WO2012019666A2 - Motor vehicle drive system having a charging device - Google Patents

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WO2012019666A2
WO2012019666A2 PCT/EP2011/002886 EP2011002886W WO2012019666A2 WO 2012019666 A2 WO2012019666 A2 WO 2012019666A2 EP 2011002886 W EP2011002886 W EP 2011002886W WO 2012019666 A2 WO2012019666 A2 WO 2012019666A2
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motor vehicle
vehicle drive
charging device
charging
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PCT/EP2011/002886
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Jörg HUBER
Michael Hofmann
Axel Willikens
Volker Hartmann
Wolfgang Wondrak
Steffen Hahlbeck
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Daimler Ag
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    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle drive system with a charging device for charging a rechargeable battery device by means of an external power supply according to the preamble of claim 1.
  • the invention is in particular the object of providing a motor vehicle drive system with a high flexibility for charging via the charging device. It is achieved according to the invention by the features of claim 1. Further embodiments emerge from the subclaims.
  • the invention is based on a motor vehicle drive system with a charging device which is provided for charging a battery device by means of an external power network and which has at least one multi-phase rectification circuit, which is intended to convert an AC voltage of the external power network into a DC voltage.
  • the charging device has a switching unit which is provided to switch the rectification circuit optionally for a single-phase charging operation or a multi-phase charging operation.
  • the charging device can be advantageously operated with different external power networks, whereby a motor vehicle drive system with a high flexibility for charging via the charging device can be provided.
  • An “external power grid” is intended to In particular, a separate from the drive system power grid, such as in particular a public utility network, are understood.
  • a “multiphase rectification circuit” is to be understood in particular as a rectifier circuit having at least two, preferably three phases.
  • Multiphase charging operation is to be understood in particular as an operating mode in which at least two phase inputs of the charging device have an input potential shifted from a neutral potential is applied.
  • a “single-phase charging operation” should be understood to mean, in particular, an operating mode in which only one of the phase inputs has a potential shifted from the neutral potential.
  • "Provided” is to be understood to mean in particular specially programmed, equipped and / or designed.
  • the switching unit is intended to switch over automatically.
  • the term "automatically switch over” is to be understood in particular to mean that the switching unit is provided in at least one operating mode to independently detect a concern of a single-phase external voltage or a multiphase external voltage and to automatically close a switching element of the switching unit as a function of the detected external voltage ,
  • the charging device preferably has at least two phase inputs and at least one neutral conductor input, and the switching unit comprises at least one switching element which is provided to connect one of the phase inputs and the neutral conductor input to one another.
  • the rectification circuit can have a particularly simple layout, since, in particular, it is possible to dispense with an elaborate changeover of the rectification circuit.
  • a phase input is to be understood as meaning, in particular, a contact element of the charging device which, at least in a multi-phase charging operating mode, has a potential which is shifted with respect to a neutral potential.
  • a neutral input is to be understood in particular as a contact element defining the neutral potential.
  • the charging device further comprises a ground input, wherein advantageously the neutral potential and a ground potential are equal at least in a normal operation.
  • the motor vehicle drive system comprises a drive machine with at least two motor coils, wherein the at least two phase inputs and the at least two motor coils are individually connected electrically in series.
  • This allows a simple connection of the charging device to a power electronics be achieved.
  • another connection of the phase inputs to the motor coils is conceivable, in particular a connection to a neutral point of the drive machine.
  • the motor vehicle drive system has power electronics with at least one inverter circuit which is formed at least partially in one piece with the rectification circuit of the charging device.
  • the inverter circuit is used to rectify an AC voltage fed from the external power grid.
  • the motor vehicle drive system has a power factor correction circuit which is at least partially embodied in one piece with the inverter circuit.
  • a complexity of the charging device can be further reduced.
  • at least one switching element of the inverter circuit is provided in a charging mode for a power factor correction of the charging device.
  • the power factor correction circuit is at least partially embodied in one piece with the drive machine.
  • a power factor of the charging device can be advantageously set without having to provide a separate power factor correction switching.
  • the motor coils are used to adjust the power factor correction.
  • the inverter circuit is designed as a 3-level inverter circuit.
  • requirements for a dielectric strength of individual components of the inverter circuit can be reduced.
  • an efficiency of the inverter circuit can be increased.
  • a "3-level interconnection" is to be understood as meaning, in particular, an inverter circuit to which at least three different potentials are applied or can be tapped off.
  • the motor vehicle drive system has at least one mains discharge capacitor. This can in particular repercussions on the external power grid can be reduced, whereby, for example, protection against accidental tripping of safety device of the external power network can be increased.
  • a “line bypass capacitor” should be understood to mean, in particular, a capacitor which is connected between at least one potential-carrying conductor in at least one operating state, in particular a phase, and at least one potential-free conductor in a controlled operation, in particular a neutral conductor or a protective conductor,
  • a "protective conductor” should be understood to mean, in particular, a conductor which defines a zero potential, in particular a conductor earthed via the external power network.
  • potential-free should be understood to mean, in particular, potential-free with respect to the protective conductor.
  • a neutral conductor is to be understood as meaning, in particular, a potential-free conductor in a control mode.
  • a "phase” should in particular be understood to mean a conductor which, in a closed-loop operation, has a potential with respect to the neutral conductor.
  • the charging device has a monitoring unit which is provided to monitor at least one external network and / or charging parameter.
  • characteristics are to be understood in particular as parameters which are predetermined by the external power network, such as, for example, a mains voltage of the external power grid or an alternating frequency of the external power grid.
  • Device characteristics are understood to mean in particular parameters determined by the charging device be such as a charging current, a fault current or an insulation fault of the charging device.
  • FIG. 1 shows a first part of a circuit diagram for a first embodiment of a drive system according to the invention
  • Fig. 2 shows a second part of the circuit diagram of the first embodiment
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a second drive system according to the invention.
  • Figures 1 and 2 show a circuit diagram for a first embodiment of a motor vehicle drive system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a first part of the circuit diagram.
  • FIG. 2 shows a second part of the circuit diagram.
  • Connecting points at which the two parts are connected to each other are identified in the two figures by identical capital letters A, B, C, D, E, F.
  • the motor vehicle drive system is basically provided for different drive systems. By means of the motor vehicle drive system, both purely electric drive systems and hybrid drive systems are formed.
  • the illustrated embodiment is formed as a purely electric drive system.
  • the drive system comprises an electric drive machine 19a, a battery device 11a and a charging device 10a for charging the battery device 11a by means of an external power network.
  • the prime mover 19a is formed as a three-phase motor.
  • the prime mover 19a comprises three motor coils 20a, 21a, 22a.
  • the prime mover 19a comprises three separate phases 28a, 29a, 30a.
  • the prime mover 19a In a drive mode, the prime mover 19a generates a drive torque from an electric power supplied thereto.
  • the engine 9a In a generator operating mode, the engine 9a generates electric power from a mechanical power supplied thereto, which can be supplied to the engine 19a via drive wheels, for example.
  • the battery device 11a includes a high-voltage battery.
  • the battery device 11a provides a DC voltage that is at least 100 volts.
  • the high-voltage battery comprises a plurality of individual cells connected in series.
  • a minimum battery voltage is 105.6 volts.
  • a maximum battery voltage is 413 volts, whereby the maximum battery voltage can also be larger.
  • the battery device 11a has two battery terminals 31a, 32a, each forming a defined pole of the battery device 11a.
  • the drive system comprises power electronics 23a.
  • the power electronics 23a comprises an inverter circuit 24a with two conductors 33a, 34a, which are each connected to one of the battery terminals 31a, 32a of the battery device 11a.
  • the inverter circuit 24a is formed by means of three half-bridges 35a, 36a, 37a. Each of the three half bridges 35a, 36a, 37a is electrically connected to one of the motor coils 20a, 21a, 22a of the prime mover 19a.
  • the half-bridges 35a, 36a, 37a are each arranged between the two conductors 33a, 34a.
  • Each half-bridge 35a, 36a, 37a comprises two switching elements 38a, 39a and two freewheeling diodes arranged parallel to the switching elements 38a, 39a.
  • the freewheeling diodes of a half-bridge are arranged opposite.
  • the motor coils 20a, 21a, 22a of the prime mover 19a are connected to a bridge point of the respective half bridge 35a, 36a, 37a.
  • the switching elements of the half bridges 35a, 36a, 37a are formed as transistors.
  • the inverter circuit 24a In the driving mode, the inverter circuit 24a generates an AC voltage from the DC voltage of the battery device 11a.
  • the AC voltage generated by the inverter circuit 24a defines a power output by the prime mover 19a.
  • a rotational speed which has the prime mover 19 a, adjustable.
  • the AC voltage is applied as a three-phase current to the motor coils 20a, 21a, 22a of the prime mover 19a.
  • the inverter circuit 24a converts the AC voltage generated by the engine 19a into a DC voltage.
  • the inverter circuit 24a acts as a step-up converter, which converts the AC voltage provided by the drive machine 19a into a higher DC voltage. In principle, however, the inverter circuit 24a can also be operated without a step-up operation.
  • the DC voltage to which the inverter circuit 24a converts the AC voltage generated by the engine 19a causes charging of the battery device 11a.
  • the charging device 10a is partially formed integrally with the inverter circuit 24a.
  • the charging device 10a comprises a polyphase rectification circuit 12a, which converts an AC voltage to a DC voltage.
  • the charging device 10a comprises three phase inputs 14a, 15a, 16a and phases 42a, 43a, 44a connected to the phase inputs 14a, 15a, 16a, a neutral input 17a and a neutral conductor 45a connected to the neutral input 17a, and a protective conductor input 46a and one to the protective conductor input 46a subsequent protective conductor 47a.
  • the three phase inputs 14a, 15a, 16a are provided for a three-phase current.
  • the neutral input 17a is substantially floating with respect to a ground potential.
  • a current flowing through the neutral conductor 45a is zero in a proper control operation.
  • the protective conductor 47a connected to ground via the external power network defines the grounding potential.
  • the charging device 10a is connected to the battery device 11a via the inverter circuit 24a.
  • the phases 42a, 43a, 44a of the charging device 10a are each connected via one of the motor coils 20a, 21a, 22a to one of the phases 28a, 29a, 30a of the prime mover 19a.
  • the individual phases 42a, 43a, 44a of the charging device are thus each connected to one of the half bridges 35a, 36a, 37a of the inverter circuit 24a.
  • the rectification circuit 12a is integrally formed with the inverter circuit 24a.
  • the phase 42a is thus connected in the charging operating mode to the bridge point of the half-bridge 35a.
  • the freewheeling diodes 40a, 41a of the half bridge 35a form a rectifying circuit for the phase 42a with respect to the bridge point.
  • the two further half bridges 36a, 37a are connected correspondingly with respect to the phases 43a, 44a.
  • An alternating voltage applied to the three phases 42a, 43a, 44a in the charging operating mode is thus converted into a DC voltage applied to the conductors 33a, 34a.
