Antriebssystem eines diesel-elektrischen Fahrzeugs

Die Erfindung betrifft einen Antrieb eines diesel-elektri schen Fahrzeugs, insbesondere Miningfahrzeugs und Verfahren zum Betrieb des diesel-elektrischen Fahrzeugs, insbesondere Miningfahrzeugs .

Aufgrund der bei üblichen diesel-elektrischen Fahrzeugen feh lenden Rückspeisefähigkeit des Antriebs-Umrichters muss der Dieselmotor auch bei Bergabfahrten weiterhin Leistung bereit stellen, um beispielsweise Hilfsaggregate anzutreiben, wie z.B. Lüfter und/oder Hydraulikpumpen, die zur Lenkung und/ oder zur mechanischen Bremsbereitschaft im Betrieb des die sel-elektrischen Fahrzeugs permanent versorgt werden müssen.

Ebenso sind die Reibungsverluste des Antriebsstrangs zu de cken, obwohl ausreichend Energie aus dem elektrischen Brems betrieb der elektrischen Fahrmotoren oder des elektrischen Fahrmotors zur Verfügung stünde.

Dieser quasi-Leerlaufbetrieb des Dieselmotors erhöht u.a. den Treibstoffverbrauch und belastet außerdem die Umwelt durch Emissionen .

Sobald das Fahrzeug verzögert wird oder es bergab fährt, wer den der oder die elektrischen Fahrmotoren zum Bremsen be nutzt. Diese Bremsenergie wird über den oder die Wechselrich ter in den Zwischenkreis des Antriebs-Umrichters eingespeist und von dort über einen Bremschopper im Bremswiderstand in Wärmeenergie umgewandelt.

Bei diesen Fahrzeugen wird aufgrund des Gleichrichters mit fehlender Rückspeisefähigkeit der Dieselmotor auch für Berg abfahren weiterhin Leistung aufbringen müssen, um die oben genannten Hilfsaggregate zu versorgen. Um diese Hilfsaggregate elektrisch aus der Bremsenergie zu versorgen, wäre es möglich, statt des Gleichrichters einen selbstgeführten, aktiv geregelten Wechselrichter, auch als Active Front End (AFE) bezeichnet, einzusetzen. Allerdings ist ein AFE, der im Fährbetrieb und Bremsbetrieb des Fahr zeugs die volle Dieselleistung übertragen muss, vergleichs weise kostspielig und beansprucht deutlich mehr Bauraum als ein Gleichrichter.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Antriebssystem eines diesel-elektrischen Fahrzeugs bereitzu stellen, das die elektrische Energie der oder des Fahrmotors, vor allem in einem Rückspeisebetrieb besser ausnutzt. Der Be griff diesel-elektrisches Fahrzeug steht dabei für ein Fahr zeug, das allgemein betrachtet auch zumindest einen Verbren nungsmotor aufweist.

Eine Lösung der Aufgabe ergibt sich nach Anspruch 1, 2, 7, 8 und 9.

Weitere Ausgestaltungen ergeben sich nach einem der Unteran sprüche.

Eine Lösung der gestellten Aufgabe gelingt also durch Antriebs system eines diesel-elektrischen Fahrzeugs mit

- zumindest einem Dieselmotor,

- zumindest einer dynamoelektrischen Maschine, vorzugsweise als Generator arbeitend, mit einer Hauptwicklung und einer Hilfsbetriebewicklung, wobei die dynamoelektrische Maschine mit dem Dieselmotor mechanisch gekoppelt ist und insbeson dere die elektrische Leistung für zumindest einen elektri schen Antrieb bereitstellt, wobei der elektrische Antrieb zumindest einen elektrischen Fahrmotor und einen Betriebs-Zwischenkreisumrichter aufweist, mit zumindest einem Gleichrichter und zumindest einem Wech selrichter, wobei elektrisch parallel zu dem Gleichrichter ein selbstgeführter, aktiv geregelter Hilfs-Wechselrichter vorgesehen ist, der mit seiner Gleichspannungs-(DC)-Seite mit einem Hauptzwischenkreis des Betriebs-Zwischenkreisumrichters elektrisch verbunden ist und mit der Wechselspannungs-(AC)- Seite mit der Hilfsbetriebewicklung verbunden ist, wobei auf der Gleichspannungs-(DC)-Seite des selbstgeführter, aktiv ge regelter Hilfs-Wechselrichter zumindest ein elektrischer Speicher vorgesehen ist.

