DE102018124789A1 - Fast charging device and electric drive system with such a quick charging device - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie 7 eines mit einem elektrischen Antriebsmotor 2 ausgebildetem Kraftfahrzeugs, mit einer Induktivität, und einem Antriebsumrichter 3, der im Antriebsbetrieb des Kraftfahrzeugs die Gleichspannung der Batterie 7 für den elektrischen Antriebsmotor 2 wandelt, wobei die Induktivität zusammen mit dem Antriebsumrichter 3 für einen Ladebetrieb der Batterie 7 als Hochsetzsteller dient. Mit dem Ziel, eine verbesserte und insbesondere anpassungsfähigere Ladevorrichtung bereitzustellen, ist eine Schalteinheit 10 in der Ladevorrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist, eine Ladungsquelle 8, 12 direkt oder über den Hochsetzsteller mit der Batterie 7 zu verschalten.The present invention relates to a charging device for charging a battery 7 of a motor vehicle designed with an electric drive motor 2, with an inductor, and a drive converter 3, which converts the DC voltage of the battery 7 for the electric drive motor 2 when the motor vehicle is being driven, the inductance together serves as a step-up converter with the drive converter 3 for charging the battery 7. With the aim of providing an improved and in particular more adaptable charging device, a switching unit 10 is provided in the charging device which is designed to connect a charge source 8, 12 to the battery 7 directly or via the step-up converter.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Laden einer Batterie eines mit einem elektrischen Antriebsmotor ausgestatteten Kraftfahrzeugs sowie ein elektrisches Antriebssystem mit einer derartigen Ladevorrichtung.The invention relates to a device for charging a battery of a motor vehicle equipped with an electric drive motor and to an electric drive system with such a charging device.
Zum Laden von Elektrofahrzeugen kommen unterschiedliche Ladekonzepte zum Einsatz. Das Laden mit Wechselstrom über die Haussteckdose ist nahezu überall verfügbar, weist jedoch nur geringe Ladeleistungen von meist unter 5 kW auf. Demgegenüber sind beim Schnelladen an Gleichstromquellen (DC-Laden), etwa über spezielle Ladesäulen, sehr viel höhere Leistungen möglich (50 kW und darüber). Dies erfordert jedoch eine Anpassung der Spannung, wenn das verfügbare Spannungslevel der Ladesäule, typischerweise 400 V
Zur Anpassung des Spannungslevels können Hochsetzsteller, auch unter den Begriffen „Aufwärtswandler“, „Boost-Converter“ oder „Step-Up-Converter“ bekannt, verwendet werden.Step-up converters, also known under the terms "step-up converter", "boost converter" or "step-up converter", can be used to adjust the voltage level.
Ein Nachteil dieser vorgenannten Lösungen besteht darin, dass jeweils nur eine Ladespannung zum Aufladen der Batterie verwendet werden kann.A disadvantage of these aforementioned solutions is that only one charging voltage can be used to charge the battery at a time.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte, insbesondere an Ladungsquellen anpassungsfähigere, Schnellladevorrichtung für ein Elektrofahrzeug anzugeben.It is an object of the present invention to provide an improved fast charging device for an electric vehicle, in particular a charge device that is more adaptable to charge sources.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung eine Ladevorrichtung gemäß Anspruch 1 bereitgestellt. Bei der Ladevorrichtung handelt es sich insbesondere um eine Ladevorrichtung zum Laden einer Batterie eines mit einem elektrischen Antriebsmotor ausgebildetem Kraftfahrzeugs, mit einer Induktivität, und einem Antriebsumrichter, der im Antriebsbetrieb des Kraftfahrzeugs die Gleichspannung der Batterie für den elektrischen Antriebsmotor wandelt, wobei die Induktivität zusammen mit dem Antriebsumrichter für einen Ladebetrieb der Batterie als Hochsetzsteller dient. Dabei ist zusätzlich eine Schalteinheit vorgesehen, die ausgebildet ist, eine Ladungsquelle direkt oder über den Hochsetzsteller mit der Batterie zu verschalten.To achieve this object, the present invention provides a charging device according to
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dargestellt. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass die Ladevorrichtung ohne Weiteres an die Ladungsquelle angeschlossen werden kann. Dabei passt sich die Ladevorrichtung an die Eigenschaften der Ladungsquelle an und ermöglicht, ohne zusätzliche Einstellungen, ein effektives Aufladen der Fahrzeugbatterie. So kann die Ladungsquelle eine gegenüber der Fahrzeugbatterie geringere oder gleiche hohe Spannung bereitstellen, die mittels der Schalteinheit derart mit der Ladevorrichtung und schlussendlich mit der Fahrzeugbatterie verschaltet wird, dass die Fahrzeugbatterie aufgeladen werden kann.Advantageous developments of the invention are shown in the subclaims. This has the advantage that the charging device can be easily connected to the charge source. The charging device adapts to the properties of the charge source and enables the vehicle battery to be charged effectively without additional settings. The charge source can thus provide a lower or the same high voltage as the vehicle battery, which is connected to the charging device and ultimately to the vehicle battery by means of the switching unit in such a way that the vehicle battery can be charged.
