DE102016011238A1

DE102016011238A1 - Circuit arrangement for a motor vehicle, motor vehicle and method for operating a circuit arrangement for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102016011238A1
Application number: DE102016011238.7A
Authority: DE
Inventors: Konrad Müller; Felix Pauli; Naima Seddouk
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-09-17
Filing date: 2016-09-17
Publication date: 2017-04-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug, welche zumindest zwei Batterien (B1; B2; B3; B4), zumindest zwei Schalteinrichtungen und zumindest zwei elektrische Maschinen (E1; E2; E3; E4) umfasst, wobei eine der Batterien (B1; B2; B3; B4) mit einer elektrischen Maschine (E1; E2; E3; E4) über eine Schalteinrichtung der zumindest zwei Schalteinrichtungen elektrisch verbunden ist. Ferner weist die Schaltungsanordnung (10) eine Steuereinrichtung (12) auf, welche dazu eingerichtet ist, die zumindest zwei Schalteinrichtungen derart anzusteuern, dass in einem ersten Schaltzustand der zumindest zwei Schalteinrichtungen die zumindest zwei elektrischen Maschinen (E1; E2; E3; E4) durch eine Batterie (B1; B2; B3; B4) mit elektrischer Energie versorgt werden und in einem zweiten Schaltzustand der zumindest zwei Schalteinrichtungen jeweils eine elektrische Maschine (E1; E2; E3; E4) durch jeweils eine Batterie (B1; B2; B3; B4) mit elektrischer Energie versorgt wird.The invention relates to a circuit arrangement (10) for a motor vehicle, which comprises at least two batteries (B1; B2; B3; B4), at least two switching devices and at least two electrical machines (E1; E2; E3; E4), one of the batteries (B1; B1, B2, B3, B4) is electrically connected to an electrical machine (E1, E2, E3, E4) via a switching device of the at least two switching devices. Furthermore, the circuit arrangement (10) has a control device (12), which is set up to control the at least two switching devices in such a way that, in a first switching state, the at least two switching devices pass through the at least two electrical machines (E1, E2, E3, E4) a battery (B1; B2; B3; B4) are supplied with electrical energy, and in a second switching state of the at least two switching devices, in each case one electric machine (E1; E2; E3; E4) is supplied with one battery (B1; B2; B3; B4 ) is supplied with electrical energy.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug. Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung. Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung.The invention relates to a circuit arrangement for a motor vehicle. The invention also includes a motor vehicle with the circuit arrangement according to the invention. Finally, the invention also includes a method for operating a circuit arrangement.

In der DE 11 2011 102 789 T5 ist ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer Mehrzahl von parallel geschalteten Energiespeicherungs-Einheitsmodulen beschrieben, die jeweils eine Energiespeichervorrichtung aufweisen. Die Energiespeicherungs-Einheitsmodule umfassen eine Schaltvorrichtung und einen Stromsensor, wobei die Schaltvorrichtung und der Stromsensor mit der Energiespeichervorrichtung in Reihe geschaltet sind. Des Weiteren weist das Fahrzeug eine Steuervorrichtung, einen elektrischen Verbraucher und eine Integrationssteuervorrichtung auf. Die Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, einen Zustand der Energiespeichervorrichtung zu verwalten. Ein Betrieb des elektrischen Verbrauchers wird unter Verwendung der Energie der Energiespeichervorrichtung gesteuert. Die Integrationssteuervorrichtung ist mit dem elektrischen Verbraucher und der Steuervorrichtung verbunden. Ein Nachteil eines solchen Fahrzeugs besteht darin, dass dessen Aufbau besonders komplex ausgebildet ist und ein hoher Steuerungsaufwand besteht. Ferner hat die Parallelschaltung der Energiespeicherungs-Einheitsmodule den Nachteil, dass Verlustwärme im Betrieb der Energiespeicherungs-Einheitsmodule besonders schlecht abgeführt werden kann. Dadurch wird der Wirkungsgrad des Fahrzeugs reduziert.In the DE 11 2011 102 789 T5 An electric powered vehicle is described with a plurality of parallel connected energy storage unit modules, each having an energy storage device. The energy storage unit modules include a switching device and a current sensor, wherein the switching device and the current sensor are connected in series with the energy storage device. Furthermore, the vehicle has a control device, an electrical load and an integration control device. The control device is configured to manage a state of the energy storage device. Operation of the electrical load is controlled using the energy of the energy storage device. The integration control device is connected to the electrical load and the control device. A disadvantage of such a vehicle is that its structure is particularly complex and there is a high control effort. Furthermore, the parallel connection of the energy storage unit modules has the disadvantage that heat loss during operation of the energy storage unit modules can be dissipated particularly bad. This reduces the efficiency of the vehicle.