DE102023135871B3

DE102023135871B3 - Elektrische Maschineneinheit, Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschineneinheit

Info

Publication number: DE102023135871B3
Application number: DE102023135871.5A
Authority: DE
Inventors: Nima Saadat
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2023-12-19
Filing date: 2023-12-19
Publication date: 2025-05-22
Anticipated expiration: 2043-12-20
Also published as: CN120185488A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschineneinheit (160) mit einer elektrischen Maschine (130) mit zwei Phasengruppen (P1, P2) und mit einem Stromrichter (140), wobei der Stromrichter erste und zweite Schalter aufweist, wobei die elektrische Maschineneinheit erste DC-Ladekontakte (190.1, 192.1) aufweist, wobei gleichspannungsseitige Anschlüsse der Halbbrücken der ersten Halbbrückengruppe (146.1) miteinander und elektrisch mit jeweils einem der ersten DC-Ladekontakte (190.2, 192.2) verbunden sind, wobei gleichspannungsseitige Anschlüsse der Halbbrücken der zweiten Halbbrückengruppe (146.2) miteinander verbunden sind, wobei jeder erste und zweite Schalter in einer ersten Schalterstellung (S1) die jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Halbbrücken der Halbbrückengruppe über den jeweiligen Schalter elektrisch mit dem jeweiligen Gleichspannungsanschluss (B+, B-) und in einer zweiten Schalterstellung (S2) davon trennt, wobei die elektrische Maschineneinheit dazu eingerichtet ist: in einem Maschinenbetriebsmodus die ersten Schalter und die zweiten Schalter jeweils in die erste Schalterstellung (S1) zu bringen, in einem ersten Energietransfermodus die ersten Schalter in die erste Schalterstellung (S1) und die zweiten Schalter in die zweite Schalterstellung (S2) zu bringen, und in einem zweiten Energietransfermodus die ersten Schalter in die zweite Schalterstellung (2) und die zweiten Schalter in die erste Schalterstellung zu bringen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschineneinheit mit einer elektrischen Maschine und einem Stromrichter, ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen elektrischen Maschineneinheit.
Die WO 2013 / 077 221 A1 offenbart ein Ladesystem für Fahrzeuge, das sich auf die Integration von Ladegeräten und Batteriemanagementsystemen konzentriert. Es wird ein Verfahren beschrieben, bei dem ein Ladeanschluss über Kommunikationsprotokolle wie CAN oder PLC mit der Batteriesteuerung verbunden ist, um eine sichere und effiziente Energieübertragung zu gewährleisten. Die Technologie ermöglicht die Optimierung der Ladeprozesse durch Spannungsabgleich und eine zentrale Steuerung der Ladevorgänge. Die JP 2013 - 132 197 A beschreibt ein vergleichbares System.
Das Dokument CN 1 12 810 467 A beschreibt eine Energieumwandlungsvorrichtung, die eine effiziente Lade- und Entladefunktion für Hochspannungsbatterien in Fahrzeugen bietet. Sie umfasst einen Wechselstrommotor, einen bidirektionalen PWM-Wechselrichter und ein Schaltmodul.
Die DE 10 2019 218 375 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Ladens von Hochspannungsbatterien über mehrere Ladeanschlüsse. Der Schwerpunkt liegt auf der Vermeidung von Funkenbildung und Einschaltströmen durch einen Spannungsausgleich zwischen den Ladeanschlüssen.
Hintergrund der Erfindung
Bei elektrischen Maschinen, insbesondere bei solchen, die als Motor und/oder Generator verwendet werden, und insbesondere auch bei Verwendung in Fahrzeugen, werden Inverter (Stromrichter) eingesetzt, um den erzeugten Wechselstrom gleichzurichten bzw. anliegenden Gleichstrom wechselzurichten. Hierzu ist insbesondere auch ein Energiespeicher wie eine Batterie vorgesehen, der bzw. die darüber geladen werden kann bzw. woraus Energie zum Betrieb der elektrischen Maschine entnommen werden kann. Insbesondere dann, wenn eine elektrische Maschine (auch) als Traktionsantrieb eines Fahrzeugs eingesetzt wird, ist es in der Regel nötig, den Energiespeicher auch von extern laden zu können, also z.B. aus einem (öffentlichen oder privaten) Stromnetz.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden eine elektrische Maschineneinheit, ein Fahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen elektrischen Maschineneinheit mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung beschäftigt sich mit elektrischen Maschinen und zugehörigen Stromrichtern bzw. Invertern sowie deren Betrieb. Die Kombination aus elektrischer Maschine und zugehörigem Stromrichter soll im Rahmen der Erfindung als elektrische Maschineneinheit bezeichnet werden. Typischerweise ist der Stromrichter dabei an der elektrischen Maschine angebracht. Die elektrische Maschineneinheit kann dabei Teil eines Fahrzeugs sein, insbesondere auch als Traktionsantrieb verwendet werden. Als elektrische Maschinen kommen z.B. Synchronmaschinen, synchrone Reluktanzmaschinen, Induktionsmaschinen, permanenterregte Maschinen und andere in Betracht. Nachfolgend sollen die elektrische Maschineneinheit sowie deren Betrieb übergreifend beschrieben werden.
Typische elektrischen Maschinen weisen z.B. drei Phasen oder ein Vielfaches davon auf; im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind dabei insbesondere elektrischen Maschinen mit wenigstens zwei galvanisch getrennten Phasengruppen von jeweils drei Phasen von Interesse, also z.B. mit sechs, neun, zwölf oder 15 Phasen. Typischerweise bilden dabei jeweils drei Phasen eine Gruppe (Phasengruppe); die drei Phasen einer Gruppe sind dabei auch miteinander verschaltet, z.B. in einer Stern- oder Dreiecksschaltung. Die Phasen (bzw. Phasenwicklungen) sind dabei in einen Stator der elektrischen Maschine eingebracht (sie bilden damit eine Statorwicklung). Prinzipiell ist die Erfindung aber auch bereits bei zwei galvanisch getrennten Phasengruppen mit jeweils wenigstens einer Phase anwendbar.
Zudem weist die elektrische Maschine einen Rotor auf, der permanent und/oder fremderregt sein kann. Ein bevorzugter Einsatz ist zudem bei sog. Hochvolt-Anwendungen, bei denen die elektrische Maschine mit einer Spannung von z.B. 48 V oder höher betrieben wird.
