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Title:
METHOD FOR OPERATING A DRIVE SYSTEM OF AN ELECTRIC BICYCLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/025752
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating a drive system (1) of an electric bicycle (10), comprising the steps of: operating (21) an electric motor (2) of the drive system (1) by actuating the electric motor (2) with an electric motor phase current in a torque-generating direction for generating a torque by means of the electric motor (2), and braking (23) the electric motor (2), wherein the braking (23) is carried out in that the electric motor (2) is actuated with an electric motor phase current which has a component in a direction which generates torque and a component in a direction which does not generate torque.

Inventors:
GOEBEL GREGOR (DE)
VOLLMER ULRICH (DE)
BENZEL TIMO (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/073384
Publication Date:
March 02, 2023
Filing Date:
August 23, 2022
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
B62L1/00; B60L7/14; B60L7/18; B62L3/00; B62M6/45; H02P3/18; H02P21/00
Domestic Patent References:
WO2012131506A22012-10-04
Foreign References:
EP3460989A12019-03-27
EP2481625B12015-11-11
JP2011143752A2011-07-28
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (1) eines Elektrofahrrads (10), umfassend die Schritte:

- Betreiben (21) eines Elektromotors (2) des Antriebssystems (1) durch Betätigen des Elektromotors (2) mit einem elektrischen Motorphasenstrom in einer drehmomentbildenden Richtung, zum Erzeugen eines Drehmoments mittels des Elektromotors (2), und

- Abbremsen (23) des Elektromotors (2), wobei das Abbremsen (23) dadurch erfolgt, dass der Elektromotor (2) mit einem elektrischen Motorphasenstrom betätigt wird, welcher eine Komponente in einer drehmomentbildenden Richtung und eine Komponente in einer nicht-drehmomentbildenden Richtung aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Betätigen des Elektromotors (2) mit der nicht-drehmomentbildenden Motorphasenstromkomponente derart erfolgt, dass im Wesentlichen kein Drehmoment auf einen Rotor des Elektromotors (2) ausgeübt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abbremsen (23) zusätzlich dadurch erfolgt, dass der Elektromotor (2) in einem generatori- schen Betrieb (24) betrieben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein durch den generatorischen Betrieb (24) des Elektromotors (2) erzeugter elektrischer Rückspeisestrom in einen elektrischen Energiespeicher (3) des Elektrofahrrads (10) geleitet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Abbremsen (23) den Schritt umfasst:

- Anpassen des Rückspeisestroms durch Anpassen der Motorphasenstromkomponente in der nicht-drehmomentbildenden Richtung. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, ferner umfassend den Schritt:

- Ermitteln eines Soll-Rückspeisestroms, wobei das Anpassen des Rückspeisestroms derart erfolgt, dass der Rückspeisestrom im Wesentlichen dem Soll-Rück- speisestrom entspricht. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, ferner umfassend den Schritt:

- Ermitteln eines maximal möglichen Rückspeisestroms basierend auf zumindest einem Parameter des Antriebssystems (1) und/oder des Energiespeichers (3), insbesondere basierend auf zumindest einem der folgenden Parameter: Temperatur des elektrischen Energiespeichers (3), Temperatur einer Leistungselektronik des Antriebssystems (1), Ladezustand des elektrischen Energiespeichers (3), Alter des elektrischen Energiespeichers (3), wobei das Anpassen des Rückspeisestroms derart erfolgt, dass maximal der ermittelte maximal mögliche Rückspeisestrom in den elektrischen Energiespeicher (3) geleitet wird. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der maximal mögliche Rückspeisestrom in den elektrischen Energiespeicher (3) geleitet wird. Verfahren nach Anspruch 7, wobei weniger Rückspeisestrom als der maximal mögliche Rückspeisestrom in den elektrischen Energiespeicher (3) geleitet wird. Verfahren nach Anspruch 7, wobei im Wesentlichen kein Rückspeisestrom in den elektrischen Energiespeicher (3) geleitet wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, ferner umfassend den Schritt:

