Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Leistungselektronik für einen elektrischen Fahrantrieb mit einer Synchronmaschine und einem Akkumulator. Hierbei kann es sich beispielsweise um den Fahrantrieb eines Elektrofahrrads o- der eines elektrisch angetriebenen Motorrads oder Autos handeln. Diese Leistungselektronik ermöglicht einen Stromfluss sowohl in generatorischer als auch in motorischer Richtung. Die Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Fahrantrieb mit einer Synchronmaschine, einem Akkumulator und einer derartigen Leistungselektronik.

Eine derartige Leistungselektronik umfasst wenigstens einen Wechselrichter zur Verbindung mit dem Akkumulator, eine Steuerschaltung zur Steuerung der Synchronmaschine und eine Trennschaltung zwischen Akkumulator und Wechselrichter, wobei die Trennschaltung eine Gleichrichter- Diode umfasst. Die Gleichrichter-Diode ist zur Vermeidung eines unkontrollierten Ladens des Akkumulators und/oder einer Verpolung des Wechselrichters vorgesehen.

Durch die Verbindung von Akkumulator und Wechselrichter ergeben sich zwei Nachteile. Der erste Nachteil ergibt sich für den Fall, dass die permanent erregte Synchronmaschine mit hoher Drehzahl betrieben wird. Liegt diese höher als eine für die Maschinenauslegung angenommene Drehzahl, kann die Polradspannung der Maschine die Batteriespannung übersteigen. Dies hat zur Folge, dass der Wechselrichter strukturbedingt unabhängig von dessen Ansteuerung wie ein Gleichrichter wirkt und der Akkumulator unkontrolliert geladen wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Schaltung des Wechselrichters bei Anschluss an den Akkumulator nicht gegen Verpolung gesichert ist. Wird der Pluspol des Ak- kumulators mit der unteren Zwischenkreisspannung des Wechselrichters und der Minuspol mit der oberen Zwischenkreisspannung verbunden, wird der Akkumulator durch die antiparallelen Dioden der Wechselrichter- Halbbrücken kurzgeschlossen. Der Kurzschlussstrom führt zur thermi- sehen Überlastung und somit zur Zerstörung von Wechselrichter und Akkumulator.

Bekannt ist es, den beiden Nachteilen dadurch Rechnung zu tragen, dass eine Gleichrichter-Diode in Reihe zum Akkumulator eingefügt wird. Dies bringt jedoch wiederum den Nachteil mit sich, dass durch das Einfügen der Gleichrichter-Diode die Möglichkeit der Rekuperation verloren geht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine neue Leistungselektronik anzugeben, bei der ein unkontrolliertes Laden des Akkumulators und/oder eine Verpolung des Wechselrichters vermieden wird und gleichzeitig die Möglichkeit der Rekuperation erhalten bleibt. Ferner soll ein Fahrantrieb mit einer derartigen Leistungselektronik angegeben werden.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Leistungselektronik gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Fahrantriebs durch die Merkmale des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Leistungselektronik ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trennschaltung ein Umgehungselement parallel zur Gleichrichter- Diode aufweist, wobei das Umgehungselement zur Umgehung der Gleichrichter-Diode bei Stromfluss in generatorischer Richtung vorgesehen ist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vor- gesehen, dass das Umgehungselement ein Halbleiter-Bauelement ist, bevorzugt ein Transistor, besonders bevorzugt ein P-Channel Feldeffekt- Transistor, beispielsweise ein P-Channel Mosfet. Der Vorteil der Verwendung von Halbleiter-Bauelementen, insbesondere eines P-Channel Feldeffekt-Transistors, liegt da rin, dass diese besonders robust gegenüber mechanischen u nd thermischen Einfl üssen sind . Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn d ie Synchronmaschine für Elektro- fahrräder oder Elektromotorräder oder Elektroautos verwendet wird, da bei diesen eine hohe Belastung d urch Erschütterungen bei Unebenheiten des Fahrunterg runds und d urch den Wärmeeintrag der Synchronmaschine auftritt. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei der Verwendu ng eines P-Channel Feldeffekt Transistors die gewünschten Anforderu ngen d urch eine einfache Schaltu ng mit wenigen Komponenten auf einfache Weise realisiert werden können . Beispielsweise kann das niedrigere Potential der GN D- Leitu ng (Masse) gegenü ber dem Sou rce-Anschluss für die Ansteuerung des P-Channel Feldeffekt Transistors genutzt werden .