Der Stromrichter weist dabei eine Halbbrücke je Phasenanschluss der elektrischen Maschine auf. Während bei drei Phasen in einer Phasengruppe jeder Phase ein Phasenanschluss zugeordnet ist, sind bei nur einer oder zwei Phasen in einer Phasengruppe zwei Phasenanschlüsse vorgesehen. Jeder Phasengruppe ist dabei eine Halbbrückengruppe zugeordnet. Bei zwei Phasengruppen mit je drei Phasen gibt es also zwei Halbbrückengruppen mit je drei Halbbrücken. Eine Halbbrücke wiederum umfasst zwei Schalter oder Schaltelemente (z.B. MOSFETs oder IGBTs), deren Mittelabgriff (Abgriff zwischen den zwei Schaltern) an den zugehörigen Phasenanschluss anzuschließen ist. Die beiden anderen Anschlüsse - die gleichspannungsseitigen Anschlüsse - der Halbbrücken werden, typischerweise gemeinsam, an jeweils einen (positiven bzw. negativen) Gleichspannungsanschluss angebunden. Der Stromrichter weist also Gleichspannungsanschlüsse auf, die wiederum zum Anschluss an einen Energiespeicher wie eine Batterie eingerichtet sind. Typischerweise ist auch ein Zwischenkreiskondensator zwischen den Gleichspannungsanschlüssen vorgesehen, ggf. auch je Halbbrückengruppe. Bevorzugt ist ein solcher Stromrichter dabei bidirektional, d.h. er kann sowohl Gleichspannung in Wechselspannung wandeln (zum motorischen Betrieb der elektrischen Maschine), als auch umgekehrt (zum generatorischen und ggf. rekuperativen Betrieb der elektrischen Maschine).
Die Halbbrücken, und damit auch der Stromrichter, können als sog. Zwei-Level-Halbbrücken ausgebildet sein, aber auch als Multi-Level- Halbbrücken mit mehr als zwei, also z.B. drei, Level; hier können dann nicht nur zwei, sondern drei oder mehr Spannungslevel erzeugt werden
Typischerweise sind die Halbbrücken dabei (über ihren Mittelabgriff) elektrisch (direkt) mit der zugehörigen Phase bzw. dem Phasenanschluss verbunden. Um den Energiespeicher, der z.B. in einem Fahrzeug angeordnet ist, von extern - und nicht nur über generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine - laden zu können, muss eine Anschlussmöglichkeit für eine externe Spannungsquelle vorgesehen werden. Grundsätzlich kommen dabei on-board (im Fahrzeug integriert) und off-board (separat vom Fahrzeug vorgesehene) Ladeeinrichtungen bzw. Ladegeräte in Betracht. Insbesondere aufgrund von Kosten- und Gewichtseinsparung sind on-board Ladeeinrichtungen bevorzugt.
Die elektrische Maschineneinheit weist weiterhin erste DC-Ladekontakte auf. In einer Ausführungsform weist die elektrische Maschineneinheit auch zweite DC-Ladekontakte auf. Dabei sind gleichspannungsseitige Anschlüsse der Halbbrücken der ersten Halbbrückengruppe miteinander und elektrisch mit jeweils dem ersten DC-Ladekontakt verbunden; gleichspannungsseitige Anschlüsse der Halbbrücken der zweiten Halbbrückengruppe sind ebenfalls miteinander und, falls vorgesehen, elektrisch mit jeweils dem zweiten DC-Ladekontakt verbunden.
Die ersten DC-Ladekontakte wiederum können z.B. mit einem ersten DC-Ladeanschluss eines entsprechenden Fahrzeugs verbunden sein oder von diesem umfasst sein, wobei der erste DC-Ladeanschluss zur Verbindung mit einem Gegenstück, insbesondere einem Ladestecker oder einer Ladebuchse, eingerichtet ist. Ebenso können die zweiten DC-Ladekontakte, falls vorgesehen, z.B. mit einem zweiten DC-Ladeanschluss des entsprechenden Fahrzeugs verbunden sein oder von diesem umfasst sein, wobei der zweite DC-Ladeanschluss zur Verbindung mit einem Gegenstück, insbesondere einem Ladestecker oder einer Ladebuchse, eingerichtet ist.
Zudem weist die elektrische Maschineneinheit erste und zweite Schalter auf - es können z.B. Halbleiterschalter wie MOSFETs oder IGBT verwendet werden. Ebenso kommen aber z.B. elektromechanische Schalter oder Relais in Betracht, da diese einen geringen Leistungsverlust aufweisen. Dabei kann jeder erste und/oder zweite Schalter auch mehrere separate Halbleiterschalter umfassen. Jeder erste Schalter ist derart ausgebildet ist, dass in einer ersten Schalterstellung die jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Halbbrücken der ersten Halbbrückengruppe über den jeweiligen ersten Schalter elektrisch mit dem jeweiligen Gleichspannungsanschluss verbunden sind, und in einer zweiten Schalterstellung die jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Halbbrücken der ersten Halbbrückengruppe von dem jeweiligen Gleichspannungsanschluss getrennt sind.
Gleichermaßen ist jeder zweite Schalter derart ausgebildet ist, dass in einer ersten Schalterstellung die jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Halbbrücken der zweiten Halbbrückengruppe über den jeweiligen zweiten Schalter elektrisch mit dem jeweiligen Gleichspannungsanschluss verbunden sind, und in einer zweiten Schalterstellung die jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Halbbrücken der zweiten Halbbrückengruppe von dem jeweiligen Gleichspannungsanschluss getrennt sind.
An die ersten DC-Ladekontakte bzw. den ersten DC-Ladeanschluss kann dann eine (erste) externe Gleichspannung bzw. Gleichspannungsquelle, z.B. ein Strom- bzw. Energieversorgungsnetz, angeschlossen werden. Ebenso kann an die zweiten DC-Ladekontakte bzw. den zweiten DC-Ladeanschluss eine (zweite) externe Gleichspannung bzw. Gleichspannungsquelle, z.B. ein Strom- bzw. Energieversorgungsnetz, angeschlossen werden. Dies kann z.B. jeweils über einen Stecker erfolgen, der in eine Buchse (oder allgemein den DC-Ladeanschluss) eingesteckt wird. Denkbar ist auch, dass am Fahrzeug jeweils ein Stecker vorgesehen ist (z.B. über ein Kabel direkt angebunden). Beim Betrieb der elektrischen Maschineneinheit können die ersten und zweiten Schalter (z.B. über eine entsprechende Steuereinrichtung) je nach Betriebsmodus in die erste oder die zweite Schalterstellung gebracht werden (insbesondere immer alle ersten Schalter und/oder alle zweiten Schalter gleichartig).
Die ersten und/oder zweiten Schalter sowie die ersten und/oder zweiten DC-Ladekontakte können dabei z.B. innerhalb des Stromrichters (wenn dort ausreichend zusätzlicher Raum vorhanden ist) oder außerhalb des Stromrichters angeordnet bzw. eingebaut sein. Denkbar ist z.B. eine Anordnung am Gehäuse.
Zum Betrieb der elektrischen Maschine, also insbesondere zum motorischen und/oder generatorischen Betrieb, d.h. einen Maschinenbetriebsmodus, werden die ersten und die zweiten Schalter in die erste Schalterstellung gebracht. Damit sind die Halbbrücken der ersten und der zweiten Halbbrückengruppe elektrisch mit dem Energiespeicher verbunden. Die ersten und ggf. die zweiten DC-Ladekontakte sind zwar an sich angebunden, solange jedoch keine externe Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, sind diese außer Funktion. Dies erlaubt somit einen üblichen Betrieb, um z.B. mit dem Fahrzeug elektrisch zu fahren oder zu rekuperieren. In einer Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass ein Schutzmechanismus vorhanden ist, der ein Anschließen einer externen Gleichspannungsquelle in solchen Fällen, d.h. insbesondere im Maschinenbetriebsmodus, verhindert.
