AT522121A1 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung, Antriebsvorrichtung sowie Kraftfahrzeug - Google Patents

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AT522121A1 ATA50029/2019A AT500292019A AT522121A1 AT 522121 A1 AT522121 A1 AT 522121A1 AT 500292019 A AT500292019 A AT 500292019A AT 522121 A1 AT522121 A1 AT 522121A1
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung (10) mit einer elektrischen Maschine (11), die zumindest einen Stator (11.1) und einen Rotor (11.2) für einen Drehstrombetrieb (I) der elektrischen Maschine (11) aufweist, und einer Mehrphasenschaltung (20), die zumindest drei Phasen (21) des Stators (11.1) für einen Betrieb des Rotors (11.2) im Drehstrombetrieb (I) aufweist, umfassend: - Überwachen (101) der Mehrphasenschaltung (20) auf einen Defekt, bei welchem zumindest eine der drei Phasen (21) für den Drehstrombetrieb (I) ausgefallen ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Antriebsvorrichtung (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (1), sowie ein Kraftfahrzeug (1).

Description

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Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung, Antriebsvorrichtung sowie
Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung mit einer elektrischen Maschine, eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein Kraftahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen
Anspruchs 13, sowie ein Kraftfahrzeug.
Elektrische Maschinen, wie z.B. Elektromotoren und elektromagnetische Bremsen, wie z.B. Hysteresebremsen, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei ist die Bewegung eines Rotors mit einem magnetischen Feld eines Stators gekoppelt, sodass der Rotor antreibbar oder abbremsbar ist. Dazu sind häufig am Stator zumindest drei Phasen vorgesehen, welche Spulenwicklungen bereitstellen, um die elektrische Maschine in einem Drehstrombetrieb zu betreiben. Insbesondere beim Abbremsen kann es sich jedoch um einen sicherheitsrelevanten Vorgang handeln, der auch im Fehlerfall noch durchgeführt werden sollte. Dies kann beispielweise bei einem Kraftfahrzeug der Fall sein, welches über die elektrische Maschine angetrieben und/oder abbremsbar ist. Ein Fehlerfall kann beispielsweise dadurch verursacht sein, dass eine Phase der elektrischen Maschine derart ausfällt, dass diese in einem Drehstrombetrieb nicht mehr zur Ansteuerung des Motors fehlerfrei
verwendbar ist.
Dazu ist es beispielsweise aus der DE 10 2011 054 620 A1 bekannt, beim Ausfall einer Phase eine Hilfshalbbrücke zu schalten, um den elektrischen Antrieb in einen Notbetrieb zu versetzen. Dabei wird der Elektromotor jedoch weiter betrieben, wenngleich mit verringertem Drehmoment. Dies ist jedoch auf bestimmte Fehlerfälle beim Ausfall der Phasen begrenzt. Darüber hinaus trägt der Elektromotor nicht zu
einem sicheren Stillstand des Kraftfahrzeugs bei.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, der voranstehend beschriebenen Problematik zumindest teilweise Rechnung zu tragen. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Antriebsvorrichtung mit einer elektrischen
Maschine bei einem Defekt, der insbesondere den Ausfall einer Phase bei der
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elektrischen Maschine bedingt, eine sichere Geschwindigkeitsreduktion der
elektrischen Maschine und/oder eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
Die voranstehende Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die voranstehende Aufgabe gelöst durch das Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1, die Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 14 sowie das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 21. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung und/oder dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten
stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung beansprucht. Die Antriebsvorrichtung weist eine elektrische Maschine mit zumindest einem Stator und einem Rotor für einen Drehstrombetrieb der elektrischen Maschine auf. Ferner weist die Antriebsvorrichtung eine Mehrphasenschaltung auf, die zumindest drei Phasen des Stators für einen Betrieb des Rotors im Drehstrombetrieb aufweist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- Überwachen der Mehrphasenschaltung auf einen Defekt, bei welchem zumindest eine der drei Phasen für den Drehstrombetrieb ausgefallen ist, vorzugsweise durch ein Überwachungsmodul der Antriebsvorrichtung,
- Umschalten der Mehrphasenschaltung für einen Gleichstrombetrieb der elektrischen Maschine bei Vorliegen des Defektes, vorzugsweise durch eine Umschaltvorrichtung der Mehrphasenschaltung,
- Abbremsen des Rotors der elektrischen Maschine durch den Gleichstrombetrieb, vorzugsweise durch ein Betriebsmodul der
Antriebsvorrichtung.
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Die elektrische Maschine kann vorzugsweise als Elektromotor und/oder elektromagnetische Bremse ausgestaltet sein. Insbesondere kann es sich bei der elektrischen Maschine um einen Primärantrieb der Antriebsvorrichtung handeln oder die Antriebsvorrichtung kann einen Verbrennungsmotor als Primärantrieb aufweisen. Unter dem Betrieb des Rotors kann ein Antrieb und/oder ein Abbremsen des Rotors verstanden werden. Bei dem Rotor der elektrischen Maschine kann es sich vorzugsweise um einen Innenläufer oder einen Außenläufer handeln. Am Stator können vorzugsweise Spulenwicklungen der zumindest drei Phasen der Mehrphasenschaltungen angeordnet sein, durch welche ein magnetisches Feld erzeugbar ist. Das magnetische Feld der Spulenwicklungen der Phasen kann im Drehstrombetrieb vorzugsweise feldorientiert geregelt werden. Bei Vorliegen eines Defektes bei dem zumindest eine der drei Phasen für den Drehstrombetrieb ausgefallen ist, kann folglich der Drehstrombetrieb insbesondere nicht mehr vollständig aufrechterhalten werden. Bei dem Defekt kann zumindest eine, insbesondere genau eine, der drei Phasen ausgefallen sein. Unter dem Ausfall der Phase kann insbesondere eine Störung des Stromflusses, d.h. beispielsweise eine Reduktion des Stromflusses oder ein vollständiger Ausfall des Stromes in der Phase, insbesondere in einer Spulenwicklung der Phase, verstanden werden. Das Umschalten der Mehrphasenschaltung für den Gleichstrombetrieb kann insbesondere durch eine Umschaltvorrichtung zum Umschalten zwischen dem Drehstrombetrieb und dem Gleichstrombetrieb durchgeführt werden. Unter dem Abbremsen des Rotors der elektrischen Maschine durch den Gleichstrombetrieb kann insbesondere ein elektrisches und/oder elektromagnetisches Abbremsen verstanden werden. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass im Gleichstrombetrieb lediglich das Abbremsen des Rotors und vorzugsweise ein Freilauf des Rotors möglich ist. Im Freilauf kann der Rotor beispielsweise mit 100% Schlupf betrieben werden, bei welchem vorzugsweise eine Drehmomentübertragung zwischen Rotor und Stator nicht stattfindet. Das Überwachen kann das Erfassen eines Betriebsparameters der Antriebsvorrichtung, insbesondere der elektrischen Maschine, wie z.B. eines Drehmomentes, eines Rotationslaufes des Rotors und/oder dergleichen, umfassen. Wird dabei eine Unregelmäßigkeit festgestellt, kann auf das Vorliegen des Defektes geschlossen werden. Das Überwachungsmodul und/oder das Betriebsmodul können Teil einer Kontrolleinheit der Antriebsvorrichtung sein. Die
Kontrolleinheit kann einen Prozessor, insbesondere einen Mikroprozessor, und
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weitere Steuerungs- und/oder Regelungsvorrichtungen umfassen. Die Kontrolleinheit kann ferner z.B. in ein zentrales Steuergerät des Kraftfahrzeuges integriert sein oder als separates Steuergerät der Antriebsvorrichtung ausgebildet sein. Weiterhin ist es denkbar, dass das Überwachungsmodul und/oder das Betriebsmodul separat zur
Kontrolleinheit der Antriebsvorrichtung ausgebildet sind.
