Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug. Überdies betriff die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug.

Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen mit Elektro- antrieb benötigen eine typische Antriebsleistung im Bereich von 20 bis 100 kW. Eine Antriebsanordnung bzw. ein Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs besteht im Wesentlichen aus ei ^¬ ner Energieversorgungseinrichtung, die z.B. in Form einer Batterie bzw. eines Akkumulators oder einer Brennstoffzelle ausgebildet sein kann. Des Weiteren umfasst die Antriebsanordnung eine elektrische Antriebseinrichtung in Form eines Elektromotors für den Antrieb der Räder. Des Weiteren ist ei ^¬ ne leistungselektronische Schaltung vorgesehen, welche die Umwandlung der von dem Akkumulator oder einer anderen Ener- giequelle gelieferten Gleichspannung in eine Wechselspannung mit variabler Frequenz und Spannung übernimmt.

Die heutigen Konzepte für Elektrofahrzeuge orientieren sich an bewährten Lösungen aus der industriellen Antriebstechnik. Kennzeichnend hierfür ist die Verwendung eines hohen Spannungswertes sowohl für die Gleichspannung als auch für die Motorspannung. Naheliegende Gründe für hohe Systemspannungen sind kleinere erforderliche Leitungsquerschnitte und damit geringere Kosten. Zudem können durch die niedrigeren zu schaltende Strome kostengünstigere Bauelemente verwendet wer ^¬ den. Zudem besteht die Möglichkeit, den Motor auch direkt am Wechselstromnetz, das beispielsweise dreiphasig ausgebildet ist und eine Nennspannung von 400 V aufweist, betreiben zu können .

Andererseits führen hohe elektrische Spannungen bei Elektro- fahrzeugen zu vielfältigen Problemen. Zur Erzeugung hoher Batteriespannungen müssen sehr viele Zellen mit typischen Zellenspannungen von 24 V in Serie geschaltet werden. Dies erfordert ein aufwändiges Batteriemanagement sowohl beim La ^¬ den als auch beim Entladen, um elektrische, chemische und thermische Überlastung zu verhindern. Des Weiteren sind die spannungsfesten Leitungen teuer und die getrennt von Niederspannungsleitungen zu erfolgende Leitungsverlegung ist aufwändig. Eine entsprechende Isolationsfestigkeit sowie die Einhaltung von Luft- und Kriechstrecken unter allen klimatischen und Umgebungsbedingungen sind zu gewährleisten. Zudem müssen für ein solches Leitungsnetz spannungsfeste Sicherungen und Trennschalter eingesetzt werden. Außerdem besteht wegen der Gleichspannung die Gefahr von Lichtbogenbildung. Weiterhin müssen für den Personenschutz gegebenenfalls Schnellentladesysteme für kapazitiv gespeicherte Spannungen vorge- sehen werden. Die Wartung und Reparaturen erfordern speziell für den Umgang mit hohen elektrischen Spannungen geschultes Personal. Auch beim Ladevorgang an der Ladesäule oder Steckdose tritt die hohe Systemspannung auf. Der Fahrzeugnutzer muss unter allen vorkommenden Bedingungen vor Schäden ge- schützt werden. Solche Schäden können ein Verschleiß an der Kabelisolation und den Kontakten, Feuchtigkeit, Schmutz oder dergleichen sein. Insgesamt weisen Antriebskonzepte mit hohen Systemspannungen eine hohe Komplexität und erhebliche Gefah ^¬ renquellen auf.

Bei heutigen Elektrofahrzeugen werden Konzepte und Komponenten aus der industriellen Antriebstechnik eingesetzt, welche in Hinblick auf die besonderen Umgebungsbedingungen im Kraftfahrzeugbereich ertüchtigt oder weiterentwickelt wurden. Ty- pische Batteriespannungen liegen im Bereich von 200 V bis 400

V Gleichspannung. In Diskussion sind sogar Spannungen bis 800

V Gleichspannung. Das Schaltungskonzept der Leistungselektro ^¬ nik beruht auf bekannten Topologien von industriellen Wechselrichtern bzw. Frequenzumrichtern. Mit entsprechendem Auf- wand lassen sich die geschilderten Probleme und Komplexitäten durchaus beherrschen. Bei Elektrofahrzeugen kleinerer Leistung, wie z.B. Gabelstaplern, Behinderten-Fahrzeugen oder Elektrofahrrädern wird die Systemspannung dagegen im Bereich der sogenannten Sicherheitskleinspannung gehalten, die geringer als 60 V ist. Da- durch treten im Fahrzeug nur ungefährliche Spannungen auf. Zudem sind speziell geschulte Elektrofachkräfte nicht erfor ^¬ derlich und die Gefahr von Lichtbogenbildung ist gering.