Vorzugsweise ist die Schalteinheit derart ausgebildet, eine angeschlossene Ladungsquelle zu identifizieren. Dies kann dadurch erfolgen, dass die Schalteinheit vorab die Spannung der Ladungsquelle misst und/oder bestimmten Daten von der Ladungsquelle, z.B. kabelgebunden und/oder drahtlos, herausliest. Sobald die Ladungsquelle identifiziert wurde, wird abhängig von der Identifizierung die Ladungsquelle mit der Batterie z.B. direkt, über den Hochsetzsteller oder einen Tiefsetzsteller der Ladungsvorrichtung verschaltet. Dadurch ist die Ladevorrichtung in der Lage, die angeschlossene Ladungsquelle selbstständig und ohne Fremdsteuerung zu identifizieren und mit der Fahrzeugbatterie zu verschalten/verbinden. Alternativ oder zusätzlich kann die Schalteinheit Daten empfangen, z.B. von der Ladungsquelle, die die Ladungsquelle identifiziert und/oder die Schalteinheit steuert, um die Ladungsquelle mit der Fahrzeugbatterie entsprechend zu verschalten.The switching unit is preferably designed to identify a connected charge source. This can be done by the switching unit measuring the voltage of the charge source in advance and / or certain data from the charge source, e.g. wired and / or wireless, reads out. Once the charge source has been identified, depending on the identification, the charge source with the battery is e.g. directly, via the step-up converter or a step-down converter of the charging device. As a result, the charging device is able to identify the connected charge source independently and without external control and to connect / connect it to the vehicle battery. Alternatively or additionally, the switching unit can receive data, e.g. from the charge source, which identifies the charge source and / or controls the switching unit in order to connect the charge source to the vehicle battery accordingly.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Antriebsumrichter als 2-Level-Wechselrichter oder als 3-Level-Wechselrichter ausgebildet. Der 3-Level-Wechselrichter kann insbesondere als Neutral Point Clamped (NPC) oder T-shape Neutral Point Clamped (TNPC) Wechselrichter ausgeführt sein.In a further advantageous embodiment, the drive converter is designed as a 2-level inverter or as a 3-level inverter. The 3-level inverter can in particular be designed as a neutral point clamped (NPC) or T-shape neutral point clamped (TNPC) inverter.
Des Weiteren kann der Antriebsumrichter für drei Spannungsphasen ausgelegt sein und zur Versorgung jeder Wicklung des Elektromotors jeweils eine Halbbrücke aufweisen.Furthermore, the drive converter can be designed for three voltage phases and each have a half bridge for supplying each winding of the electric motor.
Vorzugsweise sind zum Laden der Batterie ein bis drei Halbbrücken mit entsprechenden Induktivitäten jeweils als Hochsetzsteller steuer- und verwendbar. Die Hochsetzsteller können einzeln oder gleichzeitig, insbesondere mit oder ohne Phasenversatz verwendet werden. Je mehr Hochsetzsteller insbesondere gleichzeitig betrieben werden, desto höher ist die für die Fahrzeugbatterie zur Verfügung stehende Ladeleistung.For charging the battery, one to three half bridges with corresponding inductances are preferably each controlled and stepped up as step-up converters usable. The step-up converters can be used individually or simultaneously, in particular with or without phase shift. The more step-up converters in particular are operated at the same time, the higher the charging power available for the vehicle battery.