- Ermitteln eines maximalen Abbrems-Drehmoments, welches durch den genera- torischen Betrieb des Elektromotors (2) erzeugt werden kann, wobei das Betätigen des Elektromotors (2) mit der Motorphasenstromkomponentein der nichtdrehmomentbildenden Richtung durchgeführt wird, wenn das maximale Ab- brems-Drehmoment kleiner als ein vordefiniertes Soll-Abbrems-Drehmoment ist. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei das vordefinierte Soll-Abbrems-Drehmoment dadurch definiert ist, dass der Elektromotor (2) spätestens nach einer vordefinierten Zeitspanne, von insbesondere fünf Sekunden, vorzugsweise zwei Sekunden, stillsteht. - 15 - Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, ferner umfassend den Schritt:

- Ermitteln eines Soll-Abbrems-Drehmoments, wobei das Betätigen des Elektromotors (2) mit der Motorphasenstromkomponente in der nicht-drehmomentbil- denden Richtung und das Betätigen des Elektromotors (2) im generatorischen Betrieb zur Erzeugung eines elektrischen Rückspeisestroms derart gesteuert werden, dass ein Abbrems-Drehmoment erzeugt wird, welches dem Soll-Ab- brems-Drehmoment entspricht. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebssystem (1) ein Abtriebselement (6) und einen Freilauf zwischen dem Abtriebselement (6) und dem Elektromotor (2) aufweist, wobei sich Abtriebselement (6) und Elektromotor (2) bei geöffnetem Freilauf relativ zueinander frei drehen können. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Freilauf geöffnet wird, wenn der Elektromotor (2) eine niedrigere Drehzahl als das Abtriebselement (4) aufweist, und wobei das Verfahren nur bei geöffnetem Freilauf durchgeführt wird. Elektrofahrrad, umfassend ein Antriebssystem (1) mit einem Elektromotor (2), einem elektrischen Energiespeicher (3), und einer Steuervorrichtung (5), wobei die Steuervorrichtung (5) eingerichtet ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Elektrofahrrad nach Anspruch 16, wobei das Antriebssystem (1) ferner eine Datenleitung (51) und eine Stromleitung (52) umfasst, welche jeweils den elektrischen Energiespeicher (3) und den Elektromotor (2) miteinander verbinden. Elektrofahrrad nach einem der Ansprüche 16 oder 17, wobei das Antriebssystem (1) ferner ein Abtriebselement (6) und einen Freilauf zwischen dem Abtriebselement (6) und dem Elektromotor (2) aufweist. Elektrofahrrad nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Elektromotor (2) eine Drehstrommaschine, insbesondere eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine, ist.

Description:
Beschreibung

Titel

Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems eines Elektrofahrrads

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems eines Elektrofahrrads, sowie ein Elektrofahrrad.

Bekannt sind Elektrofahrräder, welche Elektromotoren aufweisen, die zur Unterstützung einer manuellen Tretkraft eines Fahrers durch ein mittels des Elektromotors erzeugtes Drehmoment vorgesehen sind. Die Unterstützung, also der Betrieb des Elektromotors, erfolgt dabei üblicherweise nur zeitweise während des Fährbetriebs. Beispielsweise wenn der Fahrer das Pedalieren einstellt, wird in der Regel auch der Betrieb des Elektromotors gestoppt. Hierfür wird die Stromversorgung des Elektromotors unterbrochen. Unmittelbar nach dem Unterbrechen der Stromversorgung kann noch eine gewisse Zeit lang eine weitere Rotation eines Rotors des Elektromotors vorliegen, beispielsweise aufgrund der Trägheit der rotierenden Komponenten.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich demgegenüber dadurch aus, dass eine Rotation eines Rotors eines Elektromotors nach dem Rückgang des Drehmomentsollsignals auf 0 Nm besonders schnell und zuverlässig gestoppt wird. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems eines Elektrofahrrads, umfassend die Schritte: - Betreiben eines Elektromotors des Antriebssystems durch Betätigen des Elektromotors mit einem elektrischen Antriebs-Strom in einer drehmomentbildenden Richtung, zum Erzeugen eines Drehmoments mittels des Elektromotors, und

- Abbremsen des Elektromotors, insbesondere nach dem Betreiben des Elektromotors. Dabei erfolgt das Abbremsen dadurch, dass der Elektromotor mit einem elektrischen Motorphasenstrom betätigt wird, welcher eine Komponente in einer drehmomentbildenden Richtung und, insbesondere gleichzeitig, eine Komponente in einer nicht-drehmomentbildenden Richtung aufweist.