In einer Ausführungsform kann aber auch vorgesehen sein, dass im Maschinenbetriebsmodus trotzdem eine externe Gleichspannungsquelle angeschlossen ist, z.B. über eine Oberleitung, und auch Energie liefert, um z.B. die Batterie zu laden und/oder die elektrische Maschine zu versorgen.
Zum Energietransfer zwischen einem angeschossenen Energiespeicher und einem externen Gleichspannungssystem - also z.B. zum externen Laden des Energiespeichers aus einer Gleichspannungsquelle als Gleichspannungssystem oder aber zum Einspeisen von Energie aus dem Energiespeicher in einen Verbraucher mit Gleichspannungsversorgung als Gleichspannungssystem - können, in einem ersten Energietransfermodus, die ersten Schalter in der ersten Schalterstellung verbleiben bzw. in diese gebracht werden. Optional können die zweiten Schalter in die zweite Schalterstellung gebracht werden, z.B. aus Sicherheitsgründen, falls an den ggf. vorhandenen zweiten DC-Ladekontakten ein (zweites) externes Gleichspannungssystem angeschlossen ist.
Auf diese Weise kann ein externes Gleichspannungssystem, z.B. die Gleichspannungsquelle, mit den ersten Gleichspannungsanschlüssen verbunden werden, z.B. mittels eines entsprechenden Ladesteckers. Denkbar ist hierfür z.B., dass bei Verwendung in einem Fahrzeug beim Einstecken des Ladesteckers die zweiten Schalter automatisch (z.B. über eine entsprechende Steuereinrichtung) in die zweite Schalterstellung gebracht werden. Ebenso kann aber ein (ggf. manuelles) Umschalten in einen externen Lade- oder Einspeisemodus vorgesehen sein.
Der Stromfluss ist damit z.B. von der externen Gleichspannungsquelle über die ersten Schalter direkt in den angeschlossenen Energiespeicher. Diese Variante erlaubt es, eine Gleichspannungsquelle anzuschließen, die mit dem Spannungslevel des Energiespeichers kompatibel ist, z.B. 800 V.
Zum Energietransfer zwischen einem angeschossenen Energiespeicher und einem externen Gleichspannungssystem - also z.B. zum externen Laden des Energiespeichers aus einer Gleichspannungsquelle als Gleichspannungssystem oder aber zum Einspeisen von Energie aus dem Energiespeicher in einen Verbraucher mit Gleichspannungsversorgung als Gleichspannungssystem - können aber auch, in einem zweiten Energietransfermodus, die ersten Schalter in die zweite Schalterstellung gebracht werden; die zweiten Schalter können in der ersten Schalterstellung verbleiben bzw. in diese gebracht werden.
Auf diese Weise kann ein externes Gleichspannungssystem, z.B. die Gleichspannungsquelle, mit den ersten Gleichspannungsanschlüssen bzw. den ersten Ladekontakten verbunden werden, z.B. mittels eines entsprechenden Ladesteckers. Denkbar ist hierfür z.B., dass bei Verwendung in einem Fahrzeug beim Einstecken des Ladesteckers die ersten Schalter automatisch (z.B. über eine entsprechende Steuereinrichtung) in die zweite Schalterstellung gebracht werden. Ebenso kann aber ein (ggf. manuelles) Umschalten in einen externen Lade- oder Einspeisemodus vorgesehen sein.
Der Stromfluss ist damit z.B. von der externen Gleichspannungsquelle über die erste Halbbrückengruppe, die erste Phasengruppe und die zweite Phasengruppe der elektrischen Maschine, und weiter über die zweite Halbbrückengruppe in den angeschlossenen Energiespeicher. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass für den Fall, dass die erste Phasengruppe und die zweite Phasengruppe der elektrischen Maschine, bzw. deren jeweilige Phasenwicklungen, eine unterschiedliche Windungsanzahl aufweisen, die zwei Phasengruppen als Transformator wirken und so die Spannung - je nach Verhältnis der Windungsanzahlen - erhöht oder reduziert werden kann.
Diese Variante erlaubt es, eine Gleichspannungsquelle anzuschließen, die mit dem Spannungslevel des Energiespeichers nicht kompatibel ist, z.B. 400 V.
Bei der elektrischen Maschine sind die Phasen der ersten Phasengruppe galvanisch von den übrigen Phasen getrennt (typischerweise sind die drei Phasen jeder Phasengruppe jeweils von den übrigen Phasen galvanisch getrennt). Auf diese Weise wird ein Transformator gebildet, sodass die an den Phasen bzw. Phasenwicklungen der ersten Phasengruppe anliegende Wechselspannung in den übrigen Phasen - bei einer sechsphasigen Maschine sind das die übrigen drei Phasen bzw. Phasenwicklungen - entsprechend eine Wechselspannung induziert. Damit fungieren die Phasenwicklungen der ersten Phasengruppe als Primärwicklungen des Transformators, die übrigen Phasenwicklungen als Sekundärwicklungen. Die transformierte Wechselspannung liegt dann an den Halbbrücken der zweiten Halbbrückengruppe an.
Hierzu können die zwei Halbbrückengruppen und die zwei Phasengruppen als DC-DC-Wandler verwendet werden, eine sog. aktive Doppelbrücke. Ebenso können aber (nur) die Halbbrücken der ersten Halbbrückengruppe als Wechselrichter bzw. DC-AC-Wandler fungieren, um die erwähnte Wechselspannung zu erzeugen. Die zweite Halbbrückengruppe kann passiv bleiben, d.h. als passiver Gleichrichter verwendet werden.
Zum Energietransfer zwischen einem ersten externen Gleichspannungssystem und einem zweiten externen Gleichspannungssystem - also z.B. zum Energietransfer zwischen zwei externen Gleichspannungssystem mit z.B. zwei verschiedenen Spannungslevel - werden erfindungsgemäß, in einem dritten Energietransfermodus, die ersten Schalter und die zweiten Schalter jeweils in die zweite Schalterstellung gebracht werden.
Auf diese Weise kann ein erstes externes Gleichspannungssystem, z.B. die Gleichspannungsquelle, mit den ersten Gleichspannungsanschlüssen verbunden werden, z.B. mittels eines entsprechenden Ladesteckers. Entsprechendes gilt für ein zweites externes Gleichspannungssystem.
Der Stromfluss ist damit z.B. von der ersten externen Gleichspannungsquelle über die erste Halbbrückengruppe, die erste Phasengruppe und die zweite Phasengruppe der elektrischen Maschine, und weiter über die zweite Halbbrückengruppe zu der zweiten externen Gleichspannungsquelle.
Diese Variante erlaubt es, zwei Gleichspannungsquellen mit verschiedenen Spannungslevel, z.B. 400 V und 800 V anzuschließen.
Die Phasen der elektrischen Maschine dienen hier wie im zweiten Energietransfermodus als Transformator. Hierzu können die zwei Halbbrückengruppen und die zwei Phasengruppen als DC-DC-Wandler verwendet werden, eine sog. aktive Doppelbrücke. Ebenso können aber (nur) die Halbbrücken der ersten Halbbrückengruppe als Wechselrichter bzw. DC-AC-Wandler fungieren, um die erwähnte Wechselspannung zu erzeugen. Die zweite Halbbrückengruppe kann passiv bleiben, d.h. als passiver Gleichrichter verwendet werden.
