DE102013205869B4 - Fahrzeug mit einer mehrphasigen Maschine - Google Patents

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Abstract

Fahrzeug mit einer 2xN-phasigen elektrischen Maschine, mit einem ersten Teilenergiebordnetz (BN1), das eine erste Nenngleichspannungslage aufweist, und mit einem zweiten Teilenergiebordnetz (BN2), das eine zweite Nenngleichspannungslage aufweist, wobei die elektrische Maschine einen Rotor, ein gemeinsames Statorsystem (1) mit einem ersten N-phasigen Wicklungssystem (1a) und einem zweiten N-phasigen Wicklungssystem (1b) umfasst, das erste Teilenergiebordnetz einen Zwischenkreiskondensator (3), einen ersten Inverter (2a) und einen zweiten Inverter (2b) umfasst, das erste Wicklungssystem dem ersten Inverter und das zweite Wicklungssystem dem zweiten Inverter zugeordnet ist,
- das erste N-phasige Wicklungssystem in einer Sternschaltung ausgeführt ist,
- das zweite N-phasige Wicklungssystem in einer Sternschaltung ausgeführt ist, und
- durch eine Transferschaltung mindestens ein Sternpunkt eines Wicklungssystems mit dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes elektrisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Transferschaltung pulsweitenmoduliert betreibbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer 2xN-phasigen elektrischen Maschine, mit einem ersten Teilenergiebordnetz, das eine erste Nenngleichspannungslage aufweist, und mit einem zweiten Teilenergiebordnetz, das eine zweite Nenngleichspannungslage aufweist, wobei die elektrische Maschine einen Rotor, ein gemeinsames Statorsystem mit einem ersten N-phasigen Wicklungssystem und einem zweiten N-phasigen Wicklungssystem umfasst, das erste Teilenergiebordnetz einen Zwischenkreiskondensator, einen ersten Inverter und einen zweiten Inverter umfasst, das erste Wicklungssystem dem ersten Inverter und das zweite Wicklungssystem dem zweiten Inverter zugeordnet ist.
  • Üblicherweise werden in einem Fahrzeug Komponenten, die elektrische Energieverbraucher darstellen, von einem Energiebordnetz mit einer Nennspannungslage von 14 Volt versorgt. Ein sekundärer 12 V-Energiespeicher, der im Bordnetz je nach Betriebssituation die Funktion einer Energiequelle oder die Funktion einer Energiesenke übernimmt, und ein 14 V-Generator werden darauf ausgelegt, eine elektrische Leistung von 2-3 kW im Fahrzeug bereitzustellen.
  • Falls in das Bordnetz des Fahrzeugs mehrere Verbraucher mit höherem Leistungsbedarf integriert sind, kann das Bordnetz zwei Teilenergiebordnetze aufweisen. Dann transferiert ein Gleichstromsteller elektrische Leistung zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen. Die elektrische Maschine, die bei einem Fahrzeug mit elektrifiziertem Antriebsstrang auch motorisch betreibbar sein kann, weist neben jeweils zumindest einem Energiespeicher je Teilenergiebordnetz die Funktion als elektrische Energiequelle oder -senke im Fahrzeug auf. Eine solche Bordnetz-Topologie ist beispielsweise in der Schrift DE 102 44 229 A1 dargestellt.
  • DE 10 2012 203 528 A1 offenbart ein Fahrzeug mit elektrischer Maschine sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben, wobei zwei Statoren einem Rotor einer elektrischen Maschine zugeordnet sind. Über eine Transferschaltung kann der Sternpunkt des ersten Statorsystems mit dem höheren Potenzial eines zweiten Teilbordnetzes, welches dem zweiten Statorsystem zugeordnet ist, verbunden werden.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Fahrzeug mit einer 2xN-phasigen elektrischen Maschine, mit einem ersten Teilenergiebordnetz, das eine erste Nenngleichspannungslage aufweist, und mit einem zweiten Teilenergiebordnetz, das eine zweite Nenngleichspannungslage aufweist, wobei die elektrische Maschine einen Rotor, ein gemeinsames Statorsystem mit einem ersten N-phasigen Wicklungssystem und einem zweiten N-phasigen Wicklungssystem umfasst, das erste Teilenergiebordnetz einen Zwischenkreiskondensator, einen ersten Inverter und einen zweiten Inverter umfasst, das erste Wicklungssystem dem ersten Inverter und das zweite Wicklungssystem dem zweiten Inverter zugeordnet ist, zu beschreiben.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Erfindungsgemäß ist das erste N-phasige Wicklungssystem in einer Sternschaltung ausgeführt, das zweite N-phasige Wicklungssystem ist in einer Sternschaltung ausgeführt, und durch eine Transferschaltung ist mindestens ein Sternpunkt eines Wicklungssystems mit dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes pulsweitenmoduliert elektrisch verbindbar.
  • Es bedeutet der Ausdruck 2xN, dass die Maschine über zwei N-phasige Wicklungssysteme verfügt.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Transferschaltung dauerhaft ein- oder ausschaltbar. Außerdem ist die Transferschaltung erfindungsgemäß pulsweitenmoduliert betreibbar.
