwendet werden. Die elektrischen Maschinen gehören unterschiedlichen Leistungspfaden an. Jeder Leistungspfad hat vorzugsweise mindestens einen Leiter, der individuell ist, d.h. der nicht Teil eines anderen Leis¬ tungspfades ist. Mehrere oder alle Leistungspfade können einen gemeinsamen Leiter aufweisen, etwa einen Neutralleiter oder einen Masseleiter oder einen Referenzpotentialleiter. Die Leistungspfade können jeweils einen eigenen Pluspolleiter oder einen eigenen Referenzpotentialleiter aufweisen. Die Leistungspfade können darüber hinaus einen gemeinsamen Referenzpotentialleiter oder einen gemeinsamen Pluspolleiter aufweisen oder können jeweils sowohl einen eigenen Referenzpotentialleiter als auch Pluspolleiter aufweisen. Die Leistungspfade können jeweils mindestens einen eigenen Phasenleiter aufweisen und können einen gemeinsamen Neutralleiter (oder einen gemeinsamen weiteren Phasenleiter aufweisen) . Die Leistungspfade können jeweils einen einzelnen, eigenen Phasenleiter aufweisen sowie jeweils einen eigenen Neutralleiter oder eigenen, weiteren
Phasenleiter aufweisen. Die Leistungspfade können ferner jeweils einen einzelnen, eigenen Phasenleiter aufweisen sowie einen gemeinsamen Neutralleiter oder gemeinsamen weiteren Phasenleiter aufweisen. Die Leistungspfade können jeweils mehrere, eigene Phasenleiter aufweisen sowie jeweils einen eigenen
Neutralleiter oder eigenen, weiteren Phasenleiter aufweisen . Die Leistungspfade können ferner jeweils mehrere, eigene Phasen¬ leiter aufweisen sowie einen gemeinsamen Neutralleiter oder gemeinsamen weiteren Phasenleiter aufweisen.
Ferner kann mindestens ein Leistungspfad (mindestens) zwei Gleichspannungsversorgungsleiter (etwa einen Pluspolleiter einerseits und einen Minuspolleiter oder Masseleiter ande- rerseits) aufweisen. Mindestens ein weiterer Leistungspfad kann eine ein- oder mehrphasige Wechselstromleitung aufweisen. Ein Leiter dieser Wechselstromleitung und ein Leiter der Gleich- spannungsversorgungsleiter kann als ein gemeinsamer Leiter ausgeführt werden, etwa als Masse- oder Neutralleiter. Alternativ können die Gleichspannungsversorgungsleiter eine Gleichspannungsleitung bilden, die getrennt ist von der
Wechselstromleitung. Die Wechselstromleitung ist insbesondere dreiphasig, kann aber auch einphasig ausgestaltet sein, oder (etwa für US-Spannungsversorgungsnetze) zweiphasig ausgestaltet sein. Mit anderen Worten kann mindestens ein Leistungspfad der Leistungspfade von einer Gleichspannungsleitung ausgebildet sein und mindestens ein (weiterer) Leistungspfad der Leis¬ tungspfade kann als Wechselspannungsleitung ausgebildet sein. Leistungspfade können einen gemeinsamen Leiter aufweisen (etwa ein Leiter, der ein Referenzpotential wie Masse führt) oder können keinen gemeinsamen Leiter aufweisen.
Mindestens ein Leiter jedes Leistungspfads führt über eine elektrische Maschine. Es ist vorzugsweise für jeden Leis¬ tungspfad mindestens ein weiter Leiter vorgesehen, der nicht über eine elektrische Maschine führt, etwa im Sinne eines Rückleiters für ein Referenzpotential wie Masse. Die elektrische Maschine, durch die ein erster Leistungspfad führt, ist unterschiedlich zu einer weiteren elektrischen Maschine, durch die ein zweiter Leistungspfad führt.
Insbesondere kann mindestens ein Leiter jedes Leistungspfads als Hinleiter vorgesehen sein. Mindestens ein weiterer Leiter jedes Leistungspfads kann als Rückleiter vorgesehen sein, der etwa ein Referenzpotential führt (oder der im Falle eines Zweiphasen¬ systems wie es insbesondere in den USA als Spannungsversor¬ gungsnetz auftritt ein weiteres Phasenpotential führt) . Der oder die Hinleiter führen durch eine elektrische Maschine. Der oder die Rückleiter führen nicht durch eine elektrische Maschine. Der oder die Rückleiter können als gemeinsame oder getrennte Rückleiter vorgesehen werden. Als eigene Leiter oder Leiter, die getrennt sind, werden Leiter beschrieben, die derart ange- schlössen sind, dass deren Stromfluss nicht ausschließlich von dem Stromfluss in einem anderen Leiter definiert ist. Leiter, die Zweige in einer ableiterlosen Netzwerkmasche (im Sinne des 2. Kirchhoffsehen Gesetzes) bilden, sind im Sinne dieser Be- Schreibung keine eigenen oder voneinander getrennten Leiter. Eigene Leiter oder Leiter, die getrennt sind, sind eingerichtet, unterschiedliche Strombeträge zu führen. Ferner wird als Re¬ ferenzpotential insbesondere ein Massepotential oder das Po¬ tential eines Minuspols oder eines Neutralleiters bezeichnet.
Die Leistungspfade können an einem gemeinsamen Anschluss (der vorzugweise von außen zugänglich ist) des Fahrzeugbordnetzes enden und vom Anschluss aus in die mehreren Leistungspfade verzweigt sein. Dem Anschluss kann eine Verzweigung nachge- schaltet sein, an die sich die Leistungspfade anschließen. Dies gilt insbesondere, wenn die Leistungspfade für die gleiche Stromart (Gleichstrom oder Wechselstrom) vorgesehen sind.