In einer Ausführungsform weist die elektrische Maschineneinheit einen dritten Schalter auf, wobei der dritte Schalter derart ausgebildet ist, dass in einer ersten Schalterstellung (geschlossen) die erste Phasengruppe und die zweite Phasengruppe (bzw. die Neutralpunkte der jeweiligen Phasenwicklungen) elektrisch miteinander verbunden sind, und dass in einer zweiten Schalterstellung (offen) die erste Phasengruppe und die zweite Phasengruppe elektrisch voneinander getrennt sind. In der zweiten Schalterstellung sind die zwei Phasengruppen nicht verbunden, sondern können wie vorstehend beschrieben im zweiten Energietransfermodus als Transformator verwendet werden, ggf. mit verschiedenen Windungsanzahlen. Die zweite Schalterstellung (offen) kann dann eine Standard-Stellung sein, die z.B. im Maschinenbetriebsmodus verwendet wird.
Mit der ersten Schalterstellung (geschlossen) hingegen sind ein vierter und fünfter Energietransfermodus möglich, in dem dann die Phasengruppen nicht als Transformator wirken, sondern als in Reihe geschaltete Induktivitäten wirken. Der vierte Energietransfermodus kann dem zweiten Energietransfermodus entsprechen, und der fünfte Energietransfermodus dem dritten Energietransfermodus, jedoch werden die Phasengruppen jeweils nicht als Transformator verwendet, sondern die entsprechenden Halbbrücken können mit den in Reihe geschalteten und als Induktivitäten wirkenden Phasenwicklungen als DC-DC-Wandler, z.B. Buck- oder Boost-Konverter, verwendet werden.
Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschineneinheit. Diese kann dabei als Traktionsantrieb eingesetzt sein, denkbar ist aber auch - bei kleinerer Maschine - eine andere Verwendung. Wie schon erwähnt, kann das Fahrzeug dann einen Ladeanschluss, der zur Verbindung mit einem Gegenstück, insbesondere einem Ladestecker oder einer Ladebuchse, eingerichtet ist, aufweisen, der dann auch die Wechselspannungsanschlüsse aufweist.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt schematisch ein Fahrzeug in einer Ausführungsform.
2 zeigt schematisch eine elektrische Maschineneinheit in einer Ausführungsform.
3 zeigt die elektrische Maschineneinheit aus 2 in einem anderen Betriebsmodus.
4 zeigt die elektrische Maschineneinheit aus 2 in einem anderen Betriebsmodus.
5 zeigt die elektrische Maschineneinheit aus 2 in einem anderen Betriebsmodus.
6 zeigt eine elektrische Maschineneinheit in einer weiteren Ausführungsform.

Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist grob schematisch ein Fahrzeug 100 in einer Ausführungsform dargestellt. Das Fahrzeug 100 weist eine Vorderachse 110 mit Rädern 112 und 114 auf, sowie eine Hinterachse 120 mit Rädern 122 und 124. Die Hinterachse 120 ist dabei mittels einer elektrischen Maschine 130 mit Stator 132 und Rotor 134 angetrieben. Die elektrische Maschine 130 dient damit als Traktionsantrieb. Es versteht sich, dass anstelle der Hinterachse 120 auch die Vorderachse 110 mittels der elektrischen Maschine 130 angetrieben sein kann, oder ggf. beide Achsen. Dies soll hier nur der Erläuterung dienen.
Die elektrische Maschine 130 ist mit einem Stromrichter bzw. Inverter 140 verbunden (hier nur schematisch dargestellt, für eine detailliertere Darstellung sei auf die nachfolgenden Figuren verwiesen). Der Stromrichter 140 wiederum ist, ggf. über einen Zwischenkreiskondensator 142 (der Zwischenkreiskondensator 142 kann Teil des Stromrichter 140 sein) mit einem Energiespeicher 150 wie z.B. einer Batterie verbunden. Über den Stromrichter 140 kann von der Batterie 150 bereitgestellte Gleichspannung in Wechselspannung für den motorischen Betrieb der elektrischen Maschine 130 gewandelt werden. Ebenso kann umgekehrt im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 130 dort erzeugte Wechselspannung über den (damit bidirektionalen) Stromrichter 140 in Gleichspannung gewandelt werden, um die Batterie 150 zu laden.
Die elektrische Maschine 130 und der Stromrichter 140 sind dabei Teil einer elektrischen Maschineneinheit 160, wie eingangs schon erwähnt.
Ergänzend ist ein erster DC-Ladeanschluss 170.1 am Fahrzeug 100 vorgesehen, der z.B. über ein Ladekabel 172.1 mit Stecker 174.1 und über eine Steckdose 176.1 mit einer (ersten) Gleichspannungsquelle 178.1, z.B. einem Stromnetz, einem externen Netzteil oder einem anderen Gleichspannungssystem, verbunden werden kann. Dabei kann es sich um eine Gleichspannungsquelle mit entsprechendem Stecker und Steckdose handeln. Auf diese Weise kann der Energiespeicher bzw. die Batterie 150 geladen werden. Dazu sei angemerkt, dass die konkrete Verschaltung des ersten DC-Ladeanschusses 170.1 mit der elektrischen Maschineneinheit 160 bzw. der Batterie 150 hier nicht gezeigt ist; hierzu sei auf die folgenden Figuren verwiesen.
Ergänzend ist ein zweiter DC-Ladeanschluss 170.2 am Fahrzeug 100 vorgesehen, der z.B. über ein Ladekabel 172.2 mit Stecker 174.2 und über eine Steckdose 176.2 mit einer (zweiten) Gleichspannungsquelle 178.2, z.B. einem Stromnetz, einem externen Netzteil oder einem anderen Gleichspannungssystem, verbunden werden kann. Dabei kann es sich um eine Gleichspannungsquelle mit entsprechendem Stecker und Steckdose handeln. Auf diese Weise kann der Energiespeicher bzw. die Batterie 150 geladen werden. Dazu sei angemerkt, dass die konkrete Verschaltung des ersten DC-Ladeanschusses 170.2 mit der elektrischen Maschineneinheit 160 bzw. der Batterie 150 hier nicht gezeigt ist; hierzu sei auf die folgenden Figuren verwiesen.
In 2 ist schematisch eine elektrische Maschineneinheit 160 in einer Ausführungsform dargestellt; es kann sich dabei um die elektrische Maschineneinheit 160 aus 1 handeln. Außerdem sind der Stromrichter 140 sowie die Batterie 150 dargestellt, bei denen es sich ebenfalls um diejenigen aus 1 handeln kann.
Bei der elektrischen Maschine 130 sind hierbei sechs Phasen U1, V1, W1, U2, V2 und W2 gezeigt, die jeweils eine Phasenwicklung 136 (nur einmal bezeichnet) umfassen. Hierzu sei angemerkt, dass die Begriffe Phase und Phasenwicklung auch synonym verwendet werden können, wobei mit Phasenwicklung meist (nur) die Wicklung bzw. Spule innerhalb des Stators gemeint ist. Die Phasenwicklungen 136 sind dabei Teil des Stators (vgl. 1); der Rotor ist hier nicht gezeigt. Die Phasen U1, V1, W1 bilden hier eine erste Phasengruppe P1 und die Phasen U2, V2, W2 bilden eine zweite Phasengruppe P2 (die Nummerierung der Phasengruppe dient hierbei letztlich nur der Erläuterung).