  • the charging device 10a comprises a power factor correction circuit 25a connected to the rectification circuit 12a.
  • the power factor correction circuit 25a is partially integral with the inverter circuit 24a and partially formed integrally with the prime mover 19a.
  • the motor coils 20a, 21a, 22a of the prime mover 19a each form an inductance for the power factor correction circuit 25a.
  • the half bridges 35a, 36a, 37a of the inverter circuit 24a respectively form a switching element for the power factor correction circuit 25a.
  • the switching elements 38a, 39a of the half bridge 35a are provided for the phase 42a.
  • the switching elements of the further half-bridges 36a, 37a are provided analogously for the phases 43a, 44a.
  • the vehicle drive system has an operation mode switching device 48a.
  • the operation mode switching device 48a comprises three switching elements 49a, 50a, 51a, which are respectively associated with the individual phases 28a, 29a, 30a of the prime mover 19a.
  • the operation mode switch 48a connects the phases 42a, 43a, 44a of the charger to the phases 28a, 29a, 30a of the prime mover 19a.
  • the switching elements 49a, 50a, 51a respectively connect exactly one of the phases 42a, 43a, 44a to one of the phases 28a, 29a, 30a in the charging operating mode.
  • the operation mode switching device 48a connects the three Phases 28a, 29a, 30a of the prime mover 19a with each other.
  • the motor coils 20a, 21a, 22a, which are connected to the phases 28a, 29a, 30a of the prime mover 19a, are thus connected together at a star point 52a.
  • the three switching elements 49a, 50a, 5a of the operation mode switching device 48a individually connect the phases 28a, 29a, 30a of the prime mover 19a to the star point 52.
  • the operation mode switching device 48a thus forms a neutral contactor by means of which the prime mover 19a can be switched without load independently of an operating state of the charging device 10a and independently of the inverter circuit 24a.
  • the charging device 10a For adjusting the DC voltage applied to the two conductors 33a, 34a and the battery terminals 31a, 32a, the charging device 10a comprises a voltage converter 53a arranged after the inverter circuit 24a.
  • the voltage converter 53a is bidirectional, i. both for a power flow from the inverter circuit 24a to the battery device 11a and for a power flow from the battery device 11a to the inverter circuit 24a.
  • the voltage converter 53a is for the charging device 10a, i. for charging the battery device 11a by means of the external power network, and for the power electronics 23a, i. for operating the engine 19a by means of the battery device 11a provided.
  • the voltage converter 53a is electrically connected in series with the inverter circuit 24a.
  • the voltage converter 53a is disposed between the inverter circuit 24a and the battery device 11a.
  • the voltage converter 53a includes a coil 55a and a capacitor 56a.
  • the voltage converter 53a comprises a switching unit 54a with two switching elements and a diode unit 57a with two diodes.
  • the capacitor 56a is disposed between the conductors 33a, 34a of the inverter circuit 24a.
  • the switching unit 54a and the diode unit 57a form a half bridge in terms of circuitry.
  • the coil 55a which is incorporated in the conductor 33a, is connected to a bridge point of the half-bridge formed by the switching unit 54a and the diode unit 57a.
  • the charging device 10a and the power electronics 23a have a sufficiently high dielectric strength of, for example, 1200 volts.
  • the rectification circuit 12a which is formed integrally with the inverter circuit 24a, is designed for this withstand voltage.
  • the voltage converter 53a in particular in the charging operation mode, converts the DC voltage applied to the conductors 33a, 34a into a lower charging voltage.
  • the charging voltage which is also a DC voltage, is adjustable via the voltage converter 53a.
  • a dielectric strength of the components arranged after the voltage converter 53a can generally be lower than the dielectric strength of the charging device 10a and the power electronics 23a.
  • the charging device 10a comprises a filter unit 58a.
  • the filter unit 58a forms an EMC filter.
  • the filter unit 58a comprises a coil-capacitor unit with a plurality of paired capacitors and coils.
  • the coil-capacitor unit forms a low-pass filter for each phase 42a, 43a, 44a of the charging device 10a.
  • a cutoff frequency above which the filter unit 58a attenuates is greater than a maximum expected network frequency of the external power grid.
  • the charging device 10a further comprises a suppressor unit 59a with a line bypass capacitor 26a.
  • the power dissipation capacitor 26a is classified as a y-capacitor.
  • the interference suppression unit 59a comprises three x capacitors 60a, 61a, 62a.
  • the x-capacitors 60a, 61a, 62a are each connected in pairs between the three phases 42a, 43a, 44a of the charging device 10a. Two each of the x-capacitors 60a, 61a, 62a are connected in series with respect to two of the phases 42a, 43a, 44a.
  • the three x capacitors 60a, 61a, 62a are electrically connected to one another via a common contact point.
  • the line bypass capacitor 26a is connected to the common contact point of the x-capacitors 60a, 61a, 62a.
  • the power dissipation capacitor 26a is thus connected between the three phases 60a, 61a, 62a and the neutral conductor 45a of the charger 10a.
  • the suppressor unit 59a comprises a capacitor 63a which is connected between the neutral conductor 45a and the protective conductor 47a.
  • the power electronics 23a comprises a link 64a.
  • the intermediate circuit 64a comprises a capacitor which is arranged between the two conductors 33a, 34a of the inverter circuit 24a.
  • the power electronics 23a comprises two further power dissipation capacitors 27a, 65a, which are also classified as y capacitors.
  • the mains discharge capacitors 27a, 65a of the charging device 10a are arranged after the intermediate circuit 64a.
  • the power dissipation capacitor 27a is disposed between the conductor 33a and the protective conductor 47a.
  • the power dissipation capacitor 65a is disposed between the conductor 34a and the protective conductor 47a.
  • the charging device 10a further comprises a monitoring unit 66a.
  • the monitoring unit 66a is connected to the three phases 42a, 43a, 44a, the neutral conductor 45a and the protective conductor 47a.
  • the monitoring unit 66a monitors voltages which occur at the phases 42a, 43a, 44a, the neutral conductor 45a and the protective conductor 47a.
  • it monitors electrical currents flowing through the phases 42a, 43a, 44a the neutral conductor 45a and the protective conductor 47a.
  • the monitoring unit forms an insulation monitor, which in particular has an insulation resistance of the Phases determined against the protective conductor.
  • the insulation resistance is shown in FIG. 1 as an equivalent resistance together with a replacement capacitor replacing line capacitances in an equivalent circuit 67a.
  • the charging device 10a For switching between a single-phase charging operation and a three-phase charging operation, the charging device 10a comprises a switching unit 13a.
  • the switching unit 13a comprises a switching element 18a, which is provided to connect the neutral conductor 45a of the charging device 10a to one of the phases 42a, 43a, 44a.
  • the switching unit 13a is formed automatically. If the switching unit 13a detects a single-phase AC voltage applied to the phase inputs 14a, 15a, 16a and the neutral conductor input 17a, it automatically closes the switching element 18a and connects the neutral conductor 45a to the phase 44a. In the case of a single-phase AC voltage applied to the charging device 10a, two of the three phase inputs 14a, 5a, 6a are essentially potential-free.
  • the switching unit 13a detects a type of applied AC voltage based on potentials of the three phase inputs 14a, 15a, 16a.
  • the single-phase alternating voltage applied between the phase input 14a and the neutral input 17a is applied by closing the switching element 18a between two of the three phases 42a, 43a, 44a.
  • the rectification circuit 12a converts the AC voltage applied between the two phases 42a, 44a in the illustrated embodiment into a DC voltage.
  • the switching unit 13a is provided for detecting a DC voltage. If the switching unit 3a detects a DC voltage present between the phase input 14a and the neutral conductor input 17a in the charging operating mode, the switching unit 13a also closes the switching element 18a.
  • the rectification circuit 12a passes through the DC voltage applied to the phases 42a, 44a essentially without resistance, as a result of which, analogously to a converted AC voltage, it also rests against the two conductors 33a, 34a of the inverter circuit 24a.
  • a power for charging the battery device 11a is inputted through the phase inputs 14a, 15a, 16a and the neutral conductor input 17a of the charger 10a.
  • the filter unit 58a and the operating mode switching device 48a are arranged one after the other.
  • the operating mode switching device 48a is followed by the drive machine 19a, which is also integrated into the energy flow by connecting the phases 42a, 43a, 44a to the motor coils 20a, 21a, 22a.
  • the energy flow passes through the inverter circuit 24a.
  • the inverter circuit 24a is connected to the battery device 11a via the intermediate circuit 64a and the voltage converter 53a.
  • the drive system comprises a control and regulation unit 68a.
  • the control and regulation unit 68a comprises at least one control unit with a processor unit which is provided for a control and regulation.
  • the control and regulation unit 68a may also have a plurality of structurally separated control units which are provided for different functions of the control and regulation unit 68a.
  • the control and regulation unit 68a is provided in particular for controlling the charging device 10a and the inverter circuit 24a. It controls the actively controllable switching elements of the inverter circuit 24a.
  • the control unit 68a is provided for the operation mode switching device 48a.
  • the control and regulation unit 68a in particular switches the switching elements 49a, 50a, 51a.
  • control unit 68a is provided to the monitoring unit 66a, i. An electronic evaluation of the monitoring unit 66a is performed by the control and regulation unit 68a.
  • control unit 68a is provided for controlling the switching unit 13a.
  • the control and regulation unit 68a determines, by means of the monitoring unit 66a, the voltages present between the phase inputs 14a, 15a, 16a and the neutral conductor input 17a and switches the switching element 18a of the switching unit 13a as a function of the detected voltages.
  • FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention.
  • the following descriptions are essentially limited to the differences between the exemplary embodiments, it being possible to refer to the description of the exemplary embodiment of FIGS. 1 and 2 with regard to components, features and functions that remain the same.
  • the letter a in the reference numerals of the embodiment in Figures 1 and 2 by the letter b in the reference numerals of the embodiment of Figure 3 is replaced.
  • identically designated components in particular with regard to components having the same reference numerals, it is also possible in principle to refer to the drawings and / or the description of the first exemplary embodiment in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of a drive system according to the invention.
  • the drive system comprises a charging device 10b, an electric drive machine 19b and a power electronics 23b.
  • the drive system comprises a battery device 11 b.
  • the charging device 10b comprises three phase inputs 14b, 15b, 16b, which are each connected individually to a motor coil 20b, 21b, 22b of the prime mover 19b.
  • the charging device 10b is configured analogously to the preceding embodiment.
  • the charging device 10b comprises a filter unit 58b and a monitoring unit 66b.
  • the charging device 10b comprises a rectification circuit 12b with connected power factor correction circuit 25, which is partially designed in one piece with the power electronics 23b.
  • the charging device 10b comprises a suppressor unit 59b with line bypass capacitors 26b, 27b, 65b and a voltage converter 53b.