Um die Anzahl der Bauelemente und somit die Kosten für die Ladevorrichtung zu sparen, kann die für einen Hochsetzsteller notwendige Induktivität durch mindestens eine Spulen-/Wellenwicklung des Elektromotors gebildet sein. Bevorzugt sind mehrere Induktivitäten vorgesehen, die mehr bevorzugt alle als Wicklungen zur Erregung des Antriebsmotors in Form von Spulen- oder Wellenwicklung ausgebildet sind.In order to save the number of components and thus the costs for the charging device, the inductance required for a step-up converter can be formed by at least one coil / wave winding of the electric motor. A plurality of inductors are preferably provided, all of which are more preferably designed as windings for exciting the drive motor in the form of coil or shaft windings.
Vorzugsweise kann die Zwischenkreiskapazität des Antriebsumrichters veränderlich ausgebildet sein. Dies kann zum Beispiel durch ein oder mehrere zusätzliche parallel und/oder seriell schaltbare Kapazitäten erfolgen. Diese können Schalter zur An- und Abkopplung im Ladebetrieb aufweisen. Auch kann eine für den Fahrtbetrieb optimierte Zwischenkreiskapazität eingerichtet sein, welche im Ladebetrieb abgekoppelt und durch eine oder mehrere für den Ladebetrieb optimierte Zwischenkreiskapazitäten ersetzt wird, die im Ladebetrieb hinzugeschalten werden. Dadurch kann die Ladevorrichtung z.B. auf einen Ladebetrieb optimiert werden.The intermediate circuit capacitance of the drive converter can preferably be designed to be variable. This can be done, for example, by one or more additional capacitances which can be connected in parallel and / or in series. These can have switches for coupling and decoupling in charging mode. An intermediate circuit capacitance optimized for driving operation can also be set up, which is decoupled in charging operation and replaced by one or more intermediate circuit capacitances optimized for charging operation, which are connected in charging operation. As a result, the charging device can e.g. be optimized for a loading operation.
Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der elektrische Antriebsmotor ausgebildet ist, mindestens ein Fluid wie z.B. Öl und/oder Wasser zur Kühlung zu verwenden und insbesondere an die mindestens eine Spulen-/Wellenwicklung zuzuführen. Dies kann durch Pumpen und/oder durch entsprechend ausgebildete Zu-/Abflussstrukturen, die z.B. schwerkraftgetrieben funktionieren, ermöglicht werden. Zusätzlich kann der Antriebsmotor ausgebildet sein, im Ladebetrieb das mindestens eine Fluid an zusätzlich Stellen bzw. Räume innerhalb bzw. am Motor zuzuführen, um die Kühlwirkung zu verbessern. Sobald der Motor in den Fahrtbetrieb gesetzt wird, kann es vorgesehen sein, das Fluid soweit zu entfernen, dass es nur noch an den Stellen vorliegt, die sich während des Fahrtbetriebes stark erhitzen und/oder Schmierung während der Rotation brauchen. Dadurch können Schleppverluste im Fahrbetrieb minimiert werden. Insofern besteht die Möglichkeit, z.B. Öl nicht nur im gegenüber dem Stator abgedichteten Wickelkopfraum zu führen, sondern auch im Statorinnenraum des Elektromotors, insbesondere in dem Luftspalt zwischen Stator und Rotor.Furthermore, it has proven to be advantageous if the electric drive motor is designed to have at least one fluid such as e.g. To use oil and / or water for cooling and in particular to supply it to the at least one coil / shaft winding. This can be done by pumps and / or by appropriately trained inflow / outflow structures, e.g. gravity-driven work, are made possible. In addition, the drive motor can be designed to supply the at least one fluid to additional locations or spaces within or on the engine in charging operation in order to improve the cooling effect. As soon as the engine is put into driving mode, it can be provided that the fluid is removed to such an extent that it is only present at those points which become very hot during driving and / or require lubrication during rotation. This means that drag losses during driving can be minimized. In this respect, there is the possibility, e.g. To carry oil not only in the winding head space sealed with respect to the stator, but also in the stator interior of the electric motor, in particular in the air gap between the stator and rotor.