Für den Fall, dass es sich bei der Synchronmaschine um eine dreiphasige Drehstrom-Synchronmaschine handelt, sieht eine Weiterbildu ng der Erfindu ng vor, dass der Wechselrichter d rei Hal bbrücken aufweist. Jede Hal b- brücke kann je zwei N-Channel Mosfet Transistoren und zwei antiparal lele Dioden umfassen . Üblicherweise ist hierbei jedem N-Channel Mosfet eine antiparallele Diode zugeordnet. Gemäß einer Ausfü hrungsvariante ist jede Halbbrücke ausgangsseitig mit einer Phase der Synchronmaschine verbu nden .

Im Falle fü nfphasiger Drehstrom-Synchronmaschinen können entsprechend fü nf Halbbrücken mit der vorstehend beschriebenen Ausbild ung vorgesehen sein . Bevorzugt ist eingangsseitig am Wechselrichter ein Zwischenkreis vorgesehen, wobei der Zwischenkreis einen oder mehrere Kondensatoren um- fasst. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Zwischenkreis zur Verbindung mit dem Akkumulator vorgesehen, wobei zwischen Zwischenkreis und Akkumulator die Trennschaltung vorgesehen ist. Der erfindungsgemäße Fahrantrieb umfasst eine Synchronmaschine, einen Akkumulator und eine erfindungsgemäße Leistungselektronik.

Hinsichtlich ihrer Position im Antriebsstrang kann die Synchronmaschine beispielsweise ein Nabenmotor sein.

Hinsichtlich ihrer Bauart kann es sich bei der Synchronmaschine beispielsweise um einen Scheibenläufermotor handeln. Der Scheibenläufer- motor kann unter anderem auch als Nabenmotor positioniert sein. Bei der Synchronmaschine kann es sich um eine Drehstrom- Synchronmaschine handeln, insbesondere um eine dreiphasige oder eine fünf phasige Drehstrom-Synchronmaschine.

Ferner kann es sich bei der Synchronmaschine beispielsweise um eine Synchronmaschine für ein Elektrofahrrad oder ein Elektromotorrad oder ein Elektroauto handeln.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

FIG 1 ein Ausführungsbeispiel der Trennschaltung der erfindungsgemäßen Leistungselektronik in Form eines Schaltbilds. FIG 1 zeigt ein Schaltbild der Trennschaltung der erfindungsgemäßen Leistungselektronik. Die Anschlüsse H l, H4 sind zur Verbindung mit dem Akkumulator vorgesehen. Der Zwischenkreis des Wechselrichters ist wiederum verbunden mit den Leitungen UDC+, GND. Die Trennschaltung um- fasst eine Gleichrichter-Diode D4. Die Gleichrichter-Diode D4 ist zur Vermeidung eines unkontrollierten Ladens des Akkumulators und/oder einer Verpolung des Wechselrichters vorgesehen. Parallel zur Gleichrichter- Diode D4 ist ein P-Channel Feldeffekt Transistor M7 vorgesehen, der zur Umgehung der Gleichrichter-Diode D4 bei Stromfluss in generatorischer Richtung vorgesehen ist, um die Möglichkeit der Rekuperation zur erhalten.

Bezugszeichenliste

H l Anschluss

H4 Anschluss

UDC + Leitung

GN D Leitung zur Erdung

D4 Gleichrichter-Diode

M7 P-Channel Feldeffekt Transistor

R30 Widerstand

R39 Widerstand

R48 Widerstand

C16 Kondensator

Q2 Transistor