Aus dem Stand der Technik sind modulare Konzepte in der Leis ^¬ tungselektronik bekannt. Diese werden heute in der Regel verwendet, um sehr hohe Systemspannungen mit in Reihe geschalte ^¬ ten Halbleiterschaltern zu beherrschen, so wie dies beispielsweise in der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung erfolgt. Zudem werden die modularen Konzepte eingesetzt, um so ^¬ wohl hohe Systemspannungen zu beherrschen als auch im Hinblick auf EMV bzw. Oberwellen bessere Wechselspannungs- Signalformen durch einen treppenförmigen Verlauf der Ausgangsspannung zu erzielen. Ein bekanntes Beispiel hierfür sind das sogenannte Modularen Multilevel Konverter. Hier wird eine Vielzahl von gleichartigen, in Reihe geschalteten Zellen mit Halbleiter-Schaltern dazu verwendet, aus einer hohen Gleichspannung eine treppenförmige sinus-ähnliche Spannung zu erzeugen. Mit dreien dieser Anordnungen kann ein dreiphasiges Wechselspannungssystem erzeugt werden, welches für den Betrieb eines Motors mit einer dreiphasigen Wicklung geeignet ist .

Weiterhin bekannt sind sogenannte Multilevel High Frequency Converter. Hier sind mehrere Leistungselektronik-Module an der hohen Gleichspannung in Serie geschaltet. Jedes Modul speist eine eigene Motorwicklung. Die Reihenschaltung der Leistungselektronik-Module reduziert die an jedem Modul an ^¬ liegende Gleichspannung. Aufgrund dieser Spannungsteilung können in den jeweiligen Modulen schnell schaltende und ver- lustleistungsarme Halbleiterschalter eingesetzt werden. Dies ist für Automotive-Anwendungen vorteilhaft, da hohe Schalt ^¬ frequenzen auch hohe Ausgangsfrequenzen des Frequenzumrich- ters erlauben. Dies wiederum ermöglicht hohe Motordrehzahlen, was eine kompakte Motorbauweise ermöglicht.

Bei einem weiteren modularen Konzept werden ebenfalls mehrere Submodule auf der Gleichspannungsseite in Serie geschaltet. Durch die Spannungsteilung ergeben sich die bereits erwähnten Vorteile bezüglich der Halbleiterschalter. Jedes Modul stellt hier jedoch ein dreiphasiges Drehstromsystem zur Verfügung, welches jeweils eine eigene dreiphasige Motorwicklung speist. Der besondere Vorteil dieser dreiphasigen Anordnung liegt darin, dass reaktive Ströme nur zu einer Leistungspendelung zwischen den Phasen eines Submoduls fuhren.

Alle gezeigten bisherigen Lösungen gehen von einer möglichst hohen Batteriespannung aus, welche wie bereits ausgeführt un ^¬ ter Sicherheitsaspekten problematisch ist. Zudem werden modu- lare Konzepte in der Leistungselektronik verwendet, um die hohe Gleichspannung auf mehrere Halbleiterschalter mit jeweils niedriger Sperrspannungsfestigkeit aufzuteilen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die effizienter betrieben werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiter ^¬ bildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug umfasst einer Energieversorgungseinrichtung zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung an deren Anschlussklemmen, eine elektrische Antriebseinrichtung zum Antreiben zumindest eines Rades des Kraftfahrzeug, wobei die elektrische Antriebsein ^¬ richtung zumindest zwei mehrphasige Wicklungseinrichtungen aufweist, und zumindest eine Wechselrichterrichtereinrichtung für jede der Wicklungseinrichtungen, die zwischen die Ener- gieversorgungseinrichtung und die Wicklungseinrichtungen geschaltet ist, wobei die Wechselrichtereinrichtungen jeweils elektrisch parallel zueinander mit den Ausgangsklemmen der Energieversorgungseinrichtung verbunden sind.