  • the charging device 0b For switching between a single-phase charging operation and a multi-phase charging operation, the charging device 0b comprises a switching unit 3b, which comprises a switching element 18b, which is intended to connect one of the three phase inputs 14b, 15b, 16b of the charging device 10b to a neutral conductor input 17b of the charging device 10b ,
  • the power electronics 23b includes an inverter circuit 24b formed as a three-level inverter circuit.
  • the inverter circuit 24b comprises a total of six half-bridges 35b, 35b ', 36b, 36b', 37b, 37b '. In each case two of the half bridges 35b, 35b ', 36b, 36b', 37b, 37b 'are provided for a phase 28b, 29b, 30b of the drive machine 19b.
  • the paired half-bridges 35b, 35b ', 36b, 36b', 37b, 37b ', which are provided for one of the phases 28b, 29b, 30b, are connected between two conductors 33b, 34b of the inverter circuit 24b.
  • the phases 28b, 29b, 30b are each connected to a point between the two corresponding half-bridges 35b, 35b ', 36b, 36b', 37b, 37b '.
  • Bridge points of all six half-bridges 35b, 35b ', 36b, 36b', 37b, 37b ' are each connected via a diode to a conductor 69b of the inverter circuit 24b.
  • An intermediate circuit 64b of the power electronics has two capacitors connected in series.
  • the conductor 69b, to which the additional diodes of the inverter circuit 24b are connected, is connected at a point between the two capacitors of the intermediate circuit 64b.
  • the conductor 69b of the inverter circuit 24b and the two conductors 33b, 34b constitute three different potentials of the three-level inverter circuit.
  • the conductor 69b of the inverter circuit 24b defines a central potential, against which potentials of the two conductors 33b, 34b are displaced.

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Abstract

The invention is based on a motor vehicle drive system having a charging device (10a; 10b) which is provided for charging an accumulator device (11a; 11b) by means of an external power network and which has at least one multi-phase rectifier circuit (12a; 12b) which is provided for converting an alternating voltage of the external power network into a direct voltage. It is proposed that the charging device (10a; 10b) have a switching unit (13a; 13b) which is provided for switching the rectifier circuit (12a; 12b) optionally for a single-phase charging mode or a multi-phase charging mode.

Description

Kraftfahrzeugantriebssystem mit einer Ladevorrichtung  Motor vehicle drive system with a charging device
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeugantriebssystem mit einer Ladevorrichtung zum Laden einer Akkuvorrichtung mittels eines externen Stromnetzes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a motor vehicle drive system with a charging device for charging a rechargeable battery device by means of an external power supply according to the preamble of claim 1.
Aus der US 5,341 ,075 ist bereits ein Kraftfahrzeugantriebssystem mit einer Ladevorrichtung, die zum Laden einer Akkuvorrichtung mittels eines externen Stromnetzes vorgesehen ist und die wenigstens eine mehrphasige Gleichrichtschaltung aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Wechselspannung des externen Stromnetzes in eine Gleichspannung umzuwandeln, bekannt. From US Pat. No. 5,341,075, a motor vehicle drive system with a charging device, which is provided for charging a battery device by means of an external power network and which has at least one multi-phase rectification circuit, which is provided to convert an AC voltage of the external power supply into a DC voltage, is known.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeugantriebssystem mit einer hohen Flexibilität für ein Laden über die Ladevorrichtung bereitzustellen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. The invention is in particular the object of providing a motor vehicle drive system with a high flexibility for charging via the charging device. It is achieved according to the invention by the features of claim 1. Further embodiments emerge from the subclaims.
Die Erfindung geht aus von einem Kraftfahrzeugantriebssystem mit einer Ladevorrichtung, die zum Laden einer Akkuvorrichtung mittels eines externen Stromnetzes vorgesehen ist und die wenigstens eine mehrphasige Gleichrichtschaltung aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Wechselspannung des externen Stromnetzes in eine Gleichspannung umzuwandeln. The invention is based on a motor vehicle drive system with a charging device which is provided for charging a battery device by means of an external power network and which has at least one multi-phase rectification circuit, which is intended to convert an AC voltage of the external power network into a DC voltage.
Es wird vorgeschlagen, dass die Ladevorrichtung eine Umschalteinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, die Gleichrichtschaltung wahlweise für einen einphasigen Ladebetrieb oder einen mehrphasigen Ladebetrieb zu schalten. Dadurch kann die Ladevorrichtung vorteilhaft mit unterschiedlichen externen Stromnetzen betrieben werden, wodurch ein Kraftfahrzeugantriebssystem mit einer hohen Flexibilität für ein Laden über die Ladevorrichtung bereitgestellt werden kann. Unter einem„externen Stromnetz" soll dabei insbe- sondere ein von dem Antriebssystem unabhängiges Stromnetz, wie insbesondere ein öffentliches Versorgungsnetz, verstanden werden. Unter einer„mehrphasigen Gleichrichtschaltung" soll insbesondere eine Gleichrichtschaltung verstanden werden, die wenigstens zwei, vorzugsweise drei Phasen aufweist. Unter einem„mehrphasigen Ladebetrieb" soll dabei insbesondere ein Betriebsmodus verstanden werden, bei dem an wenigstens zwei Phaseneingängen der Ladevorrichtung ein gegenüber einem Nullleiterpotential verschobenes Eingangspotential anliegt. Unter einem„einphasigen Ladebetrieb" soll insbesondere ein Betriebsmodus verstanden werden, bei dem an lediglich einem der Phaseneingänge ein gegenüber dem Nulleiterpotential verschobenes Potential anliegt. Unter „vorgesehen" soll insbesondere speziell programmiert, ausgestattet und/oder ausgelegt verstanden werden. It is proposed that the charging device has a switching unit which is provided to switch the rectification circuit optionally for a single-phase charging operation or a multi-phase charging operation. Thereby, the charging device can be advantageously operated with different external power networks, whereby a motor vehicle drive system with a high flexibility for charging via the charging device can be provided. An "external power grid" is intended to In particular, a separate from the drive system power grid, such as in particular a public utility network, are understood. A "multiphase rectification circuit" is to be understood in particular as a rectifier circuit having at least two, preferably three phases. "Multiphase charging operation" is to be understood in particular as an operating mode in which at least two phase inputs of the charging device have an input potential shifted from a neutral potential is applied. A "single-phase charging operation" should be understood to mean, in particular, an operating mode in which only one of the phase inputs has a potential shifted from the neutral potential. "Provided" is to be understood to mean in particular specially programmed, equipped and / or designed.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Umschalteinheit dazu vorgesehen ist, selbstständig umzuschalten. Dadurch kann ein Bedienkomfort für das Kraftfahrzeugantriebssystem erhöht werden. Unter„selbstständig umschalten" soll dabei insbesondere verstanden werden, dass die Umschalteinheit in wenigstens einem Betriebsmodus dazu vorgesehen ist, ein Anliegen einer einphasigen externen Spannung oder einer mehrphasigen externen Spannung selbstständig zu erkennen und in Abhängigkeit der erkannten externen Spannung ein Schaltelement der Umschalteinheit selbstständig zu schließen. It is also proposed that the switching unit is intended to switch over automatically. As a result, an ease of use for the motor vehicle drive system can be increased. The term "automatically switch over" is to be understood in particular to mean that the switching unit is provided in at least one operating mode to independently detect a concern of a single-phase external voltage or a multiphase external voltage and to automatically close a switching element of the switching unit as a function of the detected external voltage ,
Vorzugsweise weist die Ladevorrichtung zumindest zwei Phaseneingänge sowie zumindest einen Nullleitereingang auf und umfasst die Umschalteinheit wenigstens ein Schaltelement, das dazu vorgesehen ist, einen der Phaseneingänge und den Nullleitereingang miteinander zu verbinden. Dadurch kann die Gleichrichtschaltung ein besonders einfaches Layout aufweisen, da insbesondere auf eine aufwendige Umschaltung der Gleichrichtschaltung verzichtet werden kann. Unter einem Phaseneingang soll dabei insbesondere ein Kontaktelement der Ladevorrichtung verstanden werden, das zumindest in einem mehrphasige Ladebetriebsmodus ein gegenüber einem Nullleiterpotential verschobenes Potential aufweist. Unter einem Nullleitereingang soll insbesondere ein das Nullleiterpotential definierendes Kontaktelement verstanden werden. Vorzugsweise umfasst die Ladevorrichtung weiter einen Erdungseingang, wobei vorteilhafterweise das Nullleiterpotential und ein Erdungspotential wenigstens in einem Regelbetrieb gleich sind. The charging device preferably has at least two phase inputs and at least one neutral conductor input, and the switching unit comprises at least one switching element which is provided to connect one of the phase inputs and the neutral conductor input to one another. As a result, the rectification circuit can have a particularly simple layout, since, in particular, it is possible to dispense with an elaborate changeover of the rectification circuit. In this context, a phase input is to be understood as meaning, in particular, a contact element of the charging device which, at least in a multi-phase charging operating mode, has a potential which is shifted with respect to a neutral potential. A neutral input is to be understood in particular as a contact element defining the neutral potential. Preferably, the charging device further comprises a ground input, wherein advantageously the neutral potential and a ground potential are equal at least in a normal operation.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Kraftfahrzeugantriebssystem eine Antriebsmaschine mit wenigstens zwei Motorspulen umfasst, wobei die zumindest zwei Phaseneingänge und die zumindest zwei Motorspulen jeweils einzeln elektrisch in Reihe geschaltet sind. Dadurch kann eine einfache Anbindung der Ladevorrichtung an eine Leistungselektronik erreicht werden. Grundsätzlich ist aber auch eine andere Anbindung der Phaseneingänge an die Motorspulen denkbar, wie insbesondere eine Anbindung an einen Sternpunkt der Antriebsmaschine. It is also proposed that the motor vehicle drive system comprises a drive machine with at least two motor coils, wherein the at least two phase inputs and the at least two motor coils are individually connected electrically in series. This allows a simple connection of the charging device to a power electronics be achieved. Basically, however, another connection of the phase inputs to the motor coils is conceivable, in particular a connection to a neutral point of the drive machine.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Kraftfahrzeugantriebssystem eine Leistungselektronik mit zumindest einer Inverterschaltung aufweist, die zumindest teilweise einstückig mit der Gleichrichtschaltung der Ladevorrichtung ausgebildet ist. Dadurch kann auf eine eigenständige Gleichrichtschaltung, die lediglich für einen Ladebetriebsmodus vorgesehen ist, verzichtet werden, wodurch insbesondere eine Komplexität der Ladevorrichtung besonders einfach reduziert werden kann. Unter„zumindest teilweise einstückig" soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass zumindest eine Diode, insbesondere eine Freilaufdiode, der Inverterschaltung zur Gleichrichtung einer aus dem externen Stromnetz eingespeisten Wechselspannung verwendet wird. In a further development of the invention, it is proposed that the motor vehicle drive system has power electronics with at least one inverter circuit which is formed at least partially in one piece with the rectification circuit of the charging device. As a result, it is possible to dispense with an independent rectifier circuit, which is provided only for a charging operating mode, whereby, in particular, a complexity of the charging device can be reduced in a particularly simple manner. By "at least partially in one piece" is to be understood in this context in particular that at least one diode, in particular a freewheeling diode, the inverter circuit is used to rectify an AC voltage fed from the external power grid.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn das Kraftfahrzeugantriebssystem eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung aufweist, die wenigstens teilweise einstückig mit der Inverterschaltung ausgeführt ist. Dadurch kann eine Komplexität der Ladevorrichtung weiter reduziert werden. Unter„teilweise einstückig" soll dabei insbesondere verstanden werden, dass wenigstens ein Schaltelement der Inverterschaltung in einem Ladebetriebsmodus für eine Leistungsfaktorkorrektur der Ladevorrichtung vorgesehen ist. In addition, it is advantageous if the motor vehicle drive system has a power factor correction circuit which is at least partially embodied in one piece with the inverter circuit. As a result, a complexity of the charging device can be further reduced. By "partially in one piece" is to be understood in particular that at least one switching element of the inverter circuit is provided in a charging mode for a power factor correction of the charging device.
