DE-102024131993-A1 - Elektrische Antriebseinheit

Abstract

Bereitgestellt wird eine elektrische Antriebseinheit, aufweisend eine elektrische Maschine mit mindestens drei Phasen und je Phase mindestens zwei Zweigen, sowie eine Halbbrücke eines Inverters je Zweig einer Phase, wobei die Halbbrücke dazu eingerichtet ist, diesen Zweig mit elektrischer Energie zu versorgen.

Inventors

• Raphael Oestreicher
• Christian Könen

Assignees

• DR. ING. H.C. F. PORSCHE AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241104

Claims (6)

1. Elektrische Antriebseinheit, aufweisend eine elektrische Maschine (EM) mit mindestens drei Phasen (u, v, w) und je Phase mindestens zwei Zweigen (u1, u2; v1, v2; w1, w2), sowie eine Halbbrücke eines Inverters (In1, In2) je Zweig (u1, u2; v1, v2; w1, w2) einer Phase (u, v, w), wobei die Halbbrücke dazu eingerichtet ist, diesen Zweig (u1, u2; v1, v2; w1, w2) mit elektrischer Energie zu versorgen.
2. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1 , wobei eine Verschaltung der Zweige (u1, u2; v1, v2; w1, w2) einer Phase (u, v, w) derart vorgesehen ist, dass die Zweige (u1, u2; v1, v2; w1, w2) einer Phase (u, v, w) parallel oder seriell geschaltet werden können.
3. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 2 , wobei das Umschalten zwischen paralleler und serieller Verschaltung der Zweige (u1, u2; v1, v2; w1, w2) mittels Leistungshalbleiterschaltern erfolgt.
4. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei parallele Zweige (u1, u2; v1, v2; w1, w2) je Phase (u, v, w) vorgesehen sind.
5. Elektrischer Antrieb, aufweisend die elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, sowie mindestens einen elektrischen Energiespeicher, der mit den Invertern (In1, In2) der elektrischen Antriebseinheit derart wirkverbunden ist, dass er diese mit Gleichstrom versorgt, sowie mindestens eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die Inverter (In1, In2) abhängig von einem aktuellen Betriebspunkt derart anzusteuern, dass die Zweige (u1, u2; v1, v2; w1, w2) der elektrischen Maschine (EM) seriell oder parallel verschaltet sind.
6. Verfahren zur Ansteuerung einer elektrischen Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei zur Bereitstellung einer vorgegebenen Drehzahl die Zweige (u1, u2; v1, v2; w1, w2) einer Phase (u; v; w) parallel geschaltet werden, und wobei zur Bereitstellung einer vorgegebenen Leistung bei einer vorgegebenen Drehzahl die Zweige (u1, u2; v1, v2; w1, w2) einer Phase (u; v; w) seriell geschaltet werden.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Elektromobilität. Elektrofahrzeuge des Stands der Technik verwenden zur Bereitstellung einer Wechselspannung, die für den Betrieb der elektrischen Maschine (auch als Elektromotor bezeichnet) notwendig ist, Inverter bzw. DC/AC-Wechselrichter, die eine von einer Gleichspannungsquelle (elektrischer Energiespeicher) bereitgestellte Gleichspannung in die zum Betreiben der elektrischen Maschine benötigte Wechselspannung umwandeln. Hierfür werden Halbbrücken des Inverters (DC/AC-Wechselrichters) verwendet. Oft wird für elektrischen Maschinen ein dreiphasiger Wechselstrom benötigt, d.h. die elektrische Maschine ist als 3-Phasen Maschine mit einer Wicklung aus drei Strängen gebildet, die einen geometrischen und elektrischen Phasenversatz von 120° besitzen. Jeder Strang ist dabei einer der drei Phasen zugeordnet und ist mit einem Ausgang des Inverters elektrisch verbunden. Die Wicklung kann dabei aus einer verschiedenen Anzahl von parallelen Zweigen pro Strang bestehen. Über eine Umschaltung dieser Anzahl kann Einfluss auf die Eigenschaften der elektrischen Maschine genommen werden. Aus der Patentanmeldung US 20 110 234 139 A1 ist beispielsweise bekannt, dass die Serienschaltung bei niedriger Geschwindigkeit eine relativ höhere Leistung als die Parallelschaltung liefert, aber auf einem bestimmten Niveau abflacht und die Parallelschaltung bei höheren Geschwindigkeiten mehr Drehmoment und Leistung liefert. Da immer höhere Leistungsanforderungen an elektrische Antriebseinheiten gestellt werden, ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte elektrische Antriebseinheit bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Bereitgestellt wird eine elektrische Antriebseinheit, aufweisend eine elektrische Maschine mit mindestens drei Phasen und je Phase mindestens zwei Zweigen, sowie eine Halbbrücke eines Inverters je Zweig einer Phase, wobei die Halbbrücke dazu eingerichtet ist, diesen Zweig mit elektrischer Energie zu versorgen. In einer Ausführung ist vorgesehen, dass eine Verschaltung der Zweige einer Phase derart vorgesehen ist, dass die Zweige einer Phase parallel oder seriell geschaltet werden können. In einer Ausführung ist vorgesehen, dass das Umschalten zwischen paralleler und serieller Verschaltung der Zweige mittels Leistungshalbleiterschaltern erfolgt. In einer Ausführung ist vorgesehen, dass zwei parallele Zweige je Phase vorgesehen sind. Bereitgestellt wird ferner ein elektrischer Antrieb, aufweisend die elektrische Antriebseinheit, sowie mindestens einen elektrischen Energiespeicher, der mit den Invertern der elektrischen Antriebseinheit derart wirkverbunden ist, dass er diese mit Gleichstrom versorgt, sowie mindestens eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, die Inverter abhängig von einem aktuellen Betriebspunkt derart anzusteuern, dass die Zweige der elektrischen Maschine seriell oder parallel verschaltet sind. Bereitgestellt wird ferner ein Verfahren zur Ansteuerung der elektrischen Antriebseinheit, wobei zur Bereitstellung einer vorgegebenen Drehzahl die Zweige einer Phase parallel geschaltet werden, und wobei zur Bereitstellung einer vorgegebenen Leistung bei einer vorgegebenen Drehzahl die Zweige einer Phase seriell geschaltet werden. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer über zwei Inverter gespeisten 3-phasigen elektrischen Maschine gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.2 zeigt schematisch eine Topologie einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.3 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung für zwei Zweige einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung (parallele Konfiguration).4 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung für einen Zweig einer elektrischen Maschine gemäß einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung (serielle Konfiguration). In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ziel der Erfindung ist es, eine verbesserte elektrische Antriebseinheit 100 bereitzustellen, durch welche eine verbesserte Leistungsskalierung möglich ist. Wie in 1 schematisch angedeutet umfasst eine elektrische Antriebseinheit 100 hierbei mindestes eine elektrische Maschine EM mit mindestens zwei Zweigen u1, u2; v1, v2; w1, w2 pro Phase u, v, w (Strang), sowie zwei Inverter In1, In2. Jeder Zweig u1, u2; v1, v2; w1, w2 einer P