Somit kann insbesondere beim Abbremsen des Rotors durch den Gleichstrombetrieb eine Statorfrequenz von Null vorgesehen sein, sodass ein Schlupf zwischen dem Rotor und dem magnetischen Feld des Stators der Rotorgeschwindigkeit entspricht, das heißt insbesondere, dass ein Schlupf von 100% vorliegt. Somit kann durch die elektrische Maschine eine hohe Bremsleistung bereitgestellt werden, wenn ein Defekt vorliegt und deshalb der Drehstrombetrieb beeinträchtigt ist. Dadurch, dass beim Überwachen der Mehrphasenschaltung der Defekt erkannt werden kann, können mit dem Umschalten und dem Abbremsen des Rotors sichere Maßnahmen ergriffen werden, um die Antriebsvorrichtung in einen sicheren Zustand mit
reduzierter Geschwindigkeit, insbesondere zum Stillstand, zu bringen.
Vorzugsweise können weitere Schritte vorgesehen sein, wenn das Vorliegen des Defektes durch das Überwachen der Mehrphasenschaltung festgestellt wird. Insbesondere kann das Umschalten der Mehrphasenschaltung für den Gleichstrombetrieb und/oder das Abbremsen des Rotors durchgeführt werden, wenn eine Bremsanforderung für den Rotor, z.B. durch einen Fahrer oder ein Fahrassistenzsystem eines durch die Antriebsvorrichtung betriebenen Kraftfahrzeugs, vorliegt. Vorzugsweise kann ferner ein Betreiben der elektrischen Maschine mit einem Freilauf des Rotors vorgesehen sein, wenn der Defekt durch das Überwachen der Mehrphasenschaltung festgestellt wird. Bei dem Defekt kann vorzugsweise die Mehrphasenschaltung und/oder die Kontrolleinheit, insbesondere ein DC-Bus, mit einem Energiespeicher der Antriebsvorrichtung verbunden bleiben und auf die Bremsanforderung warten. Der Freilauf kann z.B. dann ausgeführt werden, wenn der Defekt festgestellt wird und der Rotor und/oder das Fahrzeug einer Traktionskraft unterliegt und/oder eine positive Drehmomentanforderung
vorliegt.
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Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass im Gleichstrombetrieb elektrische Energie durch eine Energiespeichereinheit bereitgestellt wird und im Drehstrombetrieb ein Gleichstrom der Energiespeichereinheit durch einen Inverter der Mehrphasenschaltung in einen Drehstrom umgewandelt wird. Die Energiespeichereinheit kann vorzugsweise die elektrische Energie in Form eines Gleichstroms bereitstellen und/oder eine Batterie, insbesondere eine Traktionsbatterie und/oder eine Bordnetzbatterie des Kraftfahrzeugs, umfassen. Somit kann im Gleichstrombetrieb vorzugsweise elektrische Energie durch die gleiche Energiespeichereinheit bereitgestellt werden, die auch im Drehstrombetrieb elektrische Energie, insbesondere für den Inverter und/oder die elektrische Maschine, bereitstellt. Somit ist es nicht notwendig eine zweite, redundante Energiespeichereinheit für den Gleichstrombetrieb vorzusehen. Dadurch kann die Antriebsvorrichtung weniger Bauteile benötigen und/oder
kostengünstiger ausgeführt sein.
Im Rahmen der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass das Verfahren folgenden Schritt umfasst:
- Erkennen, welche der drei Phasen die ausgefallene Phase ist, bei Vorliegen des Defektes, vorzugsweise durch ein Erkennungsmodul der Antriebsvorrichtung.
Dadurch, dass die ausgefallene Phase erkannt werden kann, können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, um beispielsweise innerhalb der Mehrphasenschaltung das Umschalten zu realisieren. Das Erkennungsmodul kann zumindest teilweise einer Kontrolleinheit oder separat zur Kontrolleinheit ausgebildet sein. Dadurch kann in einfacher Art und Weise der richtige Schaltvorgang für das Umschalten der Mehrphasenschaltung für den Gleichstrombetrieb durchgeführt werden, insbesondere in Abhängigkeit davon, welche der drei Phasen die ausgefallene Phase ist. Dies ermöglicht ferner besonders einfache Schaltungsanordnungen, beispielsweise mit einem Schalter, um eine der Phasen,
insbesondere die ausgefallene Phase, zu deaktivieren.
Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass
mit jeder der drei Phasen, insbesondere jeweils, ein Phasenstromsensor,
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vorzugsweise des Erkennungsmoduls, verbunden ist und dass Erkennen der ausgefallenen Phase folgende Schritte umfasst:
- Senden eines elektrischen Impulses an eine der drei Phasen,
vorzugsweise durch einen Pulsgeber des Erkennungsmoduls, - Messen eines Stromparameters an der jeweiligen Phase, vorzugsweise durch den jeweiligen Phasenstromsensor,
wobei die jeweilige Phase als eine der intakten Phasen erkannt wird, wenn der gemessene Stromparameter den elektrischen Impuls aufweist. Unter einer intakten Phase kann folglich eine Phase verstanden werden, die nicht ausgefallen ist und/oder bei der kein Defekt vorliegt. Somit kann durch den elektrischen Impuls beispielsweise ein Teil der Mehrphasenschaltung dahingehend überprüft werden, ob zwischen dem Phasenstromsensor und einem Impulsgeber zum Senden des elektrischen Impulses der Defekt vorliegt. Der Stromparameter kann beispielsweise eine elektrische Stromstärke und/oder eine elektrische Spannung umfassen. Der elektrische Impuls kann eine Erhöhung der Spannung und/oder der Stromstärke, insbesondere ein elektrisches Signal, umfassen. Sofern es sich bei der Phase, an die der elektrische Impuls gesendet wird, um eine intakte Phase handelt, erkennt der Phasenstromsensor durch Messen des Stromparameters den elektrischen Impuls, insbesondere anhand des Stromparameters, sodass die Phase entsprechend als intakte Phase eingeordnet wird. Spiegelt der gemessene Stromparameter den elektrischen Impuls nicht wider, kann folglich auf eine ausgefallene Phase geschlossen werden. Somit ist eine einfache Möglichkeit gegeben auf die ausgefallene Phase zu schließen und Insbesondere dementsprechend die Mehrphasenschaltung anzusteuern, um das Umschalten für den Gleichstrombetrieb
zu realisieren.