Der Stromrichter 140 weist - für die sechsphasige elektrische Maschine - zwölf Schaltelemente, z.B. Transistoren wie MOSFETS oder IGBTs, auf, wobei jeweils zwei Schaltelemente eine Halbbrücke bilden und einer Phase zugeordnet sind.
Beispielhaft sind für die Phase U1 die Schaltelemente mit T_U1,H und T_U1,L bezeichnet (Highside und Lowside), die eine mit 144 bezeichnete Halbbrücke bilden, wobei ein Mittelabgriff mit der Phase U1 bzw. deren Phasenwicklung oder einem entsprechenden Phasenanschluss zu verbinden ist. Für die Phase U2 sind die Schaltelemente mit T_U2,H und T_U2,L bezeichnet, die ebenfalls eine Halbbrücke bilden. Entsprechendes gilt für die Schaltelemente und Halbbrücken der übrigen Phasen. Die Halbbrücken für die erste Phasengruppe P1 sind zur ersten Halbbrückengruppe 146.1 zusammengefasst, die Halbbrücken für die zweite Phasengruppe P2 zur zweiten Halbbrückengruppe 146.2. Jede Halbbrückengruppe könnte dabei auch als separater Stromrichter oder Inverter bezeichnet werden, der dann nur für jeweils eine der Phasengruppe dient.
Die gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Halbbrücken der ersten Halbbrückengruppe 146.1 sind miteinander verschaltet bzw. verbunden und über erste Schalter 180.1, 182.1 an Gleichspannungsanschlüsse B+ und B- angeschlossen. Parallel zu den gleichspannungsseitigen Anschlüssen ist ein erster Zwischenkreiskondensator 142.1 geschaltet. Die Phasenanschlüsse der ersten Phasengruppe P1 sind jeweils mit der zugehörigen Halbbrücke der ersten Halbbrückengruppe 146.1, an einem Mittelabgriff der jeweiligen Halbbrücke, verbunden.
Die Halbbrücken der zweiten Halbbrückengruppe 146.2 sind miteinander verschaltet bzw. verbunden und über zweite Schalter 180.2, 182.2 an die Gleichspannungsanschlüsse B+ und B- angeschlossen. Parallel zu den gleichspannungsseitigen Anschlüssen ist ein zweiter Zwischenkreiskondensator 142.2 geschaltet. Die Phasenanschlüsse der zweiten Phasengruppe P2 sind jeweils mit der zugehörigen Halbbrücke der zweiten Halbbrückengruppe 146.2, an einem Mittelabgriff der jeweiligen Halbbrücke, verbunden.
Über die Gleichspannungsanschlüsse B+ und B- ist der Stromrichter mit dem Energiespeicher bzw. der Batterie 150 verbindbar.
Bei den ersten Schaltern 180.1, 182.1 sowie bei den zweiten Schaltern 180.2, 182.2 kann es sich z.B. jeweils um Anordnungen mit mehreren Transistoren wie MOSFETs oder IGBTs handeln, wobei jeder Schalter in zwei verschiedene Schalterstellungen gebracht werden kann (in Art eines Wechselschalters). Es sollte sich dann insbesondere um bidirektionale Schalter handeln. Alternativ können ersten und/oder zweiten Schalter z.B. auch als elektromechanische Schalter ausgebildet sein.
Jeder erste Schalter 180.2, 182.2 ist derart ausgebildet, dass in einer ersten Schalterstellung die jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Halbbrücken der ersten Halbbrückengruppe 146.1 über den jeweiligen ersten Schalter elektrisch mit dem jeweiligen Gleichspannungsanschluss B+, B- verbunden sind, und in einer zweiten Schalterstellung die jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Halbbrücken der ersten Halbbrückengruppe von dem jeweiligen Gleichspannungsanschluss getrennt sind. Gleichermaßen ist jeder zweite Schalter 180.2, 182.2 derart ausgebildet, dass in einer ersten Schalterstellung die jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Halbbrücken der zweiten Halbbrückengruppe 146.2 über den jeweiligen zweiten Schalter elektrisch mit dem jeweiligen Gleichspannungsanschluss B+, B- verbunden sind, und in einer zweiten Schalterstellung die jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Halbbrücken der zweiten Halbbrückengruppe von dem jeweiligen Gleichspannungsanschluss getrennt sind.
Weiterhin weist die elektrische Maschineneinheit 160 beispielhaft eine Steuereinrichtung 186 auf, die dazu eingerichtet ist, die ersten Schalter wahlweise in die erste Schalterstellung oder in die zweite Schalterstellung zu bringen, und die zweiten Schalter wahlweise in die erste Schalterstellung oder in die zweite Schalterstellung zu bringen. Beispielhaft ist in 2 für den zweiten Schalter 182.2 die erste Schalterstellung S1 (geschlossen) gezeigt. Dies gilt gleichermaßen für die ersten und den anderen zweiten Schalter.
Mit der in 2 gezeigten Situation ist ein Maschinenbetriebsmodus möglich, d.h. die ersten und die zweiten Schalter befinden sich jeweils in der ersten Schalterstellung. Damit ist ein regulärer Betrieb der elektrischen Maschine 130, und zwar sowohl motorisch als auch generatorisch, möglich.
In 3 ist die elektrische Maschineneinheit 160 aus 2 in einer anderen Betriebsart dargestellt, und zwar einem ersten Energietransfermodus zum Energietransfer zwischen der Batterie und der (ersten) Gleichspannungsquelle, z.B. einem externen Laden der Batterie 150. Die elektrische Maschineneinheit 160 entspricht derjenigen aus 2, sodass hier nicht alle Komponenten erneut erläutert werden; insofern kann auf die 2 und die zugehörige Beschreibung verwiesen werden.
Anders als in 2 befinden sich die zweiten Schalter 180.2, 182.2 hier in der zweiten Schalterstellung S2 (offen), die ersten Schalter 180.1, 182.1 hingegen weiterhin in der ersten Schalterstellung S1 (geschlossen). An den ersten DC-Ladeanschluss 170.1 ist hier nun eine (erste) externe Gleichspannungsquelle 178.1 angeschlossen (vgl. auch 1).
Mit der in 3 gezeigten Situation ist als ein Energietransfer zwischen der externen Gleichspannungsquelle 178.1 und der Batterie 150 möglich. Dies kann ein Laden der Batterie oder die Versorgung der externe Gleichspannungsquelle 178.1 aus der Batterie sein. Dabei fließt ein Strom I_bat direkt zwischen der Batterie und der externen Gleichspannungsquelle 178.1.
Dieser erste Energietransfermodus kann insbesondere dann verwendet werden, wenn ein Spannungslevel des Energiespeichers und des externen Gleichspannungssystems einander zumindest im Wesentlichen entsprechen. Dies ist z.B. bei einer mit 800 V kompatiblen Batterie der Fall, wenn eine Gleichspannungsquelle mit 800 V (oder eine Gleichspannungsquelle, die mit 800 V kompatibel ist) verfügbar ist.