Mit anderen Worten wird bei dem Verfahren nach einem Normalbetrieb des Elektromotors, also so, dass der Elektromotor ein Antriebs-Drehmoment, welches zur Unterstützung einer Tretkraft eines Fahrers des Elektrofahrrads genutzt werden kann, das Betreiben des Elektromotors beendet und gezielt abgebremst wird. Dabei wird das Abbremsen dadurch ausgeführt, dass der Elektromotor mit dem Motorphasenstrom, welcher eine Komponente in der drehmomentbildenden Richtung (nachfolgend auch als drehmomentbildende Motorphasenstromkomponente bezeichnet) und, insbesondere gleichzeitig, eine Komponente in der nicht-drehmomentbildenden Richtung (nachfolgend auch als nichtdrehmomentbildende Motorphasenstromkomponente bezeichnet) aufweist, betätigt wird. Dies bewirkt, dass durch die drehmomentbildende Komponente des Motorphasenstroms eine Verzögerung des Rotors herbeigeführt werden kann, vorzugsweise dadurch, dass die drehmomentbildende Komponente des Motorphasenstroms derart ausgebildet ist, um eine Tangentialkraft auf den Rotor auszuüben. Zusätzlich werden im Elektromotor durch die nicht-drehmomentbildende Komponente des Motorphasenstroms hohe Wärmeverluste erzeugt, ohne dass ein Antriebs-Drehmoment erzeugt wird. Dadurch kann die kinetische Energie des Rotors des Elektromotors, welche zum Zeitpunkt der Beendigung des Betriebs des Elektromotors durch die Rotation im vorhergehenden Betrieb noch vorliegt, zum Teil in Wärmeverluste umgewandelt werden, wodurch die Rotation des Rotors in einer kurzen Zeitspanne vollständig abgebremst werden kann.

Dadurch, dass die Rotation mittels des Verfahrens schnell abgebremst werden kann, kann ein für den Fahrer des Elektrofahrrads besonders komfortabler Betrieb des Antriebssystems bereitgestellt werden. Insbesondere wird dadurch eine durch die Rotation des Rotors verursachte Geräuschentwicklung außerhalb des drehmomenterzeugenden Betriebs zuverlässig auf eine besonders kurze Zeitspanne reduziert. Dadurch wird dem Fahrer außerdem das Gefühl vermittelt, dass der Elektromotor besonders zügig auf Befehle reagiert, da ein Nachlaufen des Elektromotors auf ein Minimum reduziert werden kann.

Das Verfahren bietet dabei zudem den Vorteil, dass dieses besonders einfach und kostengünstig ausführbar ist, insbesondere ohne dass zusätzliche Bauteile erforderlich sind. Beispielsweise kann das Verfahren auf einfache Weise als Software-Lösung in ein vorhandenes Antriebssystem integriert werden.

Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Bevorzugt erfolgt bei dem Schritt des Abbremsens das zusätzliche Betätigen des Elektromotors mit der nicht-drehmomentbildenden Komponente des Motorphasenstroms derart, dass im Wesentlichen kein Drehmoment auf den Rotor des Elektromotors ausgeübt wird. Dadurch wird zusätzlich eine Motorphasenstromkomponente bereitgestellt, die keine Magnetkraft auf den Rotor ausübt, welche ein Antriebs-Drehmoment erzeugen würde. Stattdessen wird durch diese Motorphasenstromkomponente lediglich das Abbremsen durch die Tangentialkraft auf den Rotor und zusätzlich Wärmeverluste erzeugt, was dazu führt, dass ein Anteil der Energie, die beim Abbremsvorgang aus dem Rotor entzogen wird, in Wärme umgewandelt wird und beispielsweise nicht in den Energiespeicher zurückgespeist wird.

Besonders bevorzugt wird der Elektromotor während des Abbremsens in einem generatorischen Betrieb betrieben. Das heißt, eine Rotation des Rotors, beispielsweise aufgrund von Trägheit, wird genutzt, um einen elektrischen Strom mittels des Elektromotors generatorisch zu erzeugen. Dadurch kann der Elektromotor in einer besonders kurzen Zeitspanne abgebremst werden, insbesondere da durch den generatorischen Betrieb ein zusätzliches Abbrems-Moment erzeugt wird, welches die Rotation zusätzlich abbremst.