  • Das bedeutet, dass die Transferschaltung einen Schaltzustand „Dauer aus“ bzw. einen Schaltzustand „Dauer ein“ annehmen kann.
  • Vorteilhaft ist es, wenn das erste Wicklungssystem und das zweite Wicklungssystem der elektrischen Maschine jeweils drei Phasen aufweist und die beiden Wicklungssysteme im Wesentlichen um 30° elektrisch zueinander verschoben sind.
  • Nach einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung sind die beiden Sternpunkte des jeweiligen N-phasigen Wicklungssystems über einen gemeinsamen Schalter mit dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes verbindbar und es sind die beiden Inverter phasenversetzt und pulsweitenmoduliert ansteuerbar.
  • Dadurch ist gewährleistet, dass ein Stromrippel eines zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen fließenden Stroms reduziert wird. Als Stromrippel ist ein dem mittleren Gleichstrom überlagerter Wechselanteil zu verstehen, der dadurch zustande kommt, dass die in der elektrischen Maschine wirksamen Induktivität mit einer pulsweitenmodulierten Spannung beaufschlagt werden. Die Höhe des Stromrippels ist abhängig vom Tastverhältnis der pulsweitenmodulierten Spannung, der Taktfrequenz des Inverters, der Höhe der Induktivität und der Spannungsdifferenz über der Induktivität.
  • Für einen Tiefsetzsteller lässt sich der Stromrippel wie folgt angeben: Δ I 0 = U e − U a L ⋅ D ⋅ t s
    Figure DE102013205869B4_0001
  • Für den Tiefsetzsteller ist das Tastverhältnis definiert als D = U a U e
    Figure DE102013205869B4_0002
  • Für den Hochsetzsteller gilt für den Stromrippel Δ I 0 = U e L ⋅ D ⋅ t s
    Figure DE102013205869B4_0003
    wobei hier das Tastverhältnis als D = U a − U e U a
    Figure DE102013205869B4_0004
    definiert ist. Unter Annahme gleicher Parameter ergibt sich in beiden Fällen der gleiche Stromrippel.
  • Ferner kann es sein, dass die beiden Sternpunkte der beiden N-phasigen Wicklungssysteme elektrisch verbunden und über jeweils einen Schalter mit dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes verbindbar sind, und die beiden Inverter phasenversetzt und pulsweitenmoduliert ansteuerbar sind, um einen Stromrippel eines zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen fließenden Stroms zu reduzieren. Ein Phasenversatz kommt beispielsweise dadurch zustande, dass die Steuereinheit die pulsweitenmodulierten Ansteuersignale den beiden Invertern zeitversetzt zuführt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die beiden Sternpunkte der beiden N-phasigen Wicklungssysteme elektrisch verbunden und über eine Halbbrücke mit dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes verbindbar sind, und mindestens einer der beiden Inverter und/oder die Halbbrücke phasenversetzt und pulsweitenmoduliert ansteuerbar ist, um einen Stromrippel eines zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen fließenden Stroms zu reduzieren.
  • Das heißt, dass allein die Halbbrücke oder alternativ allein einer der beiden Inverter oder die Halbbrücke und einer der beiden Inverter in Kombination phasenversetzt und pulsweitenmoduliert angesteuert werden.
  • Nach einer besonders bevorzugten Variante der Erfindung ist der jeweilige Sternpunkt des jeweiligen N-phasigen Wicklungssystems über jeweils eine Halbbrücke mit dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes verbindbar und es ist mindestens einer der beiden Inverter und/oder mindestens eine der Halbbrücken phasenversetzt und pulsweitenmoduliert ansteuerbar, um einen Stromrippel eines zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen fließenden Stroms zu reduzieren.
  • Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der erste Inverter drei High-Side-Schalter (HS1, HS2, HS3) und drei Low-Side-Schalter (LS1, LS2, LS3) aufweist, der zweite Inverter drei High-Side-Schalter (HS4, HS5, HS6) und drei Low-Side-Schalter (LS4, LS5, LS6) aufweist, die drei High-Side-Schalter des ersten Inverters und die drei Low-Side-Schalter des ersten Inverters pulsweitenmoduliert ansteuerbar sind, die drei High-Side-Schalter des zweiten Inverters und die drei Low-Side-Schalter des zweiten Inverters pulsweitenmoduliert ansteuerbar sind, und die elektrische Maschine sowohl bei aktiver oder inaktiver Transferschaltung motorisch oder generatorisch oder in einem Mischbetrieb durch pulsweitenmodulierte Ansteuerung der High-Side-Schalter und Low-Side-Schalter des ersten Inverters und des zweiten Inverters betreibbar ist.
  • Außerdem ergeben sich Vorteile, wenn die erste Nennspannungslage die zweite Nennspannungslage in Richtung höherer Nennspannungslage übersteigt, und die elektrische Maschine sowohl bei stillstehendem Rotor als auch bei drehendem Rotor als Gleichstrom-Tiefsetzsteller von dem ersten Teilenergiebordnetz und zu dem zweiten Teilenergiebordnetz betreibbar ist.