Erfindungsgemäß wird somit den Hilfsbetrieben, also den Hilfsaggregaten wie Lüfter und Hydraulikpumpe des Dieselmo tors und den Hilfsbetriebeverbrauchern, wie Fremdlüftern der Fahrmotoren direkt oder indirekt über einen Speicher, vor zugsweise einen Batteriespeicher oder Supercaps elektrische Energie bereitgestellt.

Dieser Speicher wird vorzugsweise über einen Hauptzwischen kreis des Betriebs-Zwischenkreisumrichters gespeist. Diese Energiezufuhr kann dabei auch ergänzend oder alternativ aus einem Bremsvorgang eines Fahrmotors resultieren. Ebenso kann eine Speisung des Speichers über die Hilfsbetriebewicklung der dynamoelektrischen Maschine und einen selbstgeführten, aktiv geregelten Hilfs-Wechselrichter erfolgen. Ebenso ist eine Speisung des Speichers über die Hauptwicklung der dyna moelektrischen Maschine und den Gleichrichter möglich. Ebenso kann der Speicher auch extern geladen werden. Es sind selbst verständlich auch gleichzeitig mehrere „Energiezufuhren" mög lich.

Unter der direkten Speisung werden dabei Hilfsbetriebverbrau cher verstanden, die direkt an der Gleichspannungsseite (DC) des selbstgeführten, aktiv geregelten Hilfs-Wechselrichter angeordnet sind und damit am Speicher angeordnet bzw. elek trisch kontaktiert sind.

Unter der indirekten Speisung werden Hilfsaggregate, wie Lüf ter und Hydraulikpumpe verstanden, die dem Dieselmotor zuzu ordnen sind und überwiegend über diesen angetrieben werden. Dies geschieht mittels Energie aus dem Speicher, die über den selbstgeführten, aktiv geregelten Hilfs-Wechselrichter, der Hilfsbetriebewicklung der dynamoelektrischen Maschine zu Ver fügung gestellt wird, um dann den Dieselmotor und damit die Hilfsaggregate antreiben.

Dabei wird im Betriebs-Zwischenkreisumrichter, der einen Gleichrichter und zumindest einen Wechselrichter aufweist, um die Antriebsleistung vom Dieselmotor über die dynamoelektri sche Maschine den Fahrmotoren bereitzustellen, ein ver gleichsweise preisgünstiger Gleichrichter zur Übertragung der Antriebsleistung in den Zwischenkreis eingesetzt. Die dynamo elektrische Maschine arbeitet in diesem Betriebszustand als Generator, um dem oder den elektrischen Fahrmotoren elektri sche Energie bereitzustellen.

Um aber nun beispielsweise bei Bergabfahrten des Fahrzeugs ein Teil der Bremsenergie der Fahrmotoren zu nutzen, ist elektrisch parallel zu dem Gleichrichter ein selbstgeführter, aktiv geregelter Hilfs-Wechselrichter vorgesehen, um über den Generator - der dann als Motor arbeitet und den Dieselmotor antreibt - beispielsweise Hilfsaggregate des Dieselmotors sozusagen indirekt mit Energie zu versorgen.

Bei diesen Bergabfahrten kann auch oder ergänzend dieser Speicher auf der DC-Seite des selbstgeführten, aktiv geregel ten Hilfs-Wechselrichter aus dem Zwischenkreis des Betriebs- Zwischenkreisumrichters aufgeladen werden. Ebenso ist eine direkte Speisung von Hilfsbetriebeverbrauchern aus dem Zwi schenkreis des Betriebs-Zwischenkreisumrichters möglich.

Im Bremszustand des Fahrzeugs, beispielsweise bei Bergabfahr ten wird der Dieselmotor ohne Treibstoffverbrauch betrieben. Der elektrisch parallel zum Gleichrichter vorgesehene selbst geführte, aktiv geregelte Hilfs-Wechselrichter wird auch als Hilfs-AFE (Active-Front End) bezeichnet. Dieser Hilfs-AFE wird lediglich dann angesteuert, wenn der oder die Fahrmoto ren Energie in den Zwischenkreis des Betriebs-Zwischenkreis- umrichters einspeisen und die Hilfsaggregate und/oder die Hilfsbetriebeverbraucher versorgt und/oder der Speicher gela- den und die Reibungsverluste gedeckt werden müssen. Er ermög licht somit einen elektrischen Leistungstransport von der AC- zur DC-Seite oder von der DC- zur AC-Seite.