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Wirkungsgrad einer Schaltungsanordnung mit Batterien und elektrischen Maschinen für ein Kraftfahrzeug zu verbessern.The object of the present invention is therefore to improve the efficiency of a circuit arrangement with batteries and electrical machines for a motor vehicle.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.The object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous developments of the invention are disclosed by the features of the dependent claims, the following description and the figures.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug. Dabei umfasst die Schaltungsanordnung zumindest zwei Batterien, zumindest zwei Schalteinrichtungen und zumindest zwei elektrische Maschinen. Eine der Batterien der zumindest zwei Batterien ist dabei mit einer elektrischen Maschine der zumindest zwei elektrischen Maschinen über eine Schalteinrichtung der zumindest zwei Schalteinrichtungen elektrisch gekoppelt. Mit Schalteinrichtung ist bevorzugt ein elektrischer Schalter gemeint, welcher dazu eingerichtet ist, die elektrisch leitende Verbindung zwischen der elektrischen Maschine und der mit der elektrischen Maschine verbundenen Batterie herzustellen oder zu trennen. In einer geschlossenen Stellung des Schalters sind die elektrische Maschine und die Batterie bevorzugt miteinander verbunden und in einer offenen Stellung des Schalters sind die elektrische Maschine und die Batterie bevorzugt elektrisch nicht miteinander verbunden. Bevorzugt sind die zumindest zwei elektrischen Maschinen als Elektromotor ausgebildet. Schließlich weist die Schaltungsanordnung eine Steuereinrichtung auf, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die zumindest zwei Schalteinrichtungen derart anzusteuern, dass in einem ersten Schaltzustand der zumindest zwei Schalteinrichtungen die zumindest zwei elektrischen Maschinen durch eine Batterie der zumindest zwei Batterien mit elektrischer Energie versorgt werden und in einem zweiten Schaltzustand der zumindest zwei Schalteinrichtungen jeweils eine elektrische Maschine durch jeweils eine Batterie der zumindest zwei Batterien mit elektrischer Energie versorgt wird. Besonders bevorzugt kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die zumindest zwei Schalteinrichtungen unabhängig voneinander anzusteuern. Ferner kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, die zumindest zwei Schalteinrichtungen zeitlich versetzt zueinander oder gleichzeitig anzusteuern.According to the invention, this object is achieved by a circuit arrangement for a motor vehicle. In this case, the circuit arrangement comprises at least two batteries, at least two switching devices and at least two electrical machines. One of the batteries of the at least two batteries is electrically coupled to an electrical machine of the at least two electric machines via a switching device of the at least two switching devices. By switch means is preferably meant an electrical switch which is adapted to establish or disconnect the electrically conductive connection between the electric machine and the battery connected to the electric machine. In a closed position of the switch, the electric machine and the battery are preferably connected together and in an open position of the switch, the electric machine and the battery are preferably not electrically connected. Preferably, the at least two electric machines are designed as electric motors. Finally, the circuit arrangement has a control device, wherein the control device is adapted to control the at least two switching devices such that in a first switching state of the at least two switching devices, the at least two electrical machines are powered by a battery of at least two batteries with electrical energy and in a second switching state of the at least two switching devices in each case an electric machine is supplied by a respective battery of the at least two batteries with electrical energy. Particularly preferably, the control device can be configured to control the at least two switching devices independently of each other. Furthermore, the control device may be configured to control the at least two switching devices offset in time from one another or at the same time.

