D08.00-A009-79
Hochvoltkomponenten |
A9/6 | Elektrischer Kältemittelverdichter | G1/34 | Hochvoltbatterie 4 (mit Code E4T (Hochvoltbatterie (47 kWh))) | |
A79/1 | Elektrische Maschine 1 | G10 | Fahrzeugsteckdose Gleichstromladen/Wechselstromladen | |
A79/3 | Steuergerät Leistungselektronik | N24/6 | Gleichstromladeverbindungseinheit | |
A123 | Hochvolt-Energieverteiler 1 | N33/16 | Steuergerät Hochvolt PTC-Heizer | |
A123/1 | Hochvolt-Energieverteiler 2 | N33/17 | Steuergerät Batterieheizung | |
G1/31 | Hochvoltbatterie 1 | N83/3 | Steuergerät DC/DCWandler | |
G1/32 | Hochvoltbatterie 2 | N83/15 | Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie | |
G1/33 | Hochvoltbatterie 3 |
Funktionsvoraussetzung Elektroantrieb allgemein
Klemme 15 EIN
Funktionsbeschreibung Elektroantrieb allgemein
Der Elektroantrieb besteht aus dem elektrischen Antriebsstrang, zu dem die elektrische Maschine 1 (A79/1), das Getriebe sowie das Steuergerät Leistungselektronik (A79/3) gehören.
Die elektrische Maschine 1 kann als Motor für den Antrieb oder als Generator für die Rekuperation betrieben werden. Die Rotationsgeschwindigkeit der elektrischen Maschine 1 wird über den Drehzahlsensor links elektrische Maschine (L6/5) und den Drehzahlsensor rechts elektrische Maschine (L6/6) erfasst.
Versorgt wird die elektrische Maschine 1 aus drei Hochvoltbatterien. Optional steht eine vierte Hochvoltbatterie (mit Code E4T (Hochvoltbatterie (47 kWh))) zur Verfügung, wodurch eine höhere Batteriekapazität und dadurch eine höhere Reichweite des Fahrzeugs möglich ist. Das Steuergerät Leistungselektronik mit integriertem Wechselrichter wandelt die Gleichspannung aus den Hochvoltbatterien in Wechselspannung zur Versorgung der elektrischen Maschine um.
Das Vortriebs- und Energiemanagement erfolgt über das Steuergerät Antriebsstrang (N127). Dieses liest u. a. das Signal des Fahrpedalmoduls (A68) direkt ein. Andere für die Fahrzeugsteuerung relevanten Daten (z. B. die eingelegte Fahrstufe) werden über FahrwerkFlexRay (Flex E) eingelesen.
Aus diesen Daten ermittelt das Steuergerät Antriebsstrang den Leistungsbedarf des Elektroantriebs und fordert diesen über den ElektroantriebsCAN (CAN ED) beim Steuergerät Leistungselektronik an. Das Steuergerät Leistungselektronik steuert über den integrierten Wechselrichter die elektrische Maschine 1 mit einer 3Phasen-Wechselspannung an und überwacht sie bezüglich Temperatur und erzeugtem Antriebsmoment. Die elektrische Maschine überträgt das Antriebsmoment über das fest untersetzte Getriebe auf die Antriebswellen und die Vorderräder.
Die elektrische Maschine 1 bezieht die im Motorbetrieb erforderliche Energie über das Hochvolt-Bordnetz von den Hochvoltbatterien. Das Laden der Hochvoltbatterien erfolgt während des Fahrens im Schubbetrieb, wenn die elektrische Maschine 1 als Generator arbeitet, oder stationär durch Anschluss an eine externe Stromquelle.
Um den Elektroantrieb vor Überhitzung zu schützen, werden die elektrische Maschine 1 und das Steuergerät Leistungselektronik gekühlt.
Der Fahrer erhält Informationen zum Energiefluss und zum Ladezustand der Hochvoltbatterien über das Multifunktionsdisplay (A1p13) im Kombiinstrument (A1).
Die Funktionsbeschreibung Elektroantrieb gliedert sich wie folgt:
Fahrbetrieb
Fahrtrichtung
Elektrische Maschine
Getriebe
Rekuperation
Hochvolt-Bordnetz mit Hochvoltbatterien
12V-Bordnetz mit Bordnetzbatterie
Bordnetzstützung
Fahrzeugsteckdose
Einschalten und Trennen des Hochvolt-Bordnetzes
Thermomanagement
Leistungsbegrenzung
Fahrbetrieb
Im Fahrbetrieb erfolgt die Umwandlung der elektrischen Energie in eine mechanische Antriebsenergie aus den Hochvoltbatterien. Die elektrische Maschine 1 arbeitet im Motorbetrieb. Dazu wird die Hochvolt-Gleichspannung aus den Hochvoltbatterien über elektrische Leitungen und über den Hochvolt-Energieverteiler 2 (A123/1) zum Steuergerät Leistungselektronik geleitet.