Die darüber hinaus gehende elektrische Energie des Hauptzwi- schenkreises kann auch einem Bremswiderstand zugeführt wer den.

Ein Steuergerät weist die durch einen Bremsvorgang zur Verfü gung stehende Energie mittels einer vorgebbaren Priorisierung der Anforderungen den jeweiligen „Verbrauchern", wie Spei cher, Hilfsaggregat, Hilfsbetriebeverbraucher und ev. Brems widerstand zu.

An den Zwischenkreis des Betriebs-Zwischenkreisumrichters sind weiterhin optional ein oder mehrere elektrische Bremswi derstände angeschlossen, die über das Steuergerät oder einen Bremschopper ein- und ausgeschaltet werden können.

Der Generator ist als dynamoelektrische Maschine ausgeführt, die sowohl generatorisch als auch motorisch betreibbar ist. Der im motorischen Betrieb arbeitende Generator hält den Die selmotor auf der notwendigen Drehzahl und damit die Hilfsag gregate, wie z.B. eine Hydraulikpumpe, weiterhin in Betrieb, ohne dass der Dieselmotor Treibstoff verbraucht. Dabei wird die dynamoelektrische Maschine mittels der Hilfsbetriebewick lung betrieben.

Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe gelingt auch durch Antriebssystem eines diesel-elektrischen Fahrzeugs mit

- zumindest einem Dieselmotor,

- zumindest einer dynamoelektrischen Maschine, vorzugsweise als Generator arbeitend, mit einer Hauptwicklung und einer Hilfsbetriebewicklung, wobei die dynamoelektrische Maschine mit dem Dieselmotor mechanisch gekoppelt ist und insbesondere die elektrische Leistung für zumindest einen elektrischen Antrieb bereitstellt, wobei der elektrische Antrieb zumindest einen elektrischen Fahrmotor und einen Betriebs-Zwischenkreisumrichter aufweist, mit zumindest einem modifizierten Gleichrichter und zumindest einem Wechselrichter, wobei der modifizierte Gleichrichter an der Hauptwicklung angeschlossen ist und einem selbstgeführ ten, aktiv geregelter Hilfs-Wechselrichter, der an der Hilfs betriebewicklung der dynamoelektrischen Maschine angeschlos sen ist, wobei der selbstgeführte, aktiv geregelter Hilfs- Wechselrichter eine Gleichspannungs-(DC)-Seite und eine Wech- selspannungs- (AC)-Seite aufweist, wobei auf der Gleichspan nungs- (DC)-Seite des selbstgeführten, aktiv geregelter Hilfs- Wechselrichter zumindest ein elektrischer Speicher vorgesehen ist.

Als modifizierter Gleichrichter wird dabei ein Gleichrichter verstanden, der im Normalbetrieb (Fahrmodus des Fahrzeugs) die volle Leistung über Freilaufdioden gleichrichtet und in den Zwischenkreis des Betriebs-Zwischenkreisumrichters speist. Es ist in dem modifizierten Gleichrichter ein selbst geführter, aktiv geregelter Wechselrichter (AFE) vorgesehen, der nicht auf die volle (Rückspeise-)Leistung dimensioniert ist. Die IGBTs dieses AFEs werden also nur benutzt, um Brem senergie direkt zur dynamoelektrischen Maschine zu leiten. Diese IGBTs sind im modifizierten Gleichrichter verbaut.

Die IGBTs dieses AFEs sind dabei also auf max. 30% der Leis tung im Gleichrichterbetrieb ausgelegt.

Die Energie, z.B. in einem Bremsbetrieb, liegt also zunächst dem Zwischenkreis des Betriebs-Zwischenkreisumrichters vor. Über die IGBTs des modifizierten Gleichrichters wird die Energie der Hauptwicklung der dynamoelektrischen Maschine be- reitgestellt . Damit kann der Dieselmotor angetrieben werden, der damit die Hilfsaggregate, wie Lüfter und Hydraulikpumpen, speist.

Des Weiteren wird über die Hilfsbetriebewicklung und einen selbstgeführten, aktiv geregelten Hilfs-Wechselrichter (Hilfs-AFE) Energie einem Speicher und/oder Hilfsbetriebever- brauchern zur Verfügung gestellt.

