Antriebsvorrichtung und Verfahren zum Wandeln einer Betriebsspannung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wandlervorrichtung zum Wandeln einer Betriebsspannung für ein Elektrofahrzeug, eine Antriebsvorrichtung und ein

Verfahren zum Wandeln einer Betriebsspannung für ein Elektrofahrzeug

Für Nutzfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren existieren vielfältige Nebenantriebs möglichkeiten für Arbeitsfunktionen. Beispielsweise können Krane, Kippaufbauten oder Kühlaufbauten betrieben werden. In der Regel wird die benötigte Leistung dem Fahrantriebsstrang entnommen. Typische Schnittstellen hierfür sind Motor und Ge triebe.

Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Wandler vorrichtung zum Wandeln einer Betriebsspannung für ein Elektrofahrzeug, eine ver besserte Antriebsvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Wandeln einer Betriebsspannung für ein Elektrofahrzeug gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Be schreibung.

Durch den hier vorgestellten Ansatz wird eine multifunktionale und dadurch kosten sparende Möglichkeit geschaffen, um bei einem elektrifizierten Fahrzeug eine sowohl eine Fahrfunktion als auch eine Arbeitsfunktion gewährleisten zu können.

Es wird eine Wandlervorrichtung zum Wandeln einer Betriebsspannung für ein Elekt rofahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie und einer einen Antriebsmotor sowie einen Zusatzmotor umfassenden Antriebsvorrichtung vorgestellt. Die Wandlervorrichtung weist dabei eine B atteriesch n ittstel le zum Verbinden der Wandlervorrichtung mit der Fahrzeugbatterie auf. Weiterhin weist die Wandlervorrichtung einen bidirektionalen Wechselrichter mit einem ersten Anschluss zum Verbinden des Wechselrichters mit der Batterieschnittstelle und einem zweiten Anschluss auf. Der Wechselrichter ist dabei ausgebildet, um eine an dem ersten Anschluss anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und an dem zweiten Anschluss bereitzustel- len. Ferner weist die Wandlervorrichtung eine mit dem Wechselrichter verbundene Schaltereinrichtung mit einem Schalteranschluss zum Verbinden der Schaltereinrich tung mit dem zweiten Anschluss des Wechselrichters, mit einer Antriebsschnittstelle zum Verbinden der Wandlervorrichtung mit dem Antriebsmotor und mit einer Zusatz schnittstelle zum Verbinden der Wandlervorrichtung mit dem Zusatzmotor. Die Schal tereinrichtung ist ausgebildet, um den Schalteranschluss unter Verwendung eines Schaltsignals mit der Antriebsschnittstelle oder der Zusatzschnittstelle zu verbinden.

Die Wandlervorrichtung ist in einem Elektrofahrzeug einsetzbar, das beispielsweise als ein elektrifiziertes Nutzfahrzeug realisiert ist. Die Betriebsspannung kann unter Verwendung der Wandlervorrichtung bereitgestellt werden und genutzt werden, um einen elektrischen Antrieb zu betreiben. Der Antriebsmotor des Elektrofahrzeugs kann zumindest einen Elektromotor umfassen und beispielsweise in Form eines Achsantriebs, Zentralantriebs oder auch als ein Radantrieb realisiert sein. Der An triebsmotor kann beispielsweise ausgebildet sein, um das Elektrofahrzeug in Bewe gung zu versetzen, beispielsweise eine Vorwärtsfahrt oder Rückwärtsfahrt zu ermög lichen. Der Zusatzmotor kann zumindest einen weiteren Elektromotor umfassen und beispielsweise verwendet werden, um ein zusätzliches Fahrzeugteil zu betreiben, beispielsweise eine Baggerschaufel, wenn das Elektrofahrzeug als ein Bagger reali siert ist, oder einen Kran des Elektrofahrzeugs. Der Zusatzmotor kann ausgebildet sein, um eine über eine Fortbewegung des Fahrzeugs hinausgehende Funktionalität oder Bewegung bereitzustellen. Der bidirektionale Wechselrichter kann als ein Inver ter bezeichnet werden. Unter Verwendung des Wechselrichters kann die von der Fahrzeugbatterie bereitgestellte Gleichspannung in eine zum Betreiben des An triebsmotors und des Zusatzmotors geeignete Wechselspannung gewandelt werden. Zusätzlich kann eine eingespeiste Wechselspannung in eine Gleichspannung zum Laden der Fahrzeugbatterie gewandelt werden. Die Schaltereinrichtung kann eine Mehrzahl von Schaltern aufweisen. Unter Verwendung des Schaltsignals können die Schalter in einer geeigneten Kombination geschaltet werden. Dabei kann beispiels weise ein oder mehrere Schalter zeitgleich geschlossen werden, um eine angeforder te Durchgangsverbindungen durch die Schaltereinrichtung herzustellen. Beispiels weise kann die Schaltereinrichtung unter Verwendung des Schaltsignals so ange steuert werden, dass der Schalteranschluss bei einem eine erste Signalcharakteristik aufweisenden Schaltsignal elektrisch leitfähig mit der Antriebsschnittstelle verbun den ist, und bei einem eine zweite Signalcharakteristik aufweisenden Schaltsignal elektrisch leitfähig mit der Zusatzschnittstelle verbunden ist. Dadurch kann die von dem Wechselrichter bereitgestellte Wechselspannung steuerbar entweder auf die Antriebsschnittstelle oder die Zusatzschnittstelle durchgeschaltet werden. Auf diese Weise können vorteilhafterweise mehrere Funktionen des Elektrofahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt werden, wie beispielsweise eine Fahrfunktion und eine Zusatzfunktion, wie ein elektrisch betriebener Aufbau des Elektrofahrzeugs. Das Schaltsignal kann beispielsweise über eine Schnittstelle zu einer durch einen Bedie ner des Elektrofahrzeugs bedienbaren Bedieneinrichtung des Elektrofahrzeugs oder über eine Schnittstelle zu einer Steuereinrichtung zur automatisierten Steuerung des Elektrofahrzeugs bereitgestellt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Schaltereinrichtung eine Bestromungs- schnittstelle zum Bestromen eines mit der Bestromungsschnittstelle gekoppelten Ge räts aufweisen. Dabei kann die Schaltereinrichtung ausgebildet sein, um den Schal teranschluss unter Verwendung des Schaltsignals mit der Antriebsschnittstelle oder der Zusatzschnittstelle oder der Bestromungsschnittstelle zu verbinden. Das bedeu tet, dass beispielsweise ein elektrisches fahrzeugexternes Gerät über die Bestro mungsschnittstelle mit dem Elektrofahrzeug verbunden und dadurch bestromt wer den kann.