Weiter wird vorgeschlagen, dass die Leistungsfaktorkorrekturschaltung wenigstens teilweise einstückig mit der Antriebsmaschine ausgeführt ist. Dadurch kann ein Leistungsfaktor der Ladevorrichtung vorteilhaft eingestellt werden, ohne dass eine separate Leistungsfaktorkorrekturschalten vorgesehen werden muss. Vorteilhafterweise werden insbesondere die Motorspulen zur Einstellung der Leistungsfaktorkorrektur verwendet. It is further proposed that the power factor correction circuit is at least partially embodied in one piece with the drive machine. As a result, a power factor of the charging device can be advantageously set without having to provide a separate power factor correction switching. Advantageously, in particular the motor coils are used to adjust the power factor correction.
Besonders bevorzugt ist die Inverterschaltung als eine 3-Level-lnverterschaltung ausgebildet. Dadurch können Anforderungen an eine Spannungsfestigkeit einzelner Bauteile der Inverterschaltung verringert werden. Zudem kann eine Effizienz der Inverterschaltung erhöht werden. Unter einer„3-Level-lnterverschaltung" soll dabei insbesondere eine Inverterschaltung verstanden werden, an der wenigstens drei unterschiedliche Potentiale anliegen, bzw. abgreifbar sind. Particularly preferably, the inverter circuit is designed as a 3-level inverter circuit. As a result, requirements for a dielectric strength of individual components of the inverter circuit can be reduced. In addition, an efficiency of the inverter circuit can be increased. In this context, a "3-level interconnection" is to be understood as meaning, in particular, an inverter circuit to which at least three different potentials are applied or can be tapped off.
Zudem wird vorgeschlagen, dass das Kraftfahrzeugantriebssystem wenigstens einen Netzableit-Kondensator aufweist. Dadurch können insbesondere Rückwirkungen auf das externe Stromnetz verringert werden, wodurch beispielsweise ein Schutz vor einem unbeabsichtigten Auslösen von Sicherheitsvorrichtung des externen Stromnetzes erhöht werden kann. Unter einem„Netz-Ableitkondensator" soll dabei insbesondere ein Kondensator verstanden werden, der zwischen wenigstens einem, in wenigstens einem Betriebszustand potential führenden Leiter, wie insbesondere einer Phase, und wenigstens einem in einem Regelbetrieb potentialfreien Leiter, wie insbesondere einem Nullleiter oder einem Schutzleiter, angeordnet ist. Unter einem„Schutzleiter" soll dabei insbesondere ein Leiter verstanden werden, der ein Null-Potential definiert, wie insbesondere ein über das externe Stromnetz geerdeter Leiter. Unter„potentialfrei" soll insbesondere potentialfrei gegenüber dem Schutzleiter verstanden werden. Unter einem„Null-Leiter" soll insbesondere ein in einem Regelbetrieb potentialfreier Leiter verstanden werden. Unter einer „Phase" soll insbesondere ein Leiter verstanden werden, der in einem Regelbetrieb gegenüber dem Nullleiter ein Potential aufweist. In addition, it is proposed that the motor vehicle drive system has at least one mains discharge capacitor. This can in particular repercussions on the external power grid can be reduced, whereby, for example, protection against accidental tripping of safety device of the external power network can be increased. A "line bypass capacitor" should be understood to mean, in particular, a capacitor which is connected between at least one potential-carrying conductor in at least one operating state, in particular a phase, and at least one potential-free conductor in a controlled operation, in particular a neutral conductor or a protective conductor, A "protective conductor" should be understood to mean, in particular, a conductor which defines a zero potential, in particular a conductor earthed via the external power network. The term "potential-free" should be understood to mean, in particular, potential-free with respect to the protective conductor. "A" neutral conductor "is to be understood as meaning, in particular, a potential-free conductor in a control mode. A "phase" should in particular be understood to mean a conductor which, in a closed-loop operation, has a potential with respect to the neutral conductor.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Ladevorrichtung eine Überwachungseinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, wenigstens eine externe Netz- und/oder Ladekenngröße zu überwachen. Dadurch kann eine Betriebssicherheit erhöht werden. Unter„N/orsor- gungskenngrößen" sollen dabei insbesondere Kenngrößen verstanden werden, die durch das externe Stromnetz vorgegeben sind, wie beispielsweise eine Netzspannung des externen Stromnetzes oder eine Wechselfrequenz des externen Stromnetzes. Unter„Vorrichtungskenngrößen" sollen dabei insbesondere durch die Ladevorrichtung bedingte Kenngrößen verstanden werden, wie beispielsweise ein Ladestrom, ein Fehlerstrom oder eine Isolationsfehler der Ladevorrichtung. It is also proposed that the charging device has a monitoring unit which is provided to monitor at least one external network and / or charging parameter. As a result, a reliability can be increased. In this context, "characteristic parameters" are to be understood in particular as parameters which are predetermined by the external power network, such as, for example, a mains voltage of the external power grid or an alternating frequency of the external power grid. "Device characteristics" are understood to mean in particular parameters determined by the charging device be such as a charging current, a fault current or an insulation fault of the charging device.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawing, an embodiment of the invention is shown. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
Dabei zeigen: Showing:
Fig. 1 einen ersten Teil eines Schaltschema für ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Antriebssystems,  1 shows a first part of a circuit diagram for a first embodiment of a drive system according to the invention,
Fig. 2 einen zweiten Teil des Schaltschemas des ersten Ausführungsbeispiels und Fig. 2 shows a second part of the circuit diagram of the first embodiment and
Fig. 3 ein Schaltschema eines zweiten erfindungsgemäßen Antriebssystems. Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Schaltschema für ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugantriebssystems. Figur 1 zeigt einen ersten Teil des Schaltschemas. Figur 2 zeigt einen zweiten Teil des Schaltschemas. Verbindungsstellen, an denen die beiden Teile miteinander verbunden sind, sind in den beiden Figuren durch jeweils identische Großbuchstaben A, B, C, D, E, F gekennzeichnet. Das Kraftfahrzeugantriebssystem ist grundsätzlich für unterschiedliche Antriebssysteme vorgesehen. Mittels des Kraftfahrzeugantriebssystems sind sowohl rein elektrische Antriebssysteme als auch Hybridantriebssysteme ausgebildet. Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist als ein rein elektrisches Antriebssystem ausgebildet. Fig. 3 is a circuit diagram of a second drive system according to the invention. Figures 1 and 2 show a circuit diagram for a first embodiment of a motor vehicle drive system according to the invention. FIG. 1 shows a first part of the circuit diagram. FIG. 2 shows a second part of the circuit diagram. Connecting points at which the two parts are connected to each other are identified in the two figures by identical capital letters A, B, C, D, E, F. The motor vehicle drive system is basically provided for different drive systems. By means of the motor vehicle drive system, both purely electric drive systems and hybrid drive systems are formed. The illustrated embodiment is formed as a purely electric drive system.
Das Antriebssystem umfasst eine elektrische Antriebsmaschine 19a, eine Akkuvorrichtung 11a und eine Ladevorrichtung 10a zum Laden der Akkuvorrichtung 11a mittels eines externen Stromnetzes. Die Antriebsmaschine 19a ist als ein Drehstrommotor ausgebildet. Die Antriebsmaschine 19a umfasst drei Motorspulen 20a, 21a, 22a. Für eine Energieversorgung umfasst die Antriebsmaschine 19a drei getrennte Phasen 28a, 29a, 30a. In einem Fahrbetriebsmodus erzeugt die Antriebsmaschine 19a aus einer ihr zugeführten elektrischen Leistung ein Antriebsmoment. In einem Generatorbetriebsmodus erzeugt die Antriebsmaschine 9a aus einer ihr zugeführten mechanischen Leistung, die der Antriebsmaschine 19a beispielsweise über Antriebsräder zugeführt werden kann, elektrische Leistung. The drive system comprises an electric drive machine 19a, a battery device 11a and a charging device 10a for charging the battery device 11a by means of an external power network. The prime mover 19a is formed as a three-phase motor. The prime mover 19a comprises three motor coils 20a, 21a, 22a. For a power supply, the prime mover 19a comprises three separate phases 28a, 29a, 30a. In a drive mode, the prime mover 19a generates a drive torque from an electric power supplied thereto. In a generator operating mode, the engine 9a generates electric power from a mechanical power supplied thereto, which can be supplied to the engine 19a via drive wheels, for example.
Die Akkuvorrichtung 11a umfasst eine Hochvolt-Batterie. Die Akkuvorrichtung 11a stellt eine Gleichspannung bereit, die wenigstens 100 Volt beträgt. Die Hochvolt-Batterie umfasst eine Mehrzahl hintereinander geschalteter Einzelzellen. Eine minimale Batteriespannung beträgt 105,6 Volt. Eine maximale Batteriespannung beträgt 413 Volt, wobei die maximale Batteriespannung grundsätzlich auch größer sein kann. Die Akkuvorrichtung 11a weist zwei Batterieklemmen 31a, 32a auf, die jeweils einen definierten Pol der Akkuvorrichtung 11a ausbilden. The battery device 11a includes a high-voltage battery. The battery device 11a provides a DC voltage that is at least 100 volts. The high-voltage battery comprises a plurality of individual cells connected in series. A minimum battery voltage is 105.6 volts. A maximum battery voltage is 413 volts, whereby the maximum battery voltage can also be larger. The battery device 11a has two battery terminals 31a, 32a, each forming a defined pole of the battery device 11a.