  • Es kann auch die erste Nennspannungslage die zweite Nennspannungslage in Richtung höherer Nennspannungslage übersteigen und es kann die elektrische Maschine sowohl bei stillstehendem Rotor als auch bei drehendem Rotor als Gleichstrom-Hochsetzsteller von dem zweiten Teilenergiebordnetz zu dem ersten Teilenergiebordnetz betrieben werden.
  • Im Übrigen kann der Rotor bei Vorhandensein einer Erregerwicklung kurzgeschlossen werden.
  • Die Erfindung beruht auf den nachfolgend dargelegten Überlegungen:
    • Ein Fahrzeug mit einem 12 Volt-Teilenergiebordnetz und mit einem 48 Volt-Teilenergiebordnetz kann umgesetzt werden beispielsweise mit einem riemengetriebenen 48 Volt-Startergenerator und einem Gleichstrom-Gleichstrom-Steller zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen.
  • Alternativ kann ein Startergenerator mit zwei Spannungslagen genutzt werden, d.h. eine elektrische Maschine mit einem gemeinsamen Statorsystem und 2 x N-phasigen Wicklungssystemen, wobei jedem Teilenergiebordnetz ein Wicklungssystem zugeordnet ist und über einen Schalter die Sternpunkte der beiden Wicklungssysteme verbindbar sind. Auf diese Weise kann Leistung ohne den separaten Gleichstrom-Gleichstrom-Steller zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen transferiert werden, was sich begünstigend auf Kosten, Gewicht und Bauraumvolumen auswirkt.
  • Nachteilig daran ist allerdings, dass ein Teil der Leistung der elektrischen Maschine dem 12 Volt-Teilenergiebordnetz zugeordnet ist und nicht in vollem Umfang als Rekuperationsleistung auf der 48 Volt-Seite z.B. in einen dortigen Energiespeicher wie einer 48 Volt-Lithium-Ionen-Batterie geladen werden kann. Bei einer Aufteilung der zugeordneten Leistung zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen von z.B. 75 % zum 48 Volt-Teilenergiebordnetz und 25 % zum 12 Volt-Teilenergiebordnetz wird die Hälfte der in den Invertern zur Stromtragfähigkeit erforderlichen Silizium-Halbleiterfläche, die z.B. in MOSFET-Technik ausgeführt ist, für das 12 Volt-Teilenergiebordnetz beansprucht (25 %). Bei gleicher Höhe der Phasenströme übersteigt die Stromrippelbelastung von zwei Zwischenkreiskondensatoren (in jedem Teilenergiebordnetz je ein Zwischenkreiskondensator), die jeweils einer 3-phasigen Maschine zugeordnet sind, die Stromrippelbelastung einer 2 x 3-phasigen elektrischen Maschine mit nur einer Spannungslage, bei der die beiden 3-phasigen Wicklungen um 30° zueinander verschoben sind. Dadurch muss die Kapazität der Zwischenkreiskondensatoren hoch gewählt werden muss.
  • Zur Verbesserung des Betriebs eines Startergenerators mit zwei Spannungslagen wird vorgeschlagen, auf Basis eines 6-phasigen 48 Volt-Startergenerators mit zwei 3-phasigen in einer Sternschaltung verschalteten Wicklungssystemen, deren elektrische Phasen jeweils um 30° zueinander versetzt sind, über jeweils einen Sternpunktschalter mit dem 12 Volt-Teilenergiebordnetz zu verbinden.
  • Mittels der Sternpunktschalter kann im Stand (0 Umdrehungen des Rotors der elektrischen Maschine pro Minute) oder im Betrieb (> 1500 Umdrehungen des Rotors der elektrischen Maschine pro Minute) entweder durch dauerhaftes Einschalten oder durch pulsweitenmodulierte Ansteuerung, ggfs. auch im Interleaved-Betrieb, d.h. phasenversetzte Ansteuerung der Sternpunktschalter bzw. der beiden B6-Umrichter, welche den jeweiligen Wicklungssystemen zugeordnet sind, elektrische Leistung von dem 48 Volt-Teilenergiebordnetz in das 12 Volt-Teilenergiebordnetz oder umgekehrt transferiert werden.
  • Im Vergleich zu einem System mit einem Startergenerator mit zwei Spannungslagen, d.h. mit zwei Wicklungssystemen, wobei jedem Teilenergiebordnetz ein elektrisches Wicklungssystem zugeordnet ist und über einen Schalter entweder die Sternpunkte der beiden Wicklungssysteme untereinander verbindbar sind oder der Sternpunkt des Wicklungssystems, der dem Teilenergiebordnetz höherer Spannung zugeordnet ist, mit dem höheren Potenzial des Teilenergiebordnetzes niedrigerer Spannung verbindbar ist, ergibt sich die Möglichkeit eines geringeren Volumens der Zwischenkreiskondensatoren durch eine geringere Rippelstrombelastung, einer geringeren Halbleiterfläche und einer höheren wandelbaren Gleichstrom-Gleichstrom-Leistung. Dies wirkt sich auf Kosten, Gewicht und Bauraumvolumen vorteilhaft aus.