Erfindungsgemäß wird somit den Hilfsbetrieben, also den Hilfsaggregaten und/oder den Hilfsbetriebeverbrauchern über den Dieselmotor bzw. den selbstgeführten, aktiv geregelten Hilfs-Wechselrichter (Hilfs-AFE) Energie direkt bereitge stellt, d.h. wenn diese Energie beispielsweise durch einen Bremsvorgang zur Verfügung steht. Die erforderliche Energie der Hilfsbetriebe kann aber auch indirekt, d.h. aus dem Spei cher, vorzugsweise einem Batteriespeicher oder Supercaps be reitgestellt werden.

Unter direkter Speisung wird verstanden, dass elektrische Energie den Hilfsaggregaten zur Verfügung gestellt wird, wenn sie aktuell anliegt bzw. generiert wird. Unter der indirekten Speisung wir folgerichtig verstanden, dass Energie den Hilfs aggregaten gepuffert über den Speicher zur Verfügung gestellt wird.

Dieser Energietransport, insbesondere Energiezufuhr beim La den des Speichers erfolgt über die Hilfsbetriebewicklung der dynamoelektrischen Maschine und den selbstgeführten, aktiv geregelten Hilfs-Wechselrichter (Hilfs-AFE). Sie resultiert beispielsweise aus einem Bremsvorgang eines oder mehrerer Fahrmotoren des Fahrzeugs oder auch im Normalbetrieb des Fahrzeugs.

Damit ist eine Speisung, also ein Laden des Speichers über die Hilfsbetriebewicklung der dynamoelektrischen Maschine und den selbstgeführten, aktiv geregelten Hilfs-Wechselrichter, der dann als Gleichrichter fungiert, sowohl im Normalbetrieb als auch im Bremsbetrieb, möglich.

Das Fahrzeug ist dabei im Fahrmodus und der oder die Fahrmo toren beziehen also Energie über den Betriebs-Zwischenkreis- umrichter aus der dynamoelektrischen Maschine, die als Gene rator fungiert. Erfindungsgemäß ist ein Steuergerät vorgesehen, das im Be darfsfall die IGBTs im Hilfs-AFE, die IGBTs im modifizierten Gleichrichter, und den Energiefluss zum Speicher, zu den Hilfsaggregaten steuert. Dem Steuergerät ist dabei ein vor- gebbarer Algorithmus hinterlegt, der eine bedarfsabhängige Priorisierung des Energieflusses bewirkt. Damit kann auch beispielsweise „Restenergie" des Zwischenkreises in einem Bremswiderstand geführt werden.

Unter direkter Kopplung werden dabei Hilfsbetriebeverbraucher verstanden, die direkt an der Gleichspannungsseite (DC) des selbstgeführten, aktiv geregelten Hilfs-Wechselrichter ange ordnet sind und damit am Speicher angeordnet elektrisch kon taktiert sind.

Unter indirekter Kopplung werden Hilfsaggregate, wie Lüfter und Hydraulikpumpe verstanden, die dem Dieselmotor zuzuordnen sind und mittels Energie aus dem Speicher, den selbstgeführ ten, aktiv geregelten Hilfs-Wechselrichter, die Hilfsbetrie bewicklung der dynamoelektrischen Maschine den Dieselmotor und damit die Hilfsaggregate antreiben.

Bei Bergabfahrten des Fahrzeugs kann somit auch und/oder er gänzend dieser Speicher auf der DC-Seite des selbstgeführten, aktiv geregelten Hilfs-Wechselrichter aufgeladen werden.

Im Bremsbetrieb des Fahrzeugs, beispielsweise bei Bergabfahr ten wird der Dieselmotor ohne Treibstoffverbrauch betrieben. Der Hilfs-AFE wird dann angesteuert, wenn der oder die Fahr motoren Energie in den Betriebs-Zwischenkreis einspeisen und die Hilfsaggregate versorgt und die Reibungsverluste gedeckt sind und zusätzlich Energie von den Hilfsbetriebeverbrauchern angefordert wird und/oder der Speicher geladen werden muss. Die überschüssige Energie wird grundsätzlich in den Speicher geschoben oder kann auch optional einem Bremswiderstand zuge führt werden. Die IGBTs des modifizierten Gleichrichters für die Rückspei sung sind dabei beispielsweise für ca. 20 bis 30% der An triebsnennleistung des Generators ausgelegt. Dies reicht aus um die Hilfsaggregate, wie Hydraulikpumpe und/oder Lüfter, die Hilfsbetriebeverbraucher und den Ladevorgang des Spei chers zu gewährleisten.