Das hier erwähnte Verfahren zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einem fahrzeugseitigen Energiespeicher und einer
Anschlussstation sieht vor, dass ein erster Teil der Energie über einen ersten Leistungspfad und ein zweiter Teil der Energie über mindestens einen zweiten Leistungspfad gleichzeitig. Die Leistungspfade sind wie erwähnt dahingehend getrennt, dass mindestens ein Leiter eines Leistungspfads ein anderes Potential aufweisen oder einen anderen Strombetrag führen kann, als die Leiter des anderen Leistungspfads. Der erste Leistungspfad führt über eine erste fahrzeugseitige elektrische Maschine. Der mindestens eine zweite Leistungspfad führt über mindestens eine zweite fahrzeugseitige elektrische Maschine. Die Leistungspfade sind derart ausgestaltet, dass durch die elektrischen Maschinen geführten Ströme verschieden sein können.
Der erste Teil der Energie wird über die erste elektrische Maschine und einen ersten Inverter übertragen. Der erste Inverter befindet sich zwischen der ersten elektrischen Maschine und dem Energiespeiche. Der zweite Teil der Energie wird über die zweite elektrische Maschine und einen zweiten Inverter übertragen. Der zweite Inverter befindet sich zwischen der zweiten elektrischen Maschine und dem Energiespeicher befindet. Die Inverter sind derart geschaltet, dass durch diese unterschiedliche Strom¬ beträge fließen können. Die elektrischen Maschinen befinden sich in unterschiedlichen Stromkreisen. Dies gilt auch für die Inverter .
Ferner kann die Energie (d.h. alle Teile der Energie) über einen elektrischen fahrzeugseitigen Anschluss geführt werden und aufgetrennt werden. Insbesondere wird die Energie in den ersten und den mindestens einen zweiten Teil aufgeteilt. Die Energie wird für den ersten und den zweiten Leistungspfad aufgeteilt; die Leistungspfade führen jeweils Teile der aufgeteilten Energie. Es können auch mehrere Energiequellen oder Energiesenken verwendet werden, wodurch sich die Gesamtladeleistung bzw. Gesamtrückspeiseleistung erhöht. Ferner wird dadurch die Gesamtladeleistung bzw. Gesamtrückspeiseleistung verteilt auf mehrere elektrische Maschinen und ggf. nachfolgende Komponenten wie Inverter, so dass stromtragende Elemente und insbesondere Trennschalter mit geringerer Leistung bzw. mit geringerer Stromtragfähigkeit ausgelegt werden können.
Es sind ein erster elektrischer Antrieb und ein zweiter elek- frischer Antrieb vorgesehen. Der erste elektrische Antrieb umfasst die erste elektrische Maschine und der zweite Antrieb umfasst eine zweite elektrische Maschine. Allgemein kann die Energie über mehrere elektrische Maschinen übertragen werden, d.h. es kann neben der ersten und der zweiten elektrischen Maschine mindestens eine weitere elektrische Maschine vorge¬ sehen, über die die Energie übertragen wird. Die Definition „erste und zweite elektrische Maschine" ist daher nicht als abschließende Auflistung aufzufassen. Die Antriebe bzw. die elektrischen Maschinen sind insbesondere Traktionsantriebe bzw. elektrische Maschinen zur Traktion. Die Antriebe bzw. die elektrischen Maschinen sind bewegungsüber- tragend jeweils mit einem Abtrieb des Fahrzeugs, d.h. mit Fahrzeugrädern oder mit Antriebsachsen des Fahrzeugs verbunden. Ferner kann eine der elektrischen Maschine (oder beide) zum Antrieb einer elektrisch betriebenen Komponente des Fahrzeugs vorgesehen sein, etwa einem elektrischen Klimakompressor oder einem elektrischen Druckluftkompressor oder einem Kompressor einer Aufladevorrichtung eines Verbrennungsmotors. Zudem kann eine der elektrischen Antriebe (oder beide) zum Antrieb einer elektrisch betriebenen Komponente des Fahrzeugs vorgesehen sein, etwa einem elektrischen Klimakompressor oder einem elektrischen Druckluftkompressor oder einem Kompressor einer Aufladevorrichtung eines Verbrennungsmotors.
Ein Antrieb bzw. eine elektrische Maschine kann zum Antrieb des Fahrzeugs dienen, während der andere Antrieb oder die andere elektrische Maschine zum Antrieb einer der vorangehend genannten elektrisch betriebenen Komponenten vorgesehen ist. Der Begriff „Antrieb des Fahrzeugs" bedeutet hier die Beschleunigung oder Abbremsung (durch Rekuperation) . In einer Ausführungsform dient die erste elektrische Maschine zum Antrieb einer ersten Achse eines Fahrzeugs, etwa der Vorderachse, und die zweite elektrische Maschine dient zum Antrieb einer zweiten Achse des Fahrzeugs, etwa der Hinterachse. Die betreffende elektrische Maschine ist hierbei bewegungs- und drehmomentübertragend mit der betref¬ fenden Achse verbunden. Ferner kann die erste elektrische Maschine ein Rad des Fahrzeugs antreiben, während die zweite elektrische Maschine ein weiteres Rad des Fahrzeugs antreibt. Es kann mindestens eine weitere elektrische Maschine vorgesehen sein, die ein weiteres Rad des Fahrzeugs antreibt. Die be¬ treffende elektrische Maschine ist hierbei bewegungs- und drehmomentübertragend mit dem betreffenden Rad verbunden. Die Energie wird hierbei durch die erste, die zweite und die mindestens eine weitere elektrische Maschine übertragen. Bei der Übertragung von Energie durch die elektrische Maschine hindurch wird elektrische Energie durch mindestens eine Wicklung (in Serie geschaltet) übertragen. Hierzu können die Wicklungen vollständig oder teilweise voneinander abgetrennt sein. Zum Beschleunigen des Fahrzeugs und zum Rekuperieren (außerhalb des hier beschriebenen Übertragens von Energie zu oder ausgehend von einer Anschlussstation) sind die Wicklungen wieder gemäß einer Konfiguration miteinander verbunden, etwa gemäß einer Dreiecks- oder Sternkonfiguration.