  • Beim Rekuperieren kann stets die volle Leistung der elektrischen Maschine im 48 Volt-Teilenergiebordnetz zu Verfügung bereitgestellt werden, d.h. die Rekuperationsleistung zugunsten der Energieeffizienz des Fahrzeugs, maximiert werden.
  • Ferner steht bei einem Einfachfehler, z.B. einem Windungsschluß, einem Windungsbruch oder einem MOSFET-Fehler des Sternpunktschalters noch die halbe Wandlungsleistung über den zweiten Sternpunktschalter zur Verfügung.
  • Die Erfindung zeigt also ein Fahrzeug mit einer 2xN-phasigen Maschine, mit einem ersten Teilenergiebordnetz, das eine erste Nenngleichspannungslage aufweist, und mit einem zweiten Teilenergiebordnetz, das eine zweite Nenngleichspannungslage aufweist, wobei die elektrische Maschine einen Rotor, einen gemeinsamen Stator mit einer ersten N-phasigen Wicklung und einer zweiten N-phasigen Wicklung umfasst, das erste Teilenergiebordnetz einen ersten und einen zweiten Inverter mit einem gemeinsamen Zwischenkreiskondensator umfasst, das erste Wicklungssystem dem ersten Inverter und das zweite Wicklungssystem dem zweiten Inverter zugeordnet ist, und das zweite Teilenergiebordnetz einen Zwischenkreiskondensator umfasst.
  • Die Verbindung zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen geschieht über die beiden Sternpunkte der 2xN-phasigen Maschine und dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes, entweder direkt oder optional über einen oder mehrere Schalter. Der Inverter kann entweder eine gängige Brückenschaltung sein oder auch als Multi Level Umrichter ausgeführt sein. Eine besonders vorteilhafte Ausführung der elektrischen Maschine besteht aus 2x3-phasigen Wicklungssysteme, die um einen gewissen elektrischen Winkel zueinander verschoben sind, besonders vorteilhaft um 30°. Damit reduziert sich der Stromrippel im Zwischenkreiskondensator, der den beiden Invertern im Teilenergiebordnetz 1 zugeordnet ist, signifikant.
  • Es sind beide Wicklungssysteme in einer Sternschaltung ausgeführt und eine Transferschaltung verbindet beide Sternpunkte der beiden Wicklungssysteme mit dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes.
  • Dies bedeutet, dass beide Sternpunkte der beiden Wicklungssysteme mit dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes direkt elektrisch koppelbar sind.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Transferschaltung eine erste Diode und eine zweite Diode, die gegenläufig und in Reihe geschaltet sind.
  • Weiterhin umfasst die Transferschaltung einen ersten Schalter, der der ersten Diode parallel geschaltet ist oder alternativ einen zweiten Schalter, der der ersten Diode parallel geschaltet ist.
  • Es ist auch besonders vorteilhaft, wenn die Transferschaltung den ersten Schalter, der der ersten Diode parallel geschaltet ist, und den zweiten Schalter, der der zweiten Diode parallel geschaltet ist, umfasst.
  • Die gegenläufig geschalteten Dioden stellen sicher, dass bei geöffnetem ersten Schalter und/oder bei geöffnetem zweiten Schalter die direkte elektrische Kopplung zwischen dem Sternpunkt des jeweiligen Wicklungssystems und dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes unwirksam ist. Bei geschlossenem ersten Schalter und/oder bei geschlossenem zweiten Schalter besteht eine direkte elektrische Verbindung zwischen dem Sternpunkt des jeweiligen Wicklungssystems und dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes in Form einer sehr niederohmigen Verbindung durch eine Reihenschaltung von zwei geschlossenen Schaltern oder eine Reihenschaltung eines Schalters und einer Diode.
  • Eine weitere Variante der Erfindung besteht darin, dass beide Inverter vorteilhafterweise für jede N Phase der Maschine eine Halbbrücke mit jeweils einem High-Side-Schalter und einem Low-Side-Schalter aufweisen. Jeder Schalter einer Halbbrücke ist pulsweitenmoduliert steuerbar, so dass die elektrische Maschine sowohl bei geöffneter oder geschlossener Sternpunktverbindung durch pulsweitenmodulierte Ansteuerung der High-Side-Schalter und der Low-Side-Schalter des ersten Inverters und des zweiten Inverters entweder gesamthaft motorisch oder gesamthaft generatorisch oder in einem Mischbetrieb betreibbar ist. Den Low-Side-Schaltern und High-Side-Schaltern ist jeweils eine Low-Side-Diode bzw. eine High-Side-Diode parallel geschaltet.
