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DE19935873A1 - Schaltungsanordnung für ein Hybridfahrzeug - Google Patents

Schaltungsanordnung für ein Hybridfahrzeug

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DE19935873A1
DE19935873A1 DE19935873A DE19935873A DE19935873A1 DE 19935873 A1 DE19935873 A1 DE 19935873A1 DE 19935873 A DE19935873 A DE 19935873A DE 19935873 A DE19935873 A DE 19935873A DE 19935873 A1 DE19935873 A1 DE 19935873A1
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DE
Germany
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traction battery
electric motor
internal combustion
combustion engine
circuit
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DE19935873A
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Juergen Engstler
Bert Hellwig
Gerald Karch
Werner Wolfgang
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ZF Friedrichshafen AG
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ZF Friedrichshafen AG
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Publication date
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Abstract

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für ein Hybridfahrzeug, das mit einer Traktionsbatterie (1), einem Elektromotor (4) und einer unabhängig davon arbeitenden Verbrennungskraftmaschine (6) versehen ist, ist dahingehend ausgestaltet, daß die Schaltungsanordnung, die einerseits den Antrieb des Elektromotors (4) durch die Traktionsbatterie (1) und andererseits der Aufladung der Traktionsbatterie (1) dient, einen Gleichspannungs-Zwischenkreis (2) und einen ersten Wechselrichter (3) aufweist, der mit dem Elektromotor (4) verbunden ist und einen zweiten Wechselrichter (5) aufweist, der einerseits mit dem Gleichspannungs-Zwischenkreis (2) und andererseits mit einem der Verbrennungskraftmaschine (6) zugeordneten Generator (7) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsan­ ordnung für ein Hybridfahrzeug, das mit einer Traktionsbat­ terie, einem von dieser antreibbaren Elektromotor und einer unabhängig davon arbeitenden Verbrennungskraftmaschine versehen ist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Elektrofahrzeuge wurden als Alternative zu Fahrzeugen entwickelt, die ausschließlich Verbrennungsmotoren verwen­ den, welche schädliche Abgase ausstoßen. Beim Elektrofahr­ zeug ist jedoch die Energiespeicherkapazität der Traktions­ batterie gering und damit die zurückgelegte Entfernung wäh­ rend ihres Ladezyklus kurz. Dementsprechend besteht der Wunsch, die zurückzulegende Entfernung weiter zu erhöhen. Ein Hybridfahrzeug, bei dem das Elektrofahrzeug zusätzlich mit einem Generator als Energiequelle am Fahrzeug und einem Verbrennungsmotor zum Antrieb des Generators versehen ist, wurde daher als Ersatz für das Elektrofahrzeug entwickelt.
Reine Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge müssen mit einer Schaltungsanordnung versehen sein, die zum einen dem Antrieb des Elektromotors durch die Traktionsbatterie und zum anderen der Aufladung der Traktionsbatterie dient.
Aus der DE-U 93 07 818 ist eine Schaltungsanordnung für ein Elektrofahrzeug zum Laden der Traktionsbatterie bei Fahrzeugstillstand sowie bei Nutzbremsbetrieb bekannt. An­ stelle der bis dahin verwendeten Schaltungsanordnungen zum Laden der Traktionsbatterie bei Fahrzeugstillstand, die als separate Ladeschaltungen ausgeführt waren oder als netzge­ führte, gesteuerte oder ungesteuerte Brückenschaltungen, ist diese bekannte Schaltungsanordnung dahingehend ausge­ legt, daß die Fahrzeugbatterie mit einem Gleichspannungs- Zwischenkreis und mit einem Zwischenkreiskondensator verse­ hen ist, wobei der Gleichspannungs-Zwischenkreis über einen Wechselrichter und eine nachfolgende Schalteinrichtung bei Fahrzeugstillstand an ein Wechselspannungs- oder Drehstrom­ netz und bei Bremsbetrieb an den hierbei generatorisch ar­ beitenden Elektromotor des Fahrzeugs anschließbar ist.
Die Aufladung der Traktionsbatterie erfolgt also so­ wohl bei Fahrzeugstillstand als auch bei Bremsbetrieb durch die im Fahrzeug vorhandenen Komponenten der Schaltungsan­ ordnung. Bei diesem Fahrzeug handelt es sich um ein reines Elektrofahrzeug, auf das die Schaltungsanordnung zum Aufla­ den der Traktionsbatterie ausgelegt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schal­ tungsanordnung zu schaffen, die für ein Hybridfahrzeug ge­ eignet ist, das also mit einem Elektromotor und mit einer unabhängig davon arbeitenden Verbrennungskraftmaschine, beispielsweise einem Verbrennungsmotor, versehen ist und durch die die Traktionsbatterie sowohl durch einen Netzan­ schluß, durch den Bremsbetrieb als auch durch die Verbren­ nungskraftmaschine aufladbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den im Anspruch angegebenen Merkmalen. Positive Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Schaltungsanordnung für das Hybridfahrzeug, die einerseits dem Antrieb des Elektromotors durch die Trakti­ onsbatterie und andererseits der Aufladung der Traktions­ batterie dient, weist also einen Gleichspannungs-Zwischen­ kreis und einen ersten Wechselrichter auf, der mit dem Elektromotor für dessen Antrieb und für die Aufladung der Batterie bei Bremsbetrieb verbunden ist und einen Netzan­ schluß-Schaltkreis für die Aufladung bei Fahrzeugstillstand sowie einen zweiten Wechselrichter, der mit dem der Ver­ brennungskraftmaschine, beispielsweise dem Verbrennungsmo­ tor, zugeordneten Generator verbunden ist und der mit dem Gleichspannungs-Zwischenkreis für die Traktionsbatterie für ihre Aufladung bei Verbrennungsmotorbetrieb verbunden ist.