Die Energieversorgungseinrichtung kann als Batterie, Akkumulator oder Brennstoffzelle ausgebildet sein. An den An ^¬ schlussklemmen der Energieversorgungseinrichtung kann eine Gleichspannung bereitgestellt werden. Die elektrische An- triebseinrichtung wird mit einer Wechselspannung, insbesondere einer mehrphasigen Wechselspannung, betrieben. Die elektrische Antriebseinrichtung umfasst mehrere mehrphasige, ins ^¬ besondere dreiphasige, Wicklungseinrichtungen. Die elektrische Antriebseinrichtung kann als Asynchronmaschine, perma- nenterregte Synchronmaschine oder als Synchronreluktanzmotor ausgebildet sein. Mit der elektrischen Antriebseinrichtung kann ein Rad oder eine Antriebsachse des Kraftfahrzeugs ange ^¬ trieben werden. Die jeweiligen Wechselrichtereinrichtungen können als Leistungselektronikmodule ausgebildet sein. Mit den Wechselrichtereinrichtungen kann die von der Energieversorgungseinrichtung bereitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung zur Versorgung der Wicklungseinrichtungen der elektrischen Antriebseinrichtung gewandelt werden. Bei der Antriebseinrichtung werden die Wechselrichtereinrichtungen bzw. die Leistungselektronikmodule nicht seriell ver ^¬ schaltet, sondern liegen alle parallel an der Gleichspannung, die von der Energieversorgungseinrichtung bereitgestellt wird. Durch die niedrige Eingangsspannung können bei den Wechselrichtereinrichtungen schnell schaltende und sehr verlustarme Halbleiterschalter verwendet werden. So können beispielsweise MOSFET-Schalter anstellt von IGBTs verwendet wer ^¬ den. Im einfachsten Fall kann bei der Antriebsanordnung die resultierende Ausgangs-Wechselspannung jeder Wechselrichter- einrichtung direkt mit der anliegenden Gleichspannung gekoppelt werden, da die Schalt-Transistoren nur jeweils das positive oder negative Gleichspannungspotenzial, beispielsweise mittels Pulsweiten-Modulation, an die Ausgangsklemmen schalten können.

Bevorzugt ist die Energieversorgungseinrichtung dazu ausge- bildet ist, eine elektrische Gleichspannung unter 60 Volt be ^¬ reitzustellen. Somit kann auf der Gleichspannungsseite der Antriebsanordnung ein niedriger Spannungspegel bereitgestellt werden. Der Wert der Gleichspannung liegt unterhalb der sogenannten Sicherheitskleinspannung. Somit bedarf es keiner spe- ziell geschulten Elektrofachkräfte für die Reparatur oder

Wartung des Kraftfahrzeugs. Zudem wird die Gefahr von Licht ^¬ bogenbildung reduziert.