An dieser Stelle sei allgemein erwähnt, dass insbesondere bei Batterien das eigentliche Spannungslevel von z.B. 800 V beim Entladen mitunter stark absinken kann, eine solche Batterie aber trotzdem von einer Gleichspannungsquelle mit z.B. 800 V versorgt werden kann.
In 4 ist die elektrische Maschineneinheit 160 aus 2 in einer anderen Betriebsart dargestellt, und zwar einem zweiten Energietransfermodus zum Energietransfer zwischen der Batterie und der (ersten) Gleichspannungsquelle, z.B. einem externen Laden der Batterie 150. Die elektrische Maschineneinheit 160 entspricht derjenigen aus 2, sodass hier nicht alle Komponenten erneut erläutert werden; insofern kann auf die 2 und die zugehörige Beschreibung verwiesen werden.
Anders als in 2 befinden sich die ersten Schalter 180.1, 182.1 hier in der zweiten Schalterstellung S2 (offen), die zweiten Schalter 180.2, 182.2 hingegen weiterhin in der ersten Schalterstellung S1 (geschlossen). An den ersten DC-Ladeanschluss 170.1 ist hier nun eine (erste) externe Gleichspannungsquelle 178.1 angeschlossen (vgl. auch 1).
Mit der in 4 gezeigten Situation ist als ein Energietransfer zwischen der externen Gleichspannungsquelle 178.1 und der Batterie 150 möglich. Dies kann ein Laden der Batterie oder die Versorgung der externe Gleichspannungsquelle 178.1 aus der Batterie sein.
Anders als in 3 fließt hier aber kein Strom direkt zwischen der Batterie und der externen Gleichspannungsquelle 178.1, sondern ein Strom fließt über die erste Halbbrückengruppe 146.1, die erste Phasengruppe P1, die zweite Phasengruppe P2 sowie die zweite Halbbrückengruppe 146.2. Dabei dienen die zwei Phasengruppen P1, P2 als Transformator. Die erste Halbbrückengruppe 146.1 kann z.B. als DC-AC-Wandler betrieben werden, ebenso können die beiden Halbbrückengruppen mit den Phasengruppen als DC-DC-Wandler betrieben werden. Damit fließen Ströme I_U1, I_V1, I_W1, I_U2, I_V2, I_W2 wie gezeigt, sowie der Strom I_bat zur bzw. von der Batterie.
Wie bereits erwähnt, kann eine Windungsanzahl der Phasen bzw. Phasenwicklungen der ersten Phasengruppe P1 und der zweiten Phasengruppe P2 verschieden sein, sodass die Spannung auf ein höheres oder niedrigeres Spannungslevel gebracht werden kann, je nach Verhältnis der Windungsanzahlen. Die konkreten Windungsanzahlen können z.B. je nach Bedarf gewählt werden, z.B. eins zu zwei oder zwei zu eins.
In 5 ist die elektrische Maschineneinheit 160 aus 2 in einer anderen Betriebsart dargestellt, und zwar einem dritten Energietransfermodus zum Energietransfer zwischen der (ersten) Gleichspannungsquelle und einer anderen (zweiten) Gleichspanungsquelle. Die elektrische Maschineneinheit 160 entspricht derjenigen aus 2, sodass hier nicht alle Komponenten erneut erläutert werden; insofern kann auf die 2 und die zugehörige Beschreibung verwiesen werden.
Anders als in 2 befinden sich die ersten Schalter 180.1, 182.1 und die zweiten Schaltern 180.2, 182.2 hier in der zweiten Schalterstellung S2 (offen). An den ersten DC-Ladeanschluss 170.1 ist hier nun eine (erste) externe Gleichspannungsquelle 178.1 angeschlossen, an den zweiten DC-Ladeanschluss 170.2 ist hier nun eine (zweite) externe Gleichspannungsquelle 178.2 angeschlossen (vgl. auch 1).
Mit der in 5 gezeigten Situation ist als ein Energietransfer zwischen der externen Gleichspannungsquelle 178.1 und der externen Gleichspannungsquelle 178.2 möglich. Dabei können die beiden Gleichspannungsquellen insbesondere verschiedene Spannungslevel aufweisen, z.B. 400 V und 800 V.
Ähnlich wie in 4 fließt hier ein Strom fließt über die erste Halbbrückengruppe 146.1, die erste Phasengruppe P1, die zweite Phasengruppe P2 sowie die zweite Halbbrückengruppe 146.2, und dann zur zweiten Gleichspannungsquelle 178.2. Dabei dienen die zwei Phasengruppen P1, P2 als Transformator. Die erste Halbbrückengruppe 146.1 kann z.B. als DC-AC-Wandler betrieben werden, ebenso können die beiden Halbbrückengruppen mit den Phasengruppen als DC-DC-Wandler betrieben werden. Damit fließen Ströme I_U1, I_V1, I_W1, I_U2, I_V2, I_W2 wie gezeigt, sowie der Strom I_DC1 zur bzw. von der Gleichspannungsquelle 178.1 und der Strom I_DC2 zur bzw. von der Gleichspannungsquelle 178.2.
Auch hier kann, wie bereits erwähnt, eine Windungsanzahl der Phasen bzw. Phasenwicklungen der ersten Phasengruppe P1 und der zweiten Phasengruppe P2 verschieden sein, sodass die Spannung auf ein höheres oder niedrigeres Spannungslevel gebracht werden kann, je nach Verhältnis der Windungsanzahlen. Die konkreten Windungsanzahlen können z.B. je nach Bedarf gewählt werden, z.B. eins zu zwei oder zwei zu eins.
In 6 ist eine elektrische Maschineneinheit 160' in einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Die elektrische Maschineneinheit 160' entspricht der elektrische Maschineneinheit 160 gemäß 2 bis 5, jedoch mit dem Unterschied, dass in der elektrischen Maschine 130' ein dritter Schalter 184 vorgesehen ist, mittels dessen die erste Phasengruppe P1 und die zweite Phasengruppe P2, bzw. die jeweiligen Phasen, über deren jeweiligen Neutralpunkt verbindbar sind. Der dritte Schalter 184 kann Teil der elektrischen Maschine sein oder auch extern vorgesehen sein, dann aber als Teil der elektrischen Maschineneinheit 160'.
Wenn der dritte Schalter 184 offen ist (zweite Schalterstellung), ändert sich am Betrieb nichts gegenüber den Erläuterungen zu den 2 bis 5. Damit können also z.B. der Maschinenbetriebsmodus sowie der erste, zweite und dritte Energietransfermodus verwendet werden.
Wenn hingegen der dritte Schalter 184 geschlossen ist (erste Schalterstellung), können ein vierter und fünfter Energietransfermodus verwendet werden.
Der vierte Energietransfermodus entspricht dem in 4 gezeigten zweiten Energietransfermodus, mit den dort gezeigten Schalterstellungen für die ersten und zweiten Schalter, jedoch ist der dritte Schalter 184 geschlossen, d.h. die Phasenwicklungen der zwei Phasengruppen sind verbunden, sie wirken als ein Reihe geschaltete Induktivitäten. Wie auch in 4 gezeigt, kann an den ersten DC-Ladeanschluss 170.1 eine (erste) externe Gleichspannungsquelle 178.1 angeschlossen) sein.