Weiterhin ist es bei einem erfindungsgemäßen Verfahren denkbar, dass das Senden des elektrischen Impulses und das Messen des Stromparameters für jede der drei Phasen, insbesondere nacheinander, wiederholt oder gleichzeitig durchgeführt wird, insbesondere bis die ausgefallene Phase identifiziert ist. Ist die ausgefallene Phase identifiziert, kann das Wiederholen des Sendens und des Messens abgebrochen werden, da entsprechend die anderen Phasen als intakte Phasen angenommen werden können. Sollen auch die weiteren Phasen überprüft werden, können das
Senden des elektrischen Impulses und das Messen des Stromparameters auch für
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die weiteren Phasen durchgeführt werden. Weiterhin ist es denkbar, dass das Senden und Messen für alle Phasen gleichzeitig durchgeführt wird. Somit können in einfacher Art und Weise die Phasen auf den Defekt überprüft werden und entsprechend die ausgefallene Phase als solche erkannt werden. Insbesondere ist ferner durch den elektrischen Impuls beziehungsweise den Stromparameter das Erkennen der ausgefallenen Phase zumindest im Wesentlichen unabhängig von einer Defektart, da beispielsweise sowohl ein Defekt in einem Inverter der Mehrphasenschaltung als auch ein Defekt in der Wicklung zu einem Erkennen der ausgefallen Phase, insbesondere anhand einer Unterbrechung oder Beeinträchtigung des Stromflusses an der ausgefallenen Phase, führen kann. Dies kann insbesondere von der Position des Pulsgebers und/oder des
Phasenstromsensors abhängig sein.
Im Rahmen der Erfindung ist es ferner denkbar, dass das Verfahren folgenden Schritt umfasst:
- Überwachen eines Betriebsparameters der elektrischen Maschine zum Erkennen einer Überhitzung beim Abbremsen des Rotors, vorzugsweise durch ein Betriebsüberwachungsmodul der Antriebsvorrichtung,
wobei bei Erkennen der Überhitzung eine mechanische Bremsvorrichtung aktiviert wird. Vorzugsweise kann die Antriebsvorrichtung Teil eines Kraftfahrzeugs sein und eine Bremsvorrichtung zum Abbremsen eines Rades des Kraftfahrzeuges umfassen. Je nach Drehmoment und/oder abzubremsender Geschwindigkeit des Rotors der elektrischen Maschine können beim Abbremsen hohe Ströme entstehen, die an der elektrischen Maschine als thermische Energie dispergieren. Weitere Einflussfaktoren können die Umgebungstemperatur und/oder ein magnetischer Fluss am Rotor und/oder Stator sein. Die mechanische Bremsvorrichtung kann in diesem Fall das benötigte Bremsdrehmoment der elektrischen Maschine entlasten, sodass die erhöhte Temperatur wieder reduziert wird oder zumindest nicht weiter erhöht wird. Somit kann die Sicherheit der Antriebsvorrichtung dadurch weiter gesteigert sein.
Insbesondere können dadurch Folgedefekte der Überhitzung vermieden werden.
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Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass das Verfahren folgenden Schritt umfasst:
- Identifizieren einer Defektart des Defektes, insbesondere durch ein
Identifikationsmodul der Antriebsvorrichtung,
wobei das Umschalten der Mehrphasenschaltung für den Gleichstrombetrieb der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von der identifizierten Defektart durchgeführt wird. So können durch die Umschaltvorrichtung beispielsweise mehrere Möglichkeiten vorgesehen sein, auf die Defektart zu reagieren. Insbesondere kann die Defektart den Ort des Defektes, vorzugsweise innerhalb der Mehrphasenschaltung, umfassen. Dadurch ist es beispielsweise möglich nicht bloß pauschal auf den Defekt zu reagieren, sondern abgestimmt auf die Defektart Maßnahmen zu ergreifen. Das Identifikationsmodul kann zumindest teilweise einer Kontrolleinheit oder separat zur Kontrolleinheit ausgebildet sein.
Vorzugsweise kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass beim Identifizieren der Defektart des Defektes zumindest eine der folgenden möglichen Defektarten überprüft wird:
- Fehlerhafter Inverter der Mehrphasenschaltung,
- Fehlerhafte Phase. Beim fehlerhaften Inverter kann der Defekt beispielsweise in einer Schalteinheit, insbesondere in einem Halbleiterbauteil, liegen. Bei der fehlerhaften Phase kann beispielsweise eine Spulenwicklung fehlerhaft oder zerstört sein oder eine Verbindungsleitung zum Inverter. Je nach Defektart kann entsprechend eine Maßnahme zum Umschalten für den Gleichstrombetrieb ergriffen werden. Dazu kann das Identifikationsmodul z.B. ein Diagnosemodul aufweisen, durch welches einzelne Schalteinheiten, insbesondere einzelne Halbleiterelemente, eines Inverters und/oder die Spulenwicklungen der Phasen überwacht werden.
Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren das Umschalten der Mehrphasenschaltung für den Gleichstrombetrieb der elektrischen Maschine ein Schalten eines Gleichstroms auf zwei der drei Phasen umfassen. Dabei können vorzugsweise die zwei intakten Phasen verwendet werden oder, insbesondere je nach Defekt, eine intakte Phase und die ausgefallene Phase. Somit ist es
beispielsweise nicht notwendig zusätzliche, redundante Phasen für den
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Gleichstrombetrieb vorzusehen, sondern die vorhandenen Phasen können hierzu genutzt werden. Dies führt zu einer Ressourceneffizienz des Verfahrens und insbesondere einer erhöhten Sicherheit, da beispielsweise die weiteren Phasen auf einen weiteren Defekt überprüft werden können, insbesondere vor dem Umschalten
für den Gleichstrombetrieb.