Durch die unabhängige Ansteuerung der beiden Schalteinrichtungen ergibt sich der Vorteil, dass sich beliebige Verschaltungen und Abschaltungen der elektrischen Maschinen ergeben. Dadurch kann die Zuschaltung oder Abschaltung der elektrischen Maschinen an Fahrleistungsanforderungen des Kraftfahrzeugs angepasst sein. Das Stilllegen beziehungsweise Abschalten von einzelnen elektrischen Maschinen und/oder Batterien führt zu dedizierten Ruhephasen, um die Lebensdauer der elektrischen Maschinen und/oder Batterien zu erhöhen.Due to the independent control of the two switching devices, there is the advantage that there are any interconnections and shutdowns of the electrical machines. As a result, the connection or disconnection of the electrical machines can be adapted to driving performance requirements of the motor vehicle. The shutdown or shutdown of individual electrical machines and / or batteries leads to dedicated rest periods to increase the life of the electrical machinery and / or batteries.

Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Schaltungsanordnung ferner zumindest zwei Wechselrichter aufweist, wobei jeweils ein Wechselrichter einer elektrischen Maschine der zumindest zwei elektrischen Maschinen zugeordnet ist. Ein Wechselrichter ist insbesondere ein elektrisches Gerät, welches Gleichspannung in Wechselspannung, also Gleichstrom in Wechselstrom umrichtet. Bevorzugt ist der Wechselrichter für die Erzeugung von dreiphasigem Wechselstrom ausgelegt.An embodiment of the invention provides that the circuit arrangement further comprises at least two inverters, wherein in each case one inverter of an electrical machine is associated with the at least two electrical machines. An inverter is in particular an electrical device which converts DC voltage into AC voltage, that is to say direct current into alternating current. Preferably, the inverter is designed for the generation of three-phase alternating current.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung sind die zumindest zwei elektrischen Maschinen im Motorbetrieb und/oder im Generatorbetrieb betreibbar. Im Motorbetrieb versorgen bevorzugt die Batterien im Betrieb des Kraftfahrzeugs die elektrischen Maschinen mit elektrischer Energie. Im Generatorbetrieb hingegen erfolgt im Betrieb des Kraftfahrzeugs bevorzugt eine Rekuperation von Bremsenergie. Mit Rekuperation ist insbesondere eine Rückgewinnung von Energie, in diesem Fall der Bremsenergie, gemeint. Die beim Bremsen freiwerdende Energie kann mittels Rekuperation von der elektrischen Maschine, beispielsweise im Generatorbetrieb, in elektrische Energie umgewandelt werden. Diese wird bevorzugt in der Batterie gespeichert und steht bei kommenden Beschleunigungsvorgängen des Kraftfahrzeugs zur Verfügung. Durch die Rekuperation kann die Reichweite der Batterie oder der Batterien erhöht werden.According to an advantageous development, the at least two electric machines can be operated during engine operation and / or in generator operation. During engine operation, the batteries preferably supply the electric machines with electrical energy during operation of the motor vehicle. In generator operation, however, a recuperation of braking energy preferably takes place during operation of the motor vehicle. With recuperation is in particular a recovery of Energy, in this case the braking energy, meant. The energy released during braking can be converted into electrical energy by recuperation from the electric machine, for example in generator mode. This is preferably stored in the battery and is available for future acceleration processes of the motor vehicle. Recuperation can increase the range of the battery or batteries.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Schaltungsanordnung zumindest zwei Batterien, zumindest zwei Schalteinrichtungen, eine Steuereinrichtung und zumindest zwei elektrische Maschinen umfasst. Eine der Batterien der zumindest zwei Batterien ist mit einer elektrischen Maschine der zumindest zwei elektrischen Maschinen über eine Schalteinrichtung der zumindest zwei Schalteinrichtungen elektrisch gekoppelt. Dabei werden die zumindest zwei Schalteinrichtungen durch die Steuereinrichtung derart angesteuert, dass in einem ersten Schaltzustand der zumindest zwei Schalteinrichtungen die zumindest zwei elektrischen Maschinen durch eine Batterie der zumindest zwei Batterien mit elektrischer Energie versorgt werden und in einem zweiten Schaltzustand der zumindest zwei Schalteinrichtungen jeweils eine elektrische Maschine durch jeweils eine Batterie der zumindest zwei Batterien mit elektrischer Energie versorgt wird.The invention also relates to a method for operating a circuit arrangement for a motor vehicle, wherein the circuit arrangement comprises at least two batteries, at least two switching devices, a control device and at least two electrical machines. One of the batteries of the at least two batteries is electrically coupled to an electrical machine of the at least two electric machines via a switching device of the at least two switching devices. The at least two switching devices are controlled by the control device such that in a first switching state of the at least two switching devices, the at least two electric machines are powered by a battery of at least two batteries with electrical energy and in a second switching state of the at least two switching devices each have an electrical Machine is powered by a respective battery of at least two batteries with electrical energy.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Schaltungsanordnung in einem Kraftfahrzeug realisiert ist. Entsprechend sieht die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vor. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet. In vorteilhafter Weise ist die Schaltungsanordnung als Frontantrieb oder Heckantrieb ausgebildet.In particular, it is provided that the circuit arrangement is realized in a motor vehicle. Accordingly, the invention also provides a motor vehicle with the circuit arrangement according to the invention. The motor vehicle is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car. Advantageously, the circuit arrangement is designed as a front-wheel drive or rear-wheel drive.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug mit vier Batterien, vier elektrischen Maschinen, vier Wechselrichtern, mehreren Schalteinrichtungen und einer Steuereinrichtung gemäß einer Ausführungsform; 1 a schematic representation of a circuit arrangement according to the invention for a motor vehicle with four batteries, four electric machines, four inverters, a plurality of switching devices and a control device according to one embodiment;

2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform; 2 a schematic representation of the circuit arrangement according to the invention according to a further embodiment;

3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform; 3 a schematic representation of the circuit arrangement according to the invention according to a further embodiment;

4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform; 4 a schematic representation of the circuit arrangement according to the invention according to a further embodiment;

5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform; 5 a schematic representation of the circuit arrangement according to the invention according to a further embodiment;

6 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform; 6 a schematic representation of the circuit arrangement according to the invention according to a further embodiment;

7 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform; 7 a schematic representation of the circuit arrangement according to the invention according to a further embodiment;

8 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform; 8th a schematic representation of the circuit arrangement according to the invention according to a further embodiment;

9 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform; und 9 a schematic representation of the circuit arrangement according to the invention according to a further embodiment; and

10 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform; 10 a schematic representation of the circuit arrangement according to the invention according to a further embodiment;

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

Die 1 bis 10 zeigen jeweils die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 10 für ein Kraftfahrzeug. Die Schaltungsanordnung 10 umfasst vier Batterien B1, B2, B3, B4, vier elektrische Maschinen E1, E2, E3, E4, vier Wechselrichter W1, W2, W3, W4, mehreren Schalteinrichtungen und eine Steuereinrichtung 12. Insgesamt weist die Schaltungsanordnung 10 zwölf Schalteinrichtungen auf.The 1 to 10 each show the circuit arrangement according to the invention 10 for a motor vehicle. The circuit arrangement 10 includes four batteries B1, B2, B3, B4, four electric machines E1, E2, E3, E4, four inverters W1, W2, W3, W4, a plurality of switching devices, and a controller 12 , Overall, the circuit arrangement 10 twelve switching devices.