Zusätzlich oder alternativ kann die Schaltereinrichtung eine Ladeschnittstelle zum Laden der Fahrzeugbatterie aufweisen. Die Schaltereinrichtung kann ausgebildet sein, um den Schalteranschluss unter Verwendung des Schaltsignals mit der An triebsschnittstelle oder der Zusatzschnittstelle oder der Ladeschnittstelle zu verbin den. Der Wechselrichter kann ausgebildet sein, um eine an dem zweiten Anschluss anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln und an den ersten Anschluss bereitzustellen, um die Fahrzeugbatterie zu laden. Vorteilhafter weise kann dadurch eine Batterielaufzeit der Fahrzeugbatterie verlängert werden.

Der Wechselrichter kann einen dritten Anschluss aufweisen, um eine an dem ersten Anschluss anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und an den dritten Anschluss bereitzustellen. Dabei kann die Schaltereinrichtung einen weiteren Schalteranschluss zum Verbinden der Schaltereinrichtung mit dem dritten Anschluss des Wechselrichters aufweisen. Die Schaltereinrichtung kann ausgebildet sein, um den Schalteranschluss unter Verwendung des Schaltsignals mit der An triebsschnittstelle oder der Zusatzschnittstelle und den weiteren Schalteranschluss unter Verwendung des Schaltsignals mit der Bestromungsschnittstelle oder der La deschnittstelle zu verbinden. Vorteilhafterweise kann eine Kabelverbindung zwischen dem weiteren Schalteranschluss und dem dritten Anschluss kleiner dimensioniert werden als eine weitere Kabelverbindung zwischen dem zweiten Anschluss und dem Schalteranschluss.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Wandlervorrichtung einen Netzfilter und zu sätzlich oder alternativ ein Trennelement aufweisen, wobei der Netzfilter und zusätz lich oder alternativ das Trennelement zwischen dem dritten Anschluss und dem wei teren Schalteranschluss angeordnet sein kann. Der Netzfilter und zusätzlich oder alternativ das Trennelement können eine Batterieladefunktion der Wandlervorrich tung zum Laden der Fahrzeugbatterie verbessern.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Wandlervorrichtung einen weiteren Wech selrichter mit einem weiteren ersten Anschluss zum Verbinden des weiteren Wech selrichters mit der Batterieschnittstelle und einer weiteren Antriebsschnittstelle zum Verbinden der Wandlervorrichtung mit einem weiteren Antriebsmotor aufweisen. Da bei kann der weitere Wechselrichter ausgebildet sein, um die an dem weiteren ersten Anschluss anliegende Gleichspannung in eine weitere Wechselspannung umzuwan deln und an die weitere Antriebsschnittstelle bereitzustellen. Der weitere Wechsel richter kann bidirektional ausgeformt sein. Durch Verwendung des weiteren Wechsel richters und des weiteren Antriebsmotors kann das Elektrofahrzeug vorteilhafter weise die Antriebsfunktion durchführen, während die Zusatzfunktion durchgeführt wird. Dies kann für Fahrzeuge, wie beispielsweise Bagger mit einer Schaufel, Kehr fahrzeuge und zusätzlich oder alternativ für Streufahrzeuge von Vorteil sein.

Gemäß einer Ausführungsform können der Wechselrichter und die Schalteinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Der weitere Wechselrichter kann ein weiteres Gehäuse aufweisen. Vorteilhafterweise können der Wechselrichter und die Schaltereinrichtung unter Verwendung des Gehäuses als eine kompakte Einheit realisiert werden. Wenn der weitere Wechselrichter separat ausgeführt ist, können die entsprechenden Komponenten optimal in einem zur Verfügung stehenden Bau raum des Elektrofahrzeugs angeordnet werden.

