AT522014A1 - Verfahren für den Notbetrieb einer Umrichterschalteinheit und zugehöriges Fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (500) für den Notbetrieb einer Umrichterschalteinheit und eines durch die Umrichterschalteinheit gesteuerten Mehrphasenmotors in einem Fahrzeug (100), aufweisend die folgenden Schritte: - Trennen (502) einer Verbindung zwischen einer Energieversorgungseinheit und dem Mehrphasenmotor auf Grund eines Fehlerereignisses, - Betreiben (506) des Mehrphasenmotors im Generatorbetrieb, - Gleichrichten (508) einer von dem Mehrphasenmotor im Generatorbetrieb erzeugten Wechselspannung, - Ansteuern (510) der Umrichterschalteinheit (UR1) derart, dass die gleichgerichtete Spannung durch die Umrichterschalteinheit (UR1) an die Phasen des Mehrphasenmotors (EM1) angelegt wird (512), und - Ansteuern (510) der Umrichterschalteinheit (UR1) gemäß mindestens einer Notbetriebsart, in der abhängig von einer Bremsanforderung (420) der Mehrphasenmotor (EN1) zur Erzeugung eines zusätzlichen Bremsmomentes zum Bremsen des Fahrzeuges (100) angesteuert wird oder angesteuert werden kann. Ferner betrifft die Erfindung ein zugehöriges Fahrzeug (100).

Description

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Verfahren für den Notbetrieb einer Umrichterschalteinheit und zugehöriges

Fahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für den Notbetrieb einer Umrichterschalteinheit bzw. eines Inverters und eines durch die Umschalteinrichtung gesteuerten Mehrphasenmotors in einem Fahrzeug, z. B. Personenkraftwagen, Bus oder Lastwagen. Weiterhin betrifft die Erfindung das zugehörige Fahrzeug, in dem

dieses Verfahren ausgeführt wird.

Im Stand der Technik sind bisher Verfahren bekannt, bei denen ein Fahrzeug, das durch einen Elektromotor angetrieben wird, auch nach einem Fehler noch in gewissem Maße betriebsbereit ist. So sind unter dem Namen „limp home“ Funktionen bekannt, bei denen ein Elektrofahrzeug nach einem Fehler noch langsam nach Hause bzw. zur nächsten Werkstatt fahren kann. Hat der Elektromotor bspw. sechs Phasen, so könnten auch bei einem Phasenbruch in einer Phase noch drei der verbliebenen Phasen für einen Notffallbetrieb verwendet werden. Es sind jedoch auch Fehler in einem Akkumulator (kurz Akku), in einer Umrichterschalteinheit oder in

einer Ansteuerschalteinheit zum Ansteuern der Umrichterschalteinheit möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehend beschriebenen Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, das die Betriebssicherheit eines Fahrzeugs in einem Notbetrieb erhöht. Vorzugsweise soll bei dem Notbetrieb ein Mehrphasenmotors auf einfache Art betreibbar sein, insbesondere bei Ausfall einer Gleichspannungsversorgung mit Hilfe eines Akkumulators.

Die voranstehende Aufgabe wird durch die Verfahren bzw. Gegenstände der Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch das Fahrzeug gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets

wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.

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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für den Notbetrieb einer Umrichterschalteinheit und eines durch die Umrichterschalteinheit gesteuerten Mehrphasenmotors in einem Fahrzeug angegeben. Das Verfahren

enthält die folgenden Schritte:

- Trennen einer Verbindung zwischen einer Energieversorgungseinheit und dem Mehrphasenmotor auf Grund eines Fehlerereignisses, bspw. in einem Akkumulator, in einer Umrichterschalteinheit oder in einer anderen elektronischen Einheit,

- Betreiben des Mehrphasenmotors im Generatorbetrieb, bspw. wenn das Fahrzeug auf Grund seiner Trägheit weiterrollt oder von einem Motor angetrieben werden kann, der nicht von der vorzugsweise elektrischen Energieversorgungseinheit

gespeist wird, bspw. von einem Primärantrieb in Form eines Verbrennungsmotors,

- Gleichrichten einer von dem Mehrphasenmotor im Generatorbetrieb erzeugten Wechselspannung, wobei vorzugsweise in der Umrichterschalteinheit enthaltene

Freilaufdioden verwendet werden,

- Ansteuern der Umrichterschalteinheit derart, dass die gleichgerichtete Spannung durch die Umrichterschalteinheit an die Wicklungen des Mehrphasenmotors angelegt wird, und

- Ansteuern der Umrichterschalteinheit gemäß mindestens einer Notbetriebsart, in der abhängig von einer Bremsanforderung der Mehrphasenmotor zur Erzeugung eines zusätzlichen Bremsmomentes zum Bremsen des Fahrzeuges angesteuert wird oder angesteuert werden kann.

Insbesondere kann der Mehrphasenmotor mit zumindest einem Rad des Fahrzeugs in Wirkverbindung stehen, so dass im Notbetrieb ein weiteres Drehen erforderlich sein kann. Die Erfindung macht sich den Umstand zu Nutze, dass sich ein mit einem Umrichter betriebener Mehrphasenmotor nach dem Wegfall einer äußeren Betriebsspannung weiter dreht und in den Generatorbetrieb wechselt. Durch das Anlegen der gleichgerichteten Spannung an die Wicklungen des Mehrphasenmotors kann dieser auch im Generatorbetrieb weiter zweckmäßig so angesteuert werden,

dass Fahrzeugfunktionen aufrecht erhalten werden, bspw. eine Bremsfunktion des

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Mehrphasenmotors oder eine Generatorfunktion in einem vorgegebenen Arbeitspunkt. Im Gegensatz zu einem möglichst langen Generatorbetrieb wird bei dieser Weiterbildung das Auftreten einer Bremsanforderung durch den Fahrer abgewartet, um dann den Mehrphasenmotor zur Erzeugung eines Bremsmomentes zu verwenden, das den Mehrphasenmotor aber auch das Fahrzeug ggf. schnell

abbremst.

Damit ist es möglich die Betriebssicherheit eines durch einen Elektromotor gebremsten und ggf. auch durch diesen Elektromotor oder einen anderen Elektromotor bzw. Motor angetriebenes Fahrzeugs zu erhöhen. Ein Bremsbetrieb ist auch nach dem Trennen der elektrischen Energieversorgung möglich, die in einer Normalbetriebsart zum Betreiben des Mehrphasenmotors verwendet wird, bspw. in einem Bremsbetrieb.

Der Motor wird bspw. mit drei Phasen betrieben, um eine definierte Drehrichtung aufzuprägen und insbesondere ein gleichmäßiges Drehmoment beim Antreiben und/oder Abbremsen des Fahrzeugs zu gewährleisten. Der Motor kann drei Wicklungen enthalten, d. h. für jede Phase eine Wicklung. Alternativ kann der Motor aber auch bei einem Dreiphasenbetrieb mehr als drei Wicklungen enthalten, bspw. eine Anzahl von Wicklungen, die ein Vielfaches von drei ist. Motoren mit einer Phase, zwei Phasen oder mehr als drei Phasen können grundsätzlich ebenfalls verwendet werden.

Die an die Umrichterschalteinheit angelegte Spannung kann im Bereich von 200 bis 1000 Volt liegen, z. B. im Bereich von 200 Volt bis 500 Volt oder im Bereich von 700 Volt bis 900 Volt, insbesondere bei 800 Volt. Damit handelt es sich um eine Hochvoltspannung im Vergleich zu einem Bordnetz des Fahrzeugs, das bspw. mit 12

Volt, 24 Volt oder einer anderen Spannung kleiner als 50 Volt betrieben wird.

Eine Betriebsspannung zum Betreiben einer Ansteuereinheit zum Ansteuern der Umrichterschalteinheit kann aus der gleichgerichteten Spannung bspw. mit einer DC/DC (Direct Current) Wandlereinheit gewandelt werden. Auch hier kommen Spannungen von bspw. 12 Volt, 24 Volt oder einer anderen Spannung kleiner als 50

Volt in Frage. Zusätzlich zur Ansteuereinheit kann eine weitere Steuerung zur

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Bereitstellung von Fahrzeugfunktionen, wie z.B. x-by-wire, brake-by-wire (elektronische Bremsfunktion), steer-by-wire (elektronische Lenkfunktion), automatisches Fahren, vorgesehen sein.

Durch den Generatorbetrieb des Mehrphasenmotors wird somit insbesondere Energie erzeugt, die gemäß der Notbetriebsart in Abhängigkeit von der Bremsanforderung zur Erzeugung des zusätzlichen Bremsmomentes genutzt werden kann. In der Notbetriebsart liegt damit vorzugsweise eine Selbstversorgung der

Umrichtereinheit, der Ansteuereinheit und/oder des Elektromotors vor.

Wird durch den Fahrer auf Grund der Verkehrslage keine Bremsanforderung erzeugt, bspw. weil er ein Ausrollen für sicherer hält, so wird das erfindungsgemäße Verfahren dennoch realisiert, weil bei Bedarf gebremst „werden kann“ bzw. könnte,

eben abhängig von einer Bremsanforderung.

Das Verfahren kann in einer Schaltung hinterlegt werden, die keinen Prozessor enthält, der Programmbefehle ausführt. So kann bspw. ein ASIC (Application Specific Integrated Circuit) verwendet werden, in dem vorgegebene Schaltungsmodule durch einmalig programmierbare Verbindungen verschaltet sind. Alternativ kann ein spezieller integrierter Schaltkreis ohne Prozessor verwendet werden. Alternativ ist auch die Verwendung eines Prozessors möglich, bspw. eines Mikroprozessors, in den bereits Ein-Ausgabeeinheiten, Analog-/Digital Wandler und ggf. weitere zweckmäß ige Einheiten integriert sind. Der Prozessor oder der Mikroprozessor arbeitet Programmbefehle ab, die in einem Speicher (RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), EEPROM (Eleectrically EPROM), Flash EEPROM, etc.) gespeichert sind, wobei die Schritte des Verfahrens durchgeführt werden.

Einer Ansteuereinheit zum Ansteuern der Umrichterschalteinheit kann das Vorliegen des Fehlerereignisses oder das Fehlerereignis übermittelt werden. Unter einem Fehlerereignis kann beispielsweise der Ausfall einer Energieversorgung, insbesondere einer Batterie, und/oder eines Bordnetzes des Fahrzeuges verstanden werden. Damit kann die Ansteuereinheit sofort und frühzeitig auf den Wegfall der

äußeren Energieversorgung durch geeignete Ansteuerung des Umrichters reagieren.

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Regelverfahren können starten, wenn die Istwerte noch nahe der Sollwerte liegen, so dass keine zusätzliche Energie und Zeit für längere Regelvorgänge erforderlich ist. Außerdem ist durch die Übermittlung des Fehlerereignisses beim Auftreten der Bremsanforderung ein sofortiger Bremsbetrieb möglich. So können auch Zwischenkreis-Kondensatoren noch aufgeladen sein, was weitere Regel- oder

Steuervorgänge vereinfacht.