Zur elektrischen Anbindung der Antriebsmaschine 19a an die Akkuvorrichtung 1a umfasst das Antriebssystem eine Leistungselektronik 23a. Die Leistungselektronik 23a umfasst eine Inverterschaltung 24a mit zwei Leitern 33a, 34a, die jeweils mit einer der Batterieklemmen 31a, 32a der Akkuvorrichtung 11a verbunden sind. Die Inverterschaltung 24a ist mittels dreier Halbbrücken 35a, 36a, 37a ausgebildet. Jede der drei Halbbrücken 35a, 36a, 37a ist elektrisch mit einer der Motorspulen 20a, 21a, 22a der Antriebsmaschine 19a verbunden. Die Halbbrücken 35a, 36a, 37a sind jeweils zwischen den beiden Leitern 33a, 34a angeordnet. Jede Halbbrücke 35a, 36a, 37a umfasst zwei Schaltelemente 38a, 39a und zwei parallel zu den Schaltelementen 38a 39a angeordnete Freilaufdioden. Die Freilaufdioden einer Halbbrücke sind entgegengesetzt angeordnet. Die Motorspulen 20a, 21a, 22a der Antriebsmaschine 19a sind an einen Brückenpunkt der jeweiligen Halbbrücke 35a, 36a, 37a angebunden. Die Schaltelemente der Halbbrücken 35a, 36a, 37a sind als Transistoren ausgebildet. For electrical connection of the drive machine 19a to the cordless device 1a, the drive system comprises power electronics 23a. The power electronics 23a comprises an inverter circuit 24a with two conductors 33a, 34a, which are each connected to one of the battery terminals 31a, 32a of the battery device 11a. The inverter circuit 24a is formed by means of three half-bridges 35a, 36a, 37a. Each of the three half bridges 35a, 36a, 37a is electrically connected to one of the motor coils 20a, 21a, 22a of the prime mover 19a. The half-bridges 35a, 36a, 37a are each arranged between the two conductors 33a, 34a. Each half-bridge 35a, 36a, 37a comprises two switching elements 38a, 39a and two freewheeling diodes arranged parallel to the switching elements 38a, 39a. The freewheeling diodes of a half-bridge are arranged opposite. The motor coils 20a, 21a, 22a of the prime mover 19a are connected to a bridge point of the respective half bridge 35a, 36a, 37a. The switching elements of the half bridges 35a, 36a, 37a are formed as transistors.
In dem Fahrbetriebsmodus erzeugt die Inverterschaltung 24a aus der Gleichspannung der Akkuvorrichtung 11a eine Wechselspannung. Die von der Inverterschaltung 24a erzeugte Wechselspannung definiert eine Leistung, die die Antriebsmaschine 19a abgibt. Zudem ist über die Wechselspannung eine Drehzahl, die die Antriebsmaschine 19a aufweist, einstellbar. Die Wechselspannung liegt als Drehstrom an den Motorspulen 20a, 21a, 22a der Antriebsmaschine 19a an. In the driving mode, the inverter circuit 24a generates an AC voltage from the DC voltage of the battery device 11a. The AC voltage generated by the inverter circuit 24a defines a power output by the prime mover 19a. In addition, via the AC voltage, a rotational speed, which has the prime mover 19 a, adjustable. The AC voltage is applied as a three-phase current to the motor coils 20a, 21a, 22a of the prime mover 19a.
In dem Generatorbetriebsmodus wandelt die Inverterschaltung 24a die von der Antriebsmaschine 19a erzeugte Wechselspannung in eine Gleichspannung um. Die Inverterschaltung 24a wirkt dabei als ein Hochsetzsteller, der die von der Antriebsmaschine 19a bereitgestellte Wechselspannung in eine höhere Gleichspannung umsetzt. Grundsätzlich kann die Inverterschaltung 24a aber auch ohne einen Hochsetz-Betrieb betrieben werden. Die Gleichspannung, in die die Inverterschaltung 24a die von der Antriebsmaschine 19a erzeugte Wechselspannung umwandelt, bewirkt einen Ladevorgang der Akkuvorrichtung 11a. In the generator operating mode, the inverter circuit 24a converts the AC voltage generated by the engine 19a into a DC voltage. The inverter circuit 24a acts as a step-up converter, which converts the AC voltage provided by the drive machine 19a into a higher DC voltage. In principle, however, the inverter circuit 24a can also be operated without a step-up operation. The DC voltage to which the inverter circuit 24a converts the AC voltage generated by the engine 19a causes charging of the battery device 11a.
Die Ladevorrichtung 10a ist teilweise einstückig mit der Inverterschaltung 24a ausgebildet. Die Ladevorrichtung 10a umfasst eine mehrphasige Gleichrichtschaltung 12a, die eine Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt. Die Ladevorrichtung 10a umfasst drei Phaseneingänge 14a, 15a, 16a sowie an die Phaseneingänge 14a, 15a, 16a anschließende Phasen 42a, 43a, 44a, einen Nullleitereingang 17a und einen an den Nulleitereingang 17a anschließenden Nullleiter 45a sowie einen Schutzleitereingang 46a und einen an den Schutzleitereingang 46a anschließenden Schutzleiter 47a. Die drei Phaseneingänge 14a, 15a, 16a sind für einen Drehstrom vorgesehen. Der Nulleitereingang 17a ist in Bezug auf ein Erdungspotential im Wesentlichen potentialfrei. Ein über den Nullleiter 45a fließender Strom ist in einem ordnungsgemäßen Regelbetrieb Null. Der Schutzleiter 47a, der über das externe Stromnetz mit einer Erde verbunden ist, definiert das Erdungspotential. The charging device 10a is partially formed integrally with the inverter circuit 24a. The charging device 10a comprises a polyphase rectification circuit 12a, which converts an AC voltage to a DC voltage. The charging device 10a comprises three phase inputs 14a, 15a, 16a and phases 42a, 43a, 44a connected to the phase inputs 14a, 15a, 16a, a neutral input 17a and a neutral conductor 45a connected to the neutral input 17a, and a protective conductor input 46a and one to the protective conductor input 46a subsequent protective conductor 47a. The three phase inputs 14a, 15a, 16a are provided for a three-phase current. The neutral input 17a is substantially floating with respect to a ground potential. A current flowing through the neutral conductor 45a is zero in a proper control operation. The protective conductor 47a connected to ground via the external power network defines the grounding potential.
In dem Ladebetriebsmodus ist die Ladevorrichtung 10a über die Inverterschaltung 24a mit der Akkuvorrichtung 11a verbunden. Die Phasen 42a, 43a, 44a der Ladevorrichtung 10a sind jeweils über eine der Motorspulen 20a, 21a, 22a mit einer der Phasen 28a, 29a, 30a der Antriebsmaschine 19a verbunden. Die einzelnen Phasen 42a, 43a, 44a der Ladevorrichtung sind damit jeweils an eine der Halbbrücken 35a, 36a, 37a der Inverterschaltung 24a angebunden. Die Gleichrichtschaltung 12a ist einstückig mit der Inverterschaltung 24a ausgeführt. In the charging operation mode, the charging device 10a is connected to the battery device 11a via the inverter circuit 24a. The phases 42a, 43a, 44a of the charging device 10a are each connected via one of the motor coils 20a, 21a, 22a to one of the phases 28a, 29a, 30a of the prime mover 19a. The individual phases 42a, 43a, 44a of the charging device are thus each connected to one of the half bridges 35a, 36a, 37a of the inverter circuit 24a. The rectification circuit 12a is integrally formed with the inverter circuit 24a.
Die Phase 42a ist damit in dem Ladebetriebsmodus an den Brückenpunkt der Halbbrücke 35a angebunden. Die Freilaufdioden 40a, 41a der Halbbrücke 35a bilden in Bezug auf den Brückenpunkt eine Gleichrichtschaltung für die Phase 42a aus. Die beiden weiteren Halbbrücken 36a, 37a sind in Bezug auf die Phasen 43a, 44a korrespondierend geschaltet. Eine in dem Ladebetriebsmodus an den drei Phasen 42a, 43a, 44a anliegende Wechselspannung wird damit in eine an den Leitern 33a, 34a anliegende Gleichspannung umgewandelt. The phase 42a is thus connected in the charging operating mode to the bridge point of the half-bridge 35a. The freewheeling diodes 40a, 41a of the half bridge 35a form a rectifying circuit for the phase 42a with respect to the bridge point. The two further half bridges 36a, 37a are connected correspondingly with respect to the phases 43a, 44a. An alternating voltage applied to the three phases 42a, 43a, 44a in the charging operating mode is thus converted into a DC voltage applied to the conductors 33a, 34a.
Zur Erhöhung eines Leistungsfaktors umfasst die Ladevorrichtung 10a eine an die Gleichrichtschaltung 12a angebundene Leistungsfaktorkorrekturschaltung 25a. Die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 25a ist teilweise einstückig mit der Inverterschaltung 24a und teilweise einstückig mit der Antriebsmaschine 19a ausgebildet. Die Motorspulen 20a, 21a, 22a der Antriebsmaschine 19a bilden jeweils eine Induktivität für die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 25a aus. Die Halbbrücken 35a, 36a, 37a der Inverterschaltung 24a bilden jeweils ein Schaltelement für die Leistungsfaktorkorrekturschaltung 25a aus. Die Schaltelemente 38a, 39a der Halbbrücke 35a sind für die Phase 42a vorgesehen. Die Schaltelemente der weiteren Halbbrücken 36a, 37a sind analog für die Phasen 43a, 44a vorgesehen. To increase a power factor, the charging device 10a comprises a power factor correction circuit 25a connected to the rectification circuit 12a. The power factor correction circuit 25a is partially integral with the inverter circuit 24a and partially formed integrally with the prime mover 19a. The motor coils 20a, 21a, 22a of the prime mover 19a each form an inductance for the power factor correction circuit 25a. The half bridges 35a, 36a, 37a of the inverter circuit 24a respectively form a switching element for the power factor correction circuit 25a. The switching elements 38a, 39a of the half bridge 35a are provided for the phase 42a. The switching elements of the further half-bridges 36a, 37a are provided analogously for the phases 43a, 44a.
Zur Umschaltung zwischen dem Ladebetriebsmodus und dem Fahrbetriebsmodus weist das Kraftfahrzeugantriebssystem eine Betriebsmodus-Umschaltvorrichtung 48a auf. Die Betriebsmodus-Umschaltvorrichtung 48a umfasst drei Schaltelemente 49a, 50a, 51a, die jeweils den einzelnen Phasen 28a, 29a, 30a der Antriebsmaschine 19a zugeordnet sind. In einer Schaltstellung, die dem Ladebetriebsmodus zugeordnet ist, verbindet die Betriebsmodus-Umschaltvorrichtung 48a die Phasen 42a, 43a, 44a der Ladevorrichtung mit den Phasen 28a, 29a, 30a der Antriebsmaschine 19a. Die Schaltelemente 49a, 50a, 51a verbinden in dem Ladebetriebsmodus jeweils genau eine der Phasen 42a, 43a, 44a mit einer der Phasen 28a, 29a, 30a. For switching between the charging operation mode and the driving operation mode, the vehicle drive system has an operation mode switching device 48a. The operation mode switching device 48a comprises three switching elements 49a, 50a, 51a, which are respectively associated with the individual phases 28a, 29a, 30a of the prime mover 19a. In a shift position associated with the charge mode, the operation mode switch 48a connects the phases 42a, 43a, 44a of the charger to the phases 28a, 29a, 30a of the prime mover 19a. The switching elements 49a, 50a, 51a respectively connect exactly one of the phases 42a, 43a, 44a to one of the phases 28a, 29a, 30a in the charging operating mode.