An jede der genannten elektrischen Maschinen ist vorzugsweise (jeweils) ein Inverter angeschlossen. Der Inverter ist vorzugsweise bidirektional ausgelegt. Die Inverter sind zwischen dem fahrzeugseitigen Energiespeicher und der betreffenden elektrischen Maschine vorgesehen. Die Inverter umfassen jeweils eine Gleichstromseite und eine Wechselstromseite. Die Wechsel¬ stromseite ist an die betreffende elektrische Maschine (in¬ dividuell) angeschlossen. Alle Gleichstromseiten der Inverter sind an den Energiespeicher angeschlossen, entweder direkt oder über einen Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) .
Die Energie wird über die erste elektrische Maschine und einen ersten Inverter übertragen. Der erste Inverter ist zwischen der elektrischen Maschine und dem Energiespeicher angeschlossen . Die Energie wird zudem über die zweite elektrische Maschine und einen zweiten Inverter übertrage. Der zweite Inverter ist zwischen der zweiten elektrischen Maschine und dem Energiespeicher angeschlossen. Es kann bei den elektrischen Maschinen jeweils ein Konfigurationsschalter vorgesehen sein, der Wicklungen gesteuert verbindet (etwa in eine Dreiecks- oder Sternkonfigu¬ ration) oder trennt, d.h. zumindest eine Wicklung von den anderen Wicklungen der betreffenden elektrischen Maschine trennt. Die Energie wird über die Konfigurationsschalter übertragen, die den elektrischen Maschinen zugeordnet sind oder von diesen umfasst werden. Dadurch, dass die Energie somit über mehrere Konfi¬ gurationsschalter übertragen wird, können diese gemäß einem Nennstrom ausgelegt sein, der kleiner ist als der Nennstrom der Energieübertragung. Dadurch lassen sich Kosten einsparen. Insbesondere können die Konfigurationsschalter gemäß einem
Nennstrom ausgelegt sein, weniger als 70% des Nennstroms der Energieübertragung beträgt. 0
o
Die erste elektrische Maschine kann eine fremderregte oder permanenterregte Gleichstrommaschine sein. Die erste elekt¬ rische Maschine kann eine Synchronmaschine oder eine Asyn¬ chronmaschine sein. Die zweite elektrische Maschine kann eine fremderregte oder permanenterregte Gleichstrommaschine sein. Die zweite elektrische Maschine kann eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine sein.
Über die erste elektrische Maschine und über die zweite elek- frische Maschine kann Energie als Wechselstromsignal oder als Gleichstromsignal übertragen werden. Hierbei können die ein¬ zelnen elektrischen Maschinen die gleiche Stromart (Wechselstrom oder Gleichstrom) übertragen, um so die Energie zu übertragen. Ferner kann über die erste elektrische Maschine Energie als Wechselstromsignal übertragen werden, während über die zweite elektrische Maschine Energie als Gleichstromsignal übertragen wird. Dadurch lassen sich unterschiedliche Quellen beim Ladevorgang nutzen. Von einer ersten elektrischen Energiequelle der Anschlussstation kann Energie über die erste elektrische Maschine an den Energie¬ speicher übertragen werden und von einer zweiten elektrischen Energiequelle der Anschlussstation kann Energie über die zweite elektrische Maschine an den Energiespeicher übertragen werden. Die Energiequellen können getrennt voneinander Energie über die jeweilige elektrische Maschine an den Energiespeicher über¬ tragen. Etwa kann die erste Energiequelle der Anschlussstation eine stationären Akkumulator (und ggf. einen Stromwandler, etwa einen Gleichstromwandler, DC/DC-Wandler) umfassen, und die zweite Energiequelle kann von einem stationären Versorgungsnetz (Wechselstrom oder Gleichstrom) vorgesehen werden. Nach oder vor dem Übertragen von Energie kann Energie zwischen der ersten und der zweiten Energiequelle ausgetauscht werden, insbesondere um die erste Energiequelle aufzuladen. Ferner kann über eine energieübertragende Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Energiequelle der Anschlussstation Energie übertragen werden, insbesondere während dem Übertragen von Energie zwischen dem fahrzeugseitigen Energiespeicher und der Anschlussstation. Die energieübertragende Verbindung kann einen (stationären) Gleichrichter oder Wechselrichter oder Gleichstromwandler aufweisen . Der vorangehende Absatz bezieht sich auf einen Energietransfer zum fahrzeugseitigen Energiespeicher hin. Jedoch kann sich die dort beschriebene Vorgehensweise auch auf einen Energietransfer ausgehend von dem fahrzeugseitigen Energiespeicher beziehen. Es kann Energie von dem Energiespeicher über die erste elektrische Maschine an eine erste elektrische Energiesenke der Anschlussstation übertragen werden. Gleichzeitig kann Energie von dem Energiespeicher über die zweite elektrische Maschine an eine zweite elektrische Energiesenke der Anschlussstation über- tragen werden. Die zweite elektrische Energiesenke ist hierbei von der ersten Energiesenke getrennt; es ergeben sich getrennte Energieflüsse durch die elektrischen Maschinen. Insbesondere kann ein erster Teil einer Rückspeisungsenergie über die erste elektrische Maschine an eine erste elektrische Energiesenke der Anschlussstation übertragen werden. Ferner kann ein zweiter Teil einer Rückspeisungsenergie über die zweite elektrische Maschine an die erste oder an eine zweite elektrische Energiesenke der Anschlussstation übertragen werden. Etwa kann die erste
Energiequelle der Anschlussstation eine stationären Akkumulator (und ggf. einen Stromwandler, etwa einen Gleichstromwandler, DC/DC-Wandler) umfassen, und die zweite Energiequelle kann von einem stationären Versorgungsnetz (Wechselstrom oder Gleichstrom) vorgesehen werden. Nach oder vor dem Übertragen von Energie kann Energie zwischen der ersten und der zweiten Energie quelle ausgetauscht werden, insbesondere um die erste Energie quelle aufzuladen. Ferner kann über eine energieübertragende Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Energiesenke der Anschlussstation Energie übertragen werden, insbesondere während dem Übertragen von Energie zwischen dem fahrzeugseitigen Energiespeicher und der Anschlussstation. Die energieübertragende Verbindung kann einen (stationären) Gleichrichter oder Wechselrichter oder Gleichstromwandler aufweisen. Diese Vor- gehensweise betrifft die Rückspeisung von Energie ausgehend von dem fahrzeugseitigen Energiespeicher zur Anschlussstation.