Hier fließt ein Strom fließt über die erste Halbbrückengruppe 146.1, die erste Phasengruppe P1, die zweite Phasengruppe P2 sowie die zweite Halbbrückengruppe 146.2. Dabei dienen die zwei Phasengruppen P1, P2 hier aber nicht Transformator, sondern als (gemeinsame) Induktivität. Zusammen mit den Halbbrücken dienen die Phasenwicklungen hier als DC-DC-Wandler, und zwar z.B. als Buck- oder Boost-Konverter.
Beispielsweise können hierbei die High-Side-Schalter der ersten Halbbrückengruppe 146.1 (nur einer oder zwei davon, oder auch drei - oder mehr, falls vorhanden -, je nach Stromstärke und/oder nötiger Induktivität) geschlossen sein, der Strom fließt dann, von der Gleichspannungsquelle über diese geschlossenen High-Side-Schalter, in die erste Phasengruppe P1 und die dazu in Reihe geschaltete zweite Phasengruppe P2. Von dort kann der Strom dann über die zweite Halbbrückengruppe 146.2 in den Energiespeicher fließen. Hierbei können die Schalter der zweiten Halbbrückengruppe 146.2 entsprechend angesteuert werden, z.B. als Boost-Konverter, um die Spannung der Gleichspannungsquelle zu erhöhen.
Alternativ könnte aber z.B. auch nur die erste Halbbrückengruppe 146.1 entsprechend angesteuert werden, während die Schalter der zweiten Halbbrückengruppe 146.2 passiv bleiben, sodass die erste Halbbrückengruppe 146.1 bzw. deren Schalter zusammen mit den Induktivitäten der Phasenwicklungen als Buck-Konverter dienen., um die Spannung der Gleichspannungsquelle zu reduzieren.
Der fünfte Energietransfermodus entspricht dem in 4 gezeigten dritten Energietransfermodus, mit den dort gezeigten Schalterstellungen für die ersten und zweiten Schalter, jedoch ist der dritte Schalter 184 geschlossen, d.h. die Phasenwicklungen der zwei Phasengruppen sind verbunden, sie wirken als ein Reihe geschaltete Induktivitäten. Wie auch in 5 gezeigt, kann an den ersten DC-Ladeanschluss 170.1 eine (erste) externe Gleichspannungsquelle 178.1 angeschlossen) sein, an den zweiten DC-Ladeanschluss 170.2 eine (zweite) externe Gleichspannungsquelle 178.2.
Hier fließt ein Strom fließt über die erste Halbbrückengruppe 146.1, die erste Phasengruppe P1, die zweite Phasengruppe P2 sowie die zweite Halbbrückengruppe 146.2. Dabei dienen die zwei Phasengruppen P1, P2 hier aber nicht Transformator, sondern als (gemeinsame) Induktivität. Zusammen mit den Halbbrücken dienen die Phasenwicklungen hier als DC-DC-Wandler, und zwar z.B. als Buck- oder Boost-Konverter.
Beispielsweise können hierbei die High-Side-Schalter der ersten Halbbrückengruppe 146.1 (nur einer oder zwei davon, oder auch drei - oder mehr, falls vorhanden -, je nach Stromstärke und/oder nötiger Induktivität) geschlossen sein, der Strom fließt dann, von der ersten Gleichspannungsquelle über diese geschlossenen High-Side-Schalter, in die erste Phasengruppe P1 und die dazu in Reihe geschaltete zweite Phasengruppe P2. Von dort kann der Strom dann über die zweite Halbbrückengruppe 146.2 in die zweite Gleichspannungsquelle fließen. Hierbei können die Schalter der zweiten Halbbrückengruppe 146.2 entsprechend angesteuert werden, z.B. als Boost-Konverter, um die Spannung der ersten Gleichspannungsquelle zu erhöhen.
Alternativ könnte aber z.B. auch nur die erste Halbbrückengruppe 146.1 entsprechend angesteuert werden, während die Schalter der zweiten Halbbrückengruppe 146.2 passiv bleiben, sodass die erste Halbbrückengruppe 146.1 bzw. deren Schalter zusammen mit den Induktivitäten der Phasenwicklungen als Buck-Konverter dienen., um die Spannung der ersten Gleichspannungsquelle zu reduzieren.

Claims

Elektrische Maschineneinheit (160) mit einer elektrischen Maschine (130) mit zwei Phasengruppen (P1, P2) von jeweils wenigstens einer Phase (U1, V1, W1; U2, V2, W2) und mit einem Stromrichter (140), wobei der Stromrichter zwei Halbbrückengruppen von jeweils wenigstens einer Halbbrücke aufweist, wobei jeder Phasengruppe eine Halbbrückengruppe zugeordnet ist, sodass eine Halbbrücke (144) je Phasenanschluss der elektrischen Maschine vorgesehen ist, wobei der Stromrichter Gleichspannungsanschlüsse (B+, B-) aufweist, die zum Anschluss an einen Energiespeicher (150) eingerichtet sind, wobei der Stromrichter erste Schalter (180.1, 182.1) und zweite Schalter (180.2, 282.2) aufweist, wobei die elektrische Maschineneinheit erste DC-Ladekontakte (190.1, 192.1) aufweist, wobei die Phasenanschlüsse (U1, V1, W1) einer ersten Phasengruppe (P1) der zwei Phasengruppen in der elektrischen Maschine jeweils mit der zugehörigen Halbbrücke (144) einer ersten Halbbrückengruppe (146.1) der zwei Halbbrückengruppen, an einem Mittelabgriff der jeweiligen Halbbrücke, verbunden sind, wobei die Phasenanschlüsse (U2, V2, W2) einer zweiten Phasengruppe (P2) der zwei Phasengruppen jeweils mit der zugehörigen Halbbrücke einer zweiten Halbbrückengruppe (146.2) der zwei Halbbrückengruppen, an einem Mittelabgriff der jeweiligen Halbbrücke, verbunden sind, wobei gleichspannungsseitige Anschlüsse der Halbbrücken der ersten Halbbrückengruppe (146.1) miteinander und elektrisch mit jeweils einem der ersten DC-Ladekontakte (190.2, 192.2) verbunden sind, wobei gleichspannungsseitige Anschlüsse der Halbbrücken der zweiten Halbbrückengruppe (146.2) miteinander verbunden sind, wobei jeder erste Schalter (180.1, 182.1) derart ausgebildet ist, dass in einer ersten Schalterstellung (S1) die jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Halbbrücken der ersten Halbbrückengruppe über den jeweiligen ersten Schalter elektrisch mit dem jeweiligen Gleichspannungsanschluss (B+, B-) verbunden sind, und in einer zweiten Schalterstellung (S2) die jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Halbbrücken der ersten Halbbrückengruppe von dem jeweiligen Gleichspannungsanschluss getrennt sind, wobei jeder zweite Schalter (180.2, 182.2) derart ausgebildet ist, dass in einer ersten Schalterstellung (S1) die jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Halbbrücken der zweiten Halbbrückengruppe über den jeweiligen zweiten Schalter elektrisch mit dem jeweiligen Gleichspannungsanschluss (B+, B-) verbunden sind, und in einer zweiten Schalterstellung (S2) die jeweiligen gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Halbbrücken der zweiten Halbbrückengruppe von dem jeweiligen Gleichspannungsanschluss getrennt sind, und wobei die elektrische Maschineneinheit dazu eingerichtet ist: in einem Maschinenbetriebsmodus die ersten Schalter und die zweiten Schalter jeweils in die erste Schalterstellung (S1) zu bringen, in einem ersten Energietransfermodus die ersten Schalter in die erste Schalterstellung (S1) und die zweiten Schalter in die zweite Schalterstellung (S2) zu bringen, und in einem zweiten Energietransfermodus die ersten Schalter in die zweite Schalterstellung (2) und die zweiten Schalter in die erste Schalterstellung zu bringen, und wobei die elektrische Maschineneinheit (160weiterhin zweite DC-Ladekontakte aufweist, wobei die gleichspannungsseitigen Anschlüsse der Halbbrücken der zweiten Halbbrückengruppe weiterhin elektrisch mit jeweils einem der zweiten DC-Ladekontakte (190.2, 192.2) verbunden sind, und wobei die elektrische Maschineneinheit dazu eingerichtet ist: in einem dritten Energietransfermodus die ersten Schalter und die zweiten Schalter jeweils in die zweite Schalterstellung (S2) zu bringen.