In einer zweiten Schaltstellung, die den Fahrbetriebsmodus und dem Generatorbetriebsmodus zugeordnet ist, verbindet die Betriebsmodus-Umschaltvorrichtung 48a die drei Phasen 28a, 29a, 30a der Antriebsmaschine 19a miteinander. Die Motorspulen 20a, 21a, 22a, die mit den Phasen 28a, 29a, 30a der Antriebsmaschine 19a verbunden sind, sind damit an einem Sternpunkt 52a miteinander verbunden. Die drei Schaltelemente 49a, 50a, 5 a der Betriebsmodus-Umschaltvorrichtung 48a verbinden die Phasen 28a, 29a, 30a der Antriebsmaschine 19a jeweils einzeln mit dem Sternpunkt 52. Die Betriebsmodus-Umschaltvorrichtung 48a bildet somit einen Sternpunkt-Schütz aus, mittels der die Antriebsmaschine 19a unabhängig von einem Betriebszustand der Ladevorrichtung 10a und unabhängig von der Inverterschaltung 24a lastfrei geschaltet werden kann. In a second shift position associated with the drive operation mode and the generator operation mode, the operation mode switching device 48a connects the three Phases 28a, 29a, 30a of the prime mover 19a with each other. The motor coils 20a, 21a, 22a, which are connected to the phases 28a, 29a, 30a of the prime mover 19a, are thus connected together at a star point 52a. The three switching elements 49a, 50a, 5a of the operation mode switching device 48a individually connect the phases 28a, 29a, 30a of the prime mover 19a to the star point 52. The operation mode switching device 48a thus forms a neutral contactor by means of which the prime mover 19a can be switched without load independently of an operating state of the charging device 10a and independently of the inverter circuit 24a.
Zur Einstellung der an den beiden Leitern 33a, 34a und den Batterieklemmen 31a, 32a anliegenden Gleichspannung umfasst die Ladevorrichtung 10a einen Spannungswandler 53a, der nach der Inverterschaltung 24a angeordnet ist. Der Spannungswandler 53a ist bidirektional ausgeführt, d.h. sowohl für einen Leistungsfluss von der Inverterschaltung 24a zur Akkuvorrichtung 11a als auch für einen Leistungsfluss von der Akkuvorrichtung 11a zu der Inverterschaltung 24a vorgesehen. Der Spannungswandler 53a ist für die Ladevorrichtung 10a, d.h. zum Laden der Akkuvorrichtung 11a mittels des externen Stromnetzes, und für die Leistungselektronik 23a, d.h. zum Betrieb der Antriebsmaschine 19a mittels der Akkuvorrichtung 11a, vorgesehen. Der Spannungswandler 53a ist mit der Inverterschaltung 24a elektrisch in Reihe geschaltet. Der Spannungswandler 53a ist zwischen der Inverterschaltung 24a und der Akkuvorrichtung 11a angeordnet. Der Spannungswandler 53a umfasst eine Spule 55a und einen Kondensator 56a. Zudem umfasst der Spannungswandler 53a eine Schalteinheit 54a mit zwei Schaltelementen und eine Diodeneinheit 57a mit zwei Dioden. Der Kondensator 56a ist zwischen den Leitern 33a, 34a der Inverterschaltung 24a angeordnet. Die Schalteinheit 54a und die Diodeneinheit 57a bilden schaltungstechnisch eine Halbbrücke aus. Die Spule 55a, die in den Leiter 33a eingebunden ist, ist an einen Brückenpunkt der durch die Schalteinheit 54a und die Diodeneinheit 57a ausgebildeten Halbbrücke angebunden. For adjusting the DC voltage applied to the two conductors 33a, 34a and the battery terminals 31a, 32a, the charging device 10a comprises a voltage converter 53a arranged after the inverter circuit 24a. The voltage converter 53a is bidirectional, i. both for a power flow from the inverter circuit 24a to the battery device 11a and for a power flow from the battery device 11a to the inverter circuit 24a. The voltage converter 53a is for the charging device 10a, i. for charging the battery device 11a by means of the external power network, and for the power electronics 23a, i. for operating the engine 19a by means of the battery device 11a provided. The voltage converter 53a is electrically connected in series with the inverter circuit 24a. The voltage converter 53a is disposed between the inverter circuit 24a and the battery device 11a. The voltage converter 53a includes a coil 55a and a capacitor 56a. In addition, the voltage converter 53a comprises a switching unit 54a with two switching elements and a diode unit 57a with two diodes. The capacitor 56a is disposed between the conductors 33a, 34a of the inverter circuit 24a. The switching unit 54a and the diode unit 57a form a half bridge in terms of circuitry. The coil 55a, which is incorporated in the conductor 33a, is connected to a bridge point of the half-bridge formed by the switching unit 54a and the diode unit 57a.
Die Ladevorrichtung 10a und die Leistungselektronik 23a weisen eine hinreichend hohe Spannungsfestigkeit von beispielsweise 1200 Volt auf. Insbesondere die Gleichrichtschaltung 12a, die einstückig mit der Inverterschaltung 24a ausgeführt ist, ist auf diese Spannungsfestigkeit ausgelegt. Der Spannungswandler 53a wandelt insbesondere in dem Ladebetriebsmodus die Gleichspannung, die an den Leitern 33a, 34a anliegt, in eine niedrigere Ladespannung um. Die Ladespannung, die ebenfalls eine Gleichspannung ist, ist über den Spannungswandler 53a einstellbar. Eine Spannungsfestigkeit der nach dem Spannungswandler 53a angeordneten Bauteile kann dadurch grundsätzlich geringer sein als die Spannungsfestigkeit der Ladevorrichtung 10a und der Leistungselektronik 23a. Weiter umfasst die Ladevorrichtung 10a eine Filtereinheit 58a. Die Filtereinheit 58a bildet einen EMV-Filter aus. Die Filtereinheit 58a umfasst eine Spulen-Kondensator-Einheit mit einer Mehrzahl von paarweise angeordneten Kondensatoren und Spulen. Die Spulen- Kondensator-Einheit bildet für jede Phase 42a, 43a, 44a der Ladevorrichtung 10a einen Tiefpassfilter aus. Eine Grenzfrequenz, oberhalb der die Filtereinheit 58a dämpft, ist größer als eine maximal zu erwartende Netzfrequenz des externen Stromnetzes. The charging device 10a and the power electronics 23a have a sufficiently high dielectric strength of, for example, 1200 volts. In particular, the rectification circuit 12a, which is formed integrally with the inverter circuit 24a, is designed for this withstand voltage. The voltage converter 53a, in particular in the charging operation mode, converts the DC voltage applied to the conductors 33a, 34a into a lower charging voltage. The charging voltage, which is also a DC voltage, is adjustable via the voltage converter 53a. As a result, a dielectric strength of the components arranged after the voltage converter 53a can generally be lower than the dielectric strength of the charging device 10a and the power electronics 23a. Furthermore, the charging device 10a comprises a filter unit 58a. The filter unit 58a forms an EMC filter. The filter unit 58a comprises a coil-capacitor unit with a plurality of paired capacitors and coils. The coil-capacitor unit forms a low-pass filter for each phase 42a, 43a, 44a of the charging device 10a. A cutoff frequency above which the filter unit 58a attenuates is greater than a maximum expected network frequency of the external power grid.
Die Ladevorrichtung 10a umfasst ferner eine Entstöreinheit 59a mit einem Netz- Ableitkondensator 26a. Der Netz-Ableitkondensator 26a ist als y-Kondensator klassifiziert. Weiter umfasst die Entstöreinheit 59a drei x-Kondensatoren 60a, 61a, 62a. Die x- Kondensatoren 60a, 61a, 62a sind jeweils paarweise zwischen die drei Phasen 42a, 43a, 44a der Ladevorrichtung 10a geschaltet. Jeweils zwei der x-Kondensatoren 60a, 61a, 62a sind in Bezug auf zwei der Phasen 42a, 43a, 44a in Reihe geschaltet. Die drei x- Kondensatoren 60a, 61a, 62a sind über einen gemeinsamen Kontaktpunkt elektrisch miteinander verbunden. Der Netz-Ableitkondensator 26a ist an den gemeinsamen Kontaktpunkt der x-Kondensatoren 60a, 61a, 62a angebunden. Der Netz-Ableitkondensator 26a ist damit zwischen die drei Phasen 60a, 61a, 62a und den Nullleiter 45a der Ladevorrichtung 10a geschaltet. Zudem umfasst die Entstöreinheit 59a einen Kondensator 63a der zwischen den Nullleiter 45a und den Schutzleiter 47a geschaltet ist. The charging device 10a further comprises a suppressor unit 59a with a line bypass capacitor 26a. The power dissipation capacitor 26a is classified as a y-capacitor. Furthermore, the interference suppression unit 59a comprises three x capacitors 60a, 61a, 62a. The x-capacitors 60a, 61a, 62a are each connected in pairs between the three phases 42a, 43a, 44a of the charging device 10a. Two each of the x-capacitors 60a, 61a, 62a are connected in series with respect to two of the phases 42a, 43a, 44a. The three x capacitors 60a, 61a, 62a are electrically connected to one another via a common contact point. The line bypass capacitor 26a is connected to the common contact point of the x-capacitors 60a, 61a, 62a. The power dissipation capacitor 26a is thus connected between the three phases 60a, 61a, 62a and the neutral conductor 45a of the charger 10a. In addition, the suppressor unit 59a comprises a capacitor 63a which is connected between the neutral conductor 45a and the protective conductor 47a.
Zur Anbindung der Akkuvorrichtung 11a umfasst die Leistungselektronik 23a einen Zwischenkreis 64a. Der Zwischenkreis 64a umfasst einen Kondensator, der zwischen den beiden Leitern 33a, 34a der Inverterschaltung 24a angeordnet ist. Die Leistungselektronik 23a umfasst zwei weitere Netz-Ableitkondensatoren 27a, 65a, die ebenfalls als y- Kondensatoren klassifiziert sind. Die Netzableit-Kondensatoren 27a, 65a der Ladevorrichtung 10a sind nach dem Zwischenkreis 64a angeordnet. Der Netz-Ableitkondensator 27a ist zwischen dem Leiter 33a und dem Schutzleiter 47a angeordnet. Der Netz- Ableitkondensator 65a ist zwischen dem Leiter 34a und dem Schutzleiter 47a angeordnet. To connect the battery device 11a, the power electronics 23a comprises a link 64a. The intermediate circuit 64a comprises a capacitor which is arranged between the two conductors 33a, 34a of the inverter circuit 24a. The power electronics 23a comprises two further power dissipation capacitors 27a, 65a, which are also classified as y capacitors. The mains discharge capacitors 27a, 65a of the charging device 10a are arranged after the intermediate circuit 64a. The power dissipation capacitor 27a is disposed between the conductor 33a and the protective conductor 47a. The power dissipation capacitor 65a is disposed between the conductor 34a and the protective conductor 47a.