Die erste elektrische Maschine ist vorzugsweise eine Asyn- chronmaschine . Über diese wird (ein Teil der) Energie in Form eines Gleichstromsignals übertragen wird. Die zweite elektrische Maschine ist vorzugsweise eine permanenterregte elektrische Maschine. Über diese wird (ein Teil der) Energie in Form eines Gleichstromsignals oder in Form eines Wechselstromsignals über- tragen. Es ergeben sich durch die elektrischen Maschinen (und durch die zugehörigen Inverter) mehrere Leistungsflüsse. Vorzugsweise werden die Leistungsflüsse von einer gemeinsamen Steuerung gesteuert. Insbesondere wird eine Spannung eines Leistungsflusses an die Spannung des anderen Leistungsflusses angepasst, oder es werden die Spannungen der Leistungsflüsse an die Spannung bzw. an den Ladezustand und/oder die Nenn- oder (momentane) Maximalleistung des fahrzeugseitigen Energiespeichers angepasst. Die hier erwähnte Anschlussstation ist stationär und kann insbesondere an ein Versorgungsnetz angeschlossen sein, insbesondere an ein Inselnetz und/oder an ein öffentliches Versorgungsnetz. Die Anschlussstation kann einen stationären Energiespeicher umfasst, wobei Energie zwischen diesem Ener- giespeicher über eine der elektrischen Maschinen an den fahr- zeugseitigen Energiespeicher übertragen wird, während über eine weitere der elektrischen Maschinen ebenso Energie übertragen wird, beispielsweise zwischen einem Versorgungsnetz und dem fahrzeugseitigen Energiespeicher. Es kann während der Ener- gieübertragung zwischen der Anschlussstation und dem fahr- zeugseitigen Energiespeicher Energie zwischen dem stationären Energiespeicher und dem Versorgungsnetz ausgetauscht werden, wobei diese Energieübertragung alternativ oder in Kombination hiermit auch vor oder nach dem Energietransfer zwischen dem fahrzeugseitigen Energiespeicher und der Anschlussstation durchgeführt werden kann. Dies kann zur Rückspeisung von Energie von dem stationären Energiespeicher an das Versorgungsnetz dienen, und/oder zum Aufladen des stationären Energiespeichers mittels des Versorgungsnetzes. Anstatt des Versorgungsnetzes kann in diesem Kontext auch ein weiterer stationärer Energiespeicher verwendet werden. Anstatt des stationären Energiespeichers kann auch ein weiteres Versorgungsetz verwendet werden. Das bzw. die hier beschriebenen Versorgungsnetze sich (sofern nicht anders angegeben) stationäre Versorgungsnetze.
Die Übertragung der elektrischen Energie zwischen der Anschlussstation und dem fahrzeugseitigen Energiespeicher ist kabelgebunden, kontaktlos (induktiv), oder beides. Hierzuweist die Anschlussstation mindestens einen Stromanschluss und/oder eine induktives Übertragungsmodul auf (in der Gesamtzahl mindes¬ tens zwei) . Es ist ferner fahrzeugseitig mindestens einen Stromanschluss und/oder eine induktives Übertragungsmodul vorgesehen, die mit den vorgenannten Übertragungselementen energieübertragend verbindbar sind.
Der Stromanschluss und das induktive Übertragungsmodul werden auch mit dem Oberbegriff „elektrischer Anschluss" bezeichnet, sofern nicht anders angegeben. Der Begriff „Stromanschluss" bezieht sich auf eine leitungsgebundene Übertragungsart und betrifft insbesondere einen elektrischen Steckanschluss .
Es wird ferner ein Fahrzeugbordnetz mit einem Energiespeicher beschrieben, das zur Ausführung des hier beschriebenen Verfahrens dient. Hierbei werden Eigenschaften, Merkmale und Aus¬ führungsformen der Elemente übernommen, die anhand des Verfahrens beschrieben werden. Das Fahrzeugbordnetz ist mit einem ersten elektrischen Anschluss und (mindestens) einem zweiten elektrischen Anschluss ausge¬ stattet. Das Fahrzeugbordnetz weist ferner eine erste elekt¬ rische Maschine zwischen dem ersten Anschluss und dem Ener¬ giespeicher sowie eine zweite elektrische Maschine zwischen dem zweiten Anschluss und dem (fahrzeugseitige) Energiespeicher auf .
Das Fahrzeugbordnetz kann gemäß ersten Ausführungsformen einen ersten Leistungspfad aufweist, der von dem ersten elektrischen Anschluss über die erste elektrische Maschine zu dem Ener¬ giespeicher führt. Hierbei kann ein zweiter Leistungspfad des Fahrzeugbordnetzes von dem zweiten elektrischen Anschluss über die zweite elektrische Maschine zu dem Energiespeicher führen. Verschiedene Leistungspfade haben daher unterschiedliche An¬ schlüsse bzw. beginnen an diesen. Zwei unterschiedliche
Leistungspfade haben daher unterschiedliche Anschlüsse bzw. beginnen an diesen. Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass zwei Leistungspfade an den gleichen Anschluss beginnen bzw. diesen umfassen. Es kann ein (gemeinsamer Anschluss) vorgesehen sein, dem eine Verzweigung nachgeschaltet ist, mittels der die Leistungspfade voneinander getrennt werden. Die Leistungspfade beginnen an dieser Ver- zweigung. Ein erster Leistungspfad des Bordnetzes führt von dem ersten elektrischen Anschluss (entsprechend dem gemeinsamen elektrischen Anschluss) über die erste elektrische Maschine zu dem Energiespeicher. Ein zweiter Leistungspfad des Bordnetzes führt von diesem ersten elektrischen Anschluss (d.h. von dem gemeinsamen Anschluss) über die zweite elektrische Maschine zu dem Energiespeicher. Wie eingangs erwähnt sind die Leis¬ tungspfade getrennt, haben in diesem Fall den gleichen Ursprung in Form des ersten (d.h. gemeinsamen) Anschlusses und werden insbesondere von einer Verzweigung aufgetrennt. Die Verzweigung ist zweifach und kann allgemein mehrfach sein, insbesondere eine Verzweigung in Zweige mit einer Anzahl, die der Anzahl der elektrischen Maschinen im Fahrzeugbordnetz entspricht. Die Verzweigung bezieht sich insbesondere auf alle Leitungen oder Kontakte des Anschlusses und vervielfacht (insbesondere ver- doppelt) diese. Werden die Leitungen oder Kontakte verdoppelt, dann besteht für jeden Kontakt oder Leitung oder Phase eine (einzelne) Y-Verzweigung.