Vorzugsweise wird ein durch den generatorischen Betrieb des Elektromotors erzeugter elektrischer Rückspeisestrom in einen elektrischen Energiespeicher des Elektrofahrrads geleitet bzw. eingespeichert. Dadurch kann ein besonders effizienter Betrieb des Elektrofahrrads ermöglicht werden, da die kinetische Energie des Rotors mittels Rekuperation genutzt werden.

Bevorzugt umfasst das Abbremsen den Schritt: Anpassen des Rückspeisestroms durch Anpassen der Motorphasenstromkomponente in der nicht-drehmomentbil- denden Richtung. Beispielsweise kann dabei durch eine Erhöhung der nichtdrehmomentbildenden Motorphasenstromkomponenteeine Reduzierung des Rückspeisestroms vorgenommen werden, wobei insbesondere die gleiche Ge- samt-Abbremswirkung erzielt wird. Dadurch kann insbesondere durch das Anpassen der nicht-drehmomentbildenden Motorphasenstromkom ponente der Rückspeisestrom so angepasst werden, dass dieser vergleichsweise niedrig ausfällt, um Schäden am Energiespeicher und/oder eine beschleunigte Alterung des Energiespeichers zu vermeiden. Dennoch kann dabei eine gewünschte Abbremswirkung erzielt werden.

In einer Variante umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Ermitteln eines Soll- Rückspeisestroms, wobei das Anpassen des Rückspeisestroms durch Anpassen der Motorphasenstromkomponente in der nicht-drehmomentbildenden Richtung derart erfolgt, dass der Rückspeisestrom im Wesentlichen dem Soll-Rückspeise- strom entspricht. In dieser Variante kann ein bestimmter Soll-Rückspeisestrom vorbestimmt sein. Dieser vorbestimmte Soll-Rückspeisestrom kann z. B. in einer Steuereinheit des Antriebssystems, hinterlegt sein. Beim Abbremsen des Elektromotors werden dabei die beiden Motorphasenstromkomponenten entsprechend so eingestellt, dass der Soll-Rückspeisestrom erreicht wird. Dabei wird durch den generatorischen Betrieb ein Rückspeisestrom erzeugt, der dem vorgegebenen Soll-Rückspeisestrom im Wesentlichen entspricht.

In einer anderen Variante umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Ermitteln eines maximal möglichen Rückspeisestroms basierend auf zumindest einem Parameter des Antriebssystems und/oder des Energiespeichers. In dieser Variante des Verfahrens wird der maximal mögliche Rückspeisestrom anhand eines oder mehrerer Parameter bestimmt. Ein maximal möglicher Rückspeisestrom kann zum Beispiel ein Rückspeisestrom sein, welcher maximal zulässig ist, um Schäden und/oder andere negative Einflüsse auf das Antriebssystem und/oder den Energiespeicher, z. B. eine beschleunigte Alterung des Energiespeichers zu vermeiden. Der maximal mögliche Rückspeisestrom kann insbesondere basierend auf zumindest einem der folgenden Parameter ermittelt werden: Temperatur des elektrischen Energiespeichers, Temperatur des Antriebssytems, z. B. Temperatur einer Leistungselektronik des Antriebssystems, Ladezustand des elektrischen Energiespeichers, Alter des elektrischen Energiespeichers. In dieser Variante des Verfahrens wird maximal der ermittelte maximal mögliche Rückspeisestrom in den elektrischen Energiespeicher geleitet bzw. eingespeichert. Dabei wird der Rückspeisestrom angepasst, indem die Motorphasenstromkomponente in der nicht-drehmomentbildenden Richtung derart angepasst wird, dass der Rückspeisestrom maximal dem ermittelten maximal möglichen Rückspeisestrom entspricht.

Vorzugsweise wird der ermittelte maximal mögliche Rückspeisestrom in den elektrischen Energiespeicher geleitet. Mit anderen Worten wird der Rückspeisestrom auf einen solchen Wert geregelt, dass eine maximale Abbremsleistung zum Abbremsen der Rotation des Rotors erreicht wird, bei gleichzeitig möglichst geringer Schädigung des elektrischen Energiespeichers durch einen zu hohen Rückspeisestrom. Dadurch kann ein maximales Abbremsvermögen erreicht werden, wobei eine Langlebigkeit des Energiespeichers sichergestellt wird.