Vorzugsweise weist die Ladevorrichtung, insbesondere der Hochsetzsteller, mindestens ein Kühlsystem mit zwei voneinander unabhängigen Kreisläufen auf, einen Wasserkreislauf für den Antriebsumrichter und einen Ölkreislauf für die Induktivität, insbesondere für eine Spulen-/Wellenwicklung des elektrischen Antriebsmotors. Der Wasserkreislauf kann auch derart ausgebildet sein, neben dem Antriebsumrichter auch den Stator über einen Kühlmantel zu kühlen.The charging device, in particular the step-up converter, preferably has at least one cooling system with two mutually independent circuits, a water circuit for the drive converter and an oil circuit for the inductance, in particular for a coil / shaft winding of the electric drive motor. The water circuit can also be designed to cool the stator in addition to the drive converter via a cooling jacket.
Vorzugsweise weist der Antriebsmotor einen Rotor auf, der während des Ladevorgangs gekühlt wird. Dabei kann es vorgesehen sein, den Rotor von innen und/oder aussen mit einem Kühlfluid zu kühlen. Dabei kann es vorgesehen sein, den Rotor hohl auszubilden und mit einem Kühlfluid zu durchströmen. Weiter ist es denkbar und möglich, den Innenraum des gesamten Antriebsmotors mit Kühlfluid zu fluten. Auch im Falle der Kühlung des Rotors ist es denkbar und möglich, einen Ölkreislauf für die Kühlung zu verwenden, bevorzugt denselben Kreislauf, wie für die Induktivitäten des Motors.The drive motor preferably has a rotor which is cooled during the charging process. It can be provided to cool the rotor from the inside and / or outside with a cooling fluid. It can be provided to make the rotor hollow and flow through it with a cooling fluid. It is also conceivable and possible to flood the interior of the entire drive motor with cooling fluid. Even in the case of cooling the rotor, it is conceivable and possible to use an oil circuit for cooling, preferably the same circuit as for the inductances of the motor.
Des Weiteren ist der Ölkreislauf vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Abwärme der Induktivität und/oder Rotors an einen Fluid- bzw. Ölkreislauf des Antriebsmotors und/oder eines Getriebes abgegeben werden kann. Hierbei dient der Kreislauf des Antriebsmotors und/oder Getriebes zum Schmieren und Kühlen von beweglichen bzw. rotierenden Bauteilen des Antriebsmotors und/oder Getriebes. Hierbei kann es sich insbesondere um die Lagerschmierung des Motors handeln. Ziel der Ölerwärmung ist die Senkung der Öl-Viskosität und somit die Verbesserung der Schmierwirkung und die Senkung der Pumpleistung. Der Kühlkreislauf gibt hierbei seine Abwärme im Normalfall, d.h. während des Fahrbetriebs, über einen Wärmetauscher an den Wasserkreislauf ab. Die Ladevorrichtung kann somit zusätzlich ausgebildet sein, diese Wärmetauscherfunktion gezielt zu unterbinden, damit das Öl schneller seine Zieltemperatur und/oder Viskosität erreicht, und den Wärmetauscher erst dann wieder einzukoppeln.Furthermore, the oil circuit is preferably designed such that the waste heat from the inductor and / or rotor can be released to a fluid or oil circuit of the drive motor and / or a transmission. Here, the circuit of the drive motor and / or gearbox serves to lubricate and cool moving or rotating components of the drive motor and / or gearbox. This can be, in particular, the bearing lubrication of the engine. The goal of oil heating is to lower the oil viscosity and thus to improve the lubricating effect and the pump performance. The cooling circuit normally gives off its waste heat, i.e. during driving, via a heat exchanger to the water circuit. The charging device can thus additionally be designed to specifically prevent this heat exchanger function so that the oil reaches its target temperature and / or viscosity more quickly, and only then to couple the heat exchanger back in again.
