DE102014008848A1 - Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten elektrischen Maschine (12) und einer zweiten elektrischen Maschine (12') sowie mit einer Energieversorgungseinrichtung (16) zum Versorgen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine (12, 12') mit elektrischer Energie, wobei die Energieversorgungseinrichtung (16) einen ersten Hochvolt-Kreis (18) zum Versorgen der ersten elektrischen Maschine (12) mit elektrischer Energie und einen zweiten Hochvolt-Kreis (18') zum Versorgen der zweiten elektrischen Maschine (12') mit elektrischer Energie umfasst, wobei der erste Hochvolt-Kreis (18) und der zweite Hochvolt-Kreis (18') elektrisch voneinander getrennt sind.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten elektrischen Maschine und einer zweiten elektrischen Maschine sowie mit einer Energieversorgungseinrichtung zum Versorgen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine mit elektrischer Energie. Überdies betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Antriebsvorrichtung.
  • Aus dem Stand der Technik sind Kraftfahrzeuge bekannt, die eine Antriebsvorrichtung mit zumindest einer elektrischen Maschine und eine Energieversorgungseinrichtung aufweisen. Eine solche Antriebsvorrichtung kann auch als Elektroantrieb bezeichnet werden. Mit den elektrischen Maschinen beziehungsweise den Elektromotoren können die Räder des Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Um die Elektromotoren mit elektrischer Energie zu versorgen, werden beispielsweise Batterien, insbesondere Hochvolt-Batterien, verwendet. Alternativ dazu können Brennstoffzellensysteme verwendet werden, um die Elektromotoren mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Hochvolt-Batterie und/oder das Brennstoffzellensystem sind üblicherweise in einem Hochvolt-Kreis des Kraftfahrzeugs angeordnet. Da in diesem Hochvolt-Kreis beziehungsweise Hochvolt-Bordnetz üblicherweise elektrische Spannungen über 400 Volt bereitgestellt werden, sind elektrische Isolierungen vorzusehen, die einen entsprechend hohen Isolationswiderstand aufweisen.
  • In diesem Zusammenhang beschreibt die US 2013/0167752 A1 eine batteriebetriebene Lokomotive, die eine Mehrzahl von Traktionsmotoren aufweist, die vorzugsweise mit wiederaufladbaren Batterien oder anderen Energiespeichereinrichtungen angetrieben werden. Die einzelnen Batterien sind mit einem Bus verbunden, über welchen die elektrische Energie auf Traktionsmotoren übertragen werden kann. Ein Batteriemanagementsystem überwacht und gleicht die Batterien so an, dass ein gewünschter Ladezustand und eine Tiefe der Entladung für jede Batterie erreicht werden.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art einfacher und kostengünstiger betrieben werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst eine erste elektrische Maschine und eine zweite elektrische Maschine. Darüber hinaus umfasst die Antriebsvorrichtung eine Energieversorgungseinrichtung zum Versorgen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine mit elektrischer Energie. Weiterhin umfasst die Energieversorgungseinrichtung einen ersten Hochvolt-Kreis zum Versorgen der ersten elektrischen Maschine mit elektrischer Energie und einen zweiten Hochvolt-Kreis zum Versorgen der zweiten elektrischen Maschine mit elektrischer Energie, wobei der erste Hochvolt-Kreis und der zweite Hochvolt-Kreis elektrisch voneinander getrennt sind.
  • Anstelle einer einzigen Energieversorgungseinrichtung, mit der die elektrischen Maschinen des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt werden können, werden nun zumindest zwei Hochvolt-Kreise bereitgestellt, mit denen jeweils eine elektrische Maschine versorgt werden kann. Diese Hochvolt-Kreise sind galvanisch voneinander getrennt. Jeder der Hochvolt-Kreise dient zur Energieversorgung eines Elektromotors. Damit können die Isolationswiderstände der einzelnen Hochvolt-Kreise im Vergleich zu einer Energieversorgungseinrichtung, mit der alle elektrischen Maschinen der Antriebsvorrichtung versorgt werden, reduziert werden, da die Hochvolt-Kreise im Vergleich zu einer einzigen Energieversorgungseinrichtung geringere elektrische Spannungen bereitstellen.
  • Bevorzugt weist die Antriebsvorrichtung eine Steuereinrichtung zum Steuern eines mit der ersten elektrischen Maschine bereitgestellten Drehmoments und/oder eines mit der zweiten elektrischen Maschine bereitgestellten Drehmoments auf. Insbesondere kann die Steuereinrichtung, die beispielsweise ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs sein kann, die Drehmomentenverteilung derart steuern, dass die erste und die zweite elektrische Maschine das gleiche Drehmoment bereitstellen. Somit kann beispielsweise ein Gieren des Kraftfahrzeugs verhindert werden.