Die gleichgerichtete Spannung kann zwischen einem vorgegebenen minimalen Wert und einem vorgegebenen maximalen Wert gehalten werden. Auf einfache Art kann so die Betriebsbereitschaft der Ansteuerschaltung gewährleistet werden. So kann eine Zweipunktregelung oder ein anderes Regelverfahren verwendet werden, um die gleichgerichtete Spannung über einen bestimmten Zeitraum in einem Korridor bzw. Bereich zu halten, der nach oben durch den maximalen Spannungswert und nach unten durch den minimalen Spannungswert begrenzt ist. Der Zeitraum kann im

Bereich von 3 Sekunden bis 100 Sekunden oder mehr Sekunden liegen.

Abhängig von der Größe der Bremsanforderung kann ein regeneratives Bremsen in einer synchronen Betriebsart des Mehrphasenmotors durchgeführt werden, wobei der Mehrphasenmotor vorzugsweise ein Hysteresemotor sein kann. Insbesondere kann beim regenerativen Bremsen eine Energierekuperation erfolgen, so dass beim Bremsen Energie erzeugt wird. Die regenerativ erzeugte Energie kann zum Versorgen der Ansteuereinheit mit einer Betriebsspannung zum Ausgleich der Schaltverluste der Umrichterschalteinheit oder zur Versorgung zusätzlicher Verbraucher verwendet werden, bspw. von Verbrauchern an einem Bordnetz des Fahrzeuges. Das regenerative Bremsen kann mit oder ohne Verwendung eines zusätzlichen elektrischen Widerstandes erfolgen, der elektrische Energie in Wärme umwandelt. Insbesondere kann der elektrische Widerstand derart dimensioniert sein, dass an dem elektrischen Widerstand bspw. eine maximale Leistung größer als 10 Watt, größer als 100 Watt oder größer als 1 KW (Kilowatt) abfällt.

Die im Folgenden gemachten Aussagen zu der Wirkungsweise des Hysteresemotors

dienen dem besseren Verständnis. Jedoch soll die Erfindung durch diese

Ausführungen nicht beschränkt werden.

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Als Mehrphasenmotor kann ein Hysteresemotor verwendet werden. Das Bremsen kann in einer Hysteresebetriebsart, insbesondere zum Ummagnetisieren des Rotorbelagmaterials, durchgeführt werden, insbesondere bei einer Bremsanforderung die einen vorgegebenen Wert überschreitet. Der vorgegebene Wert kann insbesondere einen Grenzwert für eine angeforderte Verzögerung des Bremsens, eine Beschleunigung eines Bremspedals, einen elektrischen Spannungswert oder einen weiteren Betriebsparameter zur quantitativen Definition der Bremsanforderung umfassen. Vorzugsweise erfolgt während des Betreibens des Bremsens in der Hysteresebetriebsart somit ein Ummagnetisieren des Rotorbelagmaterials. Das Ummagnetisieren der „Weißschen Bezirke“ im

Rotormaterial führt zu einer Umwandlung der elektrischen Energie in Wärme.

Ein Hysteresemotor ist ein Motor, der sowohl in einer Synchronbetriebsart als auch in einer Asynchronbetriebsart arbeiten kann. Die Asynchronbetriebsart mit Ummagnetisierungen im Rotor ist bspw. beim Anlaufen des Motors aktiv bis sich der Schlupf auf den Wert Null verringert, d. h. das Verhältnis aus Nenndrehzahl und tatsächlicher Drehzahl hat den Wert 1. Ein Hysteresemotor kann auf Grund der Ummagnetisierungen beim Anlaufen ein weitgehend konstantes Drehmoment

erzeugen.

Bei einem Hysteresemotor ist es möglich, eine Ummagnetisierung von magnetischen Bereichen bzw. magnetischen Polen des Rotors durch das elektromagnetische Feld des Stators zu erreichen. Der Rotor eines Hysteresemotors kann ein hartmagnetisches Material enthalten, bspw. AINiCo (Aluminium, Nickel, Kobalt). So kann der Rotor oder zumindest ein Rotorbelag aus einem solchen Material bestehen. Der Rotorbelag liegt vorzugsweise gleichverteilt in Umfangsrichtung des Rotors. Die erste Magnetisierung des Rotors erfolgt bspw. beim Einschalten des

Hysteresemotors, insbesondere beim erstmaligen Einschalten.

Die magnetische Koerzitivfeldstärke kann größer als 2000 A/m (Ampere pro Meter)

betragen und kann bspw. im Bereich von 24000 A/m bis 160 000 A/m liegen.

Ein gewolltes oder ungewolltes Bremsen kann einerseits in einem synchronen

Betriebsmodus erfolgen mit regenerativer Energieerzeugung (Rekuperation), wobei

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ein Akkumulator aufgeladen werden kann. Andererseits kann wahlweise ein asynchroner Betriebsmodus zum Bremsen verwendet werden, insbesondere um eine Bremsanforderung zu erfüllen. Der asynchrone Bremsmodus kann ohne oder mit Rekuperation durchgeführt werden. Es kommt auf Grund der Ummagnetisierung im Rotor zu einer Umwandlung der Bremsenergie und der erzeugten elektrischen

Energie in Wärme.

Durch die erzeugte Wärme ist es vorteilhaft, eine Kühlung kann mit Hilfe einer Pumpe für ein flüssiges Kühlmedium zu realisieren. Die Pumpe kann Teil eines Kühlkreislaufs sein, in welchem das vergleichsweise kalte Kühlmedium durch den Rotor des Hysteresemotors geführt wird, wobei sich das kalte Kühlmedium erhitzt. Danach wird das Kühlmedium durch einen Wärmeaustauscher geführt, um es wieder abzukühlen, bevor es erneut an dem Hysteresemotor vorbei- und/oder durchgeführt wird, um bspw. die In Wärme umgewandelte Bremsenergie abzuführen. Alternativ

kann bspw. Druckluft zum Kühlen verwendet werden.

Das Verfahren kann in einem Fahrzeug eingesetzt werden, das einen Verbrennungsmotor enthält, der als Antriebsmotor genutzt wird. Der Mehrphasenmotor kann dann auch im Generatorbetrieb eingesetzt werden, wenn der Verbrennungsmotor das Fahrzeug beschleunigt oder mit konstanter Geschwindigkeit antreibt. Ein Bremsen des Hysteresemotors bei bspw. leichtem Schlupf kann zur Aufrechterhaltung der Bremsbereitschaft auf Bremsanforderungen des Fahrers genutzt werden. Es können mehrere Bremsanforderungen des Fahrers erfüllt werden, wobei jedes Mal asynchrones Bremsen im Hysteresebetrieb verwendet

werden kann.

Alternativ kann das Verfahren in einem Fahrzeug eingesetzt werden, das durch den Mehrphasenmotor auch angetrieben wird, wobei das Fahrzeug vorzugsweise frei von einem Verbrennungsmotor ist, der als Antriebsmotor genutzt wird. In diesem Fall kann das Verfahren ein letztmaliges Bremsen, insbesondere asynchrones Bremsen im Hysteresebetrieb, bis zum Stillstand des Fahrzeugs ermöglichen. Ein gefahrloses Anhalten ist somit trotz abgetrennter Energieversorgungseinheit bzw. abgetrennter

Gleichspannungsversorgung möglich.

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Das Fehlerereignis kann den Ausfall der Gleichspannungsversorgung zum Betrieb des Mehrphasenmotors oder einen Fehler in einer weiteren Umrichterschalteinheit zum Betreiben eines weiteren Mehrphasenmotors betreffen. Der Fehler kann insbesondere in einer Ansteuereinheit zum Betreiben der weiteren Umrichterschalteinheit liegen. In diesen Fällen kann das Abtrennen der Gleichspannungsversorgung verhindern, dass sich der Fehler ausweitet. Außerdem ist das Abtrennen der Gleichspannungsversorgung eine einfache Maßnahme, um bspw. in die Notbetriebsart mit Selbstversorgung durch die Mehrphasenmotoren umzuschalten. In der Notbetriebsart soll die Gleichspannung an einem DC-Bus vorzugsweise nur durch den betreffenden Mehrphasenmotor erzeugt werden. Der DC-Bus kann vorzugsweise zur Etablierung einer Kommunikationsverbindung vorgesehen sein. Insbesondere können digitale Signale in phasenmodulierte Signale umgewandelt werden, um eine sichere Signalübertragung auch bei starkem

Rauschen innerhalb der Kommunikationsverbindung zu ermöglichen.

Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeug mit:

- einer Energieversorgungseinheit zum Erzeugen einer Gleichspannung,

- mindestens einem Mehrphasenmotor zum Antreiben oder Bremsen mindestens

eines Rades des Fahrzeuges unter Nutzung der Gleichspannung,

- mindestens einer Umrichterschalteinheit deren Ausgänge mit den Wicklungen des

Mehrphasenmotors verbunden sind,

- Mindestens einer Ansteuereinheit deren Ausgänge mit Steuereingängen von Schaltelementen der Umrichterschalteinheit verbunden sind, und

- einer elektrischen Trenneinheit, die zwischen die Energieversorgungseinheit und die Umrichterschalteinheit geschaltet ist, und die beim Auftreten eines Fehlerereignisses den elektrischen Stromfluss zwischen der Energieversorgungseinheit und dem Mehrphasenmotor unterbricht, wobei die Ansteuereinheit ein Notbetriebsmodul aufweist, das auch bei aktivierter

Trenneinheit für eine Ansteuerung der Umrichterschalteinheit verwendet wird,

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Insbesondere kann beim Bremsen eine Energierekuperation ermöglicht sein. Das Notbetriebsmodul kann für eine Ansteuerung der Umrichterschalteinheit in Abhängigkeit von einer Bremsanforderung an den Mehrphasenmotor zur Erzeugung eines zusätzlichen Bremsmomentes zum Bremsen des Fahrzeugs verwendet werden bzw. es wird dafür verwendet. Damit bleibt auch im Notbetrieb die wichtige

Bremsfunktion des Mehrphasenmotors erhalten.

Somit ist das Fahrzeug zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. einer seiner oben genannten Weiterbildungen geeignet. Es gelten somit die gleichen technischen Wirkungen. Das Fahrzeug kann ein Straßenfahrzeug sein, insbesondere

ein vierrädriges Fahrzeug oder eine Zweirad.

Es kann eine Erfassungseinheit für ein Fehlerereignis vorgesehen sein. Eine Kommunikationseinheit kann das Auftreten des Fehlerereignisses an die Ansteuerschaltung kommunizieren. Es kann eine Nachricht festgelegt werden, die über ein Bussystem übertragen wird, bspw. über einen CAN-BUS (Controller Area Network) einen LIN-Bus (Local Interconnect Network) oder einen anderen geeigneten Kommunikationsbus. Alternativ kann auch eine separate Signalleitung

zwischen der Erfassungseinheit und der Ansteuerschaltung verwendet werden.

Bei einer Ausgestaltung kann die Erfassungseinheit einen Fehler in der Energieversorgungseinheit oder in einer weiteren Ansteuereinheit erfassen und/oder in einer weiteren Umrichterschalteinheit. Bspw. kann es mehrere Mehrphasenmotoren geben, die jeweils eine eigene Ansteuerelektronik haben. Fällt für einen Mehrphasenmotor die Ansteuerelektronik aus, so kann der andere Mehrphasenmotor noch für den Bremsbetrieb und/oder den Generatorbetrieb genutzt

werden.