Die leistungsmäßige Auslegung des IGBTs ist dabei je nach Ausstattung des Fahrzeugs, d.h. Anzahl der Hilfsaggregate etc., anzupassen.

Grundsätzlich kann bei beiden Ausführungen die Traktionsleis tung des Fahrzeugs damit erhöht werden, da die gespeicherte Energie des Speichers den Verbrauch der Hilfsbetriebeverbrau cher abdeckt und/oder die gespeicherte Energie des Speichers als Antriebsunterstützung, also Boost-Antrieb über die Hilfs betriebewicklung dienen kann.

Die Spannungsebene im Hilfszwischenkreis des selbstgeführten, aktiv geregelten Hilfs-Wechselrichter ist geringer als im Be- triebs-Zwischenkreis des Hauptantriebstranges. Damit kann verfügbare Batterietechnologie eingesetzt werden.

Die Hilfsbetriebewicklung in der dynamoelektrischen Maschine dient ebenso als galvanische Trennung zwischen den unter schiedlichen Spannungsebenen. Deshalb benötigt dieser Spei cher keine DC-DC-Steller oder Drosseln und Maßnahmen zur ver stärkten Spannungsisolation.

Deshalb kann der Speicher räumlich betrachtet auch ver gleichsweise klein ausfallen.

Zum Anlassen des Dieselmotors kann die elektrische Energie des Speichers verwendet werden. Dabei wird über den Hilfs-AFE und die Hilfsbetriebewicklung der dynamoelektrischen Maschine der Dieselmotor gestartet. Dadurch kann ein separater Diesel anlasser entfallen. An den Speicher kann auch ein DC-DC-Steller angeschlossen werden, der für ein ergänzendes Bordnetz zur Verfügung steht. So ein Bordnetz könnte beispielsweise auch für die Hilfsag gregate des Dieselmotors die erforderliche Leistung bereit stellen. Damit wäre der Dieselmotor von der direkten Kopplung und damit Versorgung seiner Hilfsaggregate über den Dieselmo tor entbunden.

Diese aufgeführten Maßnahmen reduzieren den Treibstoffver brauch des Dieselmotors und dienen damit dem Emissionsschutz.

Der Dieselmotor ist ein Verbrennungsmotor. Statt des Diesel motors kann auch ein anderer Verbrennungsmotor, wie ein Otto- Motor, betreibbar mit Benzin und/oder Gas, verwendet werden. Der Begriff diesel-elektrisches Fahrzeug kann als Synonym für entsprechende Fahrzeuge betrachtet werden, die statt eines Diesels eine andere Verbrennungskraftmaschine aufweisen.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand prinzipiell dargestellter Ausfüh rungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1 ein Prinzipschaltbild eines Antriebssystems,

FIG 2 ein weiteres Prinzipschaltbild eines Antriebssys tems

FIG 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Antriebssystems 1 eines Fahrzeugs, das mit einem Dieselmotor 2 angetrieben wird. Der Dieselmotor 2 kann auch allgemein als Verbrennungs motor ausgelegt sein, also seine Antriebsenergie aus anderen Kraftstoffen, wie Benzin oder Gas beziehen. Das Fahrzeug be nötigt unter anderem Hilfsaggregate, wie z.B. einen Lüfter 3 oder eine Hydraulikpumpe 4, um Lenkbewegungen des Fahrzeugs zu gewährleisten.

Der Dieselmotor 2 ist mit einer dynamoelektrischen Maschine 5 mechanisch direkt gekoppelt, die überwiegenden als Generator betrieben wird. Ein Stator dieser dynamoelektrischen Maschine 5 weist eine Hauptwicklung 20 in einer vorgegebenen Span nungsebene (Niederspannung oder Mittelspannung) auf, die durch elektromagnetische Wechselwirkung mit einem Läufer der dynamoelektrischen Maschine 5 motorisch oder generatorisch arbeiten kann. Die dynamoelektrische Maschine 5 als Generator versorgt u.a. elektrisch einen oder mehrere Betriebs- Zwischenkreisumrichter, an den jeweils ein oder mehrere Fahr motoren 16 elektrisch angeschlossen sind.