Alternativ kann auch ein geringerer Rückspeisestrom als der ermittelte maximal mögliche Rückspeisestrom in den elektrischen Energiespeicher geleitet werden. Dies kann z. B. zum besonderen Schutz des Energiespeichers sinnvoll sein, falls z. B. ein vergleichsweise hoher Wert für den maximal möglichen Rückspeisestrom ermittelt wird.

Auch kann es sein, dass sich beim Ermitteln des maximal möglichen Rückspeisestroms ein Wert von im Wesentlichen Null ergibt. Dies bedeutet dann, dass im Wesentlichen kein Rückspeisestrom in den elektrischen Energiespeicher geleitet wird. Dabei wird die Motorphasenstromkomponente in der nicht-drehmo- mentbildenden Richtung derart angepasst, dass der Rückspeisestrom im Wesentlichen Null ist, sodass kein Rückspeisestrom in den elektrischen Energiespeicher geleitet wird.

Alternativ oder zusätzlich umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Ermitteln eines maximalen Abbrems-Drehmoments, welches durch den generatorischen Betrieb des Elektromotors erzeugt werden kann. Das Abbremsen durch Betätigen des Elektromotors mittels der Komponente des Motorphasenstroms in der nicht-drehmomentbildenden Richtung wird dabei nur durchgeführt, wenn das maximale Abbrems-Drehmoment kleiner als ein vordefiniertes Soll-Abbrems- Drehmoment ist. Das heißt, wenn das durch den generatorischen Betrieb maximal erzeugbare Abbrems-Drehmoment ausreichend groß ist, nämlich größer oder gleich dem Soll-Abbrems-Drehmoment, dann kann das Abbremsen der Rotation des Rotors ausschließlich durch den generatorischen Betrieb des Elektromotors erfolgen. Dadurch kann eine besonders hohe Effizienz beim Betreiben des Antriebssystems erreicht werden, da hierdurch die kinetische Energie des Rotors maximal ausgenutzt wird, um mittels Rekuperation elektrische Energie zurückzugewinnen und in den Energiespeicher zu leiten bzw. einzuspeichern.

Besonders bevorzugt ist das vordefinierte Soll-Abbrems-Drehmoment dadurch definiert, dass der Elektromotor spätestens nach einer vordefinierten Zeitspanne nach dem Ende des Betriebs des Elektromotors im Wesentlichen vollständig stillsteht, das heißt keine Rotation, insbesondere des Rotors, mehr vorliegt. Die vordefinierte Zeitspanne beträgt vorzugsweise fünf Sekunden, besonders bevorzugt zwei Sekunden.

In einer Variante umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Ermitteln eines Soll- Abbrems-Drehmoments, wobei das Betätigen des Elektromotors mit der Motorphasenstromkomponente in der nicht-drehmomentbildenden Richtung und das Betätigen des Elektromotors im generatorischen Betrieb zur Erzeugung eines elektrischen Rückspeisestroms derart gesteuert werden, dass ein Abbrems-Dreh- moment erzeugt wird, welches dem Soll-Abbrems-Drehmoment entspricht. In dieser Variante des Verfahrens kann ein bestimmtes Soll-Abbrems-Drehmoment vorbestimmt sein. Dieser vorbestimmte Wert eines Soll-Abbrems-Drehmoments kann z. B. in einer Steuereinheit des Antriebssystems hinterlegt sein. Wie bereits erläutert, ist das Soll-Abbrems-Drehmoment dadurch definiert, dass der Elektromotor spätestens nach einer vordefinierten Zeitspanne, von insbesondere fünf Sekunden, vorzugsweise zwei Sekunden, stillsteht. In dieser Variante des Verfahrens werden beim Abbremsen des Elektromotors die beiden Motorphasenstromkomponenten entsprechend so eingestellt, dass das Soll-Abbrems-Dreh- moment erreicht wird. Dabei wird durch den generatorischen Betrieb ein Rückspeisestrom erzeugt, der ein entsprechendes Abbrems-Drehmoment erzeugt. Durch die Motorphasenstromkomponente in der nicht-drehmomentbildenden Richtung wird ebenfalls ein entsprechendes Abbrems-Drehmoment erzeugt. Beide Anteile zusammen ergeben ein Abbrems-Drehmoment, welches so eingestellt wird, dass das Soll-Abbrems-Drehmoment erzielt wird.