Bei einer anderen Ausgestaltung kann das Trennelement eine Schmelzsicherung sein, die bei einem zu großen Stromfluss schmilzt und damit den Stromfluss unterbricht. Das Trennelement kann alternativ auch ein Leistungsschalter sein, der insbesondere über ein Relais angesteuert wird, wenn ein zu großer Stromfluss oder

eine Überspannung auftritt.

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Es kann mindestens ein weiterer Mehrphasenmotor vorgesehen sein. Weiterhin kann mindestens eine weitere Umrichterschalteinheit vorgesehen sein, deren Ausgänge mit den Wicklungen des weiteren Mehrphasenmotors verbunden sind. Die Ausgänge mindestens einer weiteren Ansteuereinheit können mit Steueranschlüssen von Schaltelementen der weiteren Umrichterschalteinheit verbunden sein. Die weitere Ansteuereinheit kann ein weiteres Notbetriebsmodul aufweisen für eine Ansteuerung der weiteren Umrichterschalteinheit in Abhängigkeit von einer Bremsanforderung an den weiteren Mehrphasenmotor zur Erzeugung eines zusätzlichen Bremsmomentes

zum Bremsen des Fahrzeugs.

Die Trenneinheit kann auch zwischen die Energieversorgungseinheit und die weiteren Umrichterschalteinheit geschaltet sein, was eine einfache Schaltung ergibt. Alternativ kann eine weitere Trenneinheit zwischen die Energieversorgungseinheit und die weiteren Umrichterschalteinheit geschaltet sein, so dass ein selektiveres Trennen möglich ist. Das Trennelement und/oder das weitere Trennelement kann eine Schmelzsicherung sein. Alternativ kann das Trennelement und/oder das weitere Trennelement ein Leistungsschalter sein, der insbesondere über ein Relais angesteuert wird, so dass ein potentialfreies Trennen möglich ist.

Die Ansteuereinheit und/oder die weitere Ansteuereinheit kann derart aufgebaut sein, dass sie eines der oben erläuterten Verfahren durchführt oder durchführen kann. Somit gelten die gleichen technischen Wirkungen auch für die betreffende

Ansteuereinheit.

Der Mehrphasenmotor kann ein Hysteresemotor sein, vorzugsweise mit drei Phasen. Ebenso kann der weitere Mehrphasenmotor ein Hysteresemotor sein, wiederum vorzugsweise mit drei Phasen. Beim Bremsen kann der Hysteresemotor mit einer Schlupfdrehzahl von größer als 1000 Umdrehungen pro Minute betrieben werden. Die Schlupfdrehzahl kann auch als Differenz zwischen Rotordrehzahl und Drehzahl des Statorfeldes ausgedrückt werden. Durch die hohe Schlupfdrehzahl ist eine hohe Anzahl von Ummagnetisierungsvorgängen im Rotormaterial gegeben, wobei die Verlustleistung auch proportional zur Fläche der Hysterese des Rotormaterials ist.

Die schlupfdrehzahl ist bspw. kleiner als 10000 Umdrehungen pro Minute.

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Der Mehrphasenmotor und/oder der weitere Mehrphasenmotor kann eine Nennleistung im Bereich von 100 Watt bis 1 KW oder im Bereich von 1 KW bis 50 KW haben. Ein Hysteresemotor ist für einen Bremsbetrieb besonders geeignet, weil er auf Grund der Hysterese und den damit verbundenen Ummagnetisierungsvorgängen Bremsenergie gut in Wärme umwandeln kann. Das Bremsen mit einem Motor ist im Vergleich zu einer mechanischen Bremse verschleißarm und wartungsarm möglich, insbesondere ohne den Verschleiß von Bremsbelägen.

Die Umrichterschalteinheit bzw. die weitere Umrichterschalteinheit kann mindestens drei Ausgänge haben, wobei je Ausgang mindestens ein Schaltungszweig vorgesehen sein kann. Der Schaltungszweig kann vorzugsweise Schaltelemente, wie z.B. Dioden, Halbleiterschalter und/oder dergleichen, aufweisen, die zwischen zumindest einem Gleichspannungspol und einem Wechselspannungspol angeordnet sind. Sind je Ausgang mehrere Schaltungszweige vorhanden, so handelt es sich um einen Mehrphasenumrichter, bei dem die Schaltelemente in den Schaltungszweigen einer Phase mit zeitlichem Versatz angesteuert werden, um harmonischere Schaltvorgänge zu erzielen. Je Schaltungszweig können weiterhin mindestens zwei Schaltelemente oder mehr als zwei Schaltelemente vorhanden sein, vorzugsweise Halbleiterschaltelemente, insbesondere IGBT (Insulte Gate Bipolar Transistor), GTO (Gate Turn Off Thyristor) oder MOSFET (Metall Oxide Semiconductor Field Effet Transistor). Gibt es mehr als zwei Schaltelemente in einem Schaltungszweig, so handelt es sich um einen Mehrpunktumrichter, bei dem die Schaltelemente im Vergleich zu einem Einpunktumrichter geringere Schaltspannungen schalten

müssen.

Das Fahrzeug kann durch einen Verbrennungsmotor angetrieben werden. Der Mehrphasenmotor kann dann ein vergleichsweise verschleißfreies Bremsen durchführen, ggf. auch mit Erzeugung elektrischer Energie. Das Fahrzeug kann alternativ frei von einem Verbrennungsmotor sein, so dass beim Fahren keine Abgase erzeugt werden. Der Mehrphasenmotor oder ein anderer Elektromotor treibt dann das Fahrzeug an.

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Im Rahmen der Erfindung wird somit insbesondere vorgeschlagen eine Motorbremse vorzusehen, bei der die Fahrsicherheit bzw. die Bremssicherheit erhöht wird, indem eine redundante Hochvoltspannungserzeugung und ggf. auch eine Niedervoltspannungsversorgung im Generatorbetrieb des Mehrphasenmotors

gewährleistet werden kann:

- durch die Hochvoltspannung können insbesondere Statorströme erzeugt werden, die für eine Drehmomentensteuerung (open loop) oder eine Drehmomentenregelung (closed loop) verwendet werden und/oder für eine

Magnetisierung oder Entmagnetisierung des Rotors des Mehrphasenmotors,

- es kann insbesondere das Problem gelöst werden, dass eigentlich bei fehlerhafter Energieversorgung, d.h. beispielsweise bei fehlerhaftem Akkumulator oder fehlerhafter Gleichspannungsverbindung oder geöffneten Schutzschaltkontakten, keine Drehmomentensteuerung und damit auch kein Bremsen mehr möglich wäre,

Dazu kann vorzugsweise eine redundante Hochspannungsquelle für den Inverter bzw. Umrichter vorgesehen sein, für die die kinetische Energie des Fahrzeugs und

des Mehrphasenmotors nutzbar ist:

- a) der rotierende Rotor des Mehrphasenmotors kann den DC-Link vorzugsweise aufladen, so dass eine Selbstversorgung gesichert ist,

- b) Bremsen ist dann vorzugsweise durch das Anlegen eines Statorstroms an

den Motor möglich,

- c) wenn die Spannung des DC-Links sinkt, wird vorzugsweise der Statorstrom mit einer Frequenz angelegt, die einen definierten oder vorgegebenen Schlupf des Mehrphasenmotors realisiert. Der veränderte Schlupf und der damit veränderte Arbeitspunkt des Mehrphasenmotors wirkt dem Absinken der Spannung entgegen bzw. das Absinken der Spannung kann verhindert werden. Gleichzeitig kann der Motor bspw. ein etwas höheres Bremsmoment

erzeugen.

Insbesondere kann dabei weiterhin ein System mit zwei Invertern bzw. Umrichtern,

z.B. für ein linkes und für ein rechtes Rad des Fahrzeugs vorgesehen sein. Im

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Normalbetrieb können vorzugsweise beide Umrichter durch eine DC-Link-

Schaltungsanordnung versorgt werden.

- a) Es kann insbesondere gelöst werden, dass bei einem Kurzschluss in einem System eine Selbstversorgung des zweiten Systems eigentlich nicht

gesichert werden könnte,

- b) Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass zusätzliche elektrische Sicherungen, z. B. Schmelzsicherungen und/oder Schalter in der Systemtopologie verwendet werden, z. B. ein erster Schalter zu der Umrichterschalteinheit für den Bremsmotor des rechten Rades, ein zweiter Schalter zu der Umrichterschalteinheit für den Motor oder Bremsmotor des linken Rades, ein optionaler Schalter gegen Massepotential bzw. Minuspotential hin, und eine optionale Schmelzsicherung, bspw. zwischen Minuspol des Akkumulators und einer Massepotential- bzw. Minuspotentialleitung. In Abhängigkeit von einer Region kann ferner insbesondere eine Sicherheitsabschaltung gegen Pluspotential vorgesehen sein.

Insbesondere kann weiterhin, wenn eine Niedervoltspannungsversorgung im Notbetrieb nicht verfügbar ist, über den DC-Link auch eine Niederspannung erzeugt

werden, z.B. für ein Bordnetz.

Vorzugsweise kann die Bremsung rein elektro-magnetisch über den Mehrphasenmotor oder mehrere Mehrphasenmotoren durchgeführt werden oder in Kombination mit einer mechanischen Bremsanlage des Fahrzeugs. Weiterhin kann durch die Bremsung über zumindest einen Mehrphasenmotor, insbesondere zumindest eine Hysteresemaschine, eine mechanische Bremsanlage des Fahrzeugs

entlastet werden oder entfallen.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen

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können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen

erfindungswesentlich sein.

Es zeigen jeweils schematisch:

Figur 1 ein Fahrzeug,

Figur2 mit Elektromotoren verbundene elektronische Baugruppen,

Figur3 elektronische Trennelemente einer Schaltungsanordnung in einem

weiteren Ausführungsbeispiel,

Figur 4 ein Notbetriebsmodul für eine Antriebseinheit in einem weiteren

Ausführungsbeispiel, Figur5 ein Verfahren, das im Notbetrieb durchgeführt wird, Figur6 einen Hysteresemotor, und Figur 7 verschiedene Arbeitspunkte des Hysteresemotors nach Figur 6.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 7

jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Figur 1 zeigt ein Fahrzeug 100, z. B. ein Personenkraftfahrzeug, einen Bus oder einen Lastkraftwagen. Das Fahrzeug 100 hat bspw. vier Räder 102, 104, 106, 108, die an einem Fahrzeugrahmen in bekannter Weise getragen werden. Das Fahrzeug 100 hat gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel einen Primärantrieb VM, insbesondere in Form eines Verbrennungsmotors, der bspw. eine Hinterradachse antreibt. Die Räder 106 und 108 an einer Lenkachse an der Frontseite 101 des Fahrzeugs 100 können bspw. mit Elektromotoren EM1 und EM2 gebremst und/oder angetrieben werden.

Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Elektromotoren EM1 und EM2 auch

mit der Hinterradachse verbunden sein.