Elektrische Maschineneinheit (160) nach Anspruch 1, wobei die Phasen der ersten Phasengruppe (P1) galvanisch von den Phasen der zweiten Phasengruppe (P2) getrennt sind.
Elektrische Maschineneinheit (160) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbbrücken jeweils als Zwei-Level-Halbbrücken oder als Multi-Level-Halbbrücken mit mehr als zwei Level ausgebildet sind.
Elektrische Maschineneinheit (160) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Stromrichter (140) bidirektional ausgebildet ist.
Elektrische Maschineneinheit (160) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit einer Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die ersten Schalter (180.1, 182.1) wahlweise in die erste Schalterstellung (S1) oder in die zweite Schalterstellung (S2) zu bringen, und die zweiten Schalter (180.2, 182.2) wahlweise in die erste Schalterstellung (S1) oder in die zweite Schalterstellung (S2) zu bringen.
Elektrische Maschineneinheit (160) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Windungsanzahl der Phasen der ersten Phasengruppe (P1) und die Windungsanzahl der Phasen der zwei Phasengruppen voneinander verschieden sind.
Elektrische Maschineneinheit (160') nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen dritten Schalter (184) aufweist, wobei der dritte Schalter (184) derart ausgebildet ist, dass in einer ersten Schalterstellung die erste Phasengruppe (P1) und die zweite Phasengruppe (P2) elektrisch miteinander verbunden sind, und dass in einer zweiten Schalterstellung die erste Phasengruppe (P1) und die zweite Phasengruppe (P2) elektrisch voneinander getrennt sind, und wobei die elektrische Maschineneinheit dazu eingerichtet ist: in einem vierten Energietransfermodus die ersten Schalter in die zweite Schalterstellung (S2) und die zweiten Schalter in die erste Schalterstellung (S1) und den dritten Schalter (184) in die erste Schalterstellung zu bringen, und in einem fünften Energietransfermodus die ersten Schalter in die zweite Schalterstellung (S2) und die zweiten Schalter in die zweite Schalterstellung (S1) und den dritten Schalter (184) in die erste Schalterstellung zu bringen.
Elektrische Maschineneinheit (160) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als Traktionsantrieb eines Fahrzeugs (100) ausgebildet ist.
Fahrzeug (100) mit einer elektrischen Maschineneinheit (160) nach einem der vorstehenden Ansprüche und mit einem Energiespeicher (150), insbesondere einer Batterie, der elektrisch mit den Gleichspannungsanschlüssen (B+, B-) des Stromrichters (150) verbunden ist.
Fahrzeug (100) nach Anspruch 9, weiterhin mit einem ersten DC-Ladeanschluss (170.1), der zur Verbindung mit einem Gegenstück, insbesondere einem Ladestecker oder einer Ladebuchse, eingerichtet ist, und der mit den ersten DC-Ladekontakten verbunden ist oder diese aufweist, und/oder mit einem zweiten DC-Ladeanschluss (170.2), der zur Verbindung mit einem Gegenstück, insbesondere einem Ladestecker oder einer Ladebuchse, eingerichtet ist, und der mit den zweiten DC-Ladekontakten verbunden ist oder diese aufweist.
Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschineneinheit (160) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder eines Fahrzeugs nach Anspruch 9 oder 10, wobei die ersten Schalter und die zweiten Schalter je nach Betriebsmodus in die erste Schalterstellung (S1) oder in die zweite Schalterstellung (S2) gebracht werden, und wobei insbesondere, in Rückbezug auf Anspruch 8, der dritte Schalter je nach Betriebsmodus in die erste Schalterstellung (S1) oder in die zweite Schalterstellung (S2) gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei zum Betrieb, insbesondere motorischen und/oder generatorischen Betrieb, der elektrischen Maschine (130) der Maschinenbetriebsmodus verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei während des Maschinenbetriebsmodus weiterhin Energie aus einem externen Gleichspannungssystem, das mit den ersten DC-Ladekontakten verbunden ist oder wird, für einen angeschlossenen Energiespeicher (150) und/oder die elektrischen Maschine (130) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei zum Energietransfer zwischen einem angeschlossenen Energiespeicher (150) und einem externen Gleichspannungssystem, das mit den ersten DC-Ladekontakten verbunden ist oder wird, der erste Energietransfermodus verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei zum Energietransfer zwischen einem angeschlossenen Energiespeicher (150) und einem externen Gleichspannungssystem, das mit den ersten DC-Ladekontakten verbunden ist oder wird, der zweite Energietransfermodus verwendet wird, und wobei der Stromrichter zum Wandeln einer Spannung angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei zum Energietransfer zwischen einem ersten externen Gleichspannungssystem, das mit den ersten DC-Ladekontakten verbunden ist oder wird, und einem zweiten externen Gleichspannungssystem, das mit den zweiten DC-Ladekontakten verbunden ist oder wird, der dritte Energietransfermodus verwendet wird, und wobei der Stromrichter zum Wandeln einer Spannung angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, unter Rückbezug auf Anspruch 7, wobei zum Energietransfer zwischen einem angeschlossenen Energiespeicher (150) und einem externen Gleichspannungssystem, das mit den ersten DC-Ladekontakten verbunden ist oder wird, der vierte Energietransfermodus verwendet wird, und wobei der Stromrichter zum Wandeln einer Spannung angesteuert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, unter Rückbezug auf Anspruch 7, wobei zum Energietransfer zwischen einem ersten externen Gleichspannungssystem, das mit den ersten DC-Ladekontakten verbunden ist oder wird, und einem zweiten externen Gleichspannungssystem, das mit den zweiten DC-Ladekontakten verbunden ist oder wird, der fünfte Energietransfermodus verwendet wird, und wobei der Stromrichter zum Wandeln einer Spannung angesteuert wird.