In einer Ausführungsform umfasst zumindest einer der Wechsel- richtereinrichtungen einen Hochsetzsteller. In den einzelnen Wechselrichtereinrichtungen kann eine Hochsetzsteller- Funktionalität integriert werden. Damit kann die von der je ^¬ weiligen Wechselrichtereinrichtung erzeugte Spannung für die Antriebseinrichtung weitgehend unabhängig von der Spannung der Energieversorgungseinrichtung bereitgestellt werden. Wenn die Energieversorgungseinrichtung als Batterie ausgebildet ist, kann die Spannung für die Antriebseinrichtung unabhängig von dem vom Ladezustand der Batterie bereitgestellt werden. Ausgangsseitig kann jede Wechselrichtereinrichtung durch die Hochsetzsteller-Funktionalität eine Spannung erzeugen, die wesentlich höher als die von der Energieversorgungseinrichtung bereitgestellte Spannung ist. Diese Spannung kann durch das aktive Schalten der Hochsetzsteller-Transistoren erzeugt werden. Beim Ausschalten des Hochsetzstellers oder einem De- fekt bricht die Spannung zusammen oder es stellt sich maximal die Batteriespannung ein. Damit können die speichernden Elemente, die beispielsweise als Kondensatoren ausgebildet sind, relativ klein gehalten werden. In einer Ausgestaltung sind die elektrische Antriebseinrichtung und die Wechselrichtereinrichtungen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Beispielsweise können die Wechselrichter ^¬ einrichtungen und die Antriebseinrichtung eine bauliche Ein- heit bilden. In diesem Fall können die Kabel, welche eine ho ^¬ he Spannung führen, sehr kurz gehalten werden. Durch das umgebende gemeinsame Gehäuse können die spannungsführenden Tei ^¬ le der Antriebsanordnung vor Berührung geschützt werden.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Antriebsanordnung eine Steuereinrichtung zum jeweiligen Aktivieren und Deaktivieren der Wechselrichtereinrichtungen. Mit der Steuereinrichtung kann ein Betriebszustand des Kraftfahrzeugs er- fasst werden und ein entsprechendes Steuersignal zur separa ^¬ ten Steuerung der Wechselrichtereinrichtungen ausgegeben werden. Somit können einzelne Wechselrichtereinrichtungen - je nach Leistungsbedarf - zu- und abgeschaltet werden. Bei hohem Leistungsbedarf können alle Wechselrichtereinrichtungen be- trieben werden. Bei geringem Leistungsbedarf können einzelne Wechselrichtereinrichtungen abgeschaltet werden. Somit kann die Antriebsanordnung besonders energieeffizient betrieben werden .

In einer Ausführungsform sind Wicklungen der zumindest zwei mehrphasigen Wicklungseinrichtungen in einer gemeinsamen Nut eines Stators der elektrischen Antriebseinrichtung angeordnet. Dabei können die Wicklungen parallel in den gleichen Nuten liegen. Statt einer parallelgeschalteten Drahtmischung zur Erzielung eines hohen Nutfüllgrads können die Drähte je ^¬ weils von einer eigenen Wechselrichtereinrichtung gespeist werden. Wenn beispielsweise ein Wechselrichtereinrichtung angeschaltet, die Antriebseinrichtung also in betrieben wird, wird die Antriebseinrichtung gleichmäßig erwärmt, da alle Nu ^¬ ten Strom führen. Da ein Großteil des Kupfers in der Nut nicht benötigt wird, ist die Entwärmung sehr gut.

Eine parallele Speisung ist auch möglich, wenn z.B. die benachbarten Nuten eines Pols und Strangs jeweils von einer ei- genen Wechselrichtereinrichtung gespeist werden. Zum Beispiel kann eine Asynchronmaschine mit einer Lochzahl von vier als Antriebseinrichtung verwendet werden. Diese weist immer vier benachbarte Nuten auf, die exakt die gleiche Spannung bzw. den gleiche Strom führen, da die Leiter in Reihe geschaltet sind. Diese vier Nuten könnten mit parallelen Wicklungssyste ^¬ men ausgeführt werden. Dadurch entstehen keine Isolations ^¬ probleme zwischen den Leitern in der Nut, da alle vom glei- chen Strom durchflössen sind.

Bei gesehnten Wicklungen gibt es eine Ober- und eine Unterschicht. Diese Schichten können beim hier vorgeschlagenen System von zwei verschiedenen Spannungen gespeist werden. Durch die individuell einstellbare Speisespannung der Wech ^¬ selrichtereinrichtungen kann der Effekt einer Sehnung durch die Elektronik eingestellt werden.