Im Rahmen der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass das Schalten des Gleichstroms auf die zwei der drei Phasen zumindest einen der folgenden Schritte umfasst: - Überbrücken einer Phase und/oder einer Schalteinheit eines Inverters der Mehrphasenschaltung für eine Phase, - Deaktivieren einer Phase und/oder einer Schalteinheit eines Inverters der Mehrphasenschaltung für eine Phase durch Öffnen eines Schalters, - Kurzschließen zweier Phasen, insbesondere durch einen Phase-zu-PhaseKurzschluss und/oder durch einen Leiter-zu-Leiter-Kurzschluss, - Erden einer Phase durch direkte oder indirekte Erdung. Unter der direkten Erdung kann verstanden werden, dass die Phase selbst geerdet wird. Unter der indirekten Erdung kann verstanden werden, dass die Erdung der Mehrphasenschaltung, insbesondere im Inverter, vorgesehen wird. Somit können einfache Maßnahmen vorgesehen werden, um in Abhängigkeit einer Defektart und/oder eines Erkennens, welche der Phasen ausgefallen ist, den Gleichstrombetrieb der elektrischen Maschine zu erzielen. Bei der Schalteinheit des Inverters kann es sich beispielsweise um ein Halbleiterbauteil handeln. Die Phase kann insbesondere dadurch überbrückt werden, dass eine Spulenwicklung der Phasen am Stator überbrückt wird. Das Deaktivieren einer Phase und/oder einer Schalteinheit durch Öffnen eines Schalters kann ferner ein Trennen der jeweiligen Leitung umfassen. Beim Phase-zu-Phase-Kurzschluss können vorzugsweise zwei Spulenwicklungen gekreuzt, beim Leiter-zu-Leiter-Kurzschluss linear kurgeschlossen werden. Eine Erdung kann vorzugsweise durch einen Kurzschluss mit einem
Massepotential und/oder einem Pol einer Energiespeichereinheit erzielt werden. Weiterhin kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass beim Schalten des Gleichstroms eine Gleichspannung an die beiden intakten Phasen angelegt wird,
wenn der Defekt eine Defektart in Form einer fehlerhaften Phase umfasst. Zusätzlich
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oder alternativ kann eine Gleichspannung an eine intakte und die ausgefallene Phase angelegt werden, wenn der Defekt eine Defektart in Form eines fehlerhaften Inverters der Mehrphasenschaltung umfasst. Somit kann in einfacher Art und Weise in Abhängigkeit von der Defektart eine entsprechende Schaltung für den Gleichstrombetrieb gewählt werden, um effizient ein Abbremsen zu ermöglichen. Die Schaltung kann dabei durch eine Kontrolleinheit ausgewählt werden, insbesondere
nachdem die Defektart erkannt worden ist.
Im Rahmen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine im Drehstrombetrieb als Synchronmaschine, insbesondere als Hysteresemaschine, betrieben wird. Somit kann beim Abbremsen durch den Gleichstrombetrieb eine besonders hohe Bremskraft erreicht werden. Zusätzlich oder alternativ ist es denkbar, dass die elektrische Maschine im Drehstrombetrieb als Synchronmaschine betrieben wird. Insbesondere erfolgt das Betreiben der elektrischen Maschine als Synchronmaschine und/oder als Synchronmaschine während des Überwachens der Mehrphasenschaltung. Im Gleichstrombetrieb kann die elektrische Maschine folglich
mit 100 % Schlupf betrieben werden.
Vorzugsweise kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Schritte des Überwachens der Mehrphasenschaltung auf einen Defekt, des Umschaltens der Mehrphasenschaltung für einen Gleichstrombetrieb und/oder des Abbremsens eines Rotors für zumindest zwei elektrische Maschinen gleichzeitig durchgeführt werden, wobei die Mehrphasenschaltung zumindest drei Phasen für jede der elektrischen Maschinen aufweist. Somit kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Mehrphasenschaltung, insbesondere mit zwei Invertern, mit einer Energiespeichereinheit und/oder mit einer Kontrolleinheit für zumindest zwei elektrische Maschinen verwendet wird. Somit kann eine Antriebsvorrichtung entsprechend eine geringere Bauteilanzahl und/oder geringere Kosten erfordern. Darüber hinaus kann vorzugsweise das Abbremsen der Rotoren bei einem Defekt einer der zumindest zwei elektrischen Maschinen gleichzeitig durchgeführt werden, sodass beispielsweise ein Kraftfahrzeug, bei welchem das Verfahren durchgeführt wird, gleichmäßig abbremsen kann. Dies kann sich folglich positiv auf die
Fahrstabilität auswirken.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, beansprucht. Dabei weist die Antriebsvorrichtung eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor und eine Mehrphasenschaltung mit zumindest drei Phasen für den Stator der elektrischen Maschine auf. In einem Drehstrombetrieb der elektrischen Maschine ist der Rotor über die Phasen betreibbar. Weiterhin weist die Antriebsvorrichtung eine Kontrolleinheit mit einem Überwachungsmodul zum Überwachen der Mehrphasenschaltung auf einen Defekt, bei welchem eine der drei Phasen für den Drehstrombetrieb ausgefallen ist, auf. Ferner weist die Mehrphasenschaltung eine Umschaltvorrichtung zum Umschalten auf einen Gleichstrombetrieb der elektrischen Maschine, in welchem der Rotor der elektrischen Maschine bei Vorliegen des
Defektes abbremsbar ist, auf.
Unter der Betreibbarkeit des Rotors kann insbesondere ein Antreiben und/oder Abbremsen des Rotors verstanden werden. Insbesondere können der Stator und der Rotor über die drei Phasen im Drehstrombetrieb in Wirkverbindung stehen. Somit kann durch die Umschaltvorrichtung somit vom Drehstrombetrieb in den Gleichstrombetrieb und insbesondere umgekehrt umschaltbar sein. Vorzugsweise kann das Überwachungsmodul der Kontrolleinheit die Umschaltvorrichtung ansteuern, das heißt insbesondere steuern und/oder regeln. Weiterhin kann die Kontrolleinheit ein Betriebsmodul zum Ausführen des Abbremsens der elektrischen Maschine bei Vorliegen des Defektes aufweisen. Somit bringt eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden
sind.
Vorzugsweise kann eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung eine Energiespeichereinheit zur Bereitstellung von elektrischer Energie für den Gleichstrombetrieb und die Mehrphasenschaltung einen Inverter zum Umwandeln eines Gleichstroms der Energiespeichereinheit für den Drehstrombetrieb aufweisen. Somit kann die gleiche Energiespeichereinheit für den Drehstrombetrieb und den Gleichstrombetrieb genutzt werden. Insbesondere wird der Gleichstrombetrieb durch die Energiespeichereinheit gespeist. Die Energiespeichereinheit kann vorzugsweise
eine Batterie, Insbesondere eine Traktionsbatterie und/oder eine Bordnetzbatterie
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des Kraftfahrzeugs, umfassen. Insbesondere ist es durch die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung ermöglicht, einen Defekt bei zumindest einer der drei Phasen festzustellen und eine Reaktion des Systems bereitzustellen, bei welcher auf einen Gleichstrombetrieb umgestellt wird. Dadurch kann ein Abbremsen der elektrischen Maschine ermöglicht sein, um die Antriebsvorrichtung, insbesondere das Kraftfahrzeug, in einen sicheren Zustand bei reduzierter Geschwindigkeit und/oder
bei Stillstand zu führen.
Vorzugsweise kann bei einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung die elektrische Maschine im Drehstrombetrieb als eine Synchronmaschine, insbesondere als Hysteresemaschine, betreibbar sein. Somit kann die elektrische Maschine insbesondere als Synchronmaschine und/oder Hysteresemaschine ausgebildet sein. Dadurch können hohe Bremsmomente mittels der elektrischen Maschine erzeugt werden, sodass zum Beispiel beim Auftreten des Defektes auch eine elektrische Notbremsung durch die elektrische Maschine durchgeführt werden kann. Dadurch ist es nicht notwendig auf eine mechanische Bremse zurückzugreifen, sodass eine solche entlastet werden kann oder sogar auf eine Bremse verzichtet werden kann. Weiterhin ist es denkbar, dass die elektrische Maschine als Synchronmaschine,
insbesondere im Drehstrombetrieb, betreibbar sein kann.