Vorzugsweise bildet der Ölkreislauf des Kühlsystems der Ladevorrichtung mindestens ein Teil des Ölkreislaufes des Antriebsmotors und/oder Getriebes oder umgekehrt.The oil circuit of the cooling system of the charging device preferably forms at least part of the oil circuit of the drive motor and / or transmission or vice versa.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein Zwischenkreismittelpunkt des Antriebsumrichters z.B. über einen Widerstand mit einer Eingangsspannung der Ladungsquelle und/oder der Induktivität mittels eines Ausgleichsleiters verschalten oder zuschaltbar. Hierbei kann ein Schaltelement ausgebildet sein, den Ausgleichsleiter für den Fahrbetrieb zu unterbrechen und für den Ladebetrieb zu schließen. Somit können Ausgleichsströme über den Ausgleichsleiter fließen, um die Spannung des Zwischenkreismittelpunkts zu halten bzw. zu stabilisieren und die vorbestimmte Funktion des Hochsetzstellers zu gewährleisten. Bei dem Schaltelement kann es sich z.B. um ein Schütz, Relais oder auch Halbleiterschalter handeln.In a further advantageous embodiment, an intermediate circuit center of the drive converter is e.g. Connect or connect via a resistor to an input voltage of the charge source and / or the inductance by means of a compensating conductor. In this case, a switching element can be designed to interrupt the compensating conductor for driving and to close it for charging. Compensating currents can thus flow via the compensating conductor in order to maintain or stabilize the voltage of the intermediate circuit center and to ensure the predetermined function of the step-up converter. The switching element can e.g. act as a contactor, relay or semiconductor switch.
Die Schalteinheit ist bevorzugt in das Gehäuse eines elektrischen Antriebssystems integriert. Bevorzugt sind dabei die Bestandteile der Schalteinheit mit den Bestandteilen des Antriebssystems, insbesondere der Antriebsumrichter, integriert. Dabei werden gemeinsame Bauteile, wie z.B. Stromschienen und z.B. Kühleinrichtungen, nur einmal ausgebildet. Dadurch kann der interne Schaltungsaufwand und auch die Teileanzahl reduziert werden. Die Integration der Schalteinheit bietet weiterhin den Vorteil, dass auch der externe Schaltungsaufwand reduziert werden kann.
Entsprechend ist bevorzugt die Schalteinheit und der Antriebsumrichter bevorzugt in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. The switching unit is preferably integrated in the housing of an electrical drive system. The components of the switching unit are preferably integrated with the components of the drive system, in particular the drive converter. Common components, such as busbars and cooling devices, for example, are formed only once. As a result, the internal circuitry and the number of parts can be reduced. The integration of the switching unit also offers the advantage that the external circuit complexity can also be reduced.
Accordingly, the switching unit and the drive converter are preferably arranged in a common housing.
Die Schalteinheit weist vorzugsweise eine vorgelagerte und/oder nachgelagerte Filtereinheit auf, mit deren Hilfe die Elektromagnetische Verträglichkeit (
Weiter bevorzugt umfasst die Schalteinheit und/oder der Antriebsumrichter eine Schaltung zur Leistungsanpassung, um die Ladungsquelle optimal an den Hochsetzsteller in Kombination mit der Batterie anzupassen. Hier kommen ebenfalls Widerstände, Kondensatoren und Spulen zum Einsatz. Dabei ist es sogar denkbar und möglich einstellbare Elemente und steuerbare Schalter vorzusehen, um die Leistungsanpassung jeweils zu optimieren.The switching unit and / or the drive converter further preferably comprises a circuit for adapting the power in order to optimally adapt the charge source to the step-up converter in combination with the battery. Resistors, capacitors and coils are also used here. It is even conceivable and possible to provide adjustable elements and controllable switches in order to optimize the power adjustment in each case.