In einer anderen Ausführungsform sind Wicklungen der zumin- dest zwei mehrphasigen Wicklungseinrichtungen in räumlich getrennt zueinander angeordneten Nuten eines Stators der elektrischen Antriebseinrichtung angeordnet. Dabei können die Wicklungen hintereinander, d.h. seriell in den gleichen oder anderen Nuten, beispielsweise bei gleichem Blechschnitt des Stators, liegen. Die Antriebseinrichtung kann also beispielsweise zwei oder mehrere serielle Aktivteile aufweisen. Bei der räumlichen Anordnung der Aktivteile zueinander ist der Platz für die Wickelköpfe zu berücksichtigen. Die Aktivteile können unterschiedliche Durchmesser, Nutzahlen oder Nutgeo- metrien aufweisen. Auch ein Winkelversatz der Nuten ist denkbar. Eine Nut stößt dann stumpf auf einen Zahn. Durch die mehreren Aktivteile kann die Antriebseinrichtung besonders flexibel betrieben werden. Dabei kann jeder der zumindest zwei mehrphasigen Wicklungs ^¬ einrichtungen jeweils ein separater Rotor zugeordnet sein, wobei die Rotoren auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Somit kann ein sogenannter Tandem-Rotor bereitgestellt werden. Damit können in der Antriebseinrichtung mehrerer elektrische Maschinen in Reihe geschaltet werden. Bei hohem Leistungsbedarf können alle Module bestromt werden. Sonst kann nur ein Teil davon bestromt werden und die restlichen Rotoraktivteile liefern keinen Beitrag zur Drehmomentbildung. In einer Ausführungsform ist einer der Rotoren permanenterregt ausgebildet und ein anderer der Rotoren ist als Kurzschlussläufer ausgebildet. Die Antriebsanordnung kann aus ei- ner permanentmagneterregten Läufer-Hälfte und einem Asyn- chron-Kurzschlussläufer-Teil bestehen. Auch bei dieser Anord ^¬ nung kann sich die benötigte Antriebsleistung anteilig auf die Wechselrichtereinrichtungen aufteilen. Diese können bezüglich der Steuerungs- und Regelungsfunktionalität unter- schiedlich ausgeführt oder parametrisiert sein, da die eine

Wechselrichtereinrichtung die Synchronmaschine und die andere Wechselrichtereinrichtungen die Asynchronmaschine betreibt. Da die permanenterregte Synchronmaschine üblicherweise

Schleppverluste verursacht, sollte sie immer betrieben wer- den. Bei hohem Leistungsbedarf kann die Asynchronmaschine zu ^¬ sätzlich bestromt werden. Die Vorteile der permanenterregte Synchronmaschine, wie ein hohes Drehmoment im Stillstand und ein sehr guter Wirkungsgrad in einem weiten Bereich, kommen so voll zur Geltung. Der Vorteil der Asynchronmaschine, wie der gute Wirkungsgrad im Nennpunkt und bei hohen Drehzahlen, kann durch ein Nachregeln der permanenterregte Synchronma ^¬ schine besonders effektiv werden. Das problematische Bremsmo ^¬ ment im Kurzschlussfall ist bei dieser Maschine geringer als bei einer permanenterregten Synchronmaschine der gleichen Systemleistung, da die Asynchronmaschine nicht vollständig blockiert und auch im Feldschwachbetrieb keine Spannungsspit ^¬ ze erzeugt.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst die erfindungsge- mäße Antriebsanordnung. Das Kraftfahrzeug kann als Elektro- fahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet sein. Die zuvor im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen können auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen werden.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen: FIG 1 eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug in einer ersten Ausführungsform;

FIG 2 eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug in einer zweiten Ausführungsform;

FIG 3 eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug in einer dritten Ausführungsform; und

FIG 4 eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug in einer vierten Ausführungsform.

Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfin- dung dar.

FIG 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Antriebsanord ^¬ nung 10 für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebsanordnung 10 weist eine Energieversorgungseinrichtung 12 auf, die als Batterie, Akkumulator oder Brennstoffzelle ausgebildet sein kann. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Energieversorgungseinrichtung 12 als Batterie ausgebildet. Die Batterie kann mehrere Batteriezellen umfassen. An den Anschlussklemmen der Energieversorgungseinrichtung 12 wird eine elektrische

Gleichspannung bereitgestellt, die eine Amplitude aufweist, die geringer als 60 Volt ist.

Des Weiteren umfasst die Antriebsanordnung 10 einen elektrische Antriebseinrichtung 14, die als Asynchronmaschine, per- manenterregte Synchronmaschine oder als Synchronreluktanzmo ^¬ tor ausgebildet sein kann. Die elektrische Antriebseinrichtung 14 wird mit einer mehrphasigen Wechselspannung betrieben. Die elektrische Antriebseinrichtung 14 umfasst mehrere mehrphasige, insbesondere dreiphasige, Wicklungseinrichtungen 16. Vorliegend umfasst die elektrische Antriebseinrichtung 14 drei dreiphasige Wicklungseinrichtungen 16. Mit der elektrischen Antriebseinrichtung 14 kann ein Rad 18 oder eine Antriebsachse 20 des Kraftfahrzeugs angetrieben werden. Vorlie- gend wird eine Antriebsachse 20 des Kraftfahrzeugs angetrie ^¬ ben .