Die Elektromotoren EM1 und EM2 sind Hysteresemotoren, deren Aufbau und Wirkungsweise unten an Hand der Figuren 6 und 7 noch exemplarisch näher erläutert werden. Im in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel werden Innenläufer als

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Elektromotoren EM1 und EM2 verwendet, d. h. der Rotor 208 liegt innerhalb des Stators. Insbesondere bei Radnabenantrieben bzw. Radnabenbremsen können jedoch auch Außenläufer verwendet werden, d. h. der Rotor 208liegt außerhalb des Stators. Das Fahrzeug 100 kann auch als vollelektrisches Fahrzeug ausgebildet sein,

d. h. ohne Verbrennungsmotor VM.

Alternativ können die Elektromotoren EM1, EM2 auch andere Motoren sein als Hysteresemotoren, z. B. Synchronmotoren, wie PMSM (Permanent Magnet Synchron Motor) oder Asynchronmotoren.

Ein Akkumulator 110 (kurz Akku) kann als Energiespeicher verwendet werden, um beim Bremsen erzeugte elektrische Energie zu speichern. Bei einem Hybridfahrzeug bzw. bei einem vollelektrischen Fahrzeug kann der Akkumulator 110 auch zur Energieversorgung von mindesten einem der Elektromotoren EM1, EM2 verwendet werden und wird dann als Traktions-Akku bezeichnet. Der Akkumulator 110 hat

einen Minuspol M und einen Pluspol P.

Unabhängig von der Art des Fahrzeuges 100 kann eine Steuerung C vorgesehen sein, die bspw. eine, mehrere oder alle der folgenden Funktionen realisiert: x-by-wire, brake-by-wire (elektronische Bremsfunktion), steer-by-wire (elektronische Lenkfunktion), automatisches Fahren. Die Steuerung C kann auch im Zusammenhang mit dem Bremsenbetrieb bzw. beim Erkennen von Fehlerfällen eine übergeordnete Rolle spielen.

Die Elektromotoren EM1, EM2 werden mit Hilfe von Umrichtern UR1, UR?2 betrieben, wobei der Umrichter UR1 für den Elektromotor EM1 verwendet wird. Der Umrichter UR?2 wird für den Elektromotor EM2 verwendet. Viele der im Folgenden erläuterten Funktionen sind bereits bei der Verwendung nur eines Elektromotors, bspw. EM1, und nur eines Umrichters, z.B. UR1, wirksam. In diesen Fällen sind der Elektromotor EM2 und der Umrichter UR2 optional. Im Ausführungsbeispiel wirkt der Elektromotor EM1 bspw. auf das rechte Vorderrad 108. Der Elektromotor EM2 wirkt bspw. auf das

linke Vorderrad 106, was in Figur 1 mit einer strichlinierten Linie angedeutet ist.

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Die Figur 2 zeigt mit den Elektromotoren EM1, EM2 verbundene elektronische Baugruppen 200 mit weiteren elektronischen Komponenten, die im Folgenden weiter beschrieben werden. Die beiden Umrichter UR1 und UR2 sind insbesondere Teil eines dualen Umrichters/Inverters UR, wobei bspw. auch denkbar ist, die Umrichter U1 und U2 in einem Multiphasenumrichter auszuführen. Vorzugsweise können beide Umrichter UR1, UR2 in einem gemeinsamen Gehäuse des dualen Umrichters/Inverters UR angeordnet sein. Eine Hochvolt-Akkueinheit 202 zur Erzeugung einer Hochvoltspannung umfasst den Akkumulator 110 sowie weitere Komponenten, wie z.B. einen insbesondere relaisgesteuerten Trennschalter SW1. Der Akkumulator 110 ist vorzugsweise durch den Trennschalter SW1 in zwei Teile

T1 und T2, zwischen denen sich der Trennschalter SW1 befindet, aufgeteilt.

Im Ausführungsbeispiel hat der Elektromotor EM1 bspw. drei elektrische Phasen, die über drei Statorwicklungen A1 bis C1 realisiert werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen können bei drei elektrischen Phasen auch mehr als drei Wicklungen verwendet werden, die dann entsprechend zu verschalten sind. Der Elektromotor EM2 hat bspw. ebenfalls drei Statorwicklungen A2 bis C2, um mit drei elektrischen Phasen betrieben werden zu können. Die Statorwicklungen A1 bis C1 sind an einem Sternpunkt SP1 miteinander verbunden. Alternativ kann jedoch auch eine Dreiecksschaltung verwendet werden. Die Statorwicklungen A2 bis C2 sind an einem Sternpunkt SP2 miteinander verbunden. Alternativ kann jedoch auch für die Statorwicklungen A2 bis C2 eine Dreiecksschaltung verwendet werden. Jede Statorwicklung A1 bis C1 bzw. A2 bis C2 kann mehrere Windungen enthalten.

Die anderen Enden der Statorwicklungen A1 bis C1 sind jeweils mit Ausgangsleitungen LA2, LA4 und LA6 des Umrichters UR1 verbunden. Die anderen Enden der Statorwicklungen A2 bis C2 sind jeweils mit Ausgangsleitungen LA2b, LA4b und LA6b des Umrichters UR2 verbunden.

Eine Sicherung Fu1 liegt zwischen einer Verzweigung einer Leitung, die mit dem Pluspol des Akkuteils T1 verbunden ist, und einer Plusleitung LP1 des Umrichters UR1 sowie zwischen der Verzweigung und einer Plusleitung LP2 des Umrichters UR2. Der Minuspol des Akkuteils T2 ist mit einer Minusleitung LM verbunden, die an einer Verzweigung V1 mit einer Minusleitung LM des Umrichters UR1 und einer

Minusleitung LM des Umrichters UR2 verbunden ist. Die Plusleitungen LP1, LP2 und

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die Minusleitungen LM können auch als DC-Link oder Gleichspannungsverbindung

bzw. DC- Bus bezeichnet werden.

Der Umrichter UR1 enthält:

- einen Kondensator ZC1, der zwischen die Plusleitung LP1 und die Minusleitung LM geschaltet ist und eine geeignete Kapazität hat, um als Glättungskondensator zum Gilätten einer Gleichspannung zu arbeiten, die vom Elektromotor EM2 und

der entsprechenden Gleichrichterdioden in einem Generatorbetrieb erzeugt wird,

- einen Gleichspannungswandler 210, dessen Eingänge mit der Plusleitung LP1 und der Minusleitung LM verbunden sind und der eine Hochvoltgleichspannung in eine Niedervoltgleichspannung umwandelt,

- eine Ansteuereinheit 212 inklusive Gate-Treibertransistoren, die durch den Gleichspannungswandler 210 mit Gleichspannung versorgt wird. Die Ansteuereinheit 212 arbeitet grundsätzlich nach den bekannten Prinzipien der Vektorsteuerung bzw. Vektorregelung. Besonderheiten ergeben sich durch die

Verwendung des Hysteresemotors EM1,

- Schalttransistoren T11 bis T16, deren Steueranschlüsse (Gateelektroden) jeweils mit einem Ausgang der Ansteuereinheit 212 verbunden sind,

- Freilaufdioden D1 bis D6 die jeweils an die Arbeitsanschlüsse der Schalttransistoren T11 bis T16 geschaltet sind, wobei von antiparallelem Anschluss gesprochen wird, weil die Durchlassstromrichtung der Dioden D1 bis D6 umgekehrt zur Durchlassstromrichtung der Schalttransistoren T11 bis T16 liegt. Als Schalttransistoren T11 bis T16 können IGBTs oder andere Bauelemente

verwendet werden,

- drei Brückenzweige 220 bis 224, wobei im Brückenzweig 220 die Schalttransistoren T11 und T12, im Brückenzweig 222 die Schalttransistoren T13 und T14 und im Brückenzweig 224 die Schalttransistoren T15 und T16 liegen. Die

Schalttransistoren T11, T13 und T15 sind mit Ihren Kollektoranschlüssen mit der

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Plusleitung LP1 verbunden. Die Schalttransistoren T12, T14 und T16 sind mit

ihren Emitteranschlüssen mit der Minusleitung LM verbunden, und

- drei Leitungen 230 bis 234, wobei die Leitung 230 mit dem Emitter des Schalttransistors T11, mit dem Kollektor des Schalttransistors T12 und mit der Ausgangsleitung LA2 verbunden ist. Die Leitung 232 ist mit dem Emitter des Schalttransistors T13, mit dem Kollektor des Schalttransistors T14 und mit der Ausgangsleitung LA4 verbunden. Die Leitung 234 ist mit dem Emitter des Schalttransistors T15, mit dem Kollektor des Schalttransistors T16 und mit der

Ausgangsleitung LAG verbunden.

Der Umrichter UR2 ist wie der Umrichter UR1 aufgebaut, d. h. er enthält:

- einen Kondensator ZC2,

- einen Gleichspannungswandler 210b,

- eine Ansteuereinheit 212b inklusive Gate-Treibertransistoren, - sechs Schalttransistoren T21 bis T26,

- sechs Freilaufdioden D1b bis D6b,

- drei Brückenzweige 220a bis 224b, und

- drei Leitungen 230b bis 234b.

Bezüglich der Verschaltung der Bauteile des Umrichters UR2 wird auf die Verschaltung der sich entsprechenden Bauteile des Umrichters UR1 verwiesen. Die mit Bezugszeichen mit dem nachgestellten Kleinbuchstaben „b“ gekennzeichneten Bauteile des Umrichters UR2 entsprechen den mit dem gleichen Bezugszeichen jedoch ohne „b“ versehenen Bauteilen des Umrichters UR1. Weiterhin entsprechen die Schalttransistoren T21 bis T26 den Schalttransistoren T11 bis T16. So ist bspw. die Leitung 230b mit der Ausgangsleitung LA2b verbunden. Die Leitung 232b ist mit der Ausgangsleitung LA4b verbunden, und die Leitung 234b mit der Ausgangsleitung LA6b verbunden.

Durch eine übergeordnete Steuerung können die Ansteuereinheiten 212 und 212b in eine Notbetriebsart geschaltet werden, in der die Elektromotoren EM1 und EM2

weiter zum Bremsen des Fahrzeugs 100 verwendet werden können, auch wenn ein

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Fehlerereignis in einer der Baugruppen 200 auftritt, was im Folgenden noch näher

erläutert wird.

So könnte die Sicherung Fu1 bspw. auf Grund eines Fehlers im Umrichter UR2 ausgelöst werden. Nach dem Auslösen der Sicherung Fu1 wären beide Umrichter UR1 und UR2 vom Akkumulator 110 getrennt. Eine Erfassungseinheit 402 hat bspw. erfasst, dass der Fehler im Umrichter UR?2 liegt. Deshalb wird von einer übergeordneten Steuereinheit der Umrichter UR1 in einen Notbetrieb geschaltet, in dem sich der Umrichter UR1 selbst mit Strom und Spannung versorgt. Gleichermaßen könnte bei einem Fehler im Umrichter UR1 nach dem Auslösen der Sicherung Fu1 der Umrichter UR2 noch im Notbetrieb arbeiten. Bei einem Trennen des Trennschalters SW1, bspw. auf Grund eines Fehlers im Akkumulator 110, könnten beide Umrichter UR1 und UR2 im Notbetrieb mit Selbstversorgung/Generatorbetrieb arbeiten, wenn bspw. ein weiteres Schaltelement in Serienschaltung zu der Sicherung Fu1 vorhanden wäre und betätigt werden würde. Durch dieses Schaltelement wäre es möglich, die beiden Umrichter UR1 und UR2 voneinander zu trennen, um eine unabhängige Arbeitsweise voneinander zu ermöglichen.