Die Ladevorrichtung 10a umfasst weiter eine Überwachungseinheit 66a. Die Überwachungseinheit 66a ist an die drei Phasen 42a, 43a, 44a den Nullleiter 45a und den Schutzleiter 47a angebunden. Die Überwachungseinheit 66a überwacht insbesondere Spannungen, die an den Phasen 42a, 43a, 44a dem Nullleiter 45a und dem Schutzleiter 47a auftreten. Zudem überwacht sie elektrische Ströme, die durch die Phasen 42a, 43a, 44a den Nullleiter 45a und den Schutzleiter 47a fließen. Weiter bildet die Überwachungseinheit einen Isolationswächter aus, der insbesondere einen Isolationswiderstand der Phasen gegen den Schutzleiter bestimmt. Der Isolationswiderstand ist in Figur 1 als Ersatzwiderstand gemeinsam mit einem Ersatzkondensator, der Leitungskapazitäten ersetzt, in einer Ersatzschaltung 67a dargestellt. The charging device 10a further comprises a monitoring unit 66a. The monitoring unit 66a is connected to the three phases 42a, 43a, 44a, the neutral conductor 45a and the protective conductor 47a. In particular, the monitoring unit 66a monitors voltages which occur at the phases 42a, 43a, 44a, the neutral conductor 45a and the protective conductor 47a. In addition, it monitors electrical currents flowing through the phases 42a, 43a, 44a the neutral conductor 45a and the protective conductor 47a. Furthermore, the monitoring unit forms an insulation monitor, which in particular has an insulation resistance of the Phases determined against the protective conductor. The insulation resistance is shown in FIG. 1 as an equivalent resistance together with a replacement capacitor replacing line capacitances in an equivalent circuit 67a.
Zur Umschaltung zwischen einem Ein-Phasen-Ladebetrieb und einem Drei-Phasen- Ladebetrieb umfasst die Ladevorrichtung 10a eine Umschalteinheit 13a. Die Umschalteinheit 13a umfasst ein Schaltelement 18a, das dazu vorgesehen ist, den Nullleiter 45a der Ladevorrichtung 10a mit einer der Phasen 42a, 43a, 44a zu verbinden. Die Umschalteinheit 13a ist automatisiert ausgebildet. Erkennt die Umschalteinheit 13a eine an den Phaseneingängen 14a, 15a, 16a und dem Nullleitereingang 17a anliegende einphasige Wechselspannung, schließt sie das Schaltelement 18a selbstständig und verbindet den Nullleiter 45a mit der Phase 44a. Bei einer an der Ladevorrichtung 10a anliegenden einphasigen Wechselspannung sind zwei der drei Phaseneingängen 14a, 5a, 6a im Wesentlichen potentialfrei. Die Umschalteinheit 13a erkennt eine Art der anliegenden Wechselspannung anhand von Potentialen der drei Phaseneingänge 14a, 15a, 16a. Die zwischen dem Phaseneingang 14a und dem Nulleitereingang 17a anliegende einphasige Wechselspannung liegt durch das Schließen des Schaltelements 18a zwischen zwei der drei Phasen 42a, 43a, 44a an. Die Gleichrichtschaltung 12a wandelt die in dem dargestellten Ausführungsbeispiels zwischen den beiden Phasen 42a, 44a anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung um. For switching between a single-phase charging operation and a three-phase charging operation, the charging device 10a comprises a switching unit 13a. The switching unit 13a comprises a switching element 18a, which is provided to connect the neutral conductor 45a of the charging device 10a to one of the phases 42a, 43a, 44a. The switching unit 13a is formed automatically. If the switching unit 13a detects a single-phase AC voltage applied to the phase inputs 14a, 15a, 16a and the neutral conductor input 17a, it automatically closes the switching element 18a and connects the neutral conductor 45a to the phase 44a. In the case of a single-phase AC voltage applied to the charging device 10a, two of the three phase inputs 14a, 5a, 6a are essentially potential-free. The switching unit 13a detects a type of applied AC voltage based on potentials of the three phase inputs 14a, 15a, 16a. The single-phase alternating voltage applied between the phase input 14a and the neutral input 17a is applied by closing the switching element 18a between two of the three phases 42a, 43a, 44a. The rectification circuit 12a converts the AC voltage applied between the two phases 42a, 44a in the illustrated embodiment into a DC voltage.
Zudem ist die Umschalteinheit 13a zur Erkennung einer Gleichspannung vorgesehen. Erkennt die Umschalteinheit 3a in dem Ladebetriebsmodus eine zwischen dem Phaseneingang 14a und dem Nullleitereingang 17a anliegende Gleichspannung, schließt die Umschalteinheit 13a ebenfalls das Schaltelement 18a. Die Gleichrichtschaltung 12a lässt die damit an den Phasen 42a, 44a anliegende Gleichspannung im Wesentlich widerstandsfrei durch, wodurch sie analog zu einer gewandelten Wechselspannung auch an den beiden Leitern 33a, 34a der Inverterschaltung 24a anliegt. In addition, the switching unit 13a is provided for detecting a DC voltage. If the switching unit 3a detects a DC voltage present between the phase input 14a and the neutral conductor input 17a in the charging operating mode, the switching unit 13a also closes the switching element 18a. The rectification circuit 12a passes through the DC voltage applied to the phases 42a, 44a essentially without resistance, as a result of which, analogously to a converted AC voltage, it also rests against the two conductors 33a, 34a of the inverter circuit 24a.
In dem Ladebetriebsmodus wird eine Leistung zum Laden der Akkuvorrichtung 11a über die Phaseneingänge 14a, 15a, 16a und den Nullleitereingang 17a der Ladevorrichtung 10a eingespeist. Entlang eines Energieflusses der über die Ladevorrichtung 10a eingespeisten Leistung sind nacheinander folgend die Filtereinheit 58a und die Betriebsmodus- Umschaltvorrichtung 48a angeordnet. An die Betriebsmodus-Umschaltvorrichtung 48a schließt die Antriebsmaschine 19a an, die durch die Anbindung der Phasen 42a, 43a, 44a an die Motorspulen 20a, 21 a, 22a ebenfalls in den Energiefluss eingebunden ist. Ausgehend von der Antriebsmaschine 19a geht der Energiefluss durch die Inverterschaltung 24a. Die Inverterschaltung 24a ist über den Zwischenkreis 64a und den Spannungswandler 53a an die Akkuvorrichtung 11a angebunden. In the charging operation mode, a power for charging the battery device 11a is inputted through the phase inputs 14a, 15a, 16a and the neutral conductor input 17a of the charger 10a. Along with an energy flow of the power fed in via the charging device 10a, the filter unit 58a and the operating mode switching device 48a are arranged one after the other. The operating mode switching device 48a is followed by the drive machine 19a, which is also integrated into the energy flow by connecting the phases 42a, 43a, 44a to the motor coils 20a, 21a, 22a. Starting from the drive machine 19a, the energy flow passes through the inverter circuit 24a. The inverter circuit 24a is connected to the battery device 11a via the intermediate circuit 64a and the voltage converter 53a.
Zur Steuerung umfasst das Antriebssystem eine Steuer- und Regeleinheit 68a. Die Steuer- und Regeleinheit 68a umfasst wenigstens ein Steuergerät mit einer Prozessoreinheit, die für eine Steuerung und Regelung vorgesehen ist. Grundsätzlich kann die Steuer- und Regeleinheit 68a auch mehrere, baulich getrennt ausgeführte Steuergeräte aufweisen, die für unterschiedliche Funktionen der Steuer- und Regeleinheit 68a vorgesehen sind. Die Steuer- und Regeleinheit 68a ist insbesondere zur Steuerung der Ladevorrichtung 10a und der Inverterschaltung 24a vorgesehen. Sie steuert die aktiv steuerbaren Schaltelemente der Inverterschaltung 24a. Weiter ist die Steuer- und Regeleinheit 68a für die Betriebsmodus-Umschaltvorrichtung 48a vorgesehen. Die Steuer- und Regeleinheit 68a schaltet insbesondere die Schaltelemente 49a, 50a, 51a. Zudem ist die Steuer- und Regeleinheit 68a für die Überwachungseinheit 66a vorgesehen, d.h. eine elektronische Auswertung der Überwachungseinheit 66a wird von der Steuer- und Regeleinheit 68a durchgeführt. Außerdem ist die Steuer- und Regeleinheit 68a zur Steuerung der Umschalteinheit 13a vorgesehen. Dazu bestimmt die Steuer- und Regeleinheit 68a mittels der Überwachungseinheit 66a die zwischen den Phaseneingängen 14a, 15a, 16a und dem Nullleitereingang 17a anliegenden Spannungen und schaltet in Abhängigkeit von den erkannten Spannungen das Schaltelement 18a der Umschalteinheit 13a. For control, the drive system comprises a control and regulation unit 68a. The control and regulation unit 68a comprises at least one control unit with a processor unit which is provided for a control and regulation. In principle, the control and regulation unit 68a may also have a plurality of structurally separated control units which are provided for different functions of the control and regulation unit 68a. The control and regulation unit 68a is provided in particular for controlling the charging device 10a and the inverter circuit 24a. It controls the actively controllable switching elements of the inverter circuit 24a. Further, the control unit 68a is provided for the operation mode switching device 48a. The control and regulation unit 68a in particular switches the switching elements 49a, 50a, 51a. In addition, the control unit 68a is provided to the monitoring unit 66a, i. An electronic evaluation of the monitoring unit 66a is performed by the control and regulation unit 68a. In addition, the control unit 68a is provided for controlling the switching unit 13a. For this purpose, the control and regulation unit 68a determines, by means of the monitoring unit 66a, the voltages present between the phase inputs 14a, 15a, 16a and the neutral conductor input 17a and switches the switching element 18a of the switching unit 13a as a function of the detected voltages.
In der Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Figuren 1 und 2 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den Figuren 1 und 2 durch den Buchstaben b in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels der Figur 3 ersetzt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels in den der Figuren 1 und 2 verwiesen werden. FIG. 3 shows a further exemplary embodiment of the invention. The following descriptions are essentially limited to the differences between the exemplary embodiments, it being possible to refer to the description of the exemplary embodiment of FIGS. 1 and 2 with regard to components, features and functions that remain the same. To distinguish the embodiments, the letter a in the reference numerals of the embodiment in Figures 1 and 2 by the letter b in the reference numerals of the embodiment of Figure 3 is replaced. With regard to identically designated components, in particular with regard to components having the same reference numerals, it is also possible in principle to refer to the drawings and / or the description of the first exemplary embodiment in FIGS. 1 and 2.