Zudem umfasst die Antriebsanordnung 10 eine Wechselrichter- einrichtungen 22 für jede der mehrphasigen Wicklungseinrichtungen 16. Mit den Wechselrichtereinrichtungen 22 kann die von der Energieversorgungseinrichtung 12 bereitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung, insbesondere dreiphasige Wechselspannung, zur Versorgung der Wicklungseinrichtun- gen 16 der elektrischen Antriebseinrichtung 14 gewandelt werden. Die Wechselrichtereinrichtungen 22 können einen Hochsetzsteller umfassen, mit dem die Ausgangsspannung an der jeweiligen Wechselrichtereinrichtung 22 angepasst werden kann. Mit dem Hochsetzsteller kann eine elektrische Spannung am Ausgang der jeweiligen Wechselrichtereinrichtung 22 erzeugt werden, die höher ist als die von der Energieversorgungseinrichtung 12 bereitgestellte Spannung.

Die Wechselrichtereinrichtungen 22 liegen alle parallel an der Gleichspannung, die von der Energieversorgungseinrichtung 12 bereitgestellt wird. Durch die niedrige Eingangsspannung können bei den Wechselrichtereinrichtungen 22 schnell schaltende und sehr verlustarme Halbleiterschalter verwendet wer ^¬ den. Der Wert der Gleichspannung liegt unterhalb der soge- nannten Sicherheitskleinspannung. Damit bedarf es keiner speziell geschulten Elektrofachkräfte für die Reparatur oder Wartung des Kraftfahrzeugs.

FIG 2 zeigt eine Antriebsanordnung 10 für ein Kraftfahrzeug in einer weiteren Ausführungsform. Hierbei werden zwei identische Wechselrichtereinrichtungen 22 verwendet. Die elektrische Antriebseinrichtung 14 weist parallel ausgeführten dreiphasigen Wicklungseinrichtungen 16 auf. Auch hier liegen Wechselrichtereinrichtungen 22 eingangsseitig parallel an der Batteriespannung. Bei der dargestellten Antriebsanordnung 10 teilt sich die benötigte Antriebsleistung anteilig auf die beiden Wechselrichtereinrichtungen 22 auf. Eine Skalierung zu höheren Leistungen ist durch Hinzufügen weiterer gleicharti- ger Wechselrichtereinrichtungen 22 und eine entsprechende Auslegung des Wicklungssystems der elektrischen Antriebseinrichtung 14 möglich. Die Antriebsanordnung 10 ist also sehr modular. Für Kleinfahrzeuge können zwei Wechselrichterein- richtungen 22 geschaltet werden und für Fahrzeuge der Oberklasse können drei oder vier Wechselrichtereinrichtungen 22 verwendet werden. Bei Nutzfahrzeugen kann die Anzahl nochmals erhöht werden. Praktikabel dürften Konfigurationen mit bis zu vier Wechselrichtereinrichtungen 22 und ebenso Motorwicklun- gen mit vier parallel geschalteten Spulensystemen sein.

Die Vorteile der Modularisierung bei der Antriebsanordnung 10 nach FIG 2 liegen zum einen in der Möglichkeit, im Teillast- Betrieb nur eine der Wechselrichtereinrichtungen 22 zu nutzen und dadurch einen höheren Wirkungsgrad zu erzielen. Zum anderen wird insbesondere beim Betrieb von permanenterregten Synchronmaschinen die Auswirkung eines Defektes der Leistungselektronik auf das Fahrverhalten reduziert, da jede Wechsel ^¬ richtereinrichtungen 22 nur das halbe fehlerhafte Drehmoment erzeugen kann und dadurch das Risiko des Blockierens der An ^¬ triebsräder 18 reduziert wird.