Zwischen Hochsetzsteller und Batterie kann eine weitere Filtereinheit vorgesehen sein, die eine entsprechende Leistungsanpassung und/oder eine entsprechende Verbesserung der
Weiter betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Ladevorrichtung wie sie oben beschrieben wurde, sowie eine Batterie, sowie einen Ladeanschluss, der auch als Ladedose bezeichnet wird, wobei die Batterie genau einen Stromanschluss zur Verbindung mit einem Stromanschluss für den Antriebsumrichter aufweist, und dass genau ein Anschluss zur Verbindung der Ladedose mit der Schalteinheit vorgesehen ist, wobei die Anschlüsse für den Antriebsumrichter und die Anschlüsse zur Verbindung mit der Ladedose an dem Gehäuse angeordnet sind. Die Ladedose ist ihrerseits vorgesehen zur Herstellung der elektrischen Kontaktierung mit der Ladungsquelle.The invention further relates to a motor vehicle, comprising a charging device as described above, as well as a battery and a charging connection, which is also referred to as a charging socket, the battery having exactly one power connection for connection to a power connection for the drive converter, and that exactly a connection for connecting the charging socket to the switching unit is provided, the connections for the drive converter and the connections for connecting to the charging socket being arranged on the housing. The charging socket is in turn intended to make electrical contact with the charge source.
Auf diese Weise ist eine einfach austauschbare Antriebseinheit oder auch Antriebssystem dargestellt, die mit wenigen elektrischen Verbindungen, beispielsweise Steckkontakten, auskommt. Intern im Gehäuse sind nur kurze Leitungswege ausgebildet, die die Störempfindlichkeit des Systems verringern.In this way, an easily exchangeable drive unit or drive system is shown that manages with a few electrical connections, for example plug contacts. Only short cable paths are formed internally in the housing, which reduce the system's sensitivity to interference.
Die hier vorliegende Erfindung stellt ebenfalls ein elektrisches Antriebssystem mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung bereit.The present invention also provides an electric drive system with a charging device according to the invention.
Das elektrische Antriebssystem ist zum Antrieb eines oder mehrerer Räder ausgebildet. Es kann sich insbesondere um eine elektrische Antriebsachse zum Antrieb zweier drehachsgleicher Räder oder um eine elektrischen Antriebseinheit zum Antrieb genau eines Rades handeln. Das elektrische Antriebssystem umfasst bevorzugt den elektrischen Antriebsmotor und den Antriebsumrichter, die in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sind. Es kann auch ein Getriebe umfassen, welches ebenfalls in das gemeinsame Gehäuse integriert ist.The electric drive system is designed to drive one or more wheels. In particular, it can be an electric drive axle for driving two wheels with the same axis of rotation or an electric drive unit for driving exactly one wheel. The electric drive system preferably comprises the electric drive motor and the drive converter, which are integrated in a common housing. It can also include a transmission, which is also integrated in the common housing.
Die nachfolgend beschriebenen Figuren beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung, wobei diese Figuren nicht der Einschränkung, sondern im Wesentlichen der Veranschaulichung der Erfindung dienen.The figures described below relate to preferred exemplary embodiments of the charging device according to the invention, these figures not being used to restrict, but essentially to illustrate the invention.
Es zeigen
-
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; -
3 einen Schaltungsplan eines Antriebssystems einer dritten erfindungsgemässen Ausführungsform mit einem 2-Level-Wechselrichter als Antriebsumrichter und mit einer erfindungsgemäßen Ladevorrichtung in einem ersten Lademodus; -
4 einen Schaltungsplan des Antriebssystems gemäß3 in einem zweiten Lademodus; -
5 einen Schaltungsplan eines Antriebssystems einer vierten erfindungsgemässen Ausführungsform mit einem 3-Level-Wechselrichter als Antriebsumrichter gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einem zweiten Lademodus; -
6a bis6c einen Schaltungsplan für verschiedene Ausführungsformen von Filtereinheiten; und -
7 einen strukturellen Aufbau eines Elektromotors mit angeschlossenen Kühlkreisläufen. -
8 eine weitere Ausführungsform der Erfindung analog zur Ausbildung in3 und4 .