  • Dies bedeutet, dass die Maschine bezüglich des Teilenergiebordnetzes als Generator oder als Motor einsetzbar ist. Bei dem Betrieb als Generator wird dem Teilenergiebordnetz 1 über mindestens ein Wicklungssystem der Maschine elektrische Energie infolge eines dem Rotor von außen (z.B. von einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs) aufgeprägten Drehmoments zugeführt. Bei dem Betrieb als Motor wird dem Teilenergiebordnetz 1 über mindestens ein Wicklungssystem elektrische Energie entnommen und in Rotationsenergie des Rotors gewandelt, die von dem Rotor von außen (z.B. von einem riemengetriebenen Verbraucher des Fahrzeugs) als Drehmoment abgegriffen wird.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Nennspannungslage die zweite Nennspannungslage in Richtung Spannungslage gegenüber eine Referenzspannung im Fahrzeug, z.B. einer den beiden Teilenergiebordnetzen gemeinsamen elektrischen Masse des Fahrzeugs, übersteigt, und die elektrische Maschine bei stillstehendem Rotor als Gleichspannungs-Tiefsetzsteller zwischen von dem ersten Teilenergiebordnetz und zu dem zweiten Teilenergiebordnetz betreibbar ist.
  • Die elektrische Maschine ist dadurch als bidirektionaler Gleichspannungswandler betreibbar, dass die Sternpunktverbindung zum Teilenergiebordnetz 2 geschlossen wird und mindestens einer der Sternpunktströme über die Steuereinheit auf einen positiven oder negativen Wert geregelt wird und der jeweils aktive Inverter pulsweitenmoduliert angesteuert wird.
  • Zusätzlich kann bei Vorhandensein einer auf dem Rotor der elektrischen Maschine befindlichen Erregerwicklung bei Bedarf elektrisch kurzgeschlossen werden.
  • Im Folgenden werden anhand der beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung. In den Figuren kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche technische Merkmale. Im Einzelnen zeigen schematisch
    • 1: Fahrzeug mit elektrischer Maschine, Gleichstromsteller und zwei Teilenergiebordnetzen (Stand der Technik)
    • 2: Fahrzeug mit elektrischer Maschine und einem Sternpunktschalter, welcher mit zusammengeschaltetem Sternpunkt der 2xN-phasigen Maschine verbunden
    • 3: Fahrzeug mit elektrischer Maschine und zwei Sternpunktschaltern, welche mit jeweils einem Sternpunkt der 2xN-phasigen Maschine verbunden
    • 4: Fahrzeug mit elektrischer Maschine und mit nachgeschalteter Halbbrücke, welche mit zusammengeschaltetem Sternpunkt der 2xN-phasigen Maschine verbunden
    • 5: Fahrzeug mit elektrischer Maschine und mit zwei nachgeschalteten Halbbrücke, mit jeweils einem Sternpunkt der 2xN-phasigen Maschine verbunden
    • 6a/b: Beispielhafte Ausführungsformen des Schalters/der Schalter nach den 2 bis 5
  • Für ein Fahrzeug mit zwei Teilenergiebordnetzen (Zweispannungs-Bordnetz) bei zwei unterschiedlichen Nennspannungslagen können nach dem Stand der Technik neben den beiden Teilenergiebordnetzen selbst im Wesentlichen zumindest vier Komponenten erforderlich sein (siehe 1). Dies sind eine N-phasige elektrische Maschine (1) - bevorzugt in Sternschaltung, jedoch auch anderweitige Ausführung möglich - und ein Gleichspannungssteller (4) zwischen zwei Teilenergiebordnetzen (BN1, BN2). Die elektrische Maschine kann aus zwei 3-phasigen Wicklungssystemen bestehen, die im Wesentlichen identisch aufgebaut sein können. Die beiden Wicklungssysteme können auch um einen gewissen elektrischen Winkel zueinander verschaltet sein.
  • Das Bordnetz (BN2) kann beispielsweise ein konventionelles 12 V-Bordnetz sein und das Bordnetz (BN1) ein Bordnetz mit höherer Nennspannungslage. Alternativ können das Bordnetz (BN1) und das Bordnetz (BN2) eine vergleichbare Nennspannungslage von z.B. 400 V aufweisen, wenn etwa unterschiedliche Energiespeicher, z.B. eine Lithium-Ionen-Batterie und einen Doppelschichtkondensator, miteinander kombiniert werden. Beide Bordnetze weisen ein höheres elektrisches Potenzial auf, das im Wesentlichen jeweils durch die beiden Nennspannungslagen bestimmt ist, und ein niedrigeres elektrisches Potenzial, das beiden Bordnetzen gemeinsam ist und ggf. mit der Masse des Fahrzeugs verbunden ist. Die tatsächlichen Spannungslagen der jeweils höheren elektrischen Potenziale der beiden Bordnetze können zu einem beliebigen Betriebszeitpunkt von den jeweiligen Nennspannungslagen der beiden Bordnetze abweichen.
  • Der Gleichspannungssteller ermöglicht den uni- oder bidirektionalen Transfer von Leistung bzw. Energie zwischen den beiden Bordnetzen unabhängig vom Zustand der elektrischen Maschine.