Weiterhin kann bei einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung vorgesehen sein, dass die Kontrolleinheit ein Erkennungsmodul zum Erkennen, welche der drei Phasen die ausgefallene Phase ist, aufweist. Vorzugsweise kann dabei das Erkennungsmodul einen Pulsgeber und einen Phasenstromsensor zum Empfangen eines elektrischen Impulses des Pulsgebers umfassen. Das Erkennungsmodul kann insbesondere zum Erkennen der ausgefallenen Phase bei Vorliegen des Defektes ausgebildet sein. Der Pulsgeber kann vorzugsweise zum Aussenden des elektrischen Impulses als Stromspitze, Spannungsspitze und/oder als Signal ausgebildet sein. Durch den Phasenstromsensor kann ferner ein Stromparameter erkennbar sein, in welchem sich der elektrische Impuls widerspiegelt bzw. widerspiegeln kann. Dazu kann der Phasenstromsensor ein Voltmeter, ein Amperemeter und/oder dergleichen umfassen. Somit kann auf einfach Art und Weise
ein Fehler erkannt bzw. lokalisiert werden.
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Weiterhin kann bei einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung vorgesehen sein, dass die Kontrolleinheit ein Identifikationsmodul zum Identifizieren einer Defektart des Defektes aufweist, insbesondere wobei als Defektart ein fehlerhafter Inverter der Mehrphasenschaltung und/oder eine fehlerhafte Phase identifizierbar ist. Somit kann insbesondere vor dem Umschalten durch die Umschaltvorrichtung festgestellt werden, welche Defektart vorliegt und dementsprechend die Umschaltvorrichtung angesteuert werden. Insbesondere kann anschließend das Erkennungsmodul zum Erkennen, welche der drei Phasen die ausgefallene Phase ist, aktiviert werden.
Weiterhin ist es bei einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung denkbar, dass zumindest zwei elektrische Maschinen vorgesehen sind, wobei die Mehrphasenschaltung zumindest drei Phasen je elektrischer Maschine und eine Umschaltvorrichtung je elektrischer Maschine aufweist, und/oder wobei die Mehrphasenschaltung zumindest einen Inverter je elektrischer Maschine aufweist. Somit können insbesondere durch die Mehrphasenschaltung zwei elektrische Maschinen gleichzeitig schaltungstechnisch angesteuert werden und insbesondere durch das Überwachungsmodul der Kontrolleinheit kann für beide elektrische Maschinen das Überwachen der Mehrphasenschaltung durchgeführt werden. Somit ist es beispielsweise nicht notwendig für jede der elektrischen Maschinen separat eine Kontrolleinheit und/oder ein Überwachungsmodul bereitzustellen. Dadurch kann der Aufbau der Antriebsvorrichtung vereinfacht und insbesondere kostengünstig ausgebildet sein.
Vorzugsweise kann bei einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung die Kontrolleinheit, insbesondere das Überwachungsmodul und/oder ein Betriebsmodul der Kontrolleinheit, und/oder die Umschaltvorrichtung dazu ausgebildet sein ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Somit können die unterschiedlichen Verfahrensschritte in die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung implementiert sein, sodass die Antriebsvorrichtung eine erhöhte Sicherheit aufweist. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Antriebsvorrichtung eine mechanische Bremsvorrichtung umfasst, durch welche zumindest ein Rad des Kraftfahrzeuges mechanisch abgebremst werden kann. Dadurch kann die elektrische Maschine z.B. beim Auftreten von hohen Strömen durch ein Bremsmanöver mechanisch entlastet
werden. So ist es denkbar, dass die Kontrolleinheit ein Betriebsüberwachungsmodul
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zum Überwachen eines Betriebsparameters der elektrischen Maschine und zum Erkennen einer Überhitzung beim Abbremsen des Rotors aufweist. Wird eine Überhitzung erkannt, kann die mechanische Bremsvorrichtung durch das
Betriebsüberwachungsmodul aktivierbar sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung zum Betrieb zumindest eines Rades des Kraftfahrzeugs beansprucht. Der Betrieb des Rades kann ein Antreiben und/oder Abbremsen umfassen. Insbesondere kann die Antriebsvorrichtung somit zum Antreiben und/oder Abbremsen des Rades ausgebildet sein. Somit bringt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug die gleichen Vorteile mit sich, wie sie bereits ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung und/oder ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind. Vorzugsweise kann das Kraftfahrzeug zumindest zwei Räder aufweisen, die durch elektrische Maschinen der
Antriebsvorrichtung angetrieben oder abgebremst werden können.
Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in
irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen jeweils schematisch:
Figur 1 Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem
ersten Ausführungsbeispiel, Figur 2 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen
Antriebsvorrichtung zum Ausführen des Verfahrens des ersten Ausführungsbeispiels,
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15 Figur 3 eine elektrische Maschine der Antriebsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels, Figur 4 eine Mehrphasenschaltung der Antriebsvorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels, Figur 5 einen exemplarischen Verlauf eines Betriebsparameters beim
Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens des ersten
Ausführungsbeispiels,
Figur 6 ein Erkennungsmodul der Antriebsvorrichtung des ersten
Ausführungsbeispiels,
Figuren 7-11 Mehrphasenschaltungen mit Umschaltvorrichtungen in weiteren
Ausführungsbeispielen.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1-11 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 100 ist dabei zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 10 ausgestaltet. Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 mit der Antriebsvorrichtung 10 in schematischer Darstellung. Dabei weist die Antriebsvorrichtung 10 zumindest eine elektrische Maschine 11 auf. Gemäß Figur 3 umfasst die elektrische Maschine 11 zumindest einen Stator 11.1 und eine Rotor 11.2 für einen Drehstrombetrieb I. Weiterhin umfasst die Antriebsvorrichtung 10 eine Mehrphasenschaltung 20, die zumindest drei Phasen 21 des Stators 11.1 für einen Antrieb des Rotors 11.2 im Drehstrombetrieb | aufweist. Im Drehstrombetrieb | werden dabei die Phasen 21 mittels eines Drehstroms insbesondere phasenverschoben angesteuert, sodass über Spulenwicklungen 21.1 der Phasen 21 ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird, wodurch sich der Rotor 11.2 bewegt. Um beim Vorliegen eines Defektes eine
entsprechende Reaktion bereitzustellen, umfasst das Verfahren 100 ein Überwachen
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101 der Mehrhasenschaltung 20 auf einen Defekt, bei welchem zumindest eine der
drei Phasen 21 für den Drehstrombetrieb | ausgefallen ist.