Die vier Batterien B1, B2, B3, B4 – erste Batterie B1, zweite Batterie B2, dritte Batterie B3 und vierte Batterie B4 – sind dazu eingerichtet, die vier elektrischen Maschinen E1, E2, E3, E4 – erste elektrische Maschine E1, zweite elektrische Maschine E2, dritte elektrische Maschine E3 und vierte elektrische Maschine E4 – mit elektrischer Energie zu versorgen. Jeder Batterie B1, B2, B3, B4 ist dabei ein Wechselrichter W1, W2, W3, W4 zugeordnet. Dabei ist der ersten Batterie B1 der erste Wechselrichter W1, der zweiten Batterie B2 der zweite Wechselrichter W2, der dritten Batterie B3 der dritte Wechselrichter W3 und der vierten Batterie B4 der vierte Wechselrichter W4 zugeordnet.The four batteries B1, B2, B3, B4 - first battery B1, second battery B2, third battery B3 and fourth battery B4 - are adapted to the four electric machines E1, E2, E3, E4 - first electric machine E1, second electrical Machine E2, third electric machine E3 and fourth electric machine E4 - to supply with electrical energy. Each battery B1, B2, B3, B4 is a Inverter W1, W2, W3, W4 assigned. Here, the first battery B1, the first inverter W1, the second battery B2, the second inverter W2, the third battery B3, the third inverter W3 and the fourth battery B4, the fourth inverter W4 assigned.

Die jeweiligen elektrischen Maschinen E1, E2, E3, E4 sind als Elektromotor ausgebildet. Die vier Elektromotoren sind besonders bevorzugt als Einzelradantrieb ausgebildet. Je einem Rad des Kraftfahrzeugs ist dabei bevorzugt eine elektrische Maschine E1, E2, E3, E4 zugeordnet. Dabei bilden die erste elektrische Maschine E1 und die zweite elektrische Maschine E2 bevorzugt einen Frontantrieb des Kraftfahrzeugs und die dritte elektrische Maschine E3 und die vierte elektrische Maschine E4 einen Heckantrieb.The respective electrical machines E1, E2, E3, E4 are designed as electric motors. The four electric motors are particularly preferably designed as a single-wheel drive. Depending on a wheel of the motor vehicle is preferably assigned an electric machine E1, E2, E3, E4. In this case, the first electric machine E1 and the second electric machine E2 preferably form a front-wheel drive of the motor vehicle and the third electric machine E3 and the fourth electric machine E4 a rear-wheel drive.

Die in den 1 bis 10 gezeigten Schaltungsanordnungen 10 unterscheiden sich darin, dass die Schalteinrichtungen unterschiedliche Schaltzustände aufweisen. Mit Schaltzustand ist insbesondere gemeint, dass eine Schalterstellung der jeweiligen Schalteinrichtung geöffnet oder geschlossen ist. Die Schalteinrichtungen sind dabei unterteilt in vier Batterieschalter S_B1, S_B2, S_B3, S_B4, vier Antriebsschalter S_A1, S_A2, S_A3, S_A4 und vier Gruppenschalter S_G1, S_G2, S_G3, S_G4. Die jeweiligen Schalteinrichtungen – Batterieschalter S_B1, S_B2, S_B3, S_B4, Antriebsschalter S_A1, S_A2, S_A3, S_A4 und Gruppenschalter S_G1, S_G2, S_G3, S_G4 – sind bevorzugt als elektrische Schalter ausgebildet, welche dazu eingerichtet ist, die elektrisch leitende Verbindung zwischen den elektrischen Maschinen E1, E2, E3 E4 und der mit der elektrischen Maschine verbundenen Batterie B1, B2, B3, B4 herzustellen oder zu trennen. Wie in den Figuren gezeigt weisen die jeweiligen Schalteinrichtungen jeweils zwei Schaltelemente auf, welche bevorzugt paarweise angesteuert werden.The in the 1 to 10 shown circuit arrangements 10 differ in that the switching devices have different switching states. By switching state is meant in particular that a switch position of the respective switching device is open or closed. The switching devices are divided into four battery switch S _B1, S _B2, S _B3, S _B4, four drive switch S _A1, S _A2, S _A3, S _A4 and four group switch S _G1, S _G2, S _G3, S _G4. The respective switching devices-battery switches S _B1 , S _B2 , S _B3 , S _B4 , drive switches S _A1 , S _A2 , S _A3 , S _A4 and group switches S _G1 , S _G2 , S _G3 , S _G4 -are preferably designed as electrical switches, which is set up to establish or disconnect the electrically conductive connection between the electric machines E1, E2, E3 E4 and the battery B1, B2, B3, B4 connected to the electric machine. As shown in the figures, the respective switching devices each have two switching elements, which are preferably driven in pairs.

Die Gruppenschalter S_G1, S_G2, S_G3, S_G4 sind dabei in einer Ringleitung angeordnet. Mit der Ringleitung kann die erste Batterie B1 über den ersten Batterieschalter S_B1, die zweite Batterie B2 über den zweiten Batterieschalter S_B2, die dritte Batterie B3 über den dritten Batterieschalter S_B3 und die vierte Batterie über den vierten Batterieschalter S_B4 elektrisch verbunden sein. Ferner kann die erste elektrische Maschine E1 über den ersten Antriebsschalter S_A1, die zweite elektrische Maschine E2 über den Antriebsschalter S_A2, die dritte elektrische Maschine E3 über den dritten Antriebsschalter S_A3 und die vierte elektrische Maschine E4 über den vierten Antriebsschalter S_A4 mit der Ringleitung elektrisch verbunden sein.The group switches S _G1 , S _G2 , S _G3 , S _G4 are arranged in a ring line. With the ring line, the first battery B1 via the first battery switch S _B1 , the second battery B2 via the second battery switch S _B2 , the third battery B3 via the third battery switch S _B3 and the fourth battery via the fourth battery switch S _{B4 be} electrically connected. Further, the first electric machine E1 via the first drive switch S _A1 , the second electric machine E2 via the drive switch S _A2 , the third electric machine E3 via the third drive switch S _A3 and the fourth electric machine E4 via the fourth drive switch S _A4 with the Ring line to be electrically connected.