  • In einer Ausführungsform umfasst der erste Hochvolt-Kreis und/oder der zweite Hochvolt-Kreis eine Hochvolt-Batterie und/oder ein Brennstoffzellensystem. Jeder der Hochvolt-Kreise kann eine Hochvolt-Batterie umfassen, die aus mehreren Einzelzellen besteht. Alternativ dazu kann jeder der Hochvolt-Kreise ein Brennstoffzellensystem umfassen. Weiterhin kann es auch vorgesehen sein, dass jeder der Hochvolt-Kreise als Energiespeicher sowohl eine Hochvolt-Batterie als auch ein Brennstoffzellensystem umfasst. Somit kann die jeweilige elektrische Maschine beispielsweise mit einem nur mit der Hochvolt-Batterie oder nur mit dem Brennstoffzellensystem versorgt werden, wenn der andere Energiespeicher ausfällt.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn der erste Hochvolt-Kreis und/oder der zweite Hochvolt-Kreis dazu ausgebildet sind, jeweils eine vorbestimmte elektrische Spannung bereitzustellen. Hier kann beispielsweise ein Grenzwert beziehungsweise ein Schwellenwert für die elektrische Spannung vorgegeben werden. Somit kann auch ein Grenzwert für den Isolationswiderstand vorgegeben werden. Auf diese Weise kann ein sicherer Betrieb der Antriebsvorrichtung gewährleistet werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung sind die erste elektrische Maschine zum Antreiben eines ersten Rads des Kraftfahrzeugs und die zweite elektrische Maschine zum Antreiben eines zweiten Rads des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Die elektrischen Maschinen können zum Antreiben der Räder des Kraftfahrzeugs dienen, die einer Achse des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind. Hierbei sind die elektrischen Maschinen nicht über eine Achse mechanisch miteinander verbunden. Es kann auch vorgesehen sein, dass jeweils die erste elektrische Maschine zum Antreiben einer ersten Achse des Kraftfahrzeugs und die zweite elektrische Maschine zum Antreiben einer zweiten Achse des Kraftfahrzeugs vorgesehen sind. Auch in diesem Fall sind die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine nicht direkt mechanisch miteinander verbunden.
  • Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise als Personenkraftwagen, als Bus oder als Lastkraftwagen ausgebildet sein. Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug.
  • Die Fig. zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst eine erste elektrische Maschine 12 und eine zweite elektrische Maschine 12'. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dient die erste elektrische Maschine 12 zum Antreiben eines ersten Rads 14 des Kraftfahrzeugs 10 und die zweite elektrische Maschine 12' dient zum Antreiben eines zweiten Rads 14 des Kraftfahrzeugs 10. Darüber hinaus umfasst die Antriebsvorrichtung 10 eine Energieversorgungseinrichtung 16, mit der die erste elektrische Maschine 12 und die zweite elektrische Maschine 12' mit elektrischer Energie versorgt werden.
  • Vorliegend umfasst die Energieversorgungseinrichtung 16 einen ersten Hochvolt-Kreis 18 und einen zweiten Hochvolt-Kreis 18'. Mit den beiden Hochvolt-Kreisen 18, 18' kann jeweils eine Gleichspannung bereitgestellt werden. Dabei dient der erste Hochvolt-Kreis 18 zum Versorgen der ersten elektrischen Maschine 12 mit elektrischer Energie. Der zweite Hochvolt-Kreis 18' dient zum Versorgen der zweiten elektrischen Maschine 12' mit elektrischer Energie. Im Vergleich zur Energieversorgungseinrichtung, mit der die elektrische Energie für alle elektrischen Maschinen bereitgestellt wird, liegen an den jeweiligen Hochvolt-Kreisen 18, beziehungsweise geringere elektrische Spannungen an. Auf diese Weise können die Anforderungen beziehungsweise Grenzwerte an einen Gesamtisolationswiderstand der jeweiligen Hochvolt-Kreise 18, 18' eingehalten werden.
  • Der erste Hochvolt-Kreis 18 umfasst ein Brennstoffzellensystem 20, das beispielsweise mehrere Brennstoffzellen umfasst, die jeweils eine Gleichspannung bereitstellen. Des Weiteren umfasst der erste Hochvolt-Kreis 18 eine Hochvolt-Batterie 22. Auch die Hochvolt-Batterie 22 kann mehrere Einzelzellen umfassen, die elektrisch parallel und/oder in Reihe geschaltet sind. Auch mit der Hochvolt-Batterie 22 kann eine Gleichspannung bereitgestellt werden. Des Weiteren umfasst der erste Hochvolt-Kreis 18 einen DC-DC-Wandler 24, mit dem die mit dem Brennstoffzellensystem 20 bereitgestellte Gleichspannung gewandelt werden kann.