Zwischen der ersten elektrischen Maschine und dem Energiespeicher ist ein erster Inverter angeschlossen. Zwischen der zweiten elektrischen Maschine und dem Energiespeicher ist ein zweiter Inverter angeschlossen. Insbesondere steuert eine gemeinsame Steuerung sowohl den ersten als auch den zweiten Inverter an. Hierzu ist die Steuerung ansteuernd mit den In- vertern verbunden. Es kann auch eine erste Steuerung vorgesehen sein, die mit dem ersten Inverter ansteuernd verbunden ist, sowie eine zweite Steuerung, die mit dem zweiten Inverter ansteuernd verbunden ist. Die Steuerungen können zur Abstimmung miteinander verbunden sein oder eine übergeordnete Steuerung steuert die genannten Steuerungen an.
Die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine weisen vorzugsweise jeweils einen Konfigurations- Schalter auf, der in einem ersten Schaltzustand Phasen bzw. Wicklungen der betreffenden elektrischen Maschine zu einem jeweiligen Sternpunkt verbindet und in einem zweiten Schalt¬ zustand eine oder mehrere Phasen bzw. Wicklungen von dem Sternpunkt trennt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Konfigurationsschalter jeweils in einem ersten Schaltzustand Phasen bzw. Wicklungen der betreffenden elektrischen Maschine zu einer Dreieckskonfiguration verbinden und in einem zweiten Schaltzustand eine oder mehrere Phasen bzw. Wicklungen voneinander trennen. Es kann vorgesehen sein, dass die jeweiligen Konfigurationsschalter in einem ersten Schaltzustand die Phasen bzw. Wicklungen in einer Sternkonfiguration vorsehen, in einem zweiten Schaltzustand die Phasen bzw. Wicklungen in einer Dreieckskonfiguration vorsehen, und in einem dritten Schaltzustand zumindest einer der be¬ treffenden Phasen oder Wicklungen von den anderen trennt (oder alle Phasen bzw. Wicklungen voneinander trennt) . Dies bezieht sich insbesondere auf ein Wicklungsende der Wicklungen. Während dem Übertragen von Energie zwischen dem fahrzeugseitigen Energiespeicher und der Anschlussstation sind die Konfigurationsschalter in einem Schaltzustand, in dem eine oder mehrere Phasen bzw. Wicklungen voneinander getrennt sind. Die Steuerungen bzw . die übergeordnete oder gemeinsame Steuerung sind bzw . ist ansteuernd mit den Konfigurationsschaltern verbunden und eingerichtet, den vorangehend genannten Schaltzustand anzu¬ steuern . Der bzw. die Anschlüsse sind insbesondere zum Anschließen an externe Quelle vorgesehen, vorzugsweise per Kabel. Die An¬ schlüsse sind Externanschlüsse, d.h. sind eingerichtet, mit komplementären Anschlüssen einer Ladestation oder allgemein einer Anschlussstation verbunden zu werden. Die Anschlüsse sind insbesondere Steckanschlüsse, etwa ausgebildet gemäß einem Standard, der etwa in der IEC 62196 definiert ist, etwa in Form eines CHAdeMO-Steckverbindungselements , eines
CEE-Steckverbindungselements , oder eines Menne- kes-Steckverbindungselements . Der bzw. die Anschlüsse sind insbesondere als Buchse ausgestaltet. Der bzw. die Anschlüsse sind vorzugsweise in der Außenhaut eines Fahrzeugs angeordnet, insbesondere in einer vorzugsweise verschließbaren Mulde in der Außenhaut des Fahrzeugs. Der bzw. die Anschlüsse können auch als „Plug-In-Anschlüsse" ausgeführt sein.
Die Figur 1 zeigt ein Verfahren zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einem fahrzeugseitigen Energiespeicher (B) und einer Anschlussstation (AS) , wobei die Energie über eine erste und über eine zweite fahrzeugseitige elektrische Maschine (EMI, EM2) gleichzeitig übertragen wird.
Die Figur 1 zeigt ein Fahrzeugbordnetz FB, das an eine Anschlussstation AS angeschlossen ist. Die Figur 1 dient zur Erläuterung des hier beschriebenen Fahrzeugbordnetzes und des hier beschriebenen Verfahrens und beschreibt nur eine bei¬ spielhafte Vorgehensweise.