Die Steuereinrichtung 12 ist dabei dazu eingerichtet, die Schalteinrichtungen unabhängig voneinander anzusteuern. Die Steuereinrichtung 12 ist dazu signaltechnisch mit den jeweiligen Schalteinrichtungen gekoppelt. Der Übersichtlichkeit halber ist die Kopplung der Steuereinrichtung 12 mit jeweiligen Schalteinrichtungen nicht gezeigt.The control device 12 is set up to control the switching devices independently of each other. The control device 12 is signal-technically coupled to the respective switching devices. For the sake of clarity, the coupling of the control device 12 not shown with respective switching devices.

In 1 sind alle Schalteinrichtungen geöffnet. Im Folgenden wird auf die unterschiedlichen Schalterstellungen in Zusammenhang mit den 2 bis 10 genauer eingegangen.In 1 all switching devices are open. The following will focus on the different switch positions associated with the 2 to 10 discussed in more detail.

In 2 sind alle vier Batterieschalter S_B1, S_B2, S_B3, S_B4 und alle vier Antriebsschalter S_A1, S_A2, S_A3, S_A4 geschlossen. Ferner sind alle Gruppenschalter S_G1, S_G2, S_G3, S_G4 geöffnet. In diesem Fall ist die erste Batterie B1 über den ersten Wechselrichter W1 elektrisch mit der ersten elektrischen Maschine E1, die zweite Batterie B2 über den zweiten Wechselrichter W2 mit der zweiten elektrischen Maschine E2, die dritte Batterie B3 über den dritten Wechselrichter W3 mit der dritten elektrischen Maschine E3 und die vierte Batterie B4 über den vierten Wechselrichter W4 mit der vierten elektrischen Maschine E4 verbunden. Mit anderen Worten versorgt jede der vier Batterien B1, B2, B3, B4 jeweils die mit der jeweiligen Batterie B1, B2, B3, B4 verbundene elektrische Maschine E1, E2, E3, E4.In 2 are all four battery switches S _B1 , S _B2 , S _B3 , S _B4 and all four drive switches S _A1 , S _A2 , S _A3 , S _A4 closed. Furthermore, all group switches S _G1 , S _G2 , S _G3 , S _{G4 are} open. In this case, the first battery B1 via the first inverter W1 is electrically connected to the first electric machine E1, the second battery B2 via the second inverter W2 with the second electric machine E2, the third battery B3 via the third inverter W3 with the third electrical Machine E3 and the fourth battery B4 via the fourth inverter W4 connected to the fourth electric machine E4. In other words, each of the four batteries B1, B2, B3, B4 supplies the electric machines E1, E2, E3, E4 connected to the respective battery B1, B2, B3, B4, respectively.

In 3 sind alle vier Antriebsschalter S_A1, S_A2, S_A3, S_A4 und alle vier Gruppenschalter S_G1, S_G2, S_G3, S_G4 geschlossen. Ferner ist auch der erste Batterieschalter S_B1 geschlossen. Die übrigen drei Batterieschalter S_B2, S_B3, S_B4 – zweiter Batterieschalter S_B2, dritter Batterieschalter S_B3 und vierter Batterieschalter S_B4 – sind geöffnet. In diesem Fall versorgt die erste Batterie B1 alle vier elektrischen Maschinen E1, E2, E3, E4 alleine.In 3 all four drive switches S _A1 , S _A2 , S _A3 , S _A4 and all four group switches S _G1 , S _G2 , S _G3 , S _{G4 are} closed. Furthermore, the first battery switch S _{B1 is} closed. The remaining three battery switches S _B2 , S _B3 , S _B4 - second battery switch S _B2 , third battery switch S _B3 and fourth battery switch S _B4 - are open. In this case, the first battery B1 supplies all four electric machines E1, E2, E3, E4 alone.