Ferner wird eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei die Antriebs vorrichtung eine Wandlervorrichtung in einer der vorangehend genannten Varianten und den Antriebsmotor zum Antreiben eines Rads des Elektrofahrzeugs aufweist.

Der Antriebsmotor ist mit der Antriebsschnittstelle verbunden. Weiterhin weist die Antriebsvorrichtung einen Zusatzmotor zum Bereitstellen einer Zusatzfunktion des Elektrofahrzeugs auf, wobei der Zusatzmotor mit der Zusatzschnittstelle verbunden ist.

Durch die Antriebsvorrichtung kann beispielsweise ein Rad oder eine Achse des Elektrofahrzeugs und zusätzlich eine als Zusatzfunktion bezeichnete Arbeitsfunktion betrieben werden. Durch die Zusatzfunktion kann beispielsweise eine in einem An hänger des Elektrofahrzeugs eingebaute Hebebühne mit der Wechselspannung ver sorgt werden. Gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen können die Antriebs funktion zum Antreiben des Elektrofahrzeugs als gesamtes und die Zusatzfunktion gleichzeitig oder zeitlich getrennt ausgeführt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Antriebsvorrichtung den genannten weiteren Antriebsmotor zum Antreiben eines weiteren Rads des Elektrofahrzeugs aufweisen. Dabei kann der weitere Antriebsmotor mit der weiteren Antriebsschnittstelle verbun den sein. Vorteilhafterweise können dadurch mehrere Funktionen des Elektrofahr zeugs parallel ausgeführt werden.

Die Antriebsvorrichtung kann weiterhin eine Kuppeleinrichtung zum Koppeln des An triebsmotors oder des weiteren Antriebsmotors mit einer Achse zum Antreiben des Rads und des weiteren Rads aufweisen. Vorteilhafterweise kann dadurch eingestellt werden, welcher Antriebsmotor anzusteuern ist. Ferner wird ein Verfahren zum Wandeln einer Betriebsspannung für ein Elektrofahr zeug mit einer Fahrzeugbatterie und einer einen Antriebsmotor und einen Zusatzmo tor umfassenden Antriebsvorrichtung unter Verwendung einer Wandlervorrichtung in einer der vorangehend genannten Varianten vorgestellt. Das Verfahren umfasst ei nen Schritt des Umwandeins und einen Schritt des Verbindens. Im Schritt des Um- wandelns wird eine an dem ersten Anschluss des Wechselrichters anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt und die Wechselspannung an den zweiten Anschluss des Wechselrichters bereitgestellt. Im Schritt des Verbin dens wird der Schalteranschluss unter Verwendung eines Schaltsignals mit der An triebsschnittstelle oder der Zusatzschnittstelle verbunden.

Das Verfahren kann beispielsweise in einem elektrifizierten Nutzfahrzeug durchge führt werden. Vorteilhafterweise kann ein Nutzer des Elektrofahrzeugs steuern, wel che Schalter geschlossen werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Bestimmens des Schaltsignals abhängig von einer Betriebsfunktion des Elektrofahrzeugs umfas sen. Die Betriebsfunktion kann vorteilhafterweise durch den Nutzer angewählt wer den, beispielsweise unter Verwendung einer Bedieneinrichtung.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Wandlervorrichtung gemäß einem Aus führungsbeispiel;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Wandlervorrichtung gemäß einem Aus führungsbeispiel;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung gemäß einem Aus führungsbeispiel;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung gemäß einem Aus führungsbeispiel;

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung gemäß einem Aus führungsbeispiel; Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung gemäß einem Aus führungsbeispiel;

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung gemäß einem Aus führungsbeispiel;

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs mit einer Wandlervor- richtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und