-
1 a schematic representation of a first embodiment of the invention; -
2nd is a schematic representation of a second embodiment of the invention; -
3rd a circuit diagram of a drive system of a third embodiment according to the invention with a 2-level inverter as a drive converter and with a charging device according to the invention in a first charging mode; -
4th a circuit diagram of the drive system according to3rd in a second charging mode; -
5 a circuit diagram of a drive system of a fourth embodiment according to the invention with a 3-level inverter as a drive converter according to a preferred embodiment in a second charging mode; -
6a to6c a circuit diagram for various embodiments of filter units; and -
7 a structural design of an electric motor with connected cooling circuits. -
8th a further embodiment of the invention analogous to the training in3rd and4th .
Eine Fahrzeugbatterie
Eine Ladedose
Schalteinheit
Die Schalteinheit
In einem ersten Lademodus sind Schalter
In einem zweiten Lademodus sind Schalter
Der Elektromotor weist Induktivitäten
Die Phasenabgänge der Wicklungen und der Sternpunkt sind mit dem Inverter verschaltet. Zur Hochsetzstellung wird der Ladestrom über den Sternpunkt des Motors in die Induktivitäten
Für eine konkrete Umsetzungsmöglichkeit eines derartigen Hochsetzstellers wird auf die Erklärungen in den weiter unten stehenden Ausführungsbeispielen verwiesen.For a concrete possibility of implementing such a step-up converter, reference is made to the explanations in the exemplary embodiments below.
Gemäß
Im Fahrtmodus wird der Antriebsumrichter
The drive converter is in drive mode
Das Antriebssystem
Der externe Verschaltungsaufwand
Weiterhin kann die Ansteuerung/Logik der Verschalteinheit
Das Antriebssystem
Der 2-Level-Wechselrichter umfasst eine positive und eine negative Stromschiene, die durch Halbbrücken
Gemäß
In der Schalteinheit
Weiter ist im Beispiel ein Filter
Die Filtereinheiten können ein- oder mehrstufig ausgebildet sein und können derart ausgestaltet sein, dass gesetzliche Vorschriften in Bezug auf Emission und Immunität erreichet werden können.The filter units can be designed in one or more stages and can be designed in such a way that legal regulations relating to emissions and immunity can be achieved.
Beispiele für die Ausbildung derartiger Filter sind in den
In diesem Fall wird eine Gleichspannungsquelle
In this case, a DC voltage source
Durch eine entsprechende Ansteuerung der Transistoren
Einen Hochsetzsteller im engeren Sinn bilden beispielsweise der periodisch geschaltete Transistor
For example, the periodically switched transistor forms a step-up converter in the narrower sense
Zur Optimierung der elektronischen Anpassung der elektrischen Ansteuerung in dem Antriebsumrichter
Im Gegensatz zum Antriebssystem
Der 3-Level-Wechselrichter ist hier als ein dem Fachmann geläufiger NPC-Umrichter (neutral-point-clamped) ausgeführt. Es könnten grundsätzlich auch andere Typen von 3-Level-Umrichtern verwendet werden.The 3-level inverter is designed here as an NPC converter (neutral-point-clamped) familiar to the person skilled in the art. In principle, other types of 3-level converters could also be used.
Der 3-Level-Wechselrichter umfasst eine positive und eine negative Stromschiene, die 3 durch Halbbrücken
Um im Ladebetrieb eine Überspannung des Kondensators
Im Ladebetrieb wird über die Durchströmung der Rotorhohlwelle mit Öl oder anderen Fluiden die im Rotor entstehende Wärme abgeführt, so dass die Ladeleistung erhöht werden kann. Weiterhin wird der Motorinnenraum geflutet, so dass Öl in den Luftspalt zwischen Rotor und Stator eindringt und das Rotorblechpaket zusätzlich von außen gekühlt wird. Gleichzeitig bewirkt die Flutung auch eine effektive Kühlung der Statorwicklung. Das Öl zirkuliert während des Ladevorgangs.In charging operation, the heat generated in the rotor is dissipated by the flow of oil or other fluids through the hollow rotor shaft, so that the charging capacity can be increased. Furthermore, the motor interior is flooded so that oil penetrates the air gap between the rotor and stator and the rotor core is additionally cooled from the outside. At the same time, the flooding also effectively cools the stator winding. The oil circulates during the charging process.