  • Als elektrische Maschine kann nach dem Stand der Technik eine N-phasige elektrische Maschine, z.B. eine 6-phasige Maschine mit zwei jeweils dreiphasigen Wicklungen in Sternschaltung, zum Einsatz kommen. Jedes der beiden 3-phasigen Wicklungssysteme wird über jeweils einen Inverter (2a, 2b) und einen gemeinsamen Zwischenkreiskondensator (3) betrieben. Das zweite Teilenergiebordnetz weist optional einen Glättungskondensator (3') auf.
  • 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit der elektrischen Maschine (1) und einem gemeinsamen Sternpunktschalter (4), über welchen die Sternpunkte der 2xN-phasigen Maschine (1a, 1b) mit dem Teilenergiebordnetz (BN2) verbunden sind.
  • Diese Topologie stellt die einfachste Art des Hoch-/Tiefsetzstellers dar. Bei drehendem Betrieb der elektrischen Maschine ist die Höhe der übertragbaren Leistung jedoch stark davon abhängig, wie hoch die beiden Inverter, die dem Teilenergiebordnetz 1 zugeordnet sind, bereits ausgesteuert sind, z.B. um ein positives oder negative Drehmoment zu erzeugen.
  • Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass über die elektrische Maschine und die zum Betrieb der elektrischen Maschine genutzten Inverter und einer mit einfachen Mitteln in das Fahrzeug integrierbaren Schaltung Leistung zwischen den beiden Bordnetzen transferierbar ist. Dies bietet den Vorteil, dass ohne Nutzung eines Gleichstromstellers (4) (wie in 1 gezeigt) Energie von einem Teilenergiebordnetz des Fahrzeugs in das andere Teilenergiebordnetz des Fahrzeugs transferierbar ist, ohne dass die Notwendigkeit besteht, dass die elektrische Maschine in Betrieb befindlich ist.
  • Ein weiterer besonderer Vorteil ist die Einstellbarkeit einer Energietransferrichtung (Buck- und/oder Boost-Betrieb) basierend auf der Ausgestaltung der Transferschaltung. Diese kann z.B. aus einem Schalter bestehen, der das Teilenergiebordnetz (BN2) mit der Zusammenschaltung der beiden Sternpunkte der N-phasigen Maschine verbindet. Dies kann vorteilhaft sein, wenn kein elektrischer Winkel zwischen den beiden N-phasigen Wicklungssystemen besteht und davon ausgegangen wird, dass die Sternpunktspannung beider Wicklungen zu jedem Zeitpunkt im Wesentlichen gleich ist.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform des Fahrzeugs mit der elektrischen Maschine (1) und zwei Sternpunktschaltern (4a, 4b), welche mit jeweils einem Sternpunkt der 2xN-phasigen Maschine (1a, 1b) und dem Teilenergiebordnetz (BN2) verbunden sind.
  • Die Grundfunktionalität dieser Topologie deckt sich mit der vorangegangenen aus 2, bietet jedoch den Vorteil der Redundanz.
  • Dies bedeutet, dass jeder Sternpunkt der N-phasigen Maschine separat mit einem eigenen Sternpunktschalter und dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes verbunden sein kann. Dies kann vorteilhaft sein, wenn ein elektrischer Winkel zwischen den beiden N-phasigen Wicklungssystemen besteht und nicht garantiert werden kann, dass die Sternpunktspannung beider Wicklungen zu jedem Zeitpunkt im Wesentlichen gleich ist. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, bei Ausfall eines Wicklungssystems immer noch die Hälfte der gesamthaft zwischen den Teilenergiebordnetzen übertragbaren Leistung transferieren zu können.
  • Außerdem kann durch phasenversetzten Betrieb der Inverter der beiden N-phasigen Wicklungen der Stromrippel des gesamten Sternpunktstroms, der zwischen den Teilenergiebordnetzen 1 und 2 fließt, reduziert werden, womit der Zwischenkreiskondensator (3') des Teilenergiebordnetzes kleiner dimensioniert werden kann. Der Sternpunktschalter kann bei Bedarf von der Steuereinheit auch pulsweitenmoduliert angesteuert werden, um ggfs. den Stromrippel weiter zu reduzieren.
  • Weitere Ausführungsformen der Transferschaltung sind in 4 in Form von einer Halbbrücke (Schalter 4 und Schalter 4`) und in 5 in Form von zwei Halbbrücken (Schalter 4a, 4a`, 4b, 4b`) dargestellt. Vorteilhaft sind hierbei die Möglichkeiten, auch bei verhältnismäßig geringer Sternpunktspannung und hoher Spannung im Teilenergiebordnetz (BN2) durch pulsweitenmodulierte Ansteuerung der Schalter (4) und (4') in 4 bzw. der Schalter (4a) und (4a`) sowie der Schalter (4b) und (4b`) in 5 einen Hochsetzstellerbetrieb zu realisieren.
  • Die in 5 dargestellte Topologie bietet zusätzlich den Freiheitsgrad eines phasenversetzten Betriebs zwischen den beiden an den Sternpunkten der N-phasigen Wicklungssysteme angebrachten Halbbrücken, wodurch der Stromrippel des Gesamtsternpunktstroms, der zwischen den Teilenergiebordnetzen (BN1) und (BN2) fließt, weiter reduziert werden kann.