Das Fahrzeugbordnetz FB umfasst einen fahrzeugseitigen elek- frischen Energiespeicher B, der über eine erste elektrische
Maschine EMI und eine zweite elektrische Maschine EM2 aufgeladen wird. Es ist auch die umgekehrte Energieübertragungsrichtung denkbar, jedoch zur Vereinfachung ist nur das Aufladen des fahrzeugseitigen Energiespeichers B dargestellt. Der fahr- zeugseitige Energiespeicher ist hierbei eine Batterie, bei¬ spielsweise ein Akkumulator, insbesondere ein Traktionsakku¬ mulator . Die Energie wird von der Anschlussstation AS über die beiden elektrischen Maschinen EMI, EM2 übertragen, wobei sich dadurch zwei Leistungspfade LP1 und LP2 ergeben. Der Leistungspfad LP1 führt über die elektrische Maschine 1 und der Leistungspfad LP2 führt über die elektrische Maschine 2. Die Leistungspfade LP1, LP2 sind parallel zueinander. Die Leistungspfade sind vonei¬ nander getrennt, d.h. insbesondere durch die dargestellten Inverter II, 12 sind die Leistungspfade LP1, LP2 individuell steuerbar. Jeder Leistungspfad hat mindestens einen Hin- und Rückleiter. Die Leistungspfade bilden jeweils eine Masche im Sinne des 2. Kirchhoffsehen Gesetzes aus; die ausgebildeten Maschen sind schaltungstechnisch nicht identisch.
Ferner sind ein erster und ein zweiter Inverter II und 12 vorgesehen, wobei der erste Inverter II zwischen der ersten elektrischen Maschine und dem fahrzeugseitigen Energiespeicher B geschaltet ist, und der zweite Inverter 12 zwischen der zweiten elektrischen Maschine EM2 und dem fahrzeugseitigen Energiespeicher B vorgesehen ist. Die beiden Inverter, II, 12, sind bidirektional, sodass in einem Fahrzustand der elektrische Energiespeicher so verwendet werden kann, die beiden elektrischen Maschinen EMI, EM2 mit Traktionsenergie zu versorgen.
Zur Spannungsanpassung kann zwischen dem fahrzeugseitigen Energiespeicher B und dem Verknüpfungspunkt der Inverter II, 12 ein DC/DC-Wandler vorgesehen sein. Alternativ oder in Kombination hiermit kann zwischen dem ersten Inverter II und dem Verknüpfungspunkt der Inverter, zwischen dem zweiten Inverter 12 und dem Verknüpfungspunkt der Inverter oder jeweils zwischen beiden Invertern und deren Verknüpfungspunkt ein DC/DC-Wandler vorgesehen sein. Wenn beispielsweise der fahrzeugseitige Energiespeicher B auf einem Spannungsniveau von ca. 800 Volt arbeitet, so kann eine Erhöhung der Spannung mittels der beschriebenen DC/DC-Wandler erforderlich sein, abhängig von der Spannung, die an den Anschlüssen AI, A2 vorliegen. Zur besseren Übersicht sind die DC/DC-Wandler nicht in der Figur dargestellt, zumal deren Position eindeutig aus dieser Beschreibung hervorgeht . Die fahrzeugseitigen Anschlüsse AI und A2 sind als leitungs- basierte Kontakte symbolhaft dargestellt und können gemäß einem Ladestandard ausgebildet sein. Die Anschlüsse AI, A2 können gemäß unterschiedlichen Stromarten ausgebildet sein, wobei der Anschluss AI beispielsweise gemäß einem Gleichstrom-Ladestandard ausgebildet ist, und der Anschluss A2 gemäß einem Wechsel¬ strom-Ladestandard ausgebildet ist. Dargestellt ist eine Ausführung, bei der jeder Leistungspfad LP1, LP2 einen eigenen Anschluss AI, A2 aufweist bzw. an diesem beginnt, um darzustellen, dass der erste Leistungspfad LP1 gegenüber dem zweiten Leistungspfad LP2 einen eigenen Pfad darstellt bzw. von diesem getrennt ist. Es bestehen Ausfüh- rungsformen, die sich ebenso anhand der Figur 1 erläutern lassen, und die einen gemeinsamen Anschluss für beide (allgemein: mehrere) Leistungspfade vorsehen: Hierbei ergibt sich das gleiche Schaltbild wie in Figur 1, wobei jedoch kein zweiter Anschluss A2 vorgesehen ist, sondern die elektrische Maschine EM2 ( insbesondere über den Konfigurationsschalter K2 ) mit dem ersten Anschluss AI verbunden ist. Der erste Anschluss AI bildet dann einen gemeinsamen Anschluss, insbesondere für Gleichstrom oder auch für ein- oder mehrphasigen Wechselstrom. Dadurch, dass EM2 ebenso an den ersten Anschluss AI angeschlossen ist, ist dem Anschluss AI eine Verzweigung nachgeschaltet bzw. die Leis¬ tungspfade beginnen am gleichen Anschluss und werden an diesem aufgeteilt bzw. verzweigt. Wie erwähnt besteht bei diesen Ausführungsformen kein zweiter Anschluss A2 wie er darstellt ist, stattdessen führt die von EM2 nach unten weisende Verbindung (direkt) zur ersten Anschluss AI , insbesondere in gleicher Weise, wie die erste elektrischen Maschine mit dem ersten Anschluss verbunden ist. Da in diesen Ausführungsformen kein zweiter Anschluss wie dargestellt besteht, kann der erste Anschluss als einziger Anschluss auch als „gemeinsamer Anschluss" bezeichnet werden.
Die elektrische Maschine EMI ist vorzugsweise eine Asynchron¬ maschine, während die elektrische Maschine EM2 als permanent- erregte Synchronmaschine ausgebildet ist. Es können aber auch beide elektrische Maschinen als Asynchronmaschine ausgebildet sein, oder es können beide elektrische Maschinen als permanent¬ erregte elektrische Maschinen, insbesondere als permanent- erregte Synchronmaschine.
In diesem Beispiel ist der Leistungspfad LPl ein Leistungspfad, der Wechselstrom überträgt (bis zum Inverter II, der gleichrichtet) , während der Leistungspfad LP2 Gleichstrom überträgt (wobei dies von dem Inverter 12 fortgesetzt wird, gegebenenfalls verbunden mit einer Gleichspannungswandlung) . Der Betrieb der Inverter ist beim der vorliegenden Energieübertragung gesteuert; insbesondere ist deren Leistung oder deren Ausgangsspannung geregelt oder gesteuert.