Fig. 9 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Wandeln einer Betriebsspannung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorlie genden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Wandlervorrichtung 100 gemäß ei nem Ausführungsbeispiel. Die Wandlervorrichtung 100 ist ausgebildet, um eine Be triebsspannung für ein Elektrofahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie 102 und einer ei nen Antriebsmotor 104 sowie einen Zusatzmotor 106 umfassenden Antriebsvorrich tung 108 umzuwandeln. Die Wandlervorrichtung 100 weist dabei eine Batterie schnittstelle 110 zum Verbinden der Wandlervorrichtung 100 mit der Fahrzeugbatte rie 102 auf. Die Wandlervorrichtung 100 weist weiterhin einen bidirektionalen Wech selrichter 112 mit einem ersten Anschluss 114 zum Verbinden des Wechselrich ters 112 mit der Batterieschnittstelle 110 und einem zweiten Anschluss 116 auf. Der Wechselrichter 112 ist dabei ausgebildet, um eine an dem ersten Anschluss 114 an liegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und an dem zwei ten Anschluss 116 bereitzustellen. Weiterhin weist die Wandlervorrichtung 100 eine mit dem Wechselrichter 112 verbundene Schaltereinrichtung 118 auf. Die Schalter einrichtung 118 weist einen Schalteranschluss 120 zum Verbinden der Schalterein richtung 118 mit dem zweiten Anschluss 116 des Wechselrichters 112 und eine An triebsschnittstelle 122 zum Verbinden der Wandlervorrichtung 100 mit dem An triebsmotor 104 sowie eine Zusatzschnittstelle 124 zum Verbinden der Wandlervor richtung 100 mit dem Zusatzmotor 106 auf. Die Schaltereinrichtung 118 ist ausgebil det, um den Schalteranschluss 120 unter Verwendung eines Schaltsignals 125 mit der Antriebsschnittstelle 122 oder der Zusatzschnittstelle 124 zu verbinden. Das be deutet, dass das Schaltsignal 125, das beispielsweise von einer Steuereinheit 126 bereitgestellt wird, gemäß diesem Ausführungsbeispiel vorgibt, welche Verbindung innerhalb der Schaltereinrichtung 118 bereitgestellt wird. Beispielsweise wird das Schaltsignal 125 von der Steuereinheit 126 mit einer ersten Signalcharakteristik be reitgestellt, wenn die von dem Wechselrichter 112 bereitgestellte Wechselspannung über die Antriebsschnittstelle 122 an den Antriebsmotor 104 bereitgestellt werden soll. Dagegen wird das Schaltsignal 125 von der Steuereinheit 126 beispielsweise mit einer zweiten Signalcharakteristik bereitgestellt, wenn die von dem Wechselrich ter 112 bereitgestellte Wechselspannung über die Zusatzschnittstelle 124 an den Zusatzmotor 106 bereitgestellt werden soll.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit 126 ausgebildet, um ein Steuersignal 127 zum Steuern des Wechselrichters 112 bereitzustellen. Das Steuer signal 127 ist beispielsweise geeignet, um zumindest einen Parameter der von dem Wechselrichter 112 bereitgestellten Wechselspannung einzustellen, beispielsweise eine Frequenz oder Amplitude. Auf diese Weise kann je nach Bedarf eine zum Be treiben des Antriebsmotors 104 oder des Zusatzmotors 106 geeignete Spannung bereitgestellt werden. Die Steuereinheit 126 kann ausgebildet sein, um das Schalt signal 125 und optional das Steuersignal 127 ansprechend auf eine Bedienhandlung eines Bedieners des Elektrofahrzeugs bereitzustellen.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Wandlervorrichtung 100 optional eine Verteilereinrichtung 130 auf, die beispielsweise zwischen der Batterieschnittstel le 110 und dem Wechselrichter 112 angeordnet ist. Die Wandlervorrichtung 100 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ein Gehäuse 131 auf, das beispielsweise zumindest um den Wechselrichter 112 und die Schaltereinrichtung 118 angeordnet ist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind optional die Steuereinheit 126 und die Verteilereinrichtung 130 zusätzlich in dem Gehäuse 131 angeordnet.

Weiterhin optional weist die Schaltereinrichtung 118 gemäß diesem Ausführungsbei spiel eine Bestromungsschn ittstel le 132 auf, die ausgebildet ist, um ein mit der Bestromungsschnittstelle 132 gekoppeltes Gerät, beispielsweise ein fahrzeugexter- nes Gerät, zu bestromen. Die Schaltereinrichtung 118 ist dabei ausgebildet, um den Schalteranschluss 120 unter Verwendung des Schaltsignals 125 mit der Antriebs schnittstelle 122, der Zusatzschnittstelle 124 oder der Bestromungsschnittstelle 132 zu verbinden. Dazu kann das Schaltsignal 125 geeignete weitere Charakteristika an nehmen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Schaltereinrichtung 118 weiterhin eine Ladeschnittstelle 134 zum Laden der Fahrzeugbatterie 102 auf. Die Schaltereinrich tung 118 ist dabei ausgebildet, um gemäß diesem Ausführungsbeispiel den Schal teranschluss 120 unter Verwendung eines entsprechenden Schaltsignals 125 mit der Ladeschnittstelle 134 zu verbinden. Dabei ist der Wechselrichter 112 ausgebildet, um eine über die Ladeschnittstelle 134 und die Schaltereinrichtung 118 an dem zweiten Anschluss 116 anliegende Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln und an den ersten Anschluss 114 bereitzustellen. Das bedeutet, dass beispielsweise eine Verbindung zwischen einer fahrzeugexternen Stromquelle und dem Ladean schluss 134 herstellbar ist, um die Fahrzeugbatterie 102 zu laden.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Schaltereinrichtung 118 eine Mehrzahl von Schaltern 128, insbesondere vier Stück, auf. Jeder der Schnittstel len 122, 124, 132, 134 ist dabei einer der Schalter 128 zugeordnet. Die Schalter 128 werden beispielhaft über das Schaltsignal 125 angesteuert.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Schnittstellen 110, 122, 124, 132, 134 als geeignete Verbindungseinrichtungen, beispielsweise Steckeranschlüsse, an dem Gehäuse 131 ausgeführt.

Die Antriebsvorrichtung 108 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Wandler vorrichtung 100, den Antriebsmotor 104 sowie den Zusatzmotor 106 auf. Der An triebsmotor 104 ist dabei ausgebildet, um ein Rad des Elektrofahrzeugs anzutreiben, indem beispielsweise das Rad direkt oder beispielsweise eine Radachse des Elektro fahrzeugs aktiviert wird, sodass das Elektrofahrzeug in Bewegung gesetzt wird. Da bei ist der Antriebsmotor 104 mit der Antriebsschnittstelle 122 verbunden und wird über die Antriebsschnittstelle 122 mit einer zum Betrieb erforderlichen Betriebsspan- nung versorgt. Der Zusatzmotor 106 ist ausgebildet, um eine Zusatzfunktion des Elektrofahrzeugs bereitzustellen. Dazu ist der Zusatzmotor 106 mit der Zusatz schnittstelle 124 verbunden. Auf diese Weise wird der Zusatzmotor 106 über die Zu satzschnittstelle 124 mit einer zum Betrieb erforderlichen Betriebsspannung versorgt.