Eine übergeordnete Steuerung kann die Ansteuereinheiten 212 und 212b von dem Fehlerereignis unterrichten bzw. die betreffenden noch funktionstüchtige(n) Ansteuereinheit(en) 212 und 212b in den Notbetrieb schalten, siehe bspw. auch

Figur 4, Triggersignal 404.

Die Figur 3 zeigt elektronische Trennelemente einer Schaltungsanordnung in einem weiteren Ausführungsbeispiel. Dabei sind insbesondere den Umrichtern UR1 und UR2 entsprechende Umrichter UR1i bzw. UR2i vorgesehen. Die Elektromotoren EM1 und EM2 bleiben unverändert. Der zweite Umrichter UR2i ist wieder optional.

Eine Hochvolt-Akkueinheit 202i entspricht bis auf die im Folgenden erläuterten Unterschiede der Hochvolt-Akkueinheit 202. Die Hochvolt-Akkueinheit 202i enthält:

- einen Teil T1i des Akkumulators 110,

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- einen Teil T2i des Akkumulators 110,

- einen Trennschalter SW2 der vorzugsweise relaisgesteuert ist und zwischen dem

Pluspol des Akkuteils T1i und einer Plusleitung LPi geschaltet ist, und

- eine Sicherung Fu4, bspw. eine Schmelzsicherung, die zwischen dem Minuspol des Akkuteils T1i und dem Pluspol des Akkuteils T2i geschaltet ist.

Der Minuspol des Akkuteils T2i ist mit einer Minusleitung LMi verbunden, die der Minusleitung LM entspricht und sich in Minusleitungen LM für beide Umrichter UR1i und URZ2i verzweigt. Die Plusleitung LPi führt ebenfalls zu einer Verzweigung. Eine Sicherung Fu2, bspw. eine Schmelzsicherung, liegt zwischen der Verzweigung der Plusleitung LPi und einer Plusleitung LP1i des Umrichters UR1i. Eine Sicherung Fu3, bspw. eine Schmelzsicherung, liegt zwischen der Verzweigung der Plusleitung LPi

und einer Plusleitung LP2i des Umrichters UR32i.

Ein optionaler Trennschalter SW3 kann in die Leitung LMi geschaltet sein, um eine Trennung zum Masse- oder Minuspotential hin im Fehlerfall zu erreichen. Der

Trennschalter SW3 kann ebenfalls relaisgesteuert sein.

Ein dem Kondensator ZC1 entsprechender Kondensator ZC1i liegt zwischen der Plusleitung LP1i und der Minusleitung LM im Umrichter UR1i. Ein dem Kondensator ZC2 entsprechender Kondensator ZC2i liegt zwischen der Plusleitung LP2i und der Minusleitung LM im Umrichter UR2i.

In der Figur 3 ist der Fall gezeigt, in dem ein Fehlerfall im Umrichter UR2i aufgetreten ist, der zu einem selbsttätigen Auslösen der Sicherung Fu3 geführt hat, bspw. ein Kurzschluss in einem der Schaltelemente T21 bis T26 des Umrichters UR2i. Das Auslösen des Schaltelementes F3 wird bspw. durch eine Erfassungseinheit erfasst, woraufhin dann in einen Notbetrieb geschaltet wird, bei dem der Umrichter UR2i mit Selbstversorgung arbeiten kann, falls auch der Trennschalter SW2 betätigt wird. Umgekehrt kann der Umrichter UR2i beim Auslösen der Sicherung Fu2 weiter betrieben werden. Es ist ein Notbetrieb mit Selbstversorgung/Generatorbetrieb

möglich, falls dann auch der Trennschalter SW2 betätigt wird, bspw. durch eine

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übergeordnete Steuerung. Alternativ kann der verbliebene Umrichter UR1i oder UR2i

auch weiterhin im Normalbetrieb betrieben werden, d. h. ohne Generatorbetrieb.

Mit anderen Worten ausgedrückt, wird insbesondere eine Motorbremse angegeben. Die Fahrsicherheit bzw. die Bremssicherheit wird erhöht, weil eine redundante

Hochvoltspannungserzeugung und ggf. auch eine Niedervoltspannungsversorgung im Generatorbetrieb des Mehrphasenmotors EM1, EM2 gewährleistet werden kann

bzw. können:

- die Hochvoltspannung ist erforderlich, um Statorströme zu erzeugen, die für eine Drehmomentensteuerung (open loop) oder eine Drehmomentenregelung (closed loop) verwendet werden oder für eine Magnetisierung oder Entmagnetisierung des Rotors 208 des Mehrphasenmotors EM1, EM2,

- es kann das Problem gelöst werden, dass eigentlich bei fehlerhaftem Akkumulator 110 oder fehlerhafter Gleichspannungsverbindung oder geöffneten Schutzschaltkontakten keine Drehmomentensteuerung und damit auch kein

Bremsen mehr möglich wäre,

- die Lösung besteht darin, eine redundante Hochspannungsquelle für den Inverter bzw. Umrichter UR anzugeben, für die die kinetische Energie des Fahrzeugs 100 und des Mehrphasenmotors EM1, EM2 genutzt wird:

- a) der rotierende Rotor 208 des Mehrphasenmotors EM1, EM2 lädt den DC-

Link auf, so dass eine Selbstversorgung gesichert ist,

- b) Bremsen ist dann möglich durch das Anlegen eines Statorstroms an den Motor EM1, EM2,

- c) wenn die Spannung des DC-Links sinkt, wird der Statorstrom mit einer Frequenz angelegt, die einen definierten oder vorgegebenen Schlupf des Mehrphasenmotors EM1, EM2 realisiert. Der veränderte Schlupf und der damit veränderte Arbeitspunkt des Mehrphasenmotors EM1, EM2 wirkt dem Absinken der Spannung UDC entgegen bzw. das Absinken der Spannung UDC kann verhindert werden. Gleichzeitig erzeugt der Motor bspw. ein etwas

höheres Bremsmoment,

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- eine spezielle Lösung betrifft ein System mit zwei Invertern bzw. Umrichtern UR, z.B. für ein linkes Rad 106 und für ein rechtes Rad 108. Im Normalbetrieb werden beide Umrichter UR1, UR2 durch eine DC-Link-Schaltungsanordnung 202, 202i

versorgt.

5 - a)es kann das Problem gelöst werden, dass bei einem Kurzschluss in einem System eine Selbstversorgung des zweiten Systems eigentlich nicht

gesichert werden könnte,

- -b) die Lösung besteht darin, dass zusätzliche elektrische Sicherungen Fu1

bis Fu4, z. B. Schmelzsicherungen und/oder Schalter in der

10 Systemtopologie verwendet werden, z. B. ein erster Schalter zu der Umrichterschalteinheit UR1 für den Bremsmotor EM1 des rechten Rades 108, ein zweiter Schalter zu der Umrichterschalteinheit UR2 für den Motor oder Bremsmotor EM2 des linken Rades 106, ein optionaler Schalter, z. B. SW3, gegen Massepotential bzw. Minuspotential hin, und eine optionale

15 Schmelzsicherung, z. B. Fu4, bspw. zwischen Minuspol des Akkumulators 110 und einer Massepotential- bzw. Minuspotentialleitung LM bzw. LMi. Je nach Land kann auch eine Sicherheitsabschaltung gegen Pluspotential hin in Frage kommen,

- wenn eine Niedervoltspannungsversorgung im Notbetrieb nicht verfügbar ist, kann 20 über den DC-Link auch eine Niederspannung erzeugt werden, z.B. für ein

Bordnetz.

Ein elektrischer Bremsmotor EM1, EM2 kann im Normalbetrieb, d. h. kein Fehlerfall, stromlos geschaltet werden, wenn keine Bremsanforderung 420 vorliegt. Das

bedeutet, dass sich der Rotor 208 die ganze Zeit mit dreht. 25 A) Ausführungsbeispiel 1 (wie in Figur 3 gezeigt):

Die Sicherung Fu2 schützt den Umrichter/Inverter UR1i. Die Sicherung Fu3

schützt den Umrichter/Inverter UR2i vor zu hohen Strömen im Fehlerfall. Die

Sicherung Fu4 schützt den Akkumulator. Der Trennschalter SW2 ist ein Service-

bzw. Sicherheitsschalter des Akkumulators. Im Falle eines Kurzschlusses in einem 30 Inverter UR1i, URZ2i bleibt der intakte Inverter UR2i, UR1i betriebsbereit.

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B) Ausführungsbeispiel 2 (wie in Figur 2 gezeigt):

Die Schmelzsicherung Fu1 (pyro fuse) schützt die Inverter/ Umrichter UR1, UR2 5 im Fehlerfall vor Überstrom. Der Batterieschalter SW1 ist Service- bzw. Sicherheitsschalter der aufladbaren Akkumulator 110. Im Falle eines Kurzschlusses eines Inverters UR1, UR2 oder des Akkumulators 110 entkoppelt die Schmelzsicherung Fu1 beide Inverter UR1, UR2 von dem Akkumulator 110 und ebenso voneinander. Im Fehlerfall arbeiten beide Inverter UR1, UR2 oder 10 zumindest einer der beiden Inverter UR1, UR2 autonom mit Spannungs-

Selbstversorgung durch Generatorbetrieb. C) DC-Link Selbstaufladung (wie in Figur 2 oder Figur 3 gezeigt):

Wenn das Fahrzeug 100 mit fehlerhaftem Akkumulator 110 still steht, entlädt sich der DC-Link (Gleichspannungsteil) des Inverters bzw. der Inverter UR1, UR2, etc. 15 Die Bremsfunktion durch die Motoren EM1 bzw. EM2 auf die Achse geht im Stillstand verloren und sollte durch die Bremsen an der anderen Achse übernommen werden, d. h. an der Achse, die bspw. mit einem Primärantrieb VM, der z.B. als Verbrennungsmotor ausgebildet sein kann, gekoppelt ist. Die Bremsen

an der anderen Achse können herkömmliche Reibungsbremsen sein.