Die elektrischen Maschinen EMI, EM2 umfassen jeweils einen Konfigurationsschalter Kl, K2. Dieser ist beispielhaft links von dem Inverter II nochmals vergrößert und detaillierter darge¬ stellt. Die Darstellung gilt auch für den Konfigurationsschalter K2.
Der dargestellte Konfigurationsschalter Kl umfasst ein Trenn- schaltungselement T, das gemäß einer ersten Ausführungsform als Öffner/Schließer ausgebildet ist. Hierbei verbindet dieses Schaltelement die Phase PI (entsprechend einer ersten Wicklung der elektrischen Maschine) mit einem Sternpunkt S. Die Phasen P2 und P3 (entsprechend der zweiten und dritten Wicklung der elektrischen Maschine) sind dauerhaft mit dem Sternpunkt S verbunden. Wird anmeldungsgemäß Energie übertragen, dann ist das Schalt- element T geöffnet, sodass Energie über die Phasen P2 und P3 und über die gestrichelte Verbindung (welche zum Sternpunkt S führt) übertragen wird. Die Konfigurationsschalter können elektro- mechanische Schalter sein oder Halbleiterschalter, insbesondere MOSFETs, IGBTs, Thyristoren oder TRIACs . Vorzugsweise werden beim Abstellen zunächst die Inverter abgestellt (d.h. alle
Schalter des betreffenden Inverters werden geöffnet, und zu¬ mindest diejenigen, bei denen in offenem Zustand kein Strom mehr gesteuert fließen kann) , und erst dann werden die Konfigura- tionsschalter betätigt. In der Zwischenzeit fließt die der Selbstinduktion der elektrischen Maschinen entsprechende Energie zumindest zu 90%, 95% oder im Wesentlichen zu 100% ab, wobei dies etwa durch den Zeitversatz zwischen den Schalt- Vorgängen gesteuert werden kann oder anhand von Messungen des Stroms in den Wicklungen oder an den Konfigurationsschaltern ermittelt werden kann. Die Konfigurationsschalter werden dann im Wesentlichen stromlos geöffnet. In einer alternativen Ausführungsform ist der Trennschalter T als Umschalter ausgebildet, wobei dann eine Phase, nämlich die Phase PI (und nicht die Phasen P2 und P3) mit dem betreffenden Anschluss verbunden sind, dargestellt durch eine durchgezogene Linie. Es sei bemerkt, dass auch die gestrichelte Linie der vorangehend genannten Alternativen zum Anschluss AI bzw. A2 führt.
Die Anschlussstation AS umfasst zwei Energiequellen Ql, Q2 (die bei einem Rückspeisen Energiesenken wären) . Diese sind jeweils über einen stationsseitigen Anschluss mit den Anschlüssen AI, A2 des Fahrzeugbordnetzes FB verbunden. Wie auch die Anschlüsse AI und A2 können die betreffenden Anschlüsse der Quellen Ql, Q2 Ladestandards entsprechen, die unterschiedlichen Stromarten zugeordnet sind. Eine Verbindung V, die lediglich symbolhaft dargestellt ist, kann zwischen den Quellen Ql und Q2 Energie übermitteln, entweder während Energie zwischen der Anschlussstation AS und dem fahrzeugseitigen Energiespeicher B übertragen wird, oder vor und/oder nach diesem Vorgang. Die Quelle Ql und/oder die Quelle Q2 können einen stationären Energiespeicher aufweisen, der insbesondere in Form eines Akkumulators ausgebildet ist.
Vorzugsweise umfasst die Quelle Ql einen derartigen Akkumulator. Die Verbindung V kann einen Wechselrichter umfassen, der un- idirektional oder bidirektional ausgebildet ist, wobei ferner in der Verbindung auch ein DC/DC-Wandler vorgesehen sein kann. Insbesondere ist der Wechselrichter der Anschlussstation AS ausgebildet, um Energie von der Quelle Ql an die Quelle Q2 zu übertragen (entsprechend einer Rückspeisung) . Alternativ kann die Verbindung V einen Gleichrichter aufweisen, der bidirektional oder unidirektional ausgebildet ist. Der Gleichrichter ist insbesondere ausgestattet, um Energie von der Quelle Q2 an die Quelle Ql zu übertragen, insbesondere an dessen Energie- Speicher. Die Quelle Q2 kann insbesondere ein Versorgungsnetz sein, beispielsweise ein öffentliches Versorgungsnetz oder ein Insel-Versorgungsnetz. Die Quelle bzw . Senke, welche zur Gleichstromübertragung vorgesehen ist, umfasst vorzugsweise einen stationären Energiespeicher und ggf. ein (Gleichstrom- ) Ver- sorgungsnetz . Die Quelle bzw. Senke, welche zur Wechselstro¬ mübertragung vorgesehen ist, umfasst vorzugsweise ein Wechselstromversorgungsnetz oder eine Anschlussvorrichtung, die zum Anschluss an ein Wechselstromversorgungsnetz eingerichtet ist, etwa einen Drehstromanschluss .
Eine Steuerung S ist ansteuernd mit den Invertern II, 12, sowie mit den Konfigurationsschaltern Kl und K2 verbunden. Wie erwähnt kann die Steuerung S als eine gemeinsame Steuerung vorgesehen sein, oder kann in mehreren Hierarchien ausgebildet sein. Die beispielhaft dargestellte Steuerung S steuert während dem hier beschriebenen Energieübertragungsvorgang die Konfigurationsschalter Kl und K2 in einem Zustand an, in dem mindestens eine Wicklung oder Phase der betreffenden elektrischen Maschine EMI oder EM2 von den anderen Phasen bzw. Wicklungen getrennt ist. Ferner steuert die Steuerung während dem hier beschriebenen
Energietransfer die Inverter II, 12 an, um sie über die elektrischen Maschinen EMI, EM2 übertragene Energie in einen Gleichstrom für den fahrzeugseitigen Batteriespeicher B umzuwandeln, wobei insbesondere hierbei die Spannung gesteuert wird, und vorzugsweise geregelt wird gemäß einer Vorgabe, beispielsweise eine Vorgabe von einem Batteriemanagementmodul des elektrischen Energiespeichers B.