Durch den hier vorgestellten Ansatz wird eine Verwendung der für den Antriebsmo tor 104, der auch als Fahrmotor bezeichnet wird, benötigten Wandlervorrichtung 100 für den Zusatzantrieb 106, für eine Bestromungsfunktion beispielsweise mittels eines 400V und 50Hz Netzes und für eine Ladefunktion des Elektrofahrzeugs ermöglicht. Dies ist aufgrund der Umstellung auf elektrisch angetriebene Nutzfahrzeuge mit ent sprechenden Nebenantriebsmöglichkeiten sinnvoll. Das bedeutet, dass beispielswei se Aufbauer, welche die Arbeitsfunktionen, die hier auch als Zusatzfunktionen be zeichnet sind, eine eigene Schnittstelle benötigen, um die Aufbauten zu betreiben. Eine solche Schnittstelle ist beispielsweise die Zusatzschnittstelle 124. Um der Fahr zeugbatterie 102 Energie zu entnehmen und beispielsweise einen Drehstrommotor, wie beispielsweise den Antriebsmotor 104 und/oder den Zusatzmotor 106, zu betrei ben, wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Wandlervorrichtung 100, die auch als Inverter bezeichnet wird, verwendet. Gegenüber existierenden Fahrzeugen, die für jede Funktion einen eigenen Inverter benötigen, weist das Elektrofahrzeug gemäß diesem Ausführungsbeispiel nur die Wandlervorrichtung 100 auf, die für alle Funktio nen verwendbar ist.

Die Wandlervorrichtung 100 wird gemäß einem Ausführungsbeispiel für den Antrieb des Fahrzeugs, der beispielsweise als Traktionsmotor oder alternativ als eine Mehr zahl von Traktionsmotoren mit einer Mehrzahl von Invertern realisiert ist, für eine La defunktion der Fahrzeugbatterie 102 beispielsweise mittels einer Wechselstrom - Ladestation oder so genannten Schutzkontakt (Schuko)-/CEE-Steckdosen, sowie für den Zusatzmotor 106 für beispielsweise eine Hydraulikeinheit eines LKW-Krans ver wendet. Weiterhin wird durch den hier vorgestellten Ansatz ein Aufbau eines bei spielsweise 400V 50Hz Inselnetzes auf dem Elektrofahrzeug ermöglicht, um ver schiedene elektrische Geräte nutzen zu können. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist eine Spannung der Fahrzeugbatterie 102 variabel, sodass die Spannung oberhalb oder unterhalb des zuvor genannten Wertes liegt. Dies ist beispielsweise für Baustel- len und Kommunalfahrzeuge vorteilhaft. Alternativ ist auch eine so genannte „Power- to-Grid“-Funktion denkbar.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Wechselrichter 112, der beispielsweise als Invertereinheit bezeichnet wird und bidirektional funktioniert, in dem Gehäuse 131 angeordnet. Alternativ sind einige oder alle der Komponenten der Wandlervorrich tung 100 beispielsweise separat in dem Elektrofahrzeug platziert.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Wandlervorrichtung 100 gemäß ei nem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Wandlervorrichtung 100 kann bei spielsweise der in Fig. 1 beschriebenen Wandlervorrichtung 100 entsprechen oder zumindest ähneln. Jedoch weist der Wechselrichter 112 gemäß diesem Ausfüh rungsbeispiel abweichend zu dem Wechselrichter 112 aus Fig. 1 einen dritten An schluss 200 auf, um eine an dem ersten Anschluss 114 anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln und an dem dritten Anschluss 200 bereitzu stellen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Schaltereinrichtung 118 au ßerdem zusätzlich zu dem Schalteranschluss 120 einen weiteren Schalteran schluss 202 zum Verbinden der Schaltereinrichtung 118 mit dem dritten An schluss 200 des Wechselrichters 112 auf. Weiterhin optional ist die Schaltereinrich tung 118 ausgebildet, um den Schalteranschluss 120 unter Verwendung des Schalt signals mit der Antriebsschnittstelle 122 oder der Zusatzschnittstelle 124 und den weiteren Schalteranschluss 202 unter Verwendung des Schaltsignals mit der Bestromungsschnittstelle 132 oder der Ladeschnittstelle 134 zu verbinden. Das be deutet, dass gemäß diesem Ausführungsbeispiel bei einem Ladevorgang der Fahr zeugbatterie 102 ein Stromfluss über den dritten Anschluss 200 an Stelle des zwei ten Anschlusses 116 in Richtung der Fahrzeugbatterie 102 erfolgt.