Weiterhin kann ein Erkennen 102 bei Vorliegen des Defektes vorgesehen sein, wobei festgestellt wird, welche der drei Phasen 21 die ausgefallene Phase 21 ist. Dazu kann vorzugsweise ein Senden 102.1 eines elektrischen Impulses 200 an eine der drei Phasen 21 und ein Messen 102.2 eines Stromparameters 201 an der jeweiligen Phase 21 vorgesehen sein. Figur 6 zeigt dazu ein Erkennungsmodul 13 einer Kontrolleinheit 12 der Antriebsvorrichtung 10, bei welcher ein Pulsgeber 13.1 vorgesehen ist, durch den der elektrische Impuls 200 an eine der drei Phasen 21 sendbar ist und zumindest ein Phasenstromsensor 22, der in Bezug auf den elektrischen Impuls 200 hinter der Phase 21 angeordnet ist. Durch den Phasenstromsensor 22 ist der elektrische Impuls 200 vorzugsweise anhand eines Stromparameters 201 erkennbar. Insbesondere kann der Stromparameter 201 eine elektrische Spannung, eine Stromstärke und/oder dergleichen umfassen. Wird nun der elektrische Impuls 200 durch den Phasenstromsensor 22 lediglich mit geringerer Stärke oder gar nicht registriert, kann darauf geschlossen werden, dass die zwischen dem Phasenstromsensor 22 und dem Pulsgeber 13.1 liegende Phase 21 die ausgefallene Phase ist. Insbesondere können das Senden 102.1 des elektrischen Impulses 200 und das Messen 102.2 des Stromparameters 200 für jede der drei Phasen 21, insbesondere nacheinander oder gleichzeitig, wiederholt werden, insbesondere bis die ausgefallene Phase 21 erkannt ist.
Weiterhin kann vorzugsweise ein Identifizieren 103 einer Defektart des Defektes vorgesehen sein. Mögliche Defektarten können insbesondere ein fehlerhafter Inverter 23 der Mehrphasenschaltung 20 und/oder eine fehlerhafte Phase 21 sein. Der Inverter 23 kann insbesondere auch als Umrichter bezeichnet werden. Für den Betrieb der elektrischen Maschine 11 im Drehstrombetrieb I kann der Inverter 23 der Mehrphasenschaltung 20 vorzugsweise, wie in Figur 4 dargestellt, Schalteinheiten 23.1 und/oder zumindest einen Kondensator 23.2 aufweisen, um Im Drehstrombetrieb | aus einem Gleichstrom einer Energiespeichereinheit 4 der Antriebsvorrichtung 10 einen Drehstrom zu erzeugen. Die Energiespeichereinheit 4 kann eine Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs 1, insbesondere eine
Traktionsbatterie und/oder Bordnetzbatterie, umfassen. Insbesondere kann durch
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den Inverter 23 die phasenverschobene Steuerung des elektromagnetischen Feldes an den Spulenwicklungen 21.1 der Phasen 21 durchgeführt werden. Das Erkennen 102 der ausgefallenen Phase 21 und/oder das Identifizieren 103 der Defektart können zusätzlich zu einem Überwachen 101 der Mehrphasenschaltung 20 vorgesehen sein oder das Überwachen 101 der Mehrphasenschaltung 20 kann das Erkennen 102 der ausgefallenen Phase 21 und/oder das Identifizieren 103 der
Defektart umfassen.
Insbesondere in Abhängigkeit von der identifizierten Defektart wird anschließend ein Umschalten 104 der Mehrphasenschaltung 20 für einen Gleichstrombetrieb II der elektrischen Maschine 11 bei Vorliegen des Defektes durchgeführt. Insbesondere kann eine Umschaltvorrichtung 24 der Mehrphasenschaltung 20 zum Umschalten 104 der Mehrphasenschaltung 20 vom Drehstrombetrieb | in den Gleichstrombetrieb Il angesteuert werden. Dabei kann insbesondere ein Schalten 104.1 eines Gleichstroms auf zwei der drei Phasen 21 im Gleichstrombetrieb Il erfolgen. Vorzugsweise wird dabei eine Gleichspannung an die beiden intakten Phasen 21 angelegt, wenn der Defekt eine Defektart in Form einer fehlerhaften Phase 21 umfasst, und/oder eine Gleichspannung wird an eine intakte und an die ausgefallene Phase 21 angelegt, wenn der Defekt eine Defektart in Form eines fehlerhaften Inverters 23 der Mehrphasenschaltung 20 umfasst. Durch den Gleichstrombetrieb II erfolgt schließlich ein elektrisches Abbremsen 105 des Rotors 11.2 der elektrischen Maschine 11. Vorzugsweise kann die elektrische Maschine 11 im Drehstrombetrieb I als Synchronmaschine, insbesondere als Hysteresemaschine, betrieben werden. Dadurch ergeben sich beim Abbremsen 105 des Rotors 11.2 hohe erreichbare Bremsmomente, sodass ein sicherer Stillstand des Kraftfahrzeugs 1 erzielt werden kann. Insbesondere kann das Verfahren 100 durch eine Kontrollvorrichtung 12 zumindest teilweise durchgeführt werden, wobei die Kontrolleinheit 12 ein Erkennungsmodul 13 zum Erkennen 102 der ausgefallenen Phase 21 aufweist, ein Identifikationsmodul 14 zum Identifizieren 103 der möglichen Defektart, ein Überwachungsmodul 15 zum Überwachen 101 der Mehrphasenschaltung 20 auf den Defekt und ein Betriebsmodul 16 zum Abbremsen 105 des Rotors 11.2 durch den
Gleichstrombetrieb II.
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Für den Fall einer Überhitzung beim Abbremsen 105 des Rotors 11.2, bei welchem hohe Ströme und/oder magnetische Flüsse entstehen können, sodass sich die elektrische Maschine 11 erwärmt, kann insbesondere während der Schritte 101-105 des Verfahrens 100 ein Überwachen 106 eines Betriebsparameter 202 der elektrischen Maschine 11 durch ein Betriebsüberwachungsmodul 17 der Antriebsvorrichtung 10, insbesondere der Kontrolleinheit 12, durchgeführt werden. Dazu ist exemplarisch in Figur 5 ein Verlauf eines Betriebsparameters 202 in Form einer Temperatur T gegenüber einer Zeit t dargestellt. So kann der Betriebsparameter 202 beispielsweise eine Temperatur des Rotors 11.2 und/oder des Stators 11.1 umfassen, wobei, wenn der Betriebsparameter 202 einen kritischen Betriebsparameter 202.1, der vorzugsweise vorgegeben ist, erreicht, kann dies als Überhitzung gewertet werden. Die Antriebsvorrichtung 10 kann ferner eine mechanische Bremsvorrichtung 3 aufweisen, welche bei Erkennen der Überhitzung aktiviert wird, sodass das elektrische Abbremsen 105 der elektrischen Maschine 11
entlastet wird, insbesondere in Bezug auf das erforderliche Bremsmoment.
Vorzugsweise kann die Antriebsvorrichtung 10 zumindest zwei elektrische Maschinen 11 aufweisen und die Mehrphasenschaltung 20 zumindest drei Phasen 21 Je elektrische Maschine 11 und/oder zumindest einen Inverter je elektrischer Maschine 11. Dadurch können beispielsweise zwei Räder 2 des Kraftfahrzeugs 1 gleichzeitig durch die Antriebsvorrichtung 10 angetrieben werden bzw. abgebremst
werden.