  • 6a zeigt Ausführungsformen der Schalter (4), (4`), (4a), (4b) aus den 2 bis 5.
  • Variante 1 stellt die einfachste Realisierungsmöglichkeit des Sternpunktschalters mit nur einem Schalter und paralleler Diode dar, die dann eingesetzt werden kann, wenn sichergestellt ist, dass das Potenzial des Sternpunktes immer höher ist als das höhere Potenzial des Bordnetzes. Besonders vorteilhaft ist Variante 2 mit 2 Schaltern und gegenläufig gerichteten Dioden, die ein beidseitiges Sperren der Spannung unter jeglichen Umständen gewährleistet und sowohl Hochals auch Tiefsetzstellerbetrieb ermöglicht. Die Varianten 3 und 4 stellen weitere Möglichkeiten für einen beidseitig sperrenden Schalter dar, wenn ein Energietransfer in nur eine Richtung erforderlich ist.
  • 6b zeigt Ausführungsformen der Schalter (4a`) und (4b`) nach 5.
  • Die einfachste Realisierungsmöglichkeit des Freilaufschalters stellt die Diode dar, die jedoch Lückbetrieb bei geringem Strom zur Folge hat. Die Ausführung als Schalter mit paralleler Diode behebt dieses Problem und hat außerdem den Vorteil, dass die Durchlassverluste bei geschlossenem Schalter geringer sind, als wenn die Diode leitet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    N-phasige Maschine, bevorzugt in Sternschaltung
    2a
    Inverter für erstes Wicklungssystem
    2b
    Inverter für zweites Wicklungssystem
    3
    Gemeinsamer Zwischenkreiskondensator für BN1, den Invertern 1 und 2 zugeordnet
    3'
    Glättungskondensator, dem BN2 zugeordnet
    4, 4`, 4a, 4a`, 4b, 4b'
    Schalter (jeweils)
    40
    DC/DC-Wandler zum Energietransfer zwischen Teilenergiebordnetz 1 und 2
    5
    Steuereinheit zur Ansteuerung des Inverters
    6
    Energiespeicher im Teilenergiebordnetz 1
    6'
    Energiespeicher im Teilenergiebordnetz 2
    7
    Verbraucher in BN1
    7'
    Verbraucher in BN2

Claims (11)

  1. Fahrzeug mit einer 2xN-phasigen elektrischen Maschine, mit einem ersten Teilenergiebordnetz (BN1), das eine erste Nenngleichspannungslage aufweist, und mit einem zweiten Teilenergiebordnetz (BN2), das eine zweite Nenngleichspannungslage aufweist, wobei die elektrische Maschine einen Rotor, ein gemeinsames Statorsystem (1) mit einem ersten N-phasigen Wicklungssystem (1a) und einem zweiten N-phasigen Wicklungssystem (1b) umfasst, das erste Teilenergiebordnetz einen Zwischenkreiskondensator (3), einen ersten Inverter (2a) und einen zweiten Inverter (2b) umfasst, das erste Wicklungssystem dem ersten Inverter und das zweite Wicklungssystem dem zweiten Inverter zugeordnet ist, - das erste N-phasige Wicklungssystem in einer Sternschaltung ausgeführt ist, - das zweite N-phasige Wicklungssystem in einer Sternschaltung ausgeführt ist, und - durch eine Transferschaltung mindestens ein Sternpunkt eines Wicklungssystems mit dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes elektrisch verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass - die Transferschaltung pulsweitenmoduliert betreibbar ist.
  2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - die Transferschaltung dauerhaft einschaltbar ist, und - die Transferschaltung dauerhaft ausschaltbar ist.
  3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass - das erste Wicklungssystem und das zweite Wicklungssystem der elektrischen Maschine jeweils drei Phasen aufweist und - die beiden Wicklungssysteme im Wesentlichen um 30° elektrisch zueinander verschoben sind.
  4. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - jeweilige Sternpunkte des jeweiligen N-phasigen Wicklungssystems über jeweils einen Schalter (4a, 4b) mit dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes verbindbar sind, und - die beiden Inverter (2a, 2b) phasenversetzt und pulsweitenmoduliert ansteuerbar sind, um einen Stromrippel eines zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen fließenden Stroms zu reduzieren.
  5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - Sternpunkte der beiden N-phasigen Wicklungssysteme elektrisch verbunden und über einen gemeinsamen Schalter (4) mit dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes verbindbar sind, und - die beiden Inverter (2a, 2b) phasenversetzt und pulsweitenmoduliert ansteuerbar sind, um einen Stromrippel eines zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen fließenden Stroms zu reduzieren.
  6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - Sternpunkte der beiden N-phasigen Wicklungssysteme elektrisch verbunden und über eine Halbbrücke (4, 4`) mit dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes verbindbar sind, und - mindestens einer der beiden Inverter (2a, 2b) oder die Halbbrücke phasenversetzt und pulsweitenmoduliert ansteuerbar ist, um einen Stromrippel eines zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen fließenden Stroms zu reduzieren.