Im Steuergerät Leistungselektronik wird die Hochvolt-Gleichspannung im integrierten Wechselrichter in eine 3Phasen-Wechselspannung umgewandelt und der elektrischen Maschine 1 zugeführt. Das Steuergerät Leistungselektronik wertet über die Drehzahlsensoren (L6/5, L6/6) und den Temperatursensor elektrische Maschine (B94/2) permanent die Position, Umdrehungszahl und die Temperatur der elektrischen Maschine 1 aus.
Zudem überwacht das Steuergerät Leistungselektronik den Status des Wechselrichters und übermittelt diesen an das Steuergerät Antriebsstrang. Das Steuergerät Antriebsstrang erstellt aus diesen Daten Prognosen über die Leistungsfähigkeit des Elektroantriebs. Auf Grundlage dieser Prognosen fordert das Steuergerät Antriebsstrang die Leistungsvorgaben beim Steuergerät Leistungselektronik an.
Das Steuergerät Leistungselektronik regelt in Abhängigkeit der Leistungsvorgaben über den Wechselrichter die Frequenz und Amplitude der Wechselspannung und damit direkt das erzeugte Antriebsmoment.
Fahrtrichtung
Die Fahrtrichtung wird vom Fahrer durch das Wählen der Fahrstufe über den DIRECT SELECT Wählhebel (S16/13) vorgegeben. Das Steuergerät Mantelrohrmodul (MRM) (N80) erfasst die Wählhebelstellungen, wertet diese aus und sendet entsprechende Signale an das Steuergerät Antriebsstrang.
Das Steuergerät Antriebsstrang fordert die der Wählhebelstellung entsprechende Fahrtrichtung beim Steuergerät Leistungselektronik an. Das Steuergerät Leistungselektronik steuert über den integrierten Wechselrichter die elektrische Maschine 1 mit einer 3Phasen-Wechselspannung an.
Die Rückwärtsfahrt bei Wählhebelstellung "R" wird hierbei durch Drehrichtungsumkehr der elektrischen Maschine 1 realisiert.
Die aktuelle Fahrtrichtung wird im Multifunktionsdisplay angezeigt.
Die Fahrstufe "N" wird nicht durch das Öffnen einer Kupplung realisiert, sondern mittels entsprechender Ansteuerung der elektrischen Maschine 1 simuliert.
Elektrische Maschine
Die elektrische Maschine befindet sich vorn am Fahrzeug im Motorraum und ist zusammen mit dem Getriebe quer zur Fahrtrichtung eingebaut. Die elektrische Maschine ist ein 3PhasenWechselstrommotor und kann als Motor oder als Generator betrieben werden. Im Fahrbetrieb wird aus elektrischer Energie mechanische Rotationsenergie zum Antrieb des Fahrzeugs erzeugt. Beim rekuperativen Bremsen wird aus mechanischer Energie elektrische Energie erzeugt. Die Spannungsversorgung bzw. Rückgewinnung der Energie erfolgt über den im Steuergerät Leistungselektronik (A79/3) integrierten Wechselrichter.
Getriebe
Das Getriebe ist direkt an der elektrischen Maschine 1 angebaut. Die beiden Antriebswellen sind direkt in das Ausgleichsgetriebe des elektrischen Antriebs gesteckt.
Das Getriebe ist als Zweistufengetriebe mit integriertem Kegelraddifferenzial ausgeführt, um die Umdrehungszahl der elektrischen Maschine 1 herunter- und das Drehmoment für den Antrieb der Räder heraufzusetzen.
Es handelt sich nicht um ein klassisches Getriebe mit mehreren Vorwärtsgängen. Es existiert ein starres Übersetzungsverhältnis von i = 13,205. Demzufolge gibt es nur einen Vorwärts- und einen Rückwärtsgang, wobei die Vorwärts- bzw. Rückwärtsfahrt durch den Wechselrichter der elektrischen Maschine 1 gesteuert wird. Diese technische Grundlage ist die Basis für einen stärkeren Durchzug mit einer komfortablen Beschleunigung ohne Zugkraftunterbrechung.
Es existiert die bekannte Schaltphilosophie des Automatikgetriebes mit den Wählhebelstellungen "P", "R", "N" und "D". Die gewählte Fahrstufe wird im Multifunktionsdisplay des Kombiinstruments angezeigt. In der Parkstellung "P" wird eine Parksperre automatisch eingelegt. Diese Parksperre verhindert das ungewollte Wegrollen des Fahrzeugs, ersetzt aber nicht die Feststellbremse.
Rekuperation
Der Begriff Rekuperation steht für die Rückgewinnung der Energie. Im Schubbetrieb treibt das Fahrzeug die elektrische Maschine 1 an. Da keine Kupplung vorhanden ist, ist der Kraftschluss im Antriebsstrang stets vorhanden. Wird das Fahrpedal bei rollendem Fahrzeug nicht betätigt, wird entweder der Segelmodus aktiviert oder die elektrische Maschine 1 nimmt Bewegungsenergie auf und wandelt sie in elektrische Energie um (Rekuperation). Die im Schubbetrieb gewonnene Energie wird über den im Steuergerät Leistungselektronik integrierten Wechselrichter in das Hochvolt-Bordnetz eingespeist.