In 4 sind alle vier Antriebsschalter S_A1, S_A2, S_A3, S_A4 geschlossen. Ferner sind zwei Gruppenschalter S_G1, S_G3 – der erste Gruppenschalter S_G1 und der dritte Gruppenschalter S_G3 – und zwei Batterieschalter S_B1, S_B4 – der erste Batterieschalter S_B1 und der vierte Batterieschalter S_B4 – geschlossen. Die zwei übrigen Gruppenschalter S_G2, S_G4 – der zweite Gruppenschalter SG2 und der vierte Gruppenschalter S_G4 – und Batterieschalter S_B2, S_B3 – der zweite Batterieschalter S_B2 und der dritte Batterieschalter S_B3 – sind geöffnet. Dadurch versorgt die erste Batterie B1 die erste elektrische Maschine E1 und die zweite elektrische Maschine E2 jeweils über den der ersten elektrischen Maschine E1 zugeordneten ersten Wechselrichter W1 und den der zweiten elektrischen Maschine E2 zugeordneten zweiten Wechselrichter W2. Die vierte Batterie B4 versorgt die dritte elektrische Maschine E3 und die vierte elektrische Maschine E4 jeweils über den der dritten elektrischen Maschine E3 zugeordneten dritten Wechselrichter W3 und den der vierten elektrischen Maschine E4 zugeordneten vierten Wechselrichter W4. Nach einer vorbestimmten Zeitspanne können durch die Steuereinrichtung 12 die Batterieschalter angesteuert werden, sodass der erste Batterieschalter S_B1 und der vierte Batterieschalter S_B4 geöffnet und der zweite Batterieschalter S_B2 und der dritte Batterieschalter S_B3 geschlossen sind. Dadurch versorgt dann die zweite Batterie B2 die erste elektrische Maschine E1 und die zweite elektrische Maschine E2 und die dritte Batterie B3 die dritte elektrische Maschine E3 und die vierte elektrische Maschine E4.In 4 all four drive switches S _A1 , S _A2 , S _A3 , S _{A4 are} closed. Furthermore, two group switches S _G1 , S _G3 - the first group switch S _G1 and the third group switch S _G3 - and two battery switches S _B1 , S _B4 - the first battery switch S _B1 and the fourth battery switch S _B4 - are closed. The two remaining group switches S _G2 , S _G4 - the second group switch SG2 and the fourth group switch S _G4 - and battery switch S _B2 , S _B3 - the second battery switch S _B2 and the third battery switch S _B3 - are open. As a result, the first battery B1 supplies the first electric machine E1 and the second electric machine E2 in each case via the first inverter W1 assigned to the first electric machine E1 and to the second inverter W2 assigned to the second electric machine E2. The fourth battery B4 supplies the third electric machine E3 and the fourth electric machine E4 via the third inverter W3 associated with the third electric machine E3 and the fourth inverter W4 associated with the fourth electric machine E4, respectively. After a predetermined period of time can through the control device 12 the battery switches are controlled so that the first battery switch S _B1 and the fourth battery switch S _B4 open and the second battery switch S _B2 and the third battery switch S _{B3 are} closed. Thereby, the second battery B2 supplies the first electric machine E1 and the second electric machine E2, and the third battery B3 supplies the third electric machine E3 and the fourth electric machine E4.

In 5 sind der erste Batterieschalter S_B1, der zweite Batterieschalter S_B2, der erste Antriebsschalter S_A1 und der zweite Antriebsschalter S_A2 geschlossen. Der dritte Batterieschalter S_B3, der vierte Batterieschalter S_B4, der dritte Antriebsschalter S_A3 und der vierte Antriebsschalter S_A4 und alle vier Gruppenschalter S_G1, S_G2, S_G3, S_G4, sind geöffnet. Die erste Batterie B1 ist über den ersten Wechselrichter W1 mit der ersten elektrischen Maschine E1 und die zweite Batterie B2 ist über den zweiten Wechselrichter W2 mit der zweiten elektrischen Maschine E2 verbunden. Dadurch wird bevorzugt ein verteilter Frontantrieb bereitgestellt.In 5 the first battery switch S _B1 , the second battery switch S _B2 , the first drive switch S _A1 and the second drive switch S _{A2 are} closed. The third battery switch S _B3 , the fourth battery switch S _B4 , the third drive switch S _A3 and the fourth drive switch S _A4 and all four group switches S _G1 , S _G2 , S _G3 , S _G4 are open. The first battery B1 is connected to the first electric machine E1 via the first inverter W1 and the second battery B2 is connected to the second electric machine E2 via the second inverter W2. As a result, a distributed front drive is preferably provided.

In 8 sind auch jeweils zwei Batterieschalter und zwei Antriebsschalter geschlossen und alle vier Gruppenschalter S_G1, S_G2, S_G3, S_G4 geöffnet. Der dritte Batterieschalter S_B3, der vierte Batterieschalter S_B4, der dritte Antriebsschalter S_A3 und der vierte Antriebsschalter S_A4 sind geschlossen. Die dritte Batterie B3 ist über den dritten Wechselrichter W3 mit der dritten elektrischen Maschine E3 und die vierte Batterie B4 ist über den vierten Wechselrichter W4 mit der vierten elektrischen Maschine E4 verbunden. Dadurch wird bevorzugt ein verteilter Heckantrieb bereitgestellt.In 8th two battery switches and two drive switches are also closed and all four group switches S _G1 , S _G2 , S _G3 , S _G4 open. The third battery switch S _B3 , the fourth battery switch S _B4 , the third drive switch S _A3 and the fourth drive switch S _A4 are closed. The third battery B3 is connected to the third electric machine E3 via the third inverter W3, and the fourth battery B4 is connected to the fourth electric machine E4 via the fourth inverter W4. As a result, a distributed rear-wheel drive is preferably provided.

In 6 und 9 sind zwei Antriebsschalter, ein Batterieschalter und ein Gruppenschalter geschlossen. In 6 ist der erste Antriebsschalter S_A1, der zweite Antriebsschalter S_A2, der erste Gruppenschalter S_G1 und der erste Batterieschalter S_B1 geschlossen. Die übrigen Antriebsschalter, Batterieschalter und Gruppenschalter sind geöffnet. Damit ist die erste Batterie B1 elektrisch mit der ersten elektrischen Maschine E1 über den ersten Wechselrichter W1 und die zweite elektrische Maschine E2 über den zweiten Wechselrichter W2 elektrisch verbunden. Damit wird bevorzugt ein verteilter Fronantrieb aus einer Batterie – der ersten Batterie S_B1 – bereitgestellt.In 6 and 9 Two drive switches, a battery switch and a group switch are closed. In 6 is the first drive switch S _A1 , the second drive switch S _A2 , the first group switch S _G1 and the first battery switch S _B1 closed. The remaining drive switches, battery switches and group switches are open. Thus, the first battery B1 is electrically connected to the first electric machine E1 via the first inverter W1 and the second electric machine E2 via the second inverter W2. Thus, a distributed front drive from a battery - the first battery S _B1 - is preferably provided.