Der Netzanschluß-Schaltkreis ist dabei über den mit dem Generator des Verbrennungsmotors verbundenen zweiten Wechselrichter mit dem Gleichspannungs-Zwischenkreis ver­ bunden.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Schal­ tungsanordnung wird also der Vorteil erzielt, daß das Laden der Traktionsbatterie sowohl bei Fahrzeugstillstand über den Netzanschluß und die Verbrennungskraftmaschine als auch bei Bremsbetrieb durch den als Generator wirkenden Elektro­ motor und bei Fahrbetrieb der Verbrennungskraftmaschine durch den der Verbrennungskraftmaschine nachgeschalteten Generator erfolgt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbei­ spiel mittels eines in der einzigen Figur dargestellten Blockschaltbildes dargestellt ist.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist für alle Hybridfahrzeuge geeignet, die mit einem Wechselstrom- oder Drehstrommotor versehen sind und über einen jeweiligen Gleichspannungs-Zwischenkreis und einen Traktionsstromrich­ ter sowohl von Traktionsbatterien als auch von einem Ver­ brennungsmotor, dem ein Generator zugeordnet ist, angetrie­ ben werden.
Als Traktionsbatterien eignen sich beispielsweise Blei-, Nickelmetallhydrid-, Zink-, Natrium-Nickelchlorid- und Lithium-Ionen-Batterien, wobei ggf. eine Spannungsan­ passung zwischen dem speisenden Drehstromnetz und der Bat­ teriegleichspannung vorzunehmen ist.
Wie dem Blockschaltbild zu entnehmen ist, ist mit 1 schematisch die Traktionsbatterie des Hybridfahrzeugs be­ zeichnet, die auch aus mehreren einzelnen Traktionsbatteri­ en bestehen kann. Diese Traktionsbatterie 1 ist mit einem Gleichspannungs-Zwischenkreis 2 verbunden, der zum einen über einen nachfolgenden ersten Wechselrichter 3, der als Pulswechselrichter ausgestaltet ist, mit einem Motor 4, beispielsweise einem Drehstrommotor verbunden ist und zum anderen über einen zweiten Wechselrichter 5, der ebenfalls als Pulswechselrichter ausgestaltet ist, entweder über ei­ nen, den zweiten Pulswechselrichter 5 nachgeschalteten Netzanschluß-Schaltkreis 10 wahlweise an ein Netz, bei­ spielsweise ein Drehstromnetz oder an eine mit einem Gene­ rator 7 versehene Verbrennungskraftmaschine 6, insbesondere einen Verbrennungsmotor, verbunden ist. Die Anschaltung an das Drehstromnetz erfolgt bei Fahrzeugstillstand, wohinge­ gen im Fahrbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 6 über den Generator 7 und über den Pulswechselrichter 5 an den Gleichspannungs-Zwischenkreis 2 geschaltet ist.
Anstelle eines Drehstromnetzes kann der Netzanschluß­ schaltkreis auch an ein Wechselstromnetz angeschlossen wer­ den.
Der Netzanschluß-Schaltkreis 10 umfaßt vorzugsweise zwei gegeneinander verriegelte Schaltelemente S1 und S2, die als Drehstromschütze im Falle eines Drehstromnetzes und als Wechselstromschütze im Falle eines Wechselstromnetzes ausgestaltet sind und durch welche der Gleichspannungs- Zwischenkreis 2 entweder nur an das Netz oder über den Ge­ nerator 7 nur an der Verbrennungskraftmaschine 6 schaltbar ist. Bei dem in der Figur dargestellten Blockschaltbild ist die Traktionsbatterie 1 weder an das Netz noch an den Ver­ brennungskraftmaschine 6 angeschlossen.
Zum Laden der Traktionsbatterie 1 werden also die an Bord für die Traktionselektronik vorhandenen Komponenten sowohl für das Laden der Traktionsbatterie am Netz als auch für das Laden der Traktionsbatterie im Bremsbetrieb und während des Antriebs des Fahrzeugs durch den Verbrennungs­ motor verwendet.
Im Netzanschluß-Schaltkreis sind mit 8 eine Drossel oder ein Trafo und mit 9 eines der beiden Schaltelemen­ te S1, S2 bezeichnet.
Durch die Anordnung eines Wechsel bzw. Drehstromtrans­ formators anstelle der Drossel 8 ist es möglich, den Puls­ wechselrichter 5 auch bei nicht an die Batteriegleichspan­ nung angepaßter Netzspannung ungeregelt zu betreiben. In diesem Fall werden Freilaufdioden des Pulswechselrichters 5 als netzgeführte, ungesteuerte Zweipuls-Brückenschaltung oder als Sechspuls-Brückenschaltung betrieben. Der Dreh­ stromtransformator übernimmt in diesem Fall die Spannungs­ anpassung und die Potentialtrennung.
Wird anstelle des Transformators eine als Vordrossel ausgebildete Drossel 8 im Netzanschluß-Schaltkreis 10 ver­ wendet, so kann auf einfache Weise die Netzspannung an die Batteriespannung angepaßt werden, da eine Vordrossel wech­ sel- bzw. drehstromseitig die Stromoberschwingungen be­ grenzt und für einen sicheren Betrieb des Pulswechselrich­ ters 5 als Hochsetzsteller sorgt.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung entnehmbar ist, sorgt also die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dafür, daß bei einem Hybridfahrzeug, das sowohl mit einem Elektro­ motor als auch mit einem unabhängig davon arbeitendem Ver­ brennungsmotor betrieben werden kann, die Traktionsbatterie entweder bei Fahrzeugstillstand durch den vorgesehenen Netzanschluß-Schaltkreis oder während des Fahrbetriebes mit dem Elektromotor bei jedem Bremsvorgang oder während des Fahrbetriebes mit dem Verbrennungsmotor durch den ihm zuge­ ordneten Generator aufgeladen wird.
Bezugszeichen
1
Traktionsbatterie
2
Gleichspannungs-Zwischenkreis
3
Wechselrichter
4
Motor
5
Wechselrichter
6
Verbrennungskraftmaschine
7
Generator
8
Drossel
9
Schaltelement
10
Netzanschluß-Schaltkreis
11
Schalteinrichtung