Der Betriebs-Zwischenkreisumrichter 30 weist zumindest einen Gleichrichter 7 und einen Wechselrichter 8 auf, die über ei nen Gleichspannungszwischenkreis 9 elektrisch gekoppelt sind. Der Gleichspannungszwischenkreis 9 weist mindestens einen Kondensator 10 auf.

Erfindungsgemäß ist an den Gleichspannungszwischenkreis 9 ein Hilfs-AFE 6 angeschlossen, das auch direkt mit der dynamo elektrischen Maschine 5 einer Hilfsbetriebewicklung 21 elek trisch verbunden ist und damit elektrisch parallel zum Gleichrichter 7 angeordnet ist.

Als Hilfs-AFE 6 (Active-Front End) wird dabei ein aktiv gere gelter Hilfs-Wechselrichter bezeichnet. Das Hilfs-AFE 6 kann in Niederspannungsausführung (Spannungsebenen 50V bis 700V) oder in Mittelspannungsausführung (lkV bis 6,5kV) ausgeführt sein. Er ermöglicht somit einen elektrischen Leistungstrans- port von der AC- zur DC-Seite oder von der DC- zur AC-Seite.

Das Hilfs-AFE 6 liegt auch im Fährbetrieb an Spannung, über seine Freilaufdioden wird auch dessen Zwischenkreis aufgela den. Damit im Fährbetrieb des Antriebssystems 1 kein Strom über den parallel zum Hilfs-AFE-Zwischenkreis 6 liegenden Gleichrichter 7 zum Gleichspannungszwischenkreis 9 gelangt, ist ein Anbindungselement 19 vorgesehen, das im Fährbetrieb des Antriebssystem 1 geöffnet, im Bremsbetrieb geschlossen ist. Dieses Anbindungselement 19 kann als elektronischer Schalter oder mechanischer Schalter ausgeführt sein.

Erfindungsgemäß ist an der Hilfsbetriebewicklung 21 der dyna moelektrischen Maschine 5 der Hilfs-AFE 6 angeschlossen. Die DC-Seite des Hilfs-AFE 6 weist einen Speicher 17 und ver schiedene Hilfsbetriebeverbraucher 18auf.

Mit der Erfindung wird ermöglicht, dass nunmehr elektrische Energie des Gleichspannungszwischenkreis 9, beispielsweise aus einem Bremsvorgang des oder der Fahrmotoren 16 an die dy namoelektrische Maschine 5 rückgespeist wird, die nunmehr als Motor über eine Hilfsbetriebewicklung 21 den Dieselmotor 2 antreibt und somit gewährleistet, dass die Hilfsaggregate, wie die Hydraulikpumpe 4 und der Lüfter 3 weiter betrieben werden. Vorteilhafterweise benötigt der Dieselmotor 2 während solcher Betriebsphasen dabei keinerlei Treibstoff und die Emissionswerte gehen in diesem Betriebszustand auf Null zu rück.

Dabei wird die Energie des Gleichspannungszwischenkreises 9 über das Anbindungselement 19 auf die DC-Seite des Hilfs-AFE geführt. Dort gelangt sie entweder auf die AC-Seite des Hilfs-AFE und kann dann von dort über die Hilfsbetriebewick lung 21 den Dieselmotor 2 antreiben, oder versorgt von der DC-Seite den Speicher und/oder die Hilfsbetriebeverbraucher 18.

Folgende Fahrmodi treten nunmehr auf:

Im Fahrmodus des Fahrzeugs arbeitet die dynamoelektrische Ma schine 5 als Generator und treibt über den Betriebs-Zwischen- kreisumrichter 30 die Fahrmotoren 16 an. Das Anbindungsele ment 19 ist dabei normalerweise offen. Der Speicher 17 kann über die Hilfsbetriebewicklung 21 und den Hilfs-AFE 6 geladen werden. Die Hilfsaggregate 3, 4 werden über den Dieselmotor 2 gespeist. Die Hilfsbetriebeverbraucher 18 werden - soweit er forderlich direkt über das Hilfs-AFE 6 oder den Speicher 17 gespeist. Die Energie des Speichers 17 kann auch als Boost-Unter- stützung über die Hilfsbetriebewicklung 21 oder einen ge schlossenes Anbindungselement 19 dem Antrieb bereitgestellt werden.