  • Darüber hinaus umfasst der erste Hochvolt-Kreis 18 einen Wechselrichter 26, mit dem die Gleichspannung, die von dem Brennstoffzellensystem 20 und/oder der Hochvolt-Batterie 22 bereitgestellt wird, in eine Wechselspannung gewandelt werden kann. Mit der Wechselspannung kann dann die erste elektrische Maschine 12 angetrieben werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die erste elektrische Maschine 12 mit einer dreiphasigen Wechselspannung betrieben. An dem Eingang des Wechselrichters 26 liegen das Brennstoffzellensystem 20 und die Hochvolt-Batterie 22 parallel an. Dies bietet den Vorteil, dass die erste elektrische Maschine 12 beispielsweise nur mit dem Brennstoffzellensystem 20 oder der Hochvolt-Batterie 22 mit elektrischer Energie versorgt werden kann, falls eines der beiden Komponenten ausfällt.
  • Der zweite Hochvolt-Kreis 18 ist baugleich zu dem ersten Hochvolt-Kreis 18 ausgebildet und wird wie der erste Hochvolt-Kreis 18 betrieben. Der zweite Hochvolt-Kreis 18' umfasst ein Brennstoffzellensystem 20, einen DC-DC-Wandler 24, eine Hochvolt-Batterie 22' und einen Wechselrichter 26'. Mit dem zweiten Hochvolt-Kreis 18' kann die zweite elektrische Maschine 12' mit elektrischer Energie versorgt werden.
  • Bevorzugt umfasst die Antriebsvorrichtung 10 eine hier nicht dargestellte Steuereinrichtung, mit der das in der ersten elektrischen Maschine 12 bereitgestellte Drehmoment und/oder das von der zweiten elektrischen Maschine 12' bereitgestellte Drehmoment gesteuert beziehungsweise geregelt werden kann. Beispielsweise kann mit der Steuereinrichtung eine Amplitude und/oder eine Phase der Wechselspannung beziehungsweise des Wechselstroms, der mit den Wechselrichtern 26 und 26' bereitgestellt wird, entsprechend angepasst werden. Insbesondere wird die Drehmomentabgabe der ersten elektrischen Maschine 12 und der zweiten elektrischen Maschine 12' derart gesteuert, dass beide elektrischen Maschinen 12, 12' das gleiche Drehmoment an die jeweiligen Räder 14, 14' übertragen. Auf diese Weise kann ein Gieren des Kraftfahrzeugs verhindert werden. Durch die Steuerung des jeweiligen Drehmoments der elektrischen Maschinen 12, 12' kann die Sicherheit des Fahrverhaltens garantiert werden. Somit kann durch die Steuereinrichtung ein Drehmomenten-Pfad bereitgestellt werden, der vorliegend durch die Linie 28 verdeutlicht ist. Vorliegend ist zu beachten, dass die erste elektrische Maschine 12 und die zweite elektrische Maschine 12' mechanisch voneinander getrennt, das heißt nicht durch eine Achse verbunden sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Antriebsvorrichtung
    12, 12'
    elektrische Maschine
    14, 14'
    Rad
    16
    Energieversorgungseinrichtung
    18, 18'
    Hochvolt-Kreis
    20, 20'
    Brennstoffzellensystem
    22, 22'
    Hochvolt-Batterie
    24, 24'
    DC-DC-Wandler
    26, 26'
    Wechselrichter
    28
    Drehmomentpfad
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2013/0167752 A1 [0003]

Claims (7)

  1. Antriebsvorrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten elektrischen Maschine (12) und einer zweiten elektrischen Maschine (12') sowie mit einer Energieversorgungseinrichtung (16) zum Versorgen der ersten und der zweiten elektrischen Maschine (12, 12') mit elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinrichtung (16) einen ersten Hochvolt-Kreis (18) zum Versorgen der ersten elektrischen Maschine (12) mit elektrischer Energie und einen zweiten Hochvolt-Kreis (18') zum Versorgen der zweiten elektrischen Maschine (12') mit elektrischer Energie umfasst, wobei der erste Hochvolt-Kreis (18) und der zweite Hochvolt-Kreis (18') elektrisch voneinander getrennt sind.
  2. Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (10) eine Steuereinrichtung zum Steuern eines mit der ersten elektrischen Maschine (12) bereitgestellten Drehmoments und/oder eines mit der zweiten elektrischen Maschine (12') bereitgestellten Drehmoments aufweist.
  3. Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hochvolt-Kreis (18) und/oder der zweite Hochvolt-Kreis (18') eine Hochvolt-Batterie (22, 22') und/oder ein Brennstoffzellensystem (20, 20') umfassen.
  4. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Hochvolt-Kreis (18) und/oder der zweite Hochvolt-Kreis (18') dazu ausgebildet sind, jeweils eine vorbestimmte elektrische Spannung bereitzustellen.
  5. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (12) zum Antreiben eines ersten Rads (14) des Kraftfahrzeugs und die zweite elektrische Maschine (12') zum Antreiben eines zweiten Rads (14') des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
  6. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste elektrische Maschine (12) zum Antreiben einer ersten Achse des Kraftfahrzeugs und die zweite elektrische Maschine (12') zum Antreiben einer zweiten Achse des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
  7. Kraftfahrzeug mit einer Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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