Bevorzugt weist das Antriebssystem ein Abtriebselement, beispielsweise ein Ritzel eines Kettenantriebs des Elektrofahrrads, und einen Freilauf zwischen dem Abtriebselement und dem Elektromotor auf. Das Abtriebselement und der Elektromotor können sich dabei bei geöffnetem Freilauf relativ zueinander frei drehen. Bevorzugt kann das Verfahren dabei in Abhängigkeit eines Zustands des Freilaufs ausgeführt werden, wodurch eine besonders einfache und definierte Initiierung des Verfahrens möglich ist.

Vorzugsweise wird der Freilauf geöffnet, wenn der Elektromotor eine niedrigere Drehzahl als das Abtriebselement aufweist. Beispielsweise kann dies der Fall sein, wenn ein aus der manuellen Triebkraft des Fahrers des Elektrofahrrads resultierendes Drehmoment sehr niedrig ist oder signifikant absinkt. Das Verfahren zum Betreiben des Antriebssystems wird dabei nur ausgeführt, während der Freilauf geöffnet ist. Dadurch wird insbesondere verhindert, dass die spezielle Betätigung des Elektromotors Auswirkungen auf das tatsächliche an einem Antriebsrad wirkende Drehmoment während des Betriebs des Elektrofahrrads hat. Bevorzugt wird das Verfahren stets durchgeführt, sobald der Freilauf geöffnet wird. Dadurch kann das Verfahren besonders zuverlässig durchgeführt werden, da eine einfach und eindeutig zu erkennende Startbedingung vorliegt.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Elektrofahrrad, umfassend ein Antriebssystem, welches einen Elektromotor, einen elektrischen Energiespeicher, und eine Steuervorrichtung aufweist. Die Steuervorrichtung ist dabei eingerichtet, das beschriebene Verfahren durchzuführen. Die Steuervorrichtung kann dabei beispielsweise in den Elektromotor oder in den elektrischen Energiespeicher integriert sein. Bevorzugt kann die Steuervorrichtung auch mehrere Steuereinheiten aufweisen, welche insbesondere miteinander kommunizierend verbunden sind, wobei jeweils eine Steuereinheit in den Elektromotor und in den elektrischen Energiespeicher integriert ist. Das Antriebssystem weist somit eine besonders einfache Ausgestaltung auf, wobei ein Nach-Rotieren des Rotors des Elektromotors nach dem drehmomenterzeugenden Betrieb zuverlässig und schnell abgebremst werden kann.

Bevorzugt umfasst das Antriebssystem ferner eine Datenleitung und eine Stromleitung, welche jeweils den elektrischen Energiespeicher und den Elektromotor miteinander verbinden. Vorzugsweise erfolgt über die Datenleitung dabei ein Datenaustausch zwischen Elektromotor und Energiespeicher, insbesondere zum Übermitteln von Informationen bezüglich eines Batteriezustands, vorzugsweise mittels der beschriebenen Parameter. Über die Stromleitung erfolgt vorzugsweise ausschließlich eine Stromübertragung, insbesondere zum Versorgen des Elektromotors mit elektrischer Energie, oder zum Übertragen des Rückspeisestroms.

Vorzugsweise weist das Antriebssystem ein Abtriebselement, beispielsweise ein Ritzel eines Kettenantriebs des Elektrofahrrads, und einen Freilauf zwischen dem Abtriebselement und dem Elektromotor auf. Das Abtriebselement und der Elektromotor können sich dabei bei geöffnetem Freilauf relativ zueinander frei drehen. Bei geschlossenem Freilauf ist eine Drehmomentübertragung vom Elektromotor an das Abtriebselement möglich. Bevorzugt ist der Freilauf automatisch betätigbar, insbesondere mittels einer mechanischen Betätigung.

Weiter bevorzugt ist der Elektromotor eine Drehstrommaschine, vorzugsweise eine Synchronmaschine oder eine Asynchronmaschine.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben. In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:

Figur 1 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Elektrofahrrads, bei welchem ein Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt, und

Figur 2 ein vereinfachtes schematisches Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines Elektrofahrrads 10. Das Elektrofahrrad 10 umfasst ein Antriebssystem 1, welches einen Elektromotor 2 aufweist. Der Elektromotor 2 ist im Bereich eines Tretlagers 7 des Elektrofahrrads 10 angeordnet, und vorgesehen, um eine mittels Pedalen 4 aufgebrachte manuelle Tretkraft eines Fahrers des Elektrofahrrads 10 durch ein elektromotorisch erzeugtes Drehmoment zu unterstützen.