Vorstellbar ist dabei auch, dass über die Hilfsbetriebewick lung 21, den Hilfs-AFE 6 der Speicher 17 aufgeladen wird und die Hilfsbetriebeverbraucher 18 versorgt werden. Die Hilfsag gregate werden über den motorischen Dieselbetrieb versorgt.

Im Bremsfall wird elektrische Energie des Gleichspannungszwi- schenkreises 9 entweder den Hilfsaggregaten 3, 4 über den Dieselmotor 2 und/oder dem Speicher 17 und/oder den Hilfsbe triebeverbrauchern 18 bereitgestellt und/oder in einen Brems widerstand 14 gegeben, der über einen Schalter 13 zuschaltbar ist.

Dies steuert ein Steuergerät 15 des Fahrzeugs, das die jewei lige erforderlichen Energie- und Leistungsflüsse aus den je weiligen Betriebsmodi des Fahrzeugs ableitet.

FIG 2 zeigt eine Prinzipdarstellung eines weiteren Antriebs systems 1 eines Fahrzeugs, das mit einem Dieselmotor 2 ange trieben wird. Der Dieselmotor 2 kann ebenso allgemein als Verbrennungsmotor ausgelegt sein, also seine Antriebsenergie aus anderen Kraftstoffen, wie Benzin oder Gas beziehen. Das Fahrzeug benötigt unter anderem Hilfsaggregate, wie z.B. ei nen Lüfter 3 oder eine Hydraulikpumpe 4, um Lenkbewegungen des Fahrzeugs zu gewährleisten.

Der Dieselmotor 2 ist mit einer dynamoelektrischen Maschine 5 mechanisch direkt gekoppelt, die überwiegenden als Generator betrieben wird. Ein Stator dieser dynamoelektrischen Maschine 5 weist eine Hauptwicklung 20 in einer vorgegebenen Span nungsebene (Niederspannung oder Mittelspannung) auf, die durch elektromagnetische Wechselwirkung mit einem Läufer der dynamoelektrischen Maschine 5 motorisch oder generatorisch arbeiten kann. Die dynamoelektrische Maschine 5 als Generator versorgt u.a. elektrisch einen oder mehrere Betriebs- Zwischenkreisumrichter, an den jeweils ein oder mehrere Fahr motoren 16 elektrisch angeschlossen sind.

Der Betriebs-Zwischenkreisumrichter 30 weist zumindest einen modifizierten Gleichrichter 11 und einen Wechselrichter 8 auf, die über einen Gleichspannungszwischenkreis 9 elektrisch gekoppelt sind. Der Gleichspannungszwischenkreis 9 weist min destens einen Kondensator 10 auf.

Erfindungsgemäß ist an einer Hilfsbetriebewicklung 21 der dy namoelektrischen Maschine 5 ein Hilfs-AFE 6 angeschlossen.

Die DC-Seite des Hilfs-AFE 6 weist einen Speicher 17 und ver schiedene Hilfsbetriebeverbraucher 18 auf.

Als Hilfs-AFE 6 (Active-Front End) wird dabei ein aktiv gere gelter Hilfs-Wechselrichter bezeichnet. Das Hilfs-AFE 6 kann in Niederspannungsausführung (Spannungsebenen 50V bis 700V) oder in Mittelspannungsausführung (lkV bis 6,5kV) ausgeführt sein.

Mit der Erfindung wird ermöglicht, dass nunmehr elektrische Energie des Gleichspannungszwischenkreises 9 über den modifi zierten Gleichrichter 11, beispielsweise aus einem Bremsvor gang des oder der Fahrmotoren 16 in die dynamoelektrische Ma schine 5 rückgespeist wird, die nunmehr als Motor den Diesel motor 2 antreibt und somit gewährleistet, dass die Hilfsag gregate, wie die Hydraulikpumpe 4 und der Lüfter 3 weiter be trieben werden. Vorteilhafterweise benötigt der Dieselmotor 2 während solcher Betriebsphasen dabei keinerlei Treibstoff und die Emissionswerte gehen in diesem Betriebszustand auf Null zurück.

Des Weiteren kann ergänzend oder alternativ über die Hilfsbe triebewicklung 21 und den Hilfs-AFE 6 der Speicher 17 aufge laden und/oder die Hilfsbetriebeverbraucher 18 versorgt wer den. Der prinzipielle Erfindungsgedanke ist auch bei mehreren Fahrmotoren 16 anwendbar ist, die elektrisch aus einem ge meinsamen Gleichspannungszwischenkreis 9 gespeist werden.