20 Wenn das Fahrzeug 100 durch den Primärantrieb VM angetrieben anfährt, lädt sich der DC-Link durch die elektromagnetische Kraft selbst auf, die durch die remanente Magnetisierung des AINiCo Magnets (andere Materialien kommen ebenfalls in Frage) hervorgerufen wird. Dieser Modus ist ähnlich dem Betrieb einer

Lichtmaschine (magneto alternator). Es ergeben sich die folgenden Vorgänge:

25 - Der Remanenzfluss des AINiCo Magneten bzw. der AINiCo Magnete erzeugt bzw. erzeugen eine EMK (Elektromotorische Kraft), d. h. eine induzierte Spannung, wenn sich der Rotor 208 des Motors EM1, EM2 dreht, wobei ein kleines

Bremsmoment entsteht,

- die durch die induzierte Spannung hervorgerufene Leistung kann auch als

30 elektromagnetische Leistung bezeichnet werden,

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- die antiparallel geschalteten Freilauf-Dioden D1 bis D6 des Umrichters UR1 und D1b bis D6b des Umrichters UR?2 richten die entstehende Wechselspannung gleich, wobei sie in Durchlassrichtung den Strom leiten, und in ihrer Sperrrichtung

den Strom sperren,

- die gleichgerichtete Spannung lädt die Kondensatoren ZC1 und ZC2 bzw. ZC1i und ZC2i auf,

- sobald die Gleichspannung eine minimale Betriebsgrenze überschreitet, ist die Ansteuereinheit 212, 212b bereit, um die Inverter-Schaltelemente T11 bis T16

bzw. T21 bis T26 anzusteuern, bspw. für einen Bremsvorgang, - Interne Verluste von anderen Verbrauchern können ebenfalls gedeckt werden. D) DC-Link Ladungserhaltung (wie in Figur 2 oder Figur 3 gezeigt):

Das Fahrzeug 100 wird durch den Primärantrieb angetrieben. Ein kleines Bremsmoment wird an die zweite Achse mit Hilfe der Hysteresemotorbremsen angelegt, um den DC-Link im aufgeladenen Zustand zu halten im Falle des fehlerhaften und abgetrennten Akkumulators. Die Bremsleistung sollte die internen Verluste im DC-Link und den Verbrauch des Steuersystems selbst abdecken, d. h. DC/DC Wandler 210, 210b, Ansteuereinheit 212, 212b. Die Motor-Bremse des Motors EM1, EM2 arbeitet im Synchronmodus wie ein herkömmlicher PMSM

Antrieb (Permanent Magnet Synchron Motor).

Der Magnetfluss des Motors EM1, EM2 sollte durch Puls-Magnetisieren und Entmagnetisieren auf einer optimalen Höhe gehalten werden. Die Energie für das Magnetisieren und Entmagnetisieren sollte ebenfalls aus der kinetischen Energie des

Fahrzeugs 100 gezogen werden.

Wenn es erforderlich ist, kann das 12 Volt Bordnetz (andere Spannungen sind ebenfalls möglich) des Fahrzeugs 100 vom DC-Link gespeist werden, indem ein DC/DC Wandler verwendet wird. Die Bremslast der Achse wird sich in diesem Fall moderat vergrößern.

Es ergeben sich die folgenden Vorgänge: - kleine Bremsleistung an den Hysteresemotoren EM1 und EM2,

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- elektromagnetische Leistung bzw. Wechselspannung wird erzeugt und durch die Freilaufdioden D1 bis D6 bzw. D1b bis D6b gleichgerichtet,

- ggf. werden interne Verbraucher gespeist,

- die Umrichter UR1, UR2 werden durch die Ansteuereinheit 212 bzw. 212b

angesteuert. E) Dissipatives Bremsen (wie in Figur 2 oder Figur 3 gezeigt):

Wenn das Bremssystem betätigt wird, erzeugen die Motorbremsen EM1, EM2 ein Bremsmoment, das zum einen proportional zu den Flächen der Hystereseschleife des Rotormagnetmaterials ist und das zum anderen proportional zu der

Schlupfdrehzahl ist, siehe auch die Ausführungen zu der Figur 7. Es ergeben sich die folgenden Vorgänge: - sehr hohe Bremsleistung, - hohe Hystereseverluste,

- elektromagnetische Leistung bzw. Wechselspannung wird erzeugt und durch die

Freilaufdioden D1 bis D6 gleichgerichtet,

- ggf. werden interne Verbraucher gespeist, deren Verbrauch beim Bremsen

ebenfalls ansteigen kann, z. B. zusätzlich einzuschaltende Bremslichter,

- die Umrichter UR1, UR2 werden durch die Ansteuereinheit 212 bzw. 212b

angesteuert, ggf. mit erhöhter Schaltleistung.

Die Figur 4 zeigt ein Notbetriebsmodul 400, das in der Ansteuereinheit 212 bzw. 212b enthalten sein kann. Eine Erfassungseinheit 402 erfasst eines der oben erläuterten Fehlerereignisse und sendet ein Triggersignal 404 an das Notbetriebsmodul 400.

Das Notbetriebsmodul 400 enthält:

- eine Verlust-Berechnungseinheit 410,

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- eine Schlupf-Berechnungseinheit 414, - eine Bremssteuereinrichtung 422a, - eine Steuereinheit 422b für kleinen Schlupf bzw. auch für einen Generatorbetrieb

ohne Schlupf.

Auch eine Gleichrichtereinheit 430, die durch die Dioden D1 bis D6 bzw. D1b bis D6b

gebildet wird, kann ebenfalls als Teil des Notbetriebsmoduls 400 angesehen werden.

Die Arbeitsweise des Notbetriebsmoduls 400 ist wie folgt:

- es wird ein Spannungserfassungssignal 406 erzeugt, dessen Wert den Wert der Spannung am DC-Bus 402 angibt, d. h. zwischen den Leitungen LP1 und LM bzw. zwischen den Leitungen LP2 und LM bezogen auf den Umrichter UR1 bzw. UR2,

- ein Spannungssollwertsignal 408 für die Spannung UDC wird vorgegeben,

- die Verlust-Berechnungseinheit 410 berechnet aus dem Spannungserfassungssignal 406 und dem Spannungssollwertsignal 408 ein Signal 412, dessen Wert Ausdruck eines zu kompensierenden Spannungsabfalls

ist,

- das Signal 412 wird an die Schlupf-Berechnungseinheit 414 übermittelt,

- die Schlupf-Berechnungseinheit 414 berechnet abhängig von dem Signal 412 ein Schlupf-Sollwert-Signal 416,

- das Schlupf-Sollwert-Signal 416 und die aktuelle Rotor-Drehzahl nR (RotorDrehzahlsignal 418 (Motorgeschwindigkeit)) werden in der Steuereinheit 422b für kleinen Schlupf als Ausgangspunkt für die Ansteuerung des Umrichters UR1, UR2, UR1i, bzw. UR2i verwendet, um die Ansteuersignale für die Schaltelemente T11 bis T16 bzw. T21 bis T26 mit der geeigneten Statorfeldifrequenz nF und mit den geeigneten Spannungen bzw. Strömen zu erzeugen,

- der Motor EM1, EM2 verändert seinen Schlupf gemäß den Vorgaben auf den

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Ausgangsleitungen 424 (LA2, LA4, LA6 bzw. LA2b, LA4b, LA6b) des Umrichters UR1, UR2 usw., was eine Anpassung der erzeugten Generatorspannung 426 zur Folge hat, siehe Generatorspannung 426 (back EMF — Electromagnetic Force),

- die gleichgerichtete Generatorspannung 426 wird über Verbindungsleitungen 432 (229, 231, Figur 2) wieder an den DC-Bus 402 und damit an die Arbeitsstrecken Schaltelemente T11 bis T16 bzw. T21 bis T26 angelegt.

Es ist also ein Regelkreis gezeigt, der die Spannung UDC des DC Bus 444 (LP1, LM) auf den vorgegebenen Sollwert regelt, welcher durch das

Spannungssollwertsignal 408 vorgegeben ist.

Eine andere Arte der Regelung kann in einer Zweipunktregelung bestehen, bei der die Spannung UDC über eine längere Zeit in einem Korridor bzw. zwischen einem vorgegebenen minimalen Spannungswert und einem maximalen Spannungswert

gehalten wird. Es können aber auch andere Regelstrategien eingesetzt werden als

eine Zweipunktregelung, um die Spannung UDC in dem Korridor zu halten.

Im Falle einer Bremsanforderung 420, die bspw. beim Betätigen eines Bremspedals durch den Fahrer erzeugt wird, wird die Bremssteuereinrichtung 422a aktiv, die abhängig von der aktuellen Rotor-Drehzahl nR, wie sie im Rotor-Drehzahlsignal 418 (Motorgeschwindigkeit) übermittelt wird, und abhängig von der Stärke der Bremsanforderung 420 den Motor EM1, EM2 in geeigneter Weise ansteuert. Dabei kann bspw. die Schlupfdrehzahl sn erheblich erhöht werden im Vergleich zu der Schlupfdrehzahl sn, die von der Schlupf-Berechnungseinheit 414 vorgegeben wird. Bspw. kann eine Schlupfdrehzahl sn größer als 1000 Umdrehungen pro Minute oder größer als 2000 Umdrehungen pro Minute zur Erzeugung eines hohen Bremsmomentes erzeugt werden, dem eine hohe Hystereseverlustleistung auf Grund der hohen Anzahl von Ummagnetisierungvorgängen gegenübersteht. Durch einen in der Figur 6 gezeigten Kühlkreislauf 621 kann eine Überhitzung des Motors EM1 bzw. EM verhindert werden.

Beim Auftreten der Bremsanforderung 420 kann die Regelung der Spannung UDC

weiter aktiv bleiben. Alternativ kann das Bremsen auch Vorrang vor dem Regeln der

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Spannung UDC auf Sollwert haben, so dass beim Bremsen eine andere Regelstrategie (closed loop) oder auch eine Steuerstrategie (open loop) für die Spannung UDC gewählt werden kann.

Die Figur 5 zeigt ein Verfahren 500, das im Notbetrieb durchgeführt wird:

- In einem Verfahrensschritt 502 tritt ein Fehlerereignis in der Fahrzeugelektronik

auf,

- In einem dem Verfahrensschritt 502 folgenden Verfahrensschritt 504 wird der fehlerhafte Bereich durch Trenneinrichtungen Fu1 bis Fu4 bzw. SW1 bis SW3

abgetrennt,

- In einem nächsten Verfahrensschritt 506 werden noch funktionsfähige Motoren EM1, EM2 bzw. deren Umrichter UR1, UR2 in der Notbetriebsart im

Generatorbetrieb betrieben,

- dabei erfolgt gleichzeitig das Gleichrichten der von den Motoren EM1, EM2

erzeugten Wechselspannung in einem Verfahrensschritt 508,

- ebenfalls gleichzeitig zu den Schritten 506 und 508 erfolgt in einem Verfahrensschritt 510 das Ansteuern der verbliebenen Umrichter UR1, UR?2 ete. in der Notbetriebsart, insbesondere nur unter Erzeugung keines Schlupfes oder eines moderaten Schlupfes von bspw. kleiner als 500 oder sogar kleiner als 100 Umdrehungen pro Minute, wenn keine Bremsanforderung 420 vorliegt oder beim Auftreten einer Bremsanforderung 420 mit großem Schlupf zur Erzeugung eines großen Bremsmomentes, durch die zugehörigen Ansteuereinheiten 212, 212b,

- die gleichgerichtete Spannung UDC wird in einem Verfahrensschritt 512 über die Schaltelemente T11 bis T16 bzw. T21 bis T26 der Umrichter UR1, UR1 etc. an die Statorwicklungen A1 bis C1 bzw. A2 bis C2 des Motors EM1 bzw. EM2 angelegt, wobei der Verfahrensschritt 512 ebenfalls gleichzeitig zu den Verfahrensschritten 506 bis 510 durchgeführt wird,

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- die Schritte 506 bis 512 werden ausgeführt, bis das Verfahren 500 in einem Verfahrensschritt 514 beendet wird, bspw. beim erstmaligen Stillstand des Fahrzeugs 100 nach Auftreten des Fehlerereignisses. Alternativ kann das Verfahren 500, insbesondere bei Vorhandensein eines nicht elektrischen Primärantriebs, auch bei einem erneuten Anfahren durchgeführt werden und wird

dann erst mit der Behebung des Fehlers beendet, bspw. in einer Werkstatt.