Die Umschaltvorrichtung 24 des ersten Ausführungsbeispiels kann vorzugsweise gemäß einem der Ausführungsbeispiele der Figuren 7 bis 11 zum Schalten 104.1 des Gleichstroms auf die zwei der drei Phasen 21 ausgebildet sein. Die Figuren 7 bis 11 zeigen eine Mehrphasenschaltung 20 mit einem Inverter 23 und zumindest drei Phasen 21, die jeweils eine Spulenwicklung 21.1 aufweisen. Ferner ist die Mehrphasenschaltung 20 mit einer Energiespeichereinheit 4, insbesondere in Form einer Fahrzeugbatterie eines Kraftfahrzeugs 1, verbunden. Zum Schalten 104.1 des Gleichstroms für den Gleichstrombetrieb Il kann die Umschaltvorrichtung 24 verschiedenartig ausgebildet sein. Dazu sind in den Figuren 7 bis 11 verschiedene Ausführungsbeispiele der Umschaltvorrichtung 24 jeweils exemplarisch für eine der
Phasen 21 dargestellt. Diese können selbstverständlich jeweils für sämtliche Phasen
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21 der Mehrphasenschaltung 20 wie dargestellt schaltbar sein, so dass in Abhängigkeit von dem Defekt jeweils zwei insbesondere bestimmte Phasen 21 für im Gleichstrombetrieb Il genutzt werden können. Die dargestellten Kurzschlüsse 24.2 können insbesondere durch Umlegen eines Schalters oder dergleichen herstellbar
sein.
Gemäß Figur 7 wird durch die Umschaltvorrichtung 24 ein Kurzschluss 24.2 zum Überbrücken 104.2 einer Phase 21 erzeugt. Betrifft die Defektart einen fehlerhaften Inverter 23, kann beispielsweise auch eine Schalteinheit 23.1 des Inverters 23 durch
den Kurzschluss 24.2 überbrückt werden.
Figur 8 zeigt ein Deaktivieren 104.3 einer Phase 21 und/oder einer Schalteinheit 23.1 des Inverters 23 der Mehrphasenschaltung 20 für eine Phase 21 durch die Umschaltvorrichtung 24. Dabei wird zumindest ein Schalter 24.1 der Umschaltvorrichtung 24 geöffnet, sodass ein Stromfluss vom Inverter 23 und/oder
von der Gleichspannungsquelle 4 für die jeweilige Phase 21 unterbrochen ist.
Figur 9 und Figur 10 zeigen jeweils ein Kurzschließen 104.4 zweier Phasen 21. Gemäß Figur 9 wird dabei eine Phase-zu-Phase-Kurschluss 203 durch einen gekreuzten Kurschluss 24.2 erzielt. Figur 10 zeigt einen Leiter-zu-Leiter-Kurzschluss
204 durch einen linearen Kurzschluss 24.2 zwischen zwei Phasen 21.
Figur 11 zeigt ein Erden 104.5 einer Phase 21 durch direkte oder indirekte Erdung 205, wobei beispielsweise eine Schalteinheit 23.1 des Inverters 23 und/oder die Phase 21 mit einem Massepotential der Gleichspannungsquelle 4 kurzgeschlossen
werden kann.
Somit werden einfache Möglichkeiten gezeigt, bestimmte Phasen 21 innerhalb der Mehrphasenschaltung 20 durch die Umschaltvorrichtung 24 auf den
Gleichstrombetrieb Il umzustellen. Insbesondere können die in den Figuren 7 bis 11 dargestellten Ersatzschaltbilder ferner zusätzlich oder alternativ auch mögliche Defekte und/oder Defektarten
wiedergeben. So kann der Defekt beispielsweise eine Überbrückung 104.2 einer
20 Phase 21, insbesondere durch einen Kurzschluss 24.2, eine Deaktivierung 104.3
einer Phase 21 durch eine Unterbrechung einer Leitung, einen Kurzschluss 104.4 zweier Phasen 21 oder eine insbesondere fehlerhafte Erdung 104.5 umfassen.
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.
Bezugszeichenliste
1 Kraftfahrzeug
2 Rad 3 mechanische Bremsvorrichtung 4 Energiespeichereinheit
10 Antriebsvorrichtung 11 elektrische Maschine 11.1 Stator
11.2 Rotor
12 Kontrolleinheit
13 Erkennungsmodul 13.1 Pulsgeber
14 Identifikationsmodul 15 Überwachungsmodul 16 Betriebsmodul
17 Betriebsüberwachungsmodul
20 Mehrphasenschaltung 21 Phase
21.1 Spulenwicklung
22 Phasenstromsensor 23 Inverter
23.1 Schalteinheit
23.2 Kondensator
24 Umschaltvorrichtung 24.1 Schalter
24.2 Kurzschluss
100 Verfahren 101 Überwachen von 20
102 Erkennen von 21
102.1 Senden von 200
102.2 Messen von 201
103 Identifizieren einer Defektart 104 Umschalten von 20 für II 104.1 Schalten von Gleichstrom 104.2 Überbrücken von 21 oder 23.1 104.3 Kurzschließen zweier 21 104.4 Erden von 21
105 Abbremsen von 11
106 Überwachen von 202
200 elektrischer Impuls
201 Stromparameter
202 Betriebsparameter
202.1 kritischer Grenzwert
203 Phase-zu-Phase-Kurzschluss 204 Leiter-zu-Leiter-Kurzschluss 205 Erdung
| Drehstrombetrieb
Il Gleichstrombetrieb
T Temperatur t Zeit

Claims (21)

Patentansprüche
1. Verfahren (100) zum Betreiben einer Antriebsvorrichtung (10) mit einer elektrischen Maschine (11), die zumindest einen Stator (11.1) und einen Rotor (11.2) für einen Drehstrombetrieb (I) der elektrischen Maschine (11) aufweist, und einer Mehrphasenschaltung (20), die zumindest drei Phasen (21) des Stators (11.1) für einen Betrieb des Rotors (11.2) im Drehstrombetrieb (I) aufweist, umfassend die folgenden Schritte:
- Überwachen (101) der Mehrphasenschaltung (20) auf einen Defekt, bei welchem zumindest eine der drei Phasen (21) für den Drehstrombetrieb (I) ausgefallen ist,
- Umschalten (104) der Mehrphasenschaltung (20) für einen Gleichstrombetrieb (Il) der elektrischen Maschine (11) bei Vorliegen des Defektes,
- Abbremsen (105) des Rotors (11.2) der elektrischen Maschine (11) durch
den Gleichstrombetrieb (Il).
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass im Gleichstrombetrieb (Il) elektrische Energie durch eine Energiespeichereinheit (4) bereitgestellt wird und im Drehstrombetrieb (Il) ein Gleichstrom der Energiespeichereinheit (4) durch einen Inverter (23) der Mehrphasenschaltung (20) in einen Drehstrom umgewandelt wird.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) folgenden Schritt umfasst: - Erkennen (102), welche der drei Phasen (21) die ausgefallene Phase (21)
ist, bei Vorliegen des Defektes.
4. Verfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit jeder der drei Phasen (21) ein Phasenstromsensor (22) verbunden ist und
das Erkennen (102) der ausgefallenen Phase (21) folgende Schritte umfasst:
- Senden (102.1) eines elektrischen Impulses (200) an eine der drei Phasen (21),
- Messen (102.2) eines Stromparameters (201) an der jeweiligen Phase (21),
wobei die jeweilige Phase (21) als eine der intakten Phasen (21) erkannt wird,
wenn der gemessene Stromparameter (201) den elektrischen Impuls (200)
aufweist.
5. Verfahren (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Senden (102.1) des elektrischen Impulses (200) und das Messen (102.2) des Stromparameters (201) für jede der drei Phasen (21), insbesondere nacheinander, wiederholt wird, bis die ausgefallene Phase (21) erkannt ist.
6. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) folgenden Schritt umfasst: - Überwachen (106) eines Betriebsparameters (202) der elektrischen
Maschine (11) zum Erkennen einer Überhitzung beim Abbremsen (105) des Rotors (11.2),
wobei bei Erkennen der Überhitzung eine mechanische Bremsvorrichtung (3)
aktiviert wird.
7. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren (100) folgenden Schritt umfasst: - Identifizieren (103) einer Defektart des Defektes, wobei das Umschalten (104) der Mehrphasenschaltung (20) für den Gleichstrombetrieb (Il) der elektrischen Maschine (11) in Abhängigkeit von der
identifizierten Defektart durchgeführt wird.
8. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Identifizieren (103) der Defektart des Defektes zumindest eine der folgenden möglichen Defektarten überprüft wird: - fehlerhafter Inverter (23) der Mehrphasenschaltung (20), - fehlerhafte Phase (21).
9. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschalten (104) der Mehrphasenschaltung (20) für den Gleichstrombetrieb (Il) der elektrischen Maschine (11) ein Schalten (104.1)
eines Gleichstroms auf zwei der drei Phasen (21) umfasst.
10. Verfahren (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schalten (104.1) des Gleichstroms auf die zwei der drei Phasen (21) zumindest einen der folgenden Schritte umfasst:
- Überbrücken (104.2) einer Phase (21) und/oder einer Schalteinheit (23.1) eines Inverters (23) der Mehrphasenschaltung (20) für eine Phase (21),
- Deaktivieren (104.3) einer Phase (21) und/oder einer Schalteinheit (23.1) eines Inverters (23) der Mehrphasenschaltung (20) für eine Phase (21) durch Öffnen eines Schalters (24.1),
- Kurzschließen (104.4) zweier Phasen (21), insbesondere durch einen Phase-zu-Phase-Kurzschluss (203) und/oder durch einen Leiter-zu-LeiterKurzschluss (204),
- Erden (104.5) einer Phase (21) durch direkte oder indirekte Erdung (205).
11. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass beim Schalten (104.1) des Gleichstroms eine Gleichspannung an die beiden intakten Phasen (21) angelegt wird, wenn der Defekt eine Defektart in Form einer fehlerhaften Phase (21) umfasst, und/oder eine Gleichspannung an eine
intakte und die ausgefallene Phase (21) angelegt wird, wenn der Defekt eine
Defektart in Form eines fehlerhaften Inverters (23) der Mehrphasenschaltung (20) umfasst.
12. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (11) im Drehstrombetrieb (I) als Synchronmaschine,
insbesondere als Hysteresemaschine, betrieben wird.
13. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Überwachens (101) der Mehrphasenschaltung (20) auf einen Defekt, des Umschaltens (104) der Mehrphasenschaltung (20) für einen Gleichstrombetrieb (Il) und/oder des Abbremsens (105) eines Rotors (11.2) für zumindest zwei elektrische Maschinen (11) gleichzeitig durchgeführt werden, wobei die Mehrphasenschaltung (20) zumindest drei Phasen (21) für jede der
elektrischen Maschinen (11) aufweist.
14. Antriebsvorrichtung (10), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (1), aufweisend eine elektrische Maschine (11) mit einem Stator (11.1) und einem Rotor (11.2) und eine Mehrphasenschaltung (20) mit zumindest drei Phasen (21) für den Stator (11.1), wobei in einem Drehstrombetrieb (I) der elektrischen Maschine (11) der Rotor (11.2) über die Phasen (21) betreibbar ist, eine Kontrolleinheit (12) mit einem Überwachungsmodul (15) zum Überwachen der Mehrphasenschaltung (20) auf einen Defekt, bei welchem eine der drei Phasen (21), für den Drehstrombetrieb (I) ausgefallen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrphasenschaltung (20) eine Umschaltvorrichtung (24) zum Umschalten auf einen Gleichstrombetrieb (Il) der elektrischen Maschine (11), in welchem der Rotor (11.2) der elektrischen Maschine (11) bei Vorliegen des Defektes abbremsbar ist, aufweist.
15. Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energiespeichereinheit (4) zur Bereitstellung von elektrischer Energie für den Gleichstrombetrieb (Il) vorgesehen ist und die Mehrphasenschaltung (20) einen Inverter (23) zum Umwandeln eines KGleichstroms der
Energiespeichereinheit (4) für den Drehstrombetrieb (I) aufweist.
16. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (11) im Drehstrombetrieb (I) als eine
Synchronmaschine, insbesondere als Hysteresemaschine, betreibbar ist.
17. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (12) ein Erkennungsmodul (13) zum Erkennen (104), welche der drei Phasen (21) die ausgefallene Phase (21) ist, aufweist, insbesondere wobei das Erkennungsmodul (13) einen Pulsgeber (13.1) und einen Phasenstromsensor (22) zum Empfangen eines elektrischen Impulses (200)
des Pulsgebers (13.1) umfasst.
18. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (12) ein Identifikationsmodul (14) zum Identifizieren (105) einer Defektart des Defektes aufweist, insbesondere wobei als Defektart ein fehlerhafter Inverter (23) der Mehrphasenschaltung (20) und/oder eine fehlerhafte Phase (21) identifizierbar ist.
19. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei elektrische Maschinen (11) vorgesehen sind, wobei die Mehrphasenschaltung (20) zumindest drei Phasen (21) und eine Umschaltvorrichtung (24) je elektrischer Maschine (11) aufweist, und/oder wobei die Mehrphasenschaltung (20) zumindest einen Inverter (23) je
elektrischer Maschine (11) aufweist.
20. Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontrolleinheit (12), insbesondere das Überwachungsmodul (15) und/oder ein Betriebsmodul (16) der Kontrolleinheit (12), und/oder die Umschaltvorrichtung (24) dazu ausgebildet ist, ein Verfahren (100) nach einem
der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.
21. Kraftfahrzeug (1) mit einer Antriebsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche
14 bis 20 zum Betrieb zumindest eines Rades (2) des Kraftfahrzeugs (1).
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