In 9 sind der dritte Batterieschalter S_B3, der dritte Antriebsschalter S_A3, der vierte Antriebsschalter S_A4 und der dritte Gruppenschalter S_G3 geschlossen. Damit sind die dritte Batterie B3 elektrisch mit der dritten elektrischen Maschine E3 über den dritten Wechselrichter W3 und die vierte elektrische Maschine E4 über den vierten Wechselrichter W4 verbunden. Damit wird bevorzugt ein verteilter Heckantrieb aus einer Batterie – der dritten Batterie B3 – bereitgestellt.In 9 the third battery switch S _B3 , the third drive switch S _A3 , the fourth drive switch S _A4 and the third group switch S _{G3 are} closed. Thus, the third battery B3 is electrically connected to the third electric machine E3 via the third inverter W3 and the fourth electric machine E4 via the fourth inverter W4. This is preferably a distributed rear-wheel drive from a battery - the third battery B3 - provided.

In 7 und 10 sind zwei Antriebsschalter, zwei Gruppenschalter und zwei Batterieschalter geschlossen. In 7 sind der dritte Batterieschalter S_B3, der vierte Batterieschalter S_B4, der zweite Gruppenschalter S_G2, der vierte Gruppenschalter S_G4, der erste Antriebsschalter S_A1 und der zweite Antriebsschalter S_A2 geschlossen. Die restlichen Schalter sind geöffnet. Die vierte Batterie B4 ist elektrisch über den ersten Wechselrichter W1 mit der ersten elektrischen Maschine E1 verbunden. Die dritte Batterie B3 ist elektrisch über den zweiten Wechselrichter W2 mit der zweiten elektrischen Maschine E2 verbunden. In 10 sind der erste Batterieschalter S_B1, der zweite Batterieschalter S_B2, der zweite Gruppenschalter S_G2, der vierte Gruppenschalter S_G4, der dritte Antriebsschalter S_A3 und der vierte Antriebsschalter S_A4 geschlossen. Die restlichen Schalter sind geöffnet. Die erste Batterie B1 ist elektrisch über den vierten Wechselrichter W4 mit der vierten elektrischen Maschine E4 verbunden. Die zweite Batterie B2 ist elektrisch über den dritten Wechselrichter W3 mit der dritten elektrischen Maschine E3 verbunden.In 7 and 10 Two drive switches, two group switches and two battery switches are closed. In 7 the third battery switch S _B3 , the fourth battery switch S _B4 , the second group switch S _G2 , the fourth group switch S _G4 , the first drive switch S _A1 and the second drive switch S _{A2 are} closed. The remaining switches are open. The fourth battery B4 is electrically connected to the first electric machine E1 via the first inverter W1. The third battery B3 is electrically connected to the second electric machine E2 via the second inverter W2. In 10 the first battery switch S _B1 , the second battery switch S _B2 , the second group switch S _G2 , the fourth group switch S _G4 , the third drive switch S _A3 and the fourth drive switch S _{A4 are} closed. The remaining switches are open. The first battery B1 is electrically connected to the fourth electric machine E4 via the fourth inverter W4. The second battery B2 is electrically connected to the third electric machine E3 via the third inverter W3.

Insgesamt ist durch die Erfindung eine energieoptimale Flexibilisierung des Powertrains oder Antriebsstrangs in Kraftfahrzeugen durch verteilte Antriebe beschrieben.Overall, the invention describes an energy-optimized flexibility of the powertrain or drive train in motor vehicles by distributed drives.

Bei Kraftfahrzeugen oder Straßenfahrzeugen wird der Einzelantrieb im Teillastbereich bei schlechten Wirkungsgraden betrieben. Der Energiespeicher eines Einzelantriebs hat keine dedizierten Ruhe- und Erholungszeiten, was sich negativ auf die Lebensdauer des jeweiligen Einzelantriebs auswirkt. Eine vollständige Rekuperation von Bremsenergie und die Wiederholbarkeit von Fahrleistungsmanövern sind durch das Derating des Antriebs und des Energiespeichers oft nicht möglich. Die feste Bindung von Energiespeicher oder Batterie und Einzelantrieb führt zu einer direkten Abhängigkeit der Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems von der schwächsten Einzelkomponente. Die Darstellung großer Leistungen führt bei einem Einzelantrieb zu unvorteilhaften Bauraumverhältnissen. Durch die verteilten Antriebe ist eine höhere Flexibilität hinsichtlich Peak- und Dauerleistung sowie Reichweite möglich. Bei der vorliegenden Erfindung werden bevorzugt mehrere Antriebe zur Darstellung oder Umsetzung der Gesamtleistung genutzt. Dabei können die verteilten oder mehreren Antriebe in Abhängigkeit von Fahrleistungsanforderungen beliebig Verschaltet oder zu- oder abgeschaltet werden.In motor vehicles or road vehicles, the single drive is operated in the partial load range with poor efficiencies. The energy storage of a single drive has no dedicated rest and recovery times, which has a negative effect on the life of each individual drive. A complete recuperation of braking energy and the repeatability of driving maneuvers are often not possible by the derating of the drive and the energy storage. The firm binding of energy storage or battery and single drive leads to a direct dependence of the performance of the entire system of the weakest single component. The representation of high power results in a single drive to unfavorable space conditions. The distributed drives enable greater flexibility with regard to peak and continuous power as well as range. In the present invention, several drives are preferably used to represent or implement the overall performance. In this case, the distributed or multiple drives can be switched or switched on or off depending on driving performance requirements.