Weitere Informationen sind in der separaten Funktionsbeschreibung "Rekuperation Funktion" enthalten.
Hochvolt-Bordnetz mit Hochvoltbatterien
Je nach Ausstattung kommen 3 bzw. 4 leistungsstarke Hochvoltbatterien zum Einsatz, welche im Unterboden des Fahrzeugs angeordnet sind. Die Hochvoltbatterien ermöglichen eine rein batterieelektrische Fahrt.
Zum externen Aufladen wird das Fahrzeug an eine 230V-Steckdose, eine Wallbox oder eine öffentliche Ladestation angeschlossen. Die Aufladung erfolgt über das fahrzeugeigene Wechselstromladegerät für Hochvoltbatterie (N83/15) bzw. über die Gleichstromladeverbindungseinheit (N24/6).
Im Schubbetrieb und beim Bremsen erfolgt die Aufladung durch Rekuperation. Die elektrische Maschine 1 arbeitet dann als Generator.
12VBordnetz mit Bordnetzbatterie
Alle eingesetzten 12VVerbraucher und Steuergeräte des 12VBordnetzes werden über die Bordnetzbatterie (G1) versorgt. Das 12VBordnetz wiederum wird mithilfe des Steuergeräts DC/DC-Wandler von dem Hochvolt-Bordnetz mit Energie versorgt. Dabei erzeugt das Steuergerät DC/DC-Wandler eine 12VGleichspannung aus der Hochvolt-Gleichspannung des Hochvolt-Bordnetzes und lädt die Bordnetzbatterie auf.
Bordnetzstützung
Die Bordnetzstützung stellt sicher, dass die Bordnetzbatterie (G1) (12-V-Bordnetz) jederzeit geladen ist. Unterschreitet der Ladezustand der Bordnetzbatterie einen Schwellenwert, wird sie über das Steuergerät DC/DC-Wandler aufgeladen.
Weitere Informationen sind in der separaten Funktionsbeschreibung "Hochvolt-Bordnetz Funktion" enthalten.
Fahrzeugsteckdose
Die Fahrzeugsteckdose Gleichstromladen/Wechselstromladen (G10) stellt den elektrischen Kontakt zum Ladekabel sicher. Während des Ladevorgangs wird der Ladekabelstecker durch einen Stellmotor verriegelt.
Einschalten und Trennen des Hochvolt-Bordnetzes
Je nach Betriebssituation, z. B. Laden, Service oder Unfall, kann bzw. muss das Hochvolt-Bordnetz eingeschaltet oder getrennt werden.
Weitere Informationen sind in der separaten Funktionsbeschreibung "Hochvolt-Bordnetz Funktion" enthalten.
Thermomanagement
Für die Kühlung und Temperierung der Hochvoltbatterien sowie für die Kühlung der elektrischen Maschine 1 und der Hochvoltkomponenten ist das Elektrofahrzeug mit einem Thermomanagement ausgerüstet. Das Thermomanagement regelt zudem die Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums.
Das Thermomanagement kontrolliert automatisch nach dem Start des Fahrzeugs die Temperaturen der Fahrerkabine sowie der Hochvoltbatterien und der Elektrokomponenten.
Detaillierte Informationen zum Thermomanagement sind in der separaten Funktionsbeschreibung "Kühlung Hochvolt-Bordnetz Funktion" enthalten.
Detaillierte Informationen zur Hochvoltbatterieheizung sind in der separaten Funktionsbeschreibung "Hochvolt-Bordnetz Funktion" enthalten.
Detaillierte Informationen zur Klimatisierung sind in der separaten Funktionsbeschreibung "Klimatisierung Elektrofahrzeug Funktion" enthalten.
Leistungsbegrenzung
Um beteiligte Komponenten vor einer Überlastung zu schützen, wird der Elektroantrieb in bestimmten Betriebsfällen in der Leistung begrenzt. Der Elektroantrieb begrenzt das Istmoment bzw. reduziert die maximal mögliche Leistung und Geschwindigkeit unter folgenden Bedingungen:
Geringer Ladezustand der Hochvoltbatterien (Meldung wird im Kombiinstrument angezeigt)
Hochvolt-Teilausfall (z. B. defekte Hochvoltbatterie erkannt)
Temperatur der Hochvoltbatterien zu gering oder zu hoch
Stromentnahme aus den Hochvoltbatterien zu hoch
Die verfügbare Leistung des Elektroantriebs wird im Kombiinstrument über das Multifunktionsdisplay dargestellt.
Referenzierte Dokumente
- gf0800d9999te Übersicht Systembauteile Elektrofahrzeug