Ebenso könnten auch mehrere Gleichspannungszwischenkreise 9 elektrisch parallelgeschaltet sein und vorzugsweise aus einer dynamoelektrischen Maschine 5 gespeist werden.

Auch wenn die dynamoelektrische Maschine 5 als Mittelspan nungsgenerator 5 neben der Hauptwicklung 20 eine Hilfsbetrie bewicklung 21 für die Versorgung der Hilfsbetriebeverbraucher 18, beispielsweise Lüfter für Generator und Fahrmotoren, be sitzt, kann die AC-Seite des Hilfs-AFE 6 unter Berücksichti gung der erforderlichen Isolation direkt mit der Hilfsbetrie bewicklung 21 der dynamoelektrischen Maschine ohne Zwischen schaltung eines Transformators verbunden.

Diese Wicklungssysteme - Hauptwicklung 20 und Hilfsbetriebe wicklung 21 - befinden sich in Nuten eines Stators der dyna moelektrischen Maschine 5. Die Leiter dieser Wicklungssysteme können dabei unter Berücksichtigung einer geeigneten Isolati on auch in gemeinsamen Nuten des Stators angeordnet sein.

Folgende Fahrmodi sind grundsätzlich vorstellbar:

Im Fahrmodus arbeitet die dynamoelektrische Maschine 5 als Generator und treibt über den Betriebs-Zwischenkreisumrichter 30 die Fahrmotoren 16 an. Der Speicher 17 kann über die Hilfsbetriebewicklung 21 und den Hilfs-AFE 6 geladen werden. Die Hilfsaggregate 3, 4 werden über den Dieselmotor 2 ge speist. Die Hilfsbetriebeverbraucher 18 werden - soweit er forderlich direkt aus dem Hilfs-AFE 6 oder dem Speicher 17 gespeist.

Die Energie des Speichers kann auch als Boost-Unterstützung über die Hilfsbetriebewicklung 21 bereitgestellt werden. Im Bremsfall wird elektrische Energie des Gleichspannungszwi- schenkreises 9 entweder den Hilfsaggregaten 3, 4 über den Dieselmotor 2 und/oder dem Speicher 17 und/oder den Hilfsbe triebeverbrauchern 18 bereitgestellt und/oder in einen Brems widerstand 14 über einen Schalter 13 gegeben.

Dies steuert ein Steuergerät 15 des Fahrzeugs, das die jewei lig erforderlichen Energie- und Leistungsflüsse aus den je weiligen Betriebsmodi des Fahrzeugs ableitet.

Falls die Betriebe-Zwischenkreisumrichter 30 flüssigkeitsge kühlt sind, sind auch Kühlelemente des Hilfs-AFE 6 und/oder Speichers 17 in einen bestehenden Flüssigkeitskühlkreislauf anschließbar, so dass auch eine ausreichende Kühlung dieses Hilfs-AFE 6 gewährleistet ist. Dabei fördert eine Kühlpumpe eine Kühlflüssigkeit in einem geschlossenen Kühlkreislauf, wobei aus den Wärmequellen, wie beispielsweise dem Hilfs-AFE 6 Wärme aufgenommen wird und die Kühlflüssigkeit mittels ei ner Rückkühlers 14 rückgekühlt wird.

Falls eine Luftkühlung vorliegen sollte, werden dementspre chende Kühlelemente, die mit Rippen versehen sind, am Hilfs- AFE 6 und/oder Speichers 17 angebracht und so positioniert, dass diese in einem bereits vorhandenen Kühlluftstrom liegen.

Durch die modulare Ergänzung des Hilfs-AFE 6 an bestehende Antriebssysteme 1 und deren Kühlsysteme ist das Hilfs-AFE 6 mitsamt Speicher 17 auch einfach an bestehenden Fahrzeugen nachrüstbar .

Die diesel-elektrischen Fahrzeuge können dabei Miningfahrzeu ge, Baumaschinen, Wald- und Landwirtschaftsmaschinen, Hafen fahrzeuge, Industriefahrzeuge, öffentliche Busse, für den Straßenverkehr zugelassene LKWs oder PKWs sein. Es kann sich ebenso über schienengebundene Fahrzeuge, wie beispielsweise Triebzüge, Strassenbahnen handeln.