Die Figur 6 zeigt den Hysteresemotor EM1. Der Hysteresemotor EM2 ist identisch zum Hysteresemotor EM1 aufgebaut. Der Hysteresemotor EM1 enthält:

- einen Stator 206, aus weichmagnetischem Material,

- einen Rotor 208, der aus hartmagnetischem Material besteht, oder zumindest einen hartmagnetischen Rotorbelag 618 hat,

- eine Rotorachse 601 mit einer Wellenmittelachse 600,

- Kugellager 602, 604 an den Enden der Rotorachse 601, wobei die Kugellager 602, 604 den Rotor 208 drehbar bezüglich des Stators 206 lagern,

- Wicklungen 612, die in Radialschlitzen 620 im Stator 206 angeordnet sind,

- einen oder mehrere Kühlkanäle 614, die entlang der Rotormittelachse 600 oder auch näher am Außenumfang des Rotors 208 angeordnet sind bzw. sein können, und

- einen Luftspalt 616 zwischen Stator 206 und Rotor 208.

Der Motor EM1 kann mit einer Motorhalterung 610 am Chassis bzw. Rahmen des

Fahrzeugs 100 befestigt sein. Ein Motorritzel 630 kann Teil eines Getriebes sein,

über das der Rotor 208 mit dem Rad 108 drehbar verbunden ist.

Der Rotorbelag 618 kann teilweise oder vollständig aus einem hartmagnetischen

Material bestehen, z.B. aus AINiCo . Eine Magnetisierung des Rotorbelages 618

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erfolgt bspw. mit dem Einschalten des Statorfeldes, bspw. bei jedem Einschalten

oder beim erstmaligen Einschalten.

Alternativ wird der Motor EM1 bzw. auch der Motor EM2 als Außenläufer ausgeführt, insbesondere bei einer Radnabenbremse oder bei einem Radnabenantrieb. Der Hysteresemotor kann auch mit separaten Dauermagneten ausgeführt werden, die am Rotor 208 befestigt sind und deren Koerzitivfeldstärke so gewählt ist, dass sie

durch das Statorfeld ummagnetisiert werden können.

Damit sich der Motor EM1 bzw. EM2 beim Bremsen mit großen Hystereseverlustleistungen nicht überhitzt, ist ein Kühlkreislauf 621 für ein flüssiges Kühlmedium vorgesehen. Alternativ kann ein gasförmiges Kühlmedium verwendet werden, bspw. Pressluft. Es sind auch Kühlkreisläufe mit Änderung des

Aggregatzustands des Kühlmediums möglich.

Der Kühlkreislauf 621 enthält:

- eine Pumpe 622,

- eine eingangsseitig mit dem Ausgang der Pumpe 622 verbundene Einlassleitung 624, wobei der Ausgang der Einlassleitung 624 mit dem Einlass des Kühlkanals

614 bzw. mit den Einlässen der Kühlkanäle 614 verbunden ist,

- eine mit dem Eingang der Pumpe 622 verbundene Auslassleitung 626, deren Eingang mit dem Ausgang des Kühlkanals 614 bzw. mit den Ausgängen der

Kühlkanäle 614 verbunden ist, und

- einen in die Auslassleitung 626 geschalteten Wärmeaustauscher bzw. kurz

Wärmetauscher WT.

Die Pumpe 622 wird insbesondere beim Bremsen mit Hilfe des Motors EM1 eingeschaltet und ermöglicht einen großen Wärmetransfer H (heat) von Wärme, die

im Rotor 208 erzeugt wird hin zum Wärmetauscher WT.

Die Figur 7 zeigt verschiedene Arbeitspunkte des Hysteresemotors EM1 bzw. EM2 in

einem Koordinatensystem 700, das eine x-Achse 702 zur Angabe der Drehzahl n

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und eine y-Achse 704 zur Angabe des Drehmoments M hat. Der gezeigte Drehzahlbereich kann bspw. im Bereich von 0 U/Min (Umdrehungen pro Minute) bis zu mehreren Tausend U/Min liegen, bspw. bei 7000 U/Min.

Ein oberhalb der x-Achse 702 gezeigter Kurvenverlauf 710 betrifft den Antriebsmodus DM (driving mode). Der Kurvenverlauf 710 hat einen konstanten Teil mit einem maximalen Drehmoment FM1. Gut zu erkennen ist, dass das konstante Drehmoment FM1 auch beim Anlaufen des Motors vorhanden ist. Oberhalb einer Drehzahl n1 (bspw. 1000 U/Min oder 1500 U/Min) sinkt das Drehmoment M dann entlang einer Leistungsgrenze F1 im Feldschwächebereich auf Grund von DC Spannungsgrenzen zunächst stärker und dann weniger stark. Der Bereich zwischen dem Kurvenverlauf 710 und der x-Achse 702 entspricht dem Antriebsmodus DM in dem der Motor EM1, EM2 durch eine äußere Spannung angetrieben wird. Der Antriebsmodus DM ist beim Anlaufen des Motors asynchron und wird dann synchron.

Ein unterhalb der x-Achse 702 gezeigter Kurvenverlauf 712 betrifft den Bremsmodus, wobei in Bremsmodus BM1 und BM2 unterschieden wird. Der Kurvenverlauf 712 hat einen konstanten Teil mit einem maximalen Bremsmoment FM2, das betragsmäßig geringer als das Drehmoment FM1 sein kann. Oberhalb der Drehzahl n1 sinkt das Bremsmoment M dann betragsmäßig entlang einer Leistungsgrenze F2 im Feldschwächebereich auf Grund von DC Spannungsgrenzen zunächst stärker und dann weniger stark, was sich durch ein Ansteigen des Kurvenverlaufs 712 im Koordinatensystem 700 zeigt. Der Bereich zwischen dem Kurvenverlauf 712 und der x-Achse 702 entspricht dem Bremsmodus BM1 in dem der Motor EM1, EM2 im synchronen Generatorbetrieb (nF gleich nR) betrieben wird, wobei elektrische Energie durch Rekuperation erzeugt wird. Im Bremsmodus BM1 wird der Motor EM1

bzw. EM2 abgebremst.

Unterhalb des Kurvenverlaufs 712 bspw. bis zu einer Rad-Schlupf-Grenze WS2 (Durchdrehen) hin liegt ein Bereich, der dem Bremsmodus BM2 entspricht. Im Bremsmodus BM2 wird der Motor EM1, EM2 ebenfalls im Generatorbetrieb betrieben. Statorfelddrehzahl nF und Rotordrehzahl nR sind jedoch voneinander verschieden. Die Differenz der Rotordrehzahl nR und der Statorfelddrehzahl nF wird auch als Schlupf bzw. Schlupfdrehzahl sn bezeichnet. Dadurch, dass

Statorfelddrehzahl nF und Rotordrehzahl nR unterschiedlich sind, ist der

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Bremsmodus BM2 insbesondere ein asynchroner Bremsmodus. Durch die unterschiedliche Drehzahl von Statorfeld und Rotor kommt es zu Ummagnetisierungsvorgängen im Rotormaterial des Rotors 208. Diese Ummagnetisierung erfolgt entlang von Hystereselinien einer Hystereseschleife der Magnetflussdichte-Magnetfeld-Kennlinie (B-H-Kennlinie). Deshalb wird dieser

Bremsmodus BM2 auch als Hysteresebremsmodus bezeichnet.

Im Koordinatensystem 700 ist ein Arbeitspunkt P1 gezeigt, der zum Erfüllen einer bestimmten Bremsanforderung 420 gewählt wird. Im Arbeitspunkt P1 ist die Schlupfdrehzahl sn bspw. um mindestens den Faktor 1,5 oder um mindestens den Faktor 2 größer als die Statorfelddrehzahl nF. Die Rotordrehzahl nR bestimmt sich durch die momentane Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100. Abhängig vom der Drehzahl bzw. der Frequenz des Statordrehfeldes kann auch ein anderer Arbeitspunkt im Bereich des Bremsmodus BM2 gewählt werden, wobei sich das Bremsmoment erhöht bzw. verringert, so dass die Stärke der Bremsanforderung 420 berücksichtigt werden kann. Der Bremsmodus BM2 kann sowohl im Notbetriebsfall als auch im Normalbetriebsfall, d. h. wenn kein Fehlerereignis vorliegt, zum Bremsen des Fahrzeugs 100 verwendet werden. Beim Bremsen übt ein ggf. vorhandener Primärantrieb übelicherweise keine Antriebskraft mehr auf das Fahrzeug 100 aus,

bzw. nur eine vernachlässigbar kleine Antriebskraft.

Ein Arbeitspunkt P2 zeigt bei gleicher Geschwindigkeit des Fahrzeugs 100, d. h. gleicher Rotordrehzahl nR, den Fall, in welchem ein Notbetrieb auf Grund eines Fehlerereignisses aktiv ist, aber keine Bremsanforderung 420 bzw. nur eine kleine Bremsanforderung 420 vorliegt. Im Arbeitspunkt P2 gibt es keinen Schlupf sn (synchroner Generatorbetrieb). Die Drehzahl nF des Statordrehfeldes ist jedoch höher gewählt. Das resultierende Bremsmoment ist kleiner als im Arbeitspunkt P1. Bei kleiner Bremsanforderung 420 ist davon auszugehen, dass der Primärantrieb keine Antriebskraft mehr auf das Fahrzeug 100 ausübt, insbesondere keine konstant

bleibende oder gar beschleunigende Antriebskraft.

Der Arbeitspunkt P2 kann auch zwischen dem Kurvenverlauf 712 und der x-Achse

702 liegen, insbesondere wenn keine Bremsanforderung 420 vorliegt. Das dennoch

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entstehende Bremsmoment arbeitet gegen das Antriebmoment des Primärantriebs

VM, das jedoch erheblich größer ist.

Der Arbeitspunkt P2 kann bei gleicher Rotordrehzahl nR zwischen dem Kurvenverlauf 712 und dem Arbeitspunkt P1 liegen, wobei jedoch die Schlupfdrehzahl sn geringer als im Arbeitspunkt P1 ist, insbesondere auch dann, wenn keine Bremsanforderung 420 vorliegt. Das dennoch entstehende Bremsmoment arbeitet gegen das Antriebmoment des Primärantriebs VM, das

jedoch erheblich größer ist.

Die Erfindung lässt neben den dargestellten Ausführungsformen weitere Gestaltungsgrundsätze zu. D. h. die Erfindung soll nicht auf die mit Bezug auf die

Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt betrachtet werden.