In Figur 3 ist eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems dargestellt. Das Antriebssystem umfasst eine Ladevorrichtung 10b, eine elektrische Antriebsmaschine 19b und eine Leistungselektronik 23b. Zudem umfasst das Antriebssystem eine Akkuvorrichtung 11 b. Die Ladevorrichtung 10b umfasst drei Phaseneingänge 14b, 15b, 16b, die jeweils einzeln mit einer Motorspule 20b, 21 b, 22b der Antriebsmaschine 19b verbunden sind. FIG. 3 shows an alternative embodiment of a drive system according to the invention. The drive system comprises a charging device 10b, an electric drive machine 19b and a power electronics 23b. In addition, the drive system comprises a battery device 11 b. The charging device 10b comprises three phase inputs 14b, 15b, 16b, which are each connected individually to a motor coil 20b, 21b, 22b of the prime mover 19b.
Die Ladevorrichtung 10b ist analog zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel ausgestaltet. Die Ladevorrichtung 10b umfasst eine Filtereinheit 58b und eine Überwachungseinheit 66b. Weiter umfasst die Ladevorrichtung 10b eine Gleichrichtschaltung 12b mit angebundener Leistungsfaktorkorrekturschaltung 25, die teilweise einstückig mit der Leistungselektronik 23b ausgeführt ist. Zudem umfasst die Ladevorrichtung 10b eine Entstöreinheit 59b mit Netz-Ableitkondensatoren 26b, 27b, 65b und einen Spannungswandler 53b. The charging device 10b is configured analogously to the preceding embodiment. The charging device 10b comprises a filter unit 58b and a monitoring unit 66b. Furthermore, the charging device 10b comprises a rectification circuit 12b with connected power factor correction circuit 25, which is partially designed in one piece with the power electronics 23b. In addition, the charging device 10b comprises a suppressor unit 59b with line bypass capacitors 26b, 27b, 65b and a voltage converter 53b.
Zur Umschaltung zwischen einem einphasigen Ladebetrieb und einem mehrphasigen Ladebetrieb umfasst die Ladevorrichtung 0b eine Umschalteinheit 3b, die ein Schaltelement 18b umfasst, das dazu vorgesehen ist, einen der drei Phaseneingängen 14b, 15b, 16b der Ladevorrichtung 10b mit einem Nullleitereingang 17b der Ladevorrichtung 10b zu verbinden. For switching between a single-phase charging operation and a multi-phase charging operation, the charging device 0b comprises a switching unit 3b, which comprises a switching element 18b, which is intended to connect one of the three phase inputs 14b, 15b, 16b of the charging device 10b to a neutral conductor input 17b of the charging device 10b ,
Im Unterschied zum vorangegangenen Ausführungsbeispiel umfasst die Leistungselektronik 23b eine Inverterschaltung 24b, die als eine Drei-Level-Inverterschaltung ausgebildet ist. Die Inverterschaltung 24b umfasst insgesamt sechs Halbbrücken 35b, 35b', 36b, 36b', 37b, 37b'. Jeweils zwei der Halbbrücken 35b, 35b', 36b, 36b', 37b, 37b' sind für eine Phase 28b, 29b, 30b der Antriebsmaschine 19b vorgesehen. Die jeweils paarweise angeordneten Halbbrücken 35b, 35b', 36b, 36b', 37b, 37b', die für eine der Phasen 28b, 29b, 30b vorgesehen sind, sind zwischen zwei Leiter 33b, 34b der Inverterschaltung 24b geschaltet. Die Phasen 28b, 29b, 30b sind jeweils an einen Punkt zwischen den beiden entsprechenden Halbbrücken 35b, 35b', 36b, 36b', 37b, 37b' angebunden. Brückenpunkte aller sechs Halbbrücken 35b, 35b', 36b, 36b', 37b, 37b' sind jeweils über eine Diode an einen Leiter 69b der Inverterschaltung 24b angebunden. Ein Zwischenkreis 64b der Leistungselektronik weist zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren auf. Der Leiter 69b, an den die zusätzlichen Dioden der Inverterschaltung 24b angebunden sind, ist an einem Punkt zwischen den beiden Kondensatoren des Zwischenkreises 64b angebunden. Der Leiter 69b der Inverterschaltung 24b und die beiden Leiter 33b, 34b bilden drei unterschiedliche Potentiale der Drei-Level-Inverterschaltung aus. Der Leiter 69b der Inverterschaltung 24b definiert dabei ein Mittenpotential, gegen das Potentiale der beiden Leiter 33b, 34b verschoben sind. Unlike the previous embodiment, the power electronics 23b includes an inverter circuit 24b formed as a three-level inverter circuit. The inverter circuit 24b comprises a total of six half-bridges 35b, 35b ', 36b, 36b', 37b, 37b '. In each case two of the half bridges 35b, 35b ', 36b, 36b', 37b, 37b 'are provided for a phase 28b, 29b, 30b of the drive machine 19b. The paired half-bridges 35b, 35b ', 36b, 36b', 37b, 37b ', which are provided for one of the phases 28b, 29b, 30b, are connected between two conductors 33b, 34b of the inverter circuit 24b. The phases 28b, 29b, 30b are each connected to a point between the two corresponding half-bridges 35b, 35b ', 36b, 36b', 37b, 37b '. Bridge points of all six half-bridges 35b, 35b ', 36b, 36b', 37b, 37b 'are each connected via a diode to a conductor 69b of the inverter circuit 24b. An intermediate circuit 64b of the power electronics has two capacitors connected in series. The conductor 69b, to which the additional diodes of the inverter circuit 24b are connected, is connected at a point between the two capacitors of the intermediate circuit 64b. The conductor 69b of the inverter circuit 24b and the two conductors 33b, 34b constitute three different potentials of the three-level inverter circuit. The conductor 69b of the inverter circuit 24b defines a central potential, against which potentials of the two conductors 33b, 34b are displaced.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kraftfahrzeugantriebssystem mit einer Ladevorrichtung (10a; 10b), die zum Laden einer Akkuvorrichtung (11a; 11b) mittels eines externen Stromnetzes vorgesehen ist und die wenigstens eine mehrphasige Gleichrichtschaltung (12a; 12b) aufweist, die dazu vorgesehen ist, eine Wechselspannung des externen Stromnetzes in eine Gleichspannung umzuwandeln, A motor vehicle drive system comprising a charging device (10a, 10b) for charging a rechargeable battery device (11a, 11b) by means of an external power supply and having at least one multi-phase rectifying circuit (12a, 12b) provided with an AC voltage of the external one Convert the power grid into a DC voltage,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Ladevorrichtung (10a; 10b) eine Umschalteinheit (13a; 13b) aufweist, die dazu vorgesehen ist, die Gleichrichtschaltung (12a; 12b) wahlweise für einen einphasigen Ladebetrieb oder einen mehrphasigen Ladebetrieb zu schalten.  the charging device (10a, 10b) has a switching unit (13a, 13b) which is provided to switch the rectification circuit (12a, 12b) optionally for a single-phase charging operation or a multi-phase charging operation.
2. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 1 , 2. Motor vehicle drive system according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Umschalteinheit (13a; 13b) dazu vorgesehen ist, selbstständig umzuschalten.  the switching unit (13a; 13b) is provided to automatically switch over.
3. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, 3. Motor vehicle drive system according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Ladevorrichtung (10a; 10b) zumindest zwei Phaseneingänge (14a, 15a, 16a; 14b, 15b, 16b) sowie zumindest einen Nullleitereingang (17a; 17b) aufweist und die Umschalteinheit (13a; 13b) wenigstens ein Schaltelement (18a; 18b) umfasst, das dazu vorgesehen ist, einen der Phaseneingänge (16a; 16b) und den Nullleitereingang (17b) miteinander zu verbinden. the charging device (10a, 10b) has at least two phase inputs (14a, 15a, 16a; 14b, 15b, 16b) and at least one neutral conductor input (17a, 17b) and the switching unit (13a; 13b) comprises at least one switching element (18a, 18b) , which is intended to connect one of the phase inputs (16a, 16b) and the neutral input (17b).
4. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 3, 4. Motor vehicle drive system according to claim 3,
gekennzeichnet durch  marked by
eine Antriebsmaschine (19a; 19b) mit wenigstens zwei Motorspulen (20a, 21a, 22a; 20b, 21b, 22b), wobei die zumindest zwei Phaseneingänge (14a, 15a, 16a; 14b, 15b, 16b) und die zumindest zwei Motorspulen (20a, 21a, 22a; 20b, 21b, 22b) jeweils einzeln elektrisch in Reihe geschaltet sind.  a prime mover (19a; 19b) having at least two motor coils (20a, 21a, 22a; 20b, 21b, 22b), the at least two phase inputs (14a, 15a, 16a; 14b, 15b, 16b) and the at least two motor coils (20a , 21a, 22a, 20b, 21b, 22b) are each individually connected electrically in series.
5. Kraftfahrzeugantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Motor vehicle drive system according to one of the preceding claims,
gekennzeichnet durch  marked by
eine Leistungselektronik (23a; 23b) mit zumindest einer Inverterschaltung (24a; 24b), die zumindest teilweise einstückig mit der Gleichrichtschaltung (12a; 12b) der Ladevorrichtung (10a; 10b) ausgebildet ist.  power electronics (23a, 23b) having at least one inverter circuit (24a, 24b) which is formed at least partially in one piece with the rectification circuit (12a, 12b) of the charging device (10a, 10b).
6. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 5, 6. Motor vehicle drive system according to claim 5,
gekennzeichnet durch  marked by
eine Leistungsfaktorkorrekturschaltung (25a; 25b), die wenigstens teilweise einstückig mit der Inverterschaltung (24a; 24b) ausgeführt ist.  a power factor correction circuit (25a; 25b) at least partially integral with the inverter circuit (24a; 24b).
7. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 6, 7. Motor vehicle drive system according to claim 6,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Leistungsfaktorkorrekturschaltung (25a; 25b) wenigstens teilweise einstückig mit der Antriebsmaschine (19a; 19b) ausgeführt ist.  the power factor correction circuit (25a; 25b) is at least partially integral with the prime mover (19a; 19b).
8. Kraftfahrzeugantriebssystem zumindest nach Anspruch 5, 8. Motor vehicle drive system at least according to claim 5,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Inverterschaltung (24a; 24b) als eine 3-Level-lnverterschaltung ausgebildet ist.  the inverter circuit (24a; 24b) is formed as a 3-level inverter circuit.
9. Kraftfahrzeugantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. Motor vehicle drive system according to one of the preceding claims,
gekennzeichnet durch  marked by
wenigstens einen Netzableit-Kondensator (27a, 56a; 27b, 65b). at least one power dissipation capacitor (27a, 56a; 27b, 65b).
10. Kraftfahrzeugantriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 10. Motor vehicle drive system according to one of the preceding claims, characterized in that
die Ladevorrichtung (10a; 10b) eine Überwachungseinheit (66a; 66b) aufweist, die dazu vorgesehen ist, wenigstens eine externe Netz- und/oder Ladekenngröße zu überwachen.  the charging device (10a, 10b) has a monitoring unit (66a, 66b) which is provided to monitor at least one external network and / or charging parameter.
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