Claims (3)

1. Schaltungsanordnung für ein Hybridfahrzeug, das mit einer Traktionsbatterie (1), einem Elektromotor (4) und einer unabhängig davon arbeitenden Verbrennungskraftmaschi­ ne (6) versehen ist, wobei die Schaltungsanordnung, die einerseits dem Antrieb des Elektromotors (4) durch die Traktionsbatterie (1) und andererseits der Aufladung der Traktionsbatterie (1) dient, einen Gleichspannungs- Zwischenkreis (2) und einen ersten Wechselrichter (3) auf­ weist, der mit dem Elektromotor (4) für dessen Antrieb und für die Aufladung der Traktionsbatterie (1) bei Bremsbe­ trieb verbunden ist und einen Netzanschluß-Schaltkreis (10) für die Aufladung bei Fahrzeugstillstand aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungskraft­ maschine (6) ein Generator (7) zugeordnet ist, der über einen zweiten Wechselrichter (5) und den Gleichspannungs- Zwischenkreis (2) mit der Traktionsbatterie (1) zu deren Aufladung während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschi­ ne verbunden ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinrich­ tung (11) mit zwei gegeneinander verriegelbaren Schaltele­ menten (S1, S2) vorgesehen ist und die Schalteinrich­ tung (11) zwischen dem zweiten Wechselrichter (5) und dem Netzanschluß-Schaltkreis (10) oder dem Generator (7) an­ geordnet ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskraft­ maschine (6) ein Benzin-, Diesel- oder Gasmotor oder eine Turbine ist.
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