Weiterhin optional weist die Wandlervorrichtung 100 gemäß diesem Ausführungsbei spiel einen Netzfilter 204 und/oder ein Trennelement 206 auf. Der Netzfilter 204 und/oder das Trennelement 206 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwischen dem dritten Anschluss 200 und dem weiteren Schalteranschluss 202 angeordnet. Wenn gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Leistung für den Ladevorgang und/oder für einen Bestromungsvorgang begrenzt sind, kann eine Kabelverbindung, die den dritten Anschluss 200 mit dem weiteren Schalteranschluss 202 verbindet, kleiner dimensioniert sein als eine weitere Kabelverbindung, die den zweiten An schluss 116 mit dem Schalteranschluss 120 verbindet. Gemäß diesem Ausführungs beispiel sind beide Kabelverbindungen unter Verwendung weiterer Schalter unab hängig voneinander zu- und abschaltbar.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Bestromungsschnittstelle 132 beispiels weise als ein 220V oder 230V 50Hz Anschluss und/oder als beliebige Netzschnitt stelle ausgeformt.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung 108 gemäß ei nem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Antriebsvorrichtung 108 kann der in Fig. 1 beschriebenen Antriebsvorrichtung 108 entsprechen oder zumindest ähneln. Weiterhin kann die hier als Teil der Antriebsvorrichtung 108 dargestellte Wandlervor richtung 100 der in einer der Figuren 1 oder 2 beschriebenen Wandlervorrich tung 100 entsprechen oder ähneln, die beispielsweise multifunktional ausgeformt ist. Abweichend weist die hier dargestellte Wandlervorrichtung 100 einen weiteren Wechselrichter 300 auf, der einen weiteren ersten Anschluss 302 und eine weitere Antriebsschnittstelle 304 umfasst.

Der weitere erste Anschluss 302 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um den weiteren Wechselrichter 300 mit der Batterieschnittstelle 110 zu verbinden. Mittels der weiteren Antriebsschnittstelle 304 ist der weitere Wechselrichter 300 ge mäß diesem Ausführungsbeispiel mit einem weiteren Antriebsmotor 306 des Elektro fahrzeugs verbunden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird dadurch ein radindi vidueller Antrieb ermöglicht. Dabei ist der weitere Wechselrichter 300 ausgebildet, um die an dem weiteren ersten Anschluss 302 anliegende Gleichspannung in eine weitere Wechselspannung umzuwandeln und an die weitere Antriebsschnittstelle 304 bereitzustellen.

Lediglich optional ist der weitere Wechselrichter 300 gemäß diesem Ausführungsbei spiel bidirektional ausgebildet. Der weitere Wechselrichter 300 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel in einem weiteren Gehäuse angeordnet, während der Wechsel- richter 112 und die gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht gezeigte Schalterein richtung sich das Gehäuse 131 teilen.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der weitere Antriebsmotor 306 als Teil der Antriebsvorrichtung 108 ausgeformt. Der weitere Antriebsmotor 306 ist dabei mit der weiteren Antriebsschnittstelle 304 verbunden und ausgebildet, um ein weiteres Rad 308 des Elektrofahrzeugs anzutreiben. Analog dazu ist der Antriebsmotor 104 ausgebildet, um das Rad 310 des Elektrofahrzeugs anzutreiben.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, den Ladevorgang der Fahrzeug batterie 102 durch eine Verbindung zu einer Ladeeinheit 312 durchzuführen, bei spielsweise durch eine Verbindung zu einem externen Stromnetz, oder ein fahrzeug- externes Gerät 314 zu bestromen, beispielsweise einen 230V-Verbraucher oder 400V-Verbraucher, wie eine Säge oder eine Mischmaschine. Ferner kann ein Zu satzmotor 106 bestromt werden, beispielsweise zum Bewegen eines Aufbaus des Elektrofahrzeugs. Das bedeutet, dass die Wandlervorrichtung 100 beispielsweise im Stillstand des Elektrofahrzeugs die Zusatzfunktion ansteuert kann. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Fahrzeugbatterie 102 sowohl mit dem Wechselrichter 112 als auch mit dem weiteren Wechselrichter 300 verbunden.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung 108 gemäß ei nem Ausführungsbeispiel. Die Antriebsvorrichtu ng 108 kann beispielsweise der in Fig. 3 beschriebenen Antriebsvorrichtung 108 entsprechen oder zumindest ähneln. Lediglich abweichend zu Fig. 3 weist die hier gezeigte Antriebsvorrichtung 108 nur die Wandlervorrichtung 100 und den Antriebsmotor 104 sowie den Zusatzmotor 106 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist das Elektrofahrzeug ein Differential getriebe 400 auf, das mit dem Antriebsmotor 104 verbunden ist. Dadurch wird das Fahrzeug mittels Achsantrieb angetrieben, das bedeutet mit einer Achse 402, durch die die das Rad 310 und das weitere Rad 308 verbunden sind. Gemäß diesem Aus führungsbeispiel ist die Wandlervorrichtung 100 ausgebildet, um entweder das Fahr zeug in Bewegung zu versetzen oder um eine Zusatzfunktion des Fahrzeugs anzu steuern. Dabei befindet sich das Elektrofahrzeug jedoch im Stillstand. Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung 108 gemäß ei nem Ausführungsbeispiel. Die Antriebsvorrichtung 108 kann beispielsweise der in Fig. 4 beschriebenen Antriebsvorrichtung 108 entsprechen oder ähneln. Lediglich abweichend weist die hier dargestellte Antriebsvorrichtung 108 zusätzlich zu dem Antriebsmotor 104 auch den weiteren Antriebsmotor 306 sowie den weiteren Wech selrichter 300 auf. Wie auch in Fig. 4 weist die hier dargestellte Antriebsvorrich tung 108 das Differentialgetriebe 400 auf.