Das Antriebssystem 1 umfasst dabei ein Abtriebselement 6 in Form eines Ritzels, von welchem über eine Fahrradkette 8 ein Antriebsmoment an ein Hinterrad 9 des Elektrofahrrads 10 übertragen werden kann.

Zwischen Abtriebselement 6 und Elektromotor 2 befindet sich ein Freilauf, welcher geöffnet sein kann, um eine Drehmomentübertragung zwischen Elektromotor 2 und Abtriebselement 6 zu unterbrechen, also welcher erlaubt, dass Abtriebselement 6 und Elektromotor 2 unabhängig voneinander frei rotieren können.

Ferner umfasst das Antriebssystem 1 einen elektrischen Energiespeicher 3, mittels welchem der Elektromotor 2 mit elektrischer Energie versorgbar ist. In den Energiespeicher 3 ist außerdem eine Steuervorrichtung 5 integriert. Die Steuervorrichtung 5 ist mittels einer Datenleitung 51 sowie einer Stromleitung 52 mit dem Elektromotor 2 verbunden.

In einer Ausführungsform kann der Betrieb des Elektromotors 2 automatisch gesteuert sein. Beispielsweise kann ein Beginn eines Betriebs des Elektromotors 2 automatisch starten, wenn der Fahrer ein Drehmoment mittels der Pedale 4 erzeugt, vorzugsweise wenn zusätzlich ein entsprechender Betriebsmodus aktiviert ist.

Weiterhin kann der Betrieb des Elektromotors 2 automatisch beendet bzw. gestoppt werden. Vorzugsweise erfolgt dies dann, wenn der Freilauf selbsttätig öffnet. Beim Beenden bzw. Stoppen des Betriebs des Elektromotors 2 ist es wünschenswert und/oder notwendig, dass ein (nicht dargestellter) Rotor des Elektromotors 2 möglichst schnell bis zum Stillstand abgebremst wird. Insbesondere wird dadurch eine unerwünschte Geräuschemission des Elektromotors 2 vermieden. Um dieses möglichst schnelle Abbremsen zu erzielen, ist das Verfahren 20 zum Betreiben des Antriebssystems 1 gemäß dem nachfolgend näher erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen.

Der Ablauf des Verfahrens 20 ist stark vereinfacht schematisch in der Figur 2 dargestellt.

Bei dem Verfahren 20 erfolgt zunächst das reguläre Betreiben 21 des Elektromotors 2 durch ein Betätigen des Elektromotors 2 mit einem elektrischen Antriebs-Strom in einer drehmomentbildenden Richtung. Während dieses regulären Betreibens 21 wird vom Elektromotor 2 ein Antriebs-Drehmoment erzeugt.

Anschließend erfolgt, beispielsweise durch das Öffnen des Freilaufs initiiert, das Beenden bzw. Stoppen 22 des Betreibens des Elektromotors 2. Das Ende des Betreibens 22 erfolgt zum Beispiel dadurch, dass die Stromversorgung des Elektromotors 2 mit dem Antriebs-Strom unterbrochen wird, sodass der Elektromotor 2 kein Drehmoment mehr erzeugen kann.

Nach dem Betreiben des Elektromotors durch Betätigen des Elektromotors mit dem Motorphasenstrom in der drehmomentbildenden Richtung erfolgt als nächster Schritt ein aktives Abbremsen 23 des Elektromotors 2 durch Abbremsen einer Rotation des Rotors des Elektromotors 2.

Das Abbremsen 23 erfolgt in der hier näher erläuterten Variante des Verfahrens mittels zweier verschiedener Methoden, wovon entweder nur eine oder beide kombiniert ausgeführt werden können.