  7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass - ein jeweiliger Sternpunkt des jeweiligen N-phasigen Wicklungssystems über jeweils eine Halbbrücke (4a, 4a' und 4b, 4b`) mit dem höheren Potenzial des zweiten Teilenergiebordnetzes verbindbar ist, und - mindestens einer der beiden Inverter (2a, 2b) oder mindestens eine der Halbbrücken phasenversetzt und pulsweitenmoduliert ansteuerbar ist, um einen Stromrippel eines zwischen den beiden Teilenergiebordnetzen fließenden Stroms zu reduzieren.
  8. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - der erste Inverter drei High-Side-Schalter (HS1, HS2, HS3) und drei Low-Side-Schalter (LS1, LS2, LS3) aufweist, - der zweite Inverter drei High-Side-Schalter (HS4, HS5, HS6) und drei Low-Side-Schalter (LS4, LS5, LS6) aufweist, - die drei High-Side-Schalter des ersten Inverters und die drei Low-Side-Schalter des ersten Inverters pulsweitenmoduliert ansteuerbar sind, - die drei High-Side-Schalter des zweiten Inverters und die drei Low-Side-Schalter des zweiten Inverters pulsweitenmoduliert ansteuerbar sind, - die elektrische Maschine sowohl bei aktiver oder inaktiver Transferschaltung motorisch oder generatorisch oder in einem Mischbetrieb durch pulsweitenmodulierte Ansteuerung der High-Side-Schalter und Low-Side-Schalter des ersten Inverters und des zweiten Inverters betreibbar ist.
  9. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Nennspannungslage die zweite Nennspannungslage in Richtung höherer Nennspannungslage übersteigt, - die elektrische Maschine sowohl bei stillstehendem Rotor als auch bei drehendem Rotor als Gleichstrom-Tiefsetzsteller von dem ersten Teilenergiebordnetz und zu dem zweiten Teilenergiebordnetz (BN2) betreibbar ist.
  10. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Nennspannungslage die zweite Nennspannungslage in Richtung höherer Nennspannungslage übersteigt, und - die elektrische Maschine sowohl bei stillstehendem Rotor als auch bei drehendem Rotor als Gleichstrom-Hochsetzsteller von dem zweiten Teilenergiebordnetz (BN2) zu dem ersten Teilenergiebordnetz (BN1) betreibbar ist.
  11. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor bei Vorhandensein einer Erregerwicklung kurzgeschlossen werden kann.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015213048A1 (de) * 2015-07-13 2017-01-19 Volkswagen Aktiengesellschaft Anordnung zum Bereitstellen eines Ausgangspotentials und Fahrzeug mit einer solchen Anordnung
DE102016215762A1 (de) 2016-08-23 2018-03-01 Volkswagen Aktiengesellschaft Elektrische Antriebsanordnung
EP3672065B1 (de) * 2018-12-18 2024-05-29 Valeo eAutomotive Germany GmbH Wechselrichteranordnung für eine elektrische maschine, anordnung mit einer elektrischen maschine und der wechselrichteranordnung, verfahren zum betreiben einer elektrischen maschine und computerprogramm
CN112152254A (zh) * 2019-06-26 2020-12-29 北京金风科创风电设备有限公司 双绕组变流器的控制方法和控制***
DE102019128473A1 (de) 2019-10-22 2021-04-22 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine und Antriebssystem für ein Fahrzeug
FR3143227A1 (fr) * 2022-12-09 2024-06-14 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Système d’alimentation électrique alimentant une charge électrique via une tension polyphasée et en outre un réseau auxiliaire via une composante homopolaire de ladite tension, installation électrique associée

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10244229A1 (de) 2001-09-25 2003-04-17 Toyota Motor Co Ltd Stromversorgungssystem und Stromversorgungsverfahren
DE102006056855A1 (de) 2006-12-01 2008-06-05 Robert Bosch Gmbh Elektronisches Antriebssystem für ein Aggregat eines Fahrzeugs
DE102012203528A1 (de) 2012-03-06 2013-09-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeug mit elektrischer Maschine und Verfahren zum Betreiben dieser
DE102012203525A1 (de) 2012-03-06 2013-09-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeug mit elektrischer Maschine und Verfahren zum Betreiben dieser

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10244229A1 (de) 2001-09-25 2003-04-17 Toyota Motor Co Ltd Stromversorgungssystem und Stromversorgungsverfahren
DE102006056855A1 (de) 2006-12-01 2008-06-05 Robert Bosch Gmbh Elektronisches Antriebssystem für ein Aggregat eines Fahrzeugs
DE102012203528A1 (de) 2012-03-06 2013-09-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeug mit elektrischer Maschine und Verfahren zum Betreiben dieser
DE102012203525A1 (de) 2012-03-06 2013-09-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrzeug mit elektrischer Maschine und Verfahren zum Betreiben dieser

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