Zusätzlich und somit abweichend weist die Antriebsvorrichtung 108 gemäß diesem Ausführungsbeispiel optional eine Kuppeleinrichtung 500 auf, die ausgebildet ist, um gemäß diesem Ausführungsbeispiel den Antriebsmotor 104 oder den weiteren An triebsmotor 306 das mit der Achse 402 verbundene Rad 310 und das weitere Rad 308 anzutreiben. Durch die Kuppeleinrichtung 500 wird gemäß diesem Ausführungs beispiel eine Möglichkeit geschaffen, um das Elektrofahrzeug zu bewegen und zu gleich eine Zusatzfunktion durchzuführen. Die Kuppeleinrichtung 500 ist beispiels weise ausgebildet, um zwischen dem Antriebsmotor 104 und dem Zusatzmotor 106 umzuschalten. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist weiterhin die Fahrzeugbatte rie 102 sowohl mit dem Wechselrichter 112 als auch mit dem weiteren Wechselrich ter 300 verbunden.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird in anderen Worten mittels der Kuppelein richtung 500 ein paralleles Durchführen einer Fahrfunktion und einer Zusatzfunktion ermöglicht. Dabei ist beispielsweise eine Fahrleistung des Elektrofahrzeugs redu ziert, da beispielsweise nur einer der Antriebsmotoren 104, 306 zur Verfügung steht. Bei beispielsweise einer Nutzung einer asynchronen Maschine (ASM), die auch als Drehstrom-Asynchronmaschine bezeichnet ist, ist die Kuppeleinrichtung 500 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel optional, da die ASM lastlos mitdreht.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung 108 gemäß ei nem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Antriebsvorrichtung 108 kann bei spielsweise der in Fig. 4 beschriebenen Antriebsvorrichtung 108 entsprechen oder ähneln. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Antriebsvorrichtung 108 einen Zentralantrieb auf und ist beispielsweise für ein Durchführen der Zusatzfunktionen im Stillstand denkbar.

Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung 108 gemäß ei nem Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann es sich hierbei um ein alternatives Ausführungsbeispiel der in Fig. 5 gezeigten und beschriebenen Antriebsvorrichtung 108 handeln, bei der beispielsweise zwar eine Anordnung der einzelnen Bauteile abweicht, jedoch die gleiche Funktionalität für das Elektrofahr zeug erzielt wird.

Auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird in anderen Worten mittels der Kuppe leinrichtung 500 ein paralleles Durchführen einer Fahrfunktion und einer Zusatzfunk tion ermöglicht. Dabei ist beispielsweise eine Fahrleistung des Elektrofahrzeugs re duziert, da beispielsweise nur einer der Antriebsmotoren 104, 306 zur Verfügung steht. Dies ist beipsielsweise bei einem Elektrofahrzeug in Form einer Kehrmaschine oder einem Fahrzeug für den Winterdienst sinnvoll. Bei beispielsweise einer Nutzung einer asynchronen Maschine (ASM), die auch als Drehstrom-Asynchronmaschine bezeichnet ist, ist die Kuppeleinrichtung 500 auch gemäß einem alternativen Ausfüh rungsbeispiel optional, da die ASM lastlos mitdreht.

Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektrofahrzeugs 800 mit einer Wandlervorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Elektrofahr zeug 800 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Wandlervorrichtung 100 auf, wie sie beispielsweise in einer der Figuren 1 bis 7 als Teil einer Antriebsvorrichtung beschrieben wurde. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist das Elektrofahrzeug 800 als ein Nutzfahrzeug realisiert, das beispielsweise einen Anhänger aufweist. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Schaltereinrichtung 118 einen ersten Schal ter 802 auf, der ausgebildet ist, um eine Verbindung mit dem hier nicht gezeigten An triebsmotor, bzw. mit der Antriebsschnittstelle 122 herzustellen. Die Schaltereinrich tung 118 weist weiterhin einen zweiten Schalter 804 auf, der ausgebildet ist, um eine Verbindung mit dem hier nicht gezeigten Zusatzmotor, bzw. mit der Zusatzschnittstel le 124 herzustellen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Schaltereinrich tung 118 außerdem einen dritten Schalter 806 auf, der ausgebildet ist, um Verbin- düng mit der Bestromungsschnittstelle 132 herzustellen, wenn beispielsweise das fahrzeug externe Gerät bestromt wird. Ein vierter Schalter 808 der Schaltereinrich tung 118 ist ausgebildet, um eine Verbindung mit der Ladeschnittstelle 134 herzustel len, wenn beispielsweise ein Aufladen der hier nicht dargestellten Fahrzeugbatterie ausgeführt ist.