Claims

Verfahren zum Übertragen elektrischer Energie zwischen einem fahrzeugseitigen Energiespeicher (B) und einer Anschlussstation (AS) , wobei ein erster Teil der Energie über einen ersten Leistungspfad (LP1) und ein zweiter Teil der Energie über mindestens einen zweiten Leistungspfad (LP2) gleichzeitig übertragen wird, und der erste Leis¬ tungspfad über eine erste fahrzeugseitige elektrische Maschine (EMI) führt, und der mindestens eine zweite Leistungspfad über mindestens eine zweite fahrzeugseitige elektrische Maschine (EM2) führt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Teil der Energie über die erste elektrische Maschine (EMI) und einen ersten Inverter (II) übertragen wird, der sich zwischen der ersten elektrischen Maschine (EMI) und dem Energiespeicher (B) befindet, und der zweite Teil der Energie über die zweite elektrische Maschine (EM2) und einen zweiten Inverter (12) übertragen wird, der sich zwischen der zweiten elektrischen
Maschine
(EM2) und dem Energiespeicher (B) befindet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste
elektrische Maschine (EMI) eine fremderregte oder per- manenterregte Gleichstrommaschine, eine Synchronmaschine, oder eine Asynchronmaschine ist, und die zweite elektrische Maschine (EM2) eine fremderregte oder permanenterregte Gleichstrommaschine, eine Synchronmaschine, oder eine Asynchronmaschine ist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei über die erste elektrische Maschine und über die zweite elektrische Maschine Energie als Wechselstromsignal oder als
Gleichstromsignal übertragen wird, oder über die erste elektrische Maschine wird Energie als Wechselstromsignal übertragen, während über die zweite elektrische Maschine Energie als Gleichstromsignal übertragen wird. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei von einer ersten elektrischen Energiequelle (Ql) der Anschlussstation (AS) Energie über die erste elektrische Maschine (EMI) an den Energiespeicher (B) übertragen wird und von einer zweiten elektrischen Energiequelle (Q2) der Anschlussstation (AS) Energie über die zweite elektrische Maschine (EM2) an den Energiespeicher (B) übertragen wird, wobei die Energiequellen (Q) getrennt voneinander Energie über die jeweilige elektrische Maschine (EMI; EM2) an den Energiespeicher (B) übertragen, oder über eine energieübertragende Verbindung (V) zwischen der ersten und der zweiten Energiequelle (Ql, Q2) der Anschlussstation (AS) Energie übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, wobei ein erster Teil einer Rückspeisungsenergie von dem Energiespeicher (B) über die erste elektrische Maschine (EMI) an eine erste elektrische Energiesenke der Anschlussstation (AS) übertragen wird und gleichzeitig ein zweiter Teil der Rückspeisungsenergie von dem Energiespeicher (B) über die zweite elektrische Maschine an eine zweite elektrische Energiesenke der Anschlussstation (AS) übertragen wird, die von der ersten Energiesenke getrennt ist, oder über eine energieübertragende Verbindung zwischen der ersten und der zweiten Energiesenke der Anschlussstation (AS) Energie übertragen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die erste elektrische Maschine (EMI) eine Asynchronmaschine ist und über diese Energie in Form eines Gleichstromsignals übertragen wird und die zweite elektrische Maschine (EM2) eine permanenterregte elektrische Maschine ist und über diese Energie in Form eines Gleichstromsignals oder in Form eines Wechselstromsignals übertragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4 oder 7, wobei die Energie über einen elektrischen fahrzeugseitigen Anschluss geführt wird und aufgetrennt wird in den ersten und den zweiten Leistungspfad.
Fahrzeugbordnetz (FB) mit einem Energiespeicher (B) , einem ersten elektrischen Anschluss (AI) und einem zweiten elektrischen Anschluss (A2) sowie mit einer ersten elektrischen Maschine (EMI) zwischen dem ersten Anschluss
(AI) und dem Energiespeicher (B) sowie mit einer zweiten elektrischen Maschine (EM2) zwischen dem zweiten Anschluss
(A2) und dem Energiespeicher (B) , wobei das Fahrzeugbordnetz (FB) entweder
- einen ersten Leistungspfad (LP1) aufweist, der von dem ersten elektrischen Anschluss (AI) über die erste elektrische Maschine (EMI) zu dem Energiespeicher (B) führt, sowie
- einen zweiten Leistungspfad (LP2) aufweist, der von dem zweiten elektrischen Anschluss (AI) über die zweite elektrische Maschine (EMI) zu dem Energiespeicher (B) führt oder
- einen ersten Leistungspfad (LP1) aufweist, der von dem ersten elektrischen Anschluss (AI) über die erste elektrische Maschine (EMI) zu dem Energiespeicher (B) führt sowie
- einen zweiten Leistungspfad (LP2) aufweist, der von diesem ersten elektrischen Anschluss (AI) über die zweite elektrische Maschine (EMI) zu dem Energiespeicher (B) führt .
Fahrzeugbordnetz (FB) nach Anspruch 9, wobei zwischen der ersten elektrischen Maschine (EMI) und dem Energiespeicher (B) ein erster Inverter (II) angeschlossen ist und zwischen der zweiten elektrischen Maschine (EM2) und dem Energiespeicher (B) ein zweiter Inverter (12) angeschlossen ist, wobei eine gemeinsame Steuerung (S) sowohl den ersten als auch den zweiten Inverter (II, 12) ansteuert. Fahrzeugbordnetz (FB) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die erste elektrische Maschine (EMI) und die zweite elektrische Maschine (EM2) jeweils einen Konfigurationsschalter aufweisen, der in einem ersten Schaltzustand Phasen (P1-P3) der betreffenden elektrischen Maschine zu einem jeweiligen Sternpunkt (S) verbindet und in einem zweiten Schaltzustand eine oder mehrere Phasen von dem Sternpunkt (S) trennt.
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