Das Stillsetzen von einzelnen Antrieben der mehreren Antriebe und Energiespeichern oder Batterien erzeugt dedizierte Ruhephasen, um die Lebensdauer der Komponenten zu erhöhen. Ferner wird eine Gewährleistung einer Wiederholbarkeit von Fahrleistungsmanövern ermöglicht.The shutdown of individual drives of the multiple drives and energy storage or batteries creates dedicated resting periods to the Increase the life of the components. Furthermore, a guarantee of repeatability of driving maneuvers is made possible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Schaltungsanordnungcircuitry
1212: Steuereinrichtungcontrol device
B1B1: erste Batteriefirst battery
B2B2: zweite Batteriesecond battery
B3B3: dritte Batteriethird battery
B4B4: vierte Batteriefourth battery
E1E1: erste elektrische Maschinefirst electric machine
E2E2: zweite elektrische Maschinesecond electric machine
E3E3: dritte elektrische Maschinethird electric machine
E4E4: vierte elektrische Maschinefourth electric machine
S_A1 S _A1: erster Antriebsschalterfirst drive switch
S_A2 S _A2: zweiter Antriebsschaltersecond drive switch
S_A3 S _A3: dritter Antriebsschalterthird drive switch
S_A4 S _A4: vierter Antriebsschalterfourth drive switch
S_B1 S _B1: erster Batterieschalterfirst battery switch
S_B2 S _B2: zweiter Batterieschaltersecond battery switch
S_B3 S _B3: dritter Batterieschalterthird battery switch
S_B4 S _B4: vierter Batterieschalterfourth battery switch
S_G1 S _G1: erster Gruppenschalterfirst group switch
S_G2 S _G2: zweiter Gruppenschaltersecond group switch
S_G3 S _G3: dritter Gruppenschalterthird group switch
S_G4 S _G4: vierter Gruppenschalterfourth group switch
W1W1: erster Wechselrichterfirst inverter
W2W2: zweiter Wechselrichtersecond inverter
W3W3: dritter Wechselrichterthird inverter
W4W4: vierter Wechselrichterfourth inverter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 112011102789 T5 [0002]

Claims

Circuit arrangement ( 10 ) for a motor vehicle comprising: - at least two batteries (B1; B2; B3; B4); - at least two switching devices; At least two electrical machines (E1; E2; E3; E4), one of the batteries (B1; B2; B3; B4) of the at least two batteries (B1; B2; B3; B4) being connected to an electrical machine (E1; E2; E3, E4) of the at least two electrical machines (E1; E2; E3; E4) is electrically connected via a switching device of the at least two switching devices, and - a control device (E3; 12 ), wherein the control device ( 12 ) is arranged to actuate the at least two switching devices in such a way that, in a first switching state of the at least two switching devices, the at least two electrical machines (E1; E2; E3; E4) are protected by a battery (B1; B2; B3; B4) of the at least two Batteries (B1; B2; B3; B4) are supplied with electrical energy and, in a second switching state of the at least two switching devices, an electrical machine (E1; E2; E3; E4) is in each case fed by a battery (B1; B2; B3; B4) the at least two batteries (B1; B2; B3; B4) are supplied with electrical energy.

Circuit arrangement ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the circuit arrangement ( 10 Furthermore, at least two inverters (W1, W2, W3, W4) each have an inverter (W1, W2, W3, W4) of an electrical machine (E1, E2, E3, E4) of the at least two electrical machines (E1, E2 E3, E4) is assigned.

Circuit arrangement ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the at least two electrical machines (E1; E2; E3; E4) are designed as electric motors.

Circuit arrangement ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least two electrical machines (E1; E2; E3; E4) are operable during engine operation and / or in generator operation.

Method for operating a circuit arrangement ( 10 ) for a motor vehicle, wherein the circuit arrangement ( 10 ) at least two batteries (B1; B2; B3; B4), at least two switching devices, a control device ( 12 ) and at least two electrical machines (E1; E2; E3; E4), one of the batteries (B1; B2; B3; B4) of the at least two batteries (B1; B2; B3; B4) being connected to an electrical machine (E1; E2; E3; E4) of the at least two electrical machines (E1; E2; E3; E4) is electrically connected via a switching device of the at least two switching devices, wherein the at least two switching devices are controlled by the control device such that in a first switching state the at least two switching devices, the at least two electrical machines (E1; E2; E3; E4) are supplied with electrical energy by a battery (B1; B2; B3; B4) of the at least two batteries (B1; B2; B3; B4) and in a second one Switching state of the at least two switching devices in each case an electrical machine (E1; E2; E3; E4) by one battery (B1; B2; B3; B4) of the at least two batteries (B1; B2; B3; B4) is supplied with electrical energy.

Motor vehicle with a circuit arrangement ( 10 ) according to one of claims 1 to 4.

Motor vehicle according to Claim 6, characterized in that the electric machines (E1; E2; E3; E4) are part of a front-wheel drive or a rear-wheel drive.