Das bedeutet, dass beispielsweise eine Fahrer des Elektrofahrzeugs 800 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgelöst durch Betätigen einer Bedieneinrichtung 810 ein Funktionssignal 812 an die Steuereinheit 126 bereitstellen kann. Das Funktions signal 812 repräsentiert dabei gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine erwünschte Betriebsfunktion des Elektrofahrzeugs 800. Die Steuereinheit 126 ist ausgebildet, um gemäß diesem Ausführungsbeispiel das Schaltsignal 125 und das Steuersignal 127 unter Verwendung des Funktionssignals 812 bereitzustellen. Das Steuersignal 127 bewirkt dabei ein Steuern des Wechselrichters 112. Der Wechselrichter 112 ist auch gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um eine anliegende Spannung um zuwandeln.

Wenn beispielsweise das Funktionssignal 812 einen Fährbetrieb anfordert, ist die Steuereinheit 126 ausgebildet, um das Schaltsignal 125 zum Schließen des ersten Schalters 802 und öffnen der weiteren Schalter 804, 806, 808 sowie das Steuersig nal 127 bereitzustellen, das eine Wandlung der an dem Wechselrichter 112 anlie genden Gleichspannung in eine zum Betreiben des Antriebsmotors geeignete Wech selspannung bewirkt.

Wenn das Funktionssignal 812 eine Zusatzfunktion anfordert, ist die Steuerein heit 126 ausgebildet, um das Schaltsignal 125 zum Schließen des zweiten Schal ters 804 und öffnen der weiteren Schalter 802, 806, 808 sowie das Steuersignal 127 bereitzustellen, das eine Wandlung der an dem Wechselrichter 112 anliegenden Gleichspannung in eine zum Betreiben des Zusatzmotors geeignete Wechselspan nung bewirkt.

Wenn das Funktionssignal 812 eine Bestromungsfunktion anfordert, ist die Steuer einheit 126 ausgebildet, um das Schaltsignal 125 zum Schließen des dritten Schal- ters 806 und öffnen der weiteren Schalter 802, 804, 808 sowie das Steuersignal 127 bereitzustellen, das eine Wandlung der an dem Wechselrichter 112 anliegenden Gleichspannung in eine zur Ausgabe an die Bestromungsschnittstelle 132 geeignete Wechselspannung bewirkt.

Wenn das Funktionssignal 812 einen Ladebetrieb anfordert, ist die Steuereinheit 126 ausgebildet, um das Schaltsignal 125 zum Schließen des vierten Schalters 808 und Öffnen der weiteren Schalter 802, 804, 806 sowie das Steuersignal 127 bereitzustel len, das eine Wandlung der an dem Wechselrichter 112 anliegenden Wechselspan nung in eine zur Ausgabe an die Ladeschnittstelle geeignete Gleichspannung be wirkt.

Fig. 9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 900 zum Wandeln einer Betriebs spannung für ein Elektrofahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie und einer einen An triebsmotor und einen Zusatzmotor umfassenden Antriebsvorrichtung unter Verwen dung einer Wandlervorrichtung. Das Verfahren 900 ist beispielsweise für ein Elektro fahrzeug durchführbar, wie es in Fig. 8 beschrieben wurde. Das Verfahren 900 um fasst dabei einen Schritt 902 des Umwandelns, einen Schritt 904 des Bereitstellens und einen Schritt 906 des Verbindens. Im Schritt 902 des Umwandelns wird eine an dem ersten Anschluss des Wechselrichters anliegende Gleichspannung in eine Wechselspannung umgewandelt. Im Schritt 904 des Bereitstellens wird die Wechsel spannung an den zweiten Anschluss des Wechselrichters bereitgestellt. Im Schritt 906 des Verbindens wird der Schalteranschluss unter Verwendung eines Schaltsignals mit der Antriebsschnittstelle oder der Zusatzschnittstelle verbunden. Lediglich optional umfasst das Verfahren 900 weiterhin einen Schritt 908 des Best immens des Schaltsignals abhängig von einer Betriebsfunktion des Fahrzeugs. Der Schritt 908 des Bestimmens wird dabei beispielsweise vor dem Schritt 902 des Um wandelns durchgeführt. Bezuqszeichen Wandlervorrichtung Fahrzeugbatterie Antriebsmotor Zusatzmotor Antriebsvorrichtung Batterieschnittstelle Wechselrichter erster Anschluss zweiter Anschluss Schaltereinrichtung Schalteranschluss Antriebschnittstelle Zusatzschnittstelle Schaltsignal Steuereinheit Steuersignal Mehrzahl von Schaltern Verteilereinrichtung Gehäuse Bestromungsschnittstelle Ladeschnittstelle dritter Anschluss weiterer Schalteranschluss Netzfilter Trennelement weiterer Wechselrichter weiterer erster Anschluss weiterer zweiter Anschluss weiterer Antriebsmotor weiteres Rad

Rad

Ladeeinheit fahrzeugexternes Gerät

Differentialgetriebe

Achse

Kuppeleinrichtung

Elektrofahrzeug erster Schalter zweiter Schalter dritter Schalter vierter Schalter Bedieneinrichtung Funktionssignal

Verfahren zum Wandeln einer Betriebsspannung für ein Elektrofahrzeug

Schritt des Umwandeins einer Gleichspannung

Schritt des Bereitstellens der Wechselspannung

Schritt des Verbindens des Zusatzmotors mit der Zusatzschnittstelle

Schritt des Bestimmens des Schaltsignals