Einer der Teilschritte des Abbremsens 23 ist durch den Verfahrensschritt 23a gekennzeichnet und wird dadurch durchgeführt, dass der Elektromotor 2 mit einem elektrischen Motorphasenstrom mit einer Komponente in einer drehmomentbildenden Richtung und gleichzeitig einer Komponente in nicht-drehmo- mentbildender Richtung betätigt wird. Dieses Betätigen 23a des Elektromotors 2 mit dem Motorphasenstrom erfolgt zum Beispiel derart, dass ein Statormagnetfeld des Elektromotors 2 im Wesentlichen derart zu einem Rotormagnetfeld des Elektromotors 2 ausgerichtet ist, dass eine Tangentialkraft auf den Rotor ausgeübt wird, welche eine Verzögerung des Rotors durch ein Abbrems-Moment bewirkt. Zusätzlich werden im Elektromotor durch den nicht-drehmomentbildenden Anteil des Motorphasenstroms hohe Wärmeverluste erzeugt, ohne dass ein Antriebs-Drehmoment erzeugt wird. Dadurch wird ein erheblicher Anteil der kinetischen Energie des Rotors, welche durch die Rotation des Rotors vorliegt, in Verlustwärme umgewandelt, sodass die kinetische Energie schnell abgebaut wird und die Rotation des Rotors zügig gestoppt wird.

Zusätzlich oder alternativ zum Betätigen 23a des Elektromotors 2 mit dem elektrischen Motorphasenstrom erfolgt das Abbremsen 23 des Elektromotors 2 dadurch, dass der Elektromotor 2 in einem generatorischen Betrieb betrieben wird, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt 24. Im generatorischen Betrieb 24 erzeugt der Elektromotor 2 einen elektrischen Rückspeisestrom, welcher in den elektrischen Energiespeicher 3 geleitet bzw. eingespeichert wird. Durch den generatorischen Betrieb 24 wird ein zusätzliches Abbrems-Drehmoment im Elektromotor 2 erzeugt, um den Rotor noch schneller abzubremsen.

Beim Leiten des Rückspeisestroms in den elektrischen Energiespeicher 3 kann, beispielsweise, wenn ein sehr hoher Rückspeisestrom erzeugt wird, eine hohe Belastung des Energiespeichers 3 auftreten, welche sich unter Umständen negativ auf die Leistungsfähigkeit oder Lebensdauer des Energiespeichers 3 auswirken kann. Daher wird ein maximal möglicher Rückspeisestrom ermittelt. Der maximal mögliche Rückspeisestrom kann insbesondere abhängig von verschiedenen Parametern des Energiespeichers und/oder des Antriebssystems sein. So kann der maximal mögliche Rückspeisestrom in Abhängigkeit von einem oder mehreren Parametern ermittelt werden, so dass der Rückspeisestrom, der in den Energiespeicher geleitet wird, maximal dem maximal möglichen Rückspeisestrom entspricht. Im Detail können dabei als Parameter die Temperatur des elektrischen Energiespeichers 3, die Temperatur einer Leistungselektronik des Antriebssystems 1 , ein Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 3, und ein Alter des elektrischen Energiespeichers 3 betrachtet werden. Insbesondere wird dabei, wenn einer oder mehrere dieser Parameter höher als ein vordefinierter Grenzwert ist, eine Reduzierung des Rückspeisestroms initiiert. Vorzugsweise wird dabei in Abhängigkeit der beschriebenen Parameter ein maximal mögliches Abbrems-Drehmoment basierend auf dem generatorischen Betrieb 24 ermittelt. Sofern das maximale Abbrems-Drehmoment größer oder gleich einem vordefinierten Soll-Abbrems-Drehmoment ist, erfolgt das Abbremsen 23 der Rotation des Rotors vorzugsweise ausschließlich durch den generatorischen Betrieb 24.

Sofern das maximale Abbrems-Drehmoment des generatorischen Betriebs 24 kleiner als das vordefinierte Soll-Abbrems-Drehmoment ist, erfolgt das Abbremsen dadurch, dass der Elektromotor 2 mit dem Motorphasenstrom in drehmomentbildender und in nicht-drehmomentbildender Richtung betätigt wird. Ein maximaler Rückspeisestrom kann dabei basierend auf dem Betätigen 23a des Elektromotors 2 mit dem Motorphasenstrom in nicht-drehmomentbildender Richtung geregelt werden.

In allen Fällen der hier näher erläuterten Variante des Verfahrens ist das Abbremsen 23 so ausgelegt, dass der Rotor innerhalb einer vordefinierten Zeitspanne, von vorzugsweise maximal 2 Sekunden, bis zum Stillstand gebracht wird. Dadurch kann sichergestellt werden, dass eine Geräuschentwicklung aufgrund eines Nachdrehens des Elektromotors 2 nach dem Ende des Betreibens 22 möglichst gering gehalten wird.