Der Wasserfluss zum Statormantel
Auch ein Wasserfluss zum Wärmetauscher
Also a water flow to the
BezugszeichenlisteReference list
- Elektrisches AntriebssystemElectric drive system
- 22nd
- Elektromotor / elektrischer AntriebsmotorElectric motor / electric drive motor
- 33rd
- AntriebsumrichterDrive converter
- 4a,b,c4a, b, c
- HalbbrückenHalf bridges
- 55
- ZwischenkreismittelpunktDC link center
- 66
- Ladedose/LadeanschlussCharging socket / charging connection
- 77
- Fahrzeugbatterie/TraktionsbatterieVehicle battery / traction battery
- 88th
-
Ladequelle bzw. Ladesäule
400V DC Charging source or charging station400V DC - 99
- AusgleichsleiterCompensating ladder
- 1010th
- SchalteinheitSwitching unit
- 1111
- HochsetzstellerBoost converter
- 1212th
-
Ladequelle bzw. Ladesäule
800V DC Charging source or charging station800V DC - 1313
- Gehäuse der elektrischen AntriebseinheitElectric drive unit housing
- 13'13 '
- Gehäuse der elektrischen AntriebseinheitElectric drive unit housing
- 13"13 "
- Gehäuse der elektrischen AntriebseinheitElectric drive unit housing
- 2020th
- Getriebetransmission
- 2222
- FahrzeugradVehicle wheel
- 2424th
- Wasserpumpewater pump
- 2626
- AntriebsumrichterDrive converter
- 2828
- StatormantelStator jacket
- 3030th
- Rotorrotor
- 3232
- Lagereinrichtung für RotorStorage facility for rotor
- 3434
- MotorgehäuseMotor housing
- 3636
- Wicklungen bzw. Wickelkopf des MotorsWindings or winding head of the motor
- 3838
- Wärmetauscher zwischen Ölkreislauf und WasserkreislaufHeat exchanger between the oil circuit and water circuit
- 4040
- ÖlkreislaufOil circuit
- 41a,b,c41a, b, c
- HalbbrückenHalf bridges
- 4242
- WasserkreislaufWater cycle
- 4444
- Radiator/Wärmetauscher für WasserkreislaufRadiator / heat exchanger for water cycle
- 4646
- Abschaltbarer Zufluss zum StatormantelSwitchable inflow to the stator jacket
- 4848
- ÖlpumpeOil pump
- 5050
- ElektromotorElectric motor
- 71,7271.72
- Ladeanschluss der BatterieCharging connection of the battery
- 73,7473.74
- Lade- und Speiseanschluss der BatterieCharging and supply connection of the battery
- 75,7675.76
- Lade/Speiseanschluss der BatterieCharging / supply connection of the battery
- 101, 102101, 102
- Ladeanschluss der elektrischen AntriebseinheitElectric drive unit charging connector
- 131,132131.132
- Speiseanschluss der elektrischen AntriebseinheitPower connection of the electric drive unit
- 133,134133.134
- Ladeanschluss der elektrischen AntriebseinheitElectric drive unit charging connector
- 301, 302301, 302
- Lade/Speiseanschluss der elektrischen AntriebseinheitCharging / supply connection of the electric drive unit
- L1,L2,L3L1, L2, L3
- Induktivitäten/MotorwicklungenInductors / motor windings
- C1C1
- Erster KondensatorFirst capacitor
- C2C2
- Zweiter KondensatorSecond capacitor
- T_ijT_ij
- Transistortransistor
- D_ijD_ij
- Diodediode
- R1R1
- EntkopplungswiderstandDecoupling resistance
- S1-3S1-3
-
Schalter der Schalteinheit
10 Switch unit switch10th - S4S4
- LadeschalterCharging switch
- VV
- (externer) Verschaltungsaufwand(external) interconnection effort
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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