34 Bezugszeichenliste 100 Fahrzeug 101 Frontseite 102 bis 108 Rad 110 Akkumulator 200 elektronische Baugruppen 202, 202i Hochvolt-Akkueinheit 206 Stator 208 Rotor 210, 210b Gleichspannungswandler 212, 212b Ansteuereinheit 220 bis 224, 220a bis 224b Brückenzweig 230 bis 234, 230b bis 234b Leitung 400 Notbetriebsmodul 402 Erfassungseinheit 404 Triggersignal 406 Spannungserfassungssignal 408 Spannungssollwertsignal 410 Verlust-Berechnungseinheit 412 Signal 414 Schlupf-Berechnungseinheit 416 Schlupf-Sollwert-Signal 418 Rotor-Drehzahlsignal 420 Bremsanforderung 422a Bremssteuereinrichtung 422b Steuereinheit für kleinen Schlupf 424 Ausgangsleitungen 426 Generatorspannung 430 Gleichrichtereinheit 432 Verbindungsleitungen 444 DC Bus 500 Verfahren 502 bis 514 Verfahrensschritt 600 Wellenmittelachse

35 602, 604 Kugellager 610 Motorhalterung 612 Wicklung 614 Kühlkanal 616 Luftspalt 618 Rotorbelag 620 Radialschlitze 621 Kühlkreislauf 622 Pumpe 624 Einlassleitung 626 Auslassleitung 630 Motorritzel 700 Koordinatensystem 702 x-Achse 704 y-Achse 710, 712 Kurvenverlauf A1 bis C1, A2 bis C2 Statorwicklung BM1 Bremsmodus 1 BM2 Bremsmodus 2 C Steuerung D1 bis D6, D1b bis D6b Freilaufdioden DM Antriebsmodus EM1, EM2 Elektromotor F1, F2 Leistungsgrenze FM1 maximales Drehmoment FM2 maximales Bremsmoment Fu1 bis Fu4 Sicherung/Trenneinheit/Trenneinrichtung H Wärmetransfer LA2 bis LA6, LA2b bis LA6b Ausgangsleitung LM, LMi Minusleitung LP, LP1, LP2, LPi, LP1i, LP2i Plusleitung n1 Drehzahl nF Drehzahl Statorfeld NR Rotordrehzahl

36 P1 Arbeitspunkt Bremsen P2 Arbeitspunkt geringer Schlupf sn Drehzahl Schlupf SP1, SP2 Sternpunkt SW1 bis SW3 Trennschalter T1, T2, T1I, T2I Teil des Akkumulators T11 bis T16, T21 bis T26 Schalttransistoren UR dualer Umrichter UR1, UR2 Umrichter/Umrichterschalteinheit V1 Verzweigung VM Primärantrieb, insbesondere Verbrennungsmotor WS2 Rad-Schlupf-Grenze WT Wärmetauscher ZC1, ZC2, ZC1i, ZC2i Kondensator

Claims (15)

Patentansprüche

1. Verfahren (500) für den Notbetrieb einer Umrichterschalteinheit (UR1) und eines durch die Umrichterschalteinheit (UR1) gesteuerten Mehrphasenmotors (EM1) in einem Fahrzeug (100), aufweisend die folgenden Schritte:

- Trennen (502) einer Verbindung zwischen einer Energieversorgungseinheit (110) und dem Mehrphasenmotor (EM1) auf Grund eines Fehlerereignisses,

- Betreiben (506) des Mehrphasenmotors (EM1) im Generatorbetrieb,

- Gleichrichten (508) einer von dem AMehrphasenmotor (EM1) im Generatorbetrieb erzeugten Wechselspannung,

- Ansteuern (510) der Umrichterschalteinheit (UR1) derart, dass eine gleichgerichtete Spannung durch die Umrichterschalteinheit (UR1) an die Phasen des Mehrphasenmotors (EM1) angelegt wird (512), und

- Ansteuern (510) der Umrichterschalteinheit (UR1) gemäß mindestens einer Notbetriebsart, in der abhängig von einer Bremsanforderung (420) der Mehrphasenmotor (EN1) zur Erzeugung eines zusätzlichen Bremsmomentes zum Bremsen des Fahrzeuges (100) angesteuert wird oder angesteuert werden kann.

2. Verfahren (500) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einer Ansteuereinheit (212) zum Ansteuern der Umrichterschalteinheit (UR1) das Fehlerereignis übermittelt (404) wird.

3. Verfahren (500) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichgerichtete Spannung zwischen einem vorgegebenen minimalen Wert und einem vorgegebenen maximalen Wert gehalten wird.

4. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Größe der Bremsanforderung (420) ein regeneratives Bremsen in einer synchronen Betriebsart des Mehrphasenmotors (EM1) durchgeführt wird, wobei der Mehrphasenmotor (EM1) vorzugsweise ein Hysteresemotor ist.

5. Verfahren (500) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hysteresemotor als Mehrphasenmotor (EM1) verwendet wird, wobei vorzugsweise das Bremsen in einer Hysteresebetriebsart, insbesondere zum Ummagnetisieren des Rotorbelagsmaterials, durchgeführt wird oder werden kann, insbesondere bei einer Bremsanforderung (420) die einen vorgegebenen Wert überschreitet, wobei vorzugsweise eine zusätzliche Kühlungseinheit (620, 622) zur Kühlung verwendet wird, insbesondere mit einem flüssigen Kühlmittel.

6. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (500) in einem Fahrzeug (100) eingesetzt wird, das einen Verbrennungsmotor (VM) enthält, der als Antriebsmotor genutzt wird, wobei vorzugsweise der Mehrphasenmotor (EM1) auch im Generatorbetrieb eingesetzt wird, wenn der Verbrennungsmotor (VM) das Fahrzeug (100) beschleunigt oder mit konstanter Geschwindigkeit antreibt, oder dass das Verfahren (500) in einem Fahrzeug (100) eingesetzt wird, das durch den Mehrphasenmotor (EM1) auch angetrieben wird, wobei das Fahrzeug (100) vorzugsweise frei von einem Verbrennungsmotor (VM) ist, der als Antriebsmotor genutzt wird.

7. Verfahren (500) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fehlerereignis (404) den Ausfall der Gleichspannungsversorgung (110) zum Betrieb des Mehrphasenmotors (EM1) oder einen Fehler in einer weiteren Umrichterschalteinheit (UR2) zum Betreiben eines weiteren Mehrphasenmotors (EM2), insbesondere in einer Ansteuereinheit (212b) zum Betreiben einer weiteren Umrichterschalteinheit (UR2), betrifft.

8. Fahrzeug (100) mit: - einer Energieversorgungseinheit (110) zum Erzeugen einer Gleichspannung,

- Mindestens einem Mehrphasenmotor (EM1) zum Antreiben oder Bremsen mindestens eines Rades (102, 104, 106, 108) des Fahrzeuges (100) unter Nutzung der Gleichspannung,

- Mindestens einer Umrichterschalteinheit (UR1) deren Ausgänge (230, 232 234) mit den Statorwicklungen (A1, B1, C1) des Mehrphasenmotors (EM1) verbunden sind,

- Mindestens einer Ansteuereinheit (212) deren Ausgänge mit Steuereingängen von Schaltelementen (T11 bis T16) der Umrichterschalteinheit (UR1) verbunden sind,

- einer elektrischen Trenneinheit (Fu1 bis Fu4), die zwischen die Energieversorgungseinheit (110) und die Umrichterschalteinheit (UR1) geschaltet ist, und die beim Auftreten eines Fehlerereignisses den elektrischen Stromfluss zwischen der Energieversorgungseinheit (110) und dem Mehrphasenmotor (EM1) unterbricht,

wobei die Ansteuereinheit (212) ein Notbetriebsmodul (400) aufweist, das auch bei aktivierter Trenneinheit (Fu1 bis Fu4) für eine Ansteuerung der Umrichterschalteinheit (UR1) verwendet wird, und

wobei das Notbetriebsmodul (400) zur Erzeugung eines zusätzlichen Bremsmomentes zum Bremsen des Fahrzeugs (100) in Abhängigkeit von einer Bremsanforderung (420) an den Mehrphasenmotors (EM1) dient.

9. Fahrzeug (100) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Erfassungseinheit (402) für das Fehlerereignis, und durch eine Kommunikationseinheit, die das Auftreten des Fehlerereignisses an die Ansteuerschaltung (212) kommuniziert (404).

10. Fahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Mehrphasenmotor (EM2) vorgesehen ist, wobei mindestens eine weitere Umrichterschalteinheit (UR2) vorgesehen ist, deren Ausgänge (230b bis 234b) mit den Statorwicklungen (A2 bis C2) des weiteren Mehrphasenmotors (EM2) verbunden sind, wobei mindestens eine weitere Ansteuereinheit (212b) vorgesehen ist, deren Ausgänge mit Steueranschlüssen von Schaltelementen (T21 bis T26) der weiteren Umrichterschalteinheit (UR2) verbunden sind, und wobei die weitere Ansteuereinheit (212b) ein weiteres Notbetriebsmodul (400) aufweist für eine Ansteuerung der weiteren Umrichterschalteinheit (UR2) in Abhängigkeit von einer Bremsanforderung (420) an den weiteren Mehrphasenmotor (EM2) zur Erzeugung eines zusätzlichen Bremsmomentes zum Bremsen des Fahrzeugs (100).

11. Fahrzeug (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trenneinheit (Fu1) auch zwischen die Energieversorgungseinheit (110) und die weiteren Umrichterschalteinheit (UR2) geschaltet ist, oder dass eine weitere Trenneinheit (Fu3) zwischen die Energieversorgungseinheit (110) und die weiteren Umrichterschalteinheit (UR1) geschaltet ist, wobei vorzugsweise das Trennelement (Fu1l) und/oder das weitere Trennelement (Fu3) eine Schmelzsicherung ist oder wobei das Trennelement (Fu1) und/oder das weitere Trennelement (Fu3) ein Leistungsschalter ist, der insbesondere über ein Relais angesteuert wird.

12. Fahrzeug (100), nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuereinheit (212) und/oder die weitere Ansteuereinheit (212b) derart aufgebaut ist, dass sie ein Verfahren (500) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchführen kann.

13. Fahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrphasenmotor (EM1) ein Hysteresemotor ist, vorzugsweise mit drei Phasen, und/oder wobei der weitere Mehrphasenmotor (EM2) ein Hysteresemotor ist, vorzugsweise mit drei Phasen, wobei der Hysteresemotor beim Bremsen mit einer Schlupfdrehzahl (sn) größer als 1000 Umdrehungen pro Minute betrieben wird oder werden kann, wobei der Mehrphasenmotor (EM1) und/oder der weitere Mehrphasenmotor (EM2) vorzugsweise eine Nennleistung im Bereich von 100 Watt bis 1 KW oder im Bereich von 1 KW bis 50 KW hat.

14. Fahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Umrichterschalteinheit (UR1) oder die weitere Umrichterschalteinheit (UR2) mindestens drei Ausgänge hat, wobei je Ausgang mindestens ein Schaltungszweig (220 bis 224) vorgesehen ist, und wobei je Schaltungszweig (220 bis 224) mindestens zwei Schaltelemente (T11 bis T16) oder mehr als zwei Schaltelemente vorhanden sind, vorzugsweise Halbleiterschaltelemente, insbesondere IGBT, GTO oder MOSFET.

15. Fahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (100) durch einen Verbrennungsmotor (VM) angetrieben wird, oder dass das Fahrzeug (100) verbrennungsmotorfrei ist.