FIG 3 zeigt eine Antriebsanordnung 10 in einer weiteren Ausgestaltung. Hier sind die Wicklungseinrichtungen 16 in der elektrischen Antriebseinrichtung 14 räumlich getrennt zueinander angeordnet. Somit werden vorliegend zwei serielle Ak ^¬ tivteile bereitgestellt. Dabei kann jede der mehrphasigen Wicklungseinrichtungen 16 einem Rotor zugeordnet sein. Die Rotoren können auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind. Hierbei kann der eine Rotor permanenterregt ausgebildet und der anderer Rotoren ist als Kurzschlussläufer ausgebildet. Damit kann in der elektrischen Antriebseinrichtung eine Synchronmaschine 24 und eine Asynchronmaschine 26 bereitgestellt werden .

FIG 4 zeigt eine Antriebsanordnung 10 in einer vierten Ausführungsform. Dabei wird eine Konfiguration aus vier Wechselrichtereinrichtungen 22 verwendet. Dabei sind jeweils zwei Wechselrichtereinrichtungen 22 für den Betrieb der Synchronmaschine 24 und zwei Wechselrichtereinrichtungen 22 für den Betrieb der Asynchronmaschine 26 ausgelegt. Die elektrische Antriebseinrichtung 14 mit einem sogenannten Tandem-Rotor verfügt über jeweils zwei Wicklungspaare für den Synchronma ^¬ schinen- und den Asynchronmaschinen-Teil. Bei dieser Anord ^¬ nung teilt sich die elektrische Leistung auf vier Wechsel ^¬ richtereinrichtungen 22 mit entsprechender Redundanz auf. Diese können im Teillastbetrieb einzeln aktiviert oder deak- tiviert werden um eine noch feiner gestufte Optimierung der

Energieeffizienz zu erzielen. Die Wechselrichtereinrichtungen 22 können alle von einer gemeinsamen Energieversorgungseinrichtung 12 bzw. Batterie gespeist werden, es sind aber auch Gruppenbildungen möglich.

Denkbar ist auch Variante, dass die Wechselrichtereinrichtungen 22 zur Versorgung von vollständig getrennten elektrischen Maschinen verwendet werden. Durch getrennte elektrische Ma ^¬ schinen der elektrischen Antriebseinrichtung 14 kann das Dif- ferential des Kraftfahrzeugs ersetzt werden. Des Weiteren kann ein Einzelradantrieb oder Radnabenmotor realisiert werden .

Durch die vorgestellten Antriebanordnungen 10 können viele Vorteile erreicht werden. Beispielsweise erlaubt der Betrieb mit der Sicherheitskleinspannung die Verwendung von z.B. 48 V Batterien und Verkabelungen, die heute bereits bei Nutzfahrzeugen üblich sind. Zudem wird die Gefährdung von Personen sehr unwahrscheinlich. Das modulare Konzept mit der inhärent vorhandenen Redundanz in Verbindung mit der speziellen Antriebseinrichtung 14 mit den unterschiedlichen Wirkprinzipien reduziert das Risiko und die Auswirkung von Elektronik- Defekten. Das Antriebssystem, welches aus Wechselrichtereinrichtungen 22 und der Synchronmaschinen-Teil 24 der An- triebseinrichtung 14 besteht, kann ein fehlerhaftes Drehmo ^¬ ment mit der Gefahr des Blockierens der Antriebsräder 18 verursachen. Das andere Antriebssystem mit dem Asynchronmaschinen-Teil 26 der Antriebseinrichtung 14 kann weder ein Brems- moment noch gefährliche Generatorspannungen erzeugen. Die Vorteile dieser Anordnung liegen in der Möglichkeit, im Teillast-Betrieb nur die Synchronmaschine 24 mit ihrer hohen Energieeffizienz zu nutzen. Die anderen Wechselrichterein- richtungen 22 sind dabei beispielsweise über eine Puls-Sperre passiv geschaltet. In dieser Betriebsart verursacht eine Asynchronmaschine 26 bauartbedingt kein Bremsmoment.

Bei höherem Leistungsbedarf wird die Asynchronmaschine 26 über die ihr zugehörigen Wechselrichtereinrichtungen 22 zugeschaltet. Sie kann so als „Booster" bei Beschleunigungsvorgängen oder zur Erzeugung eines kurzzeitig hohen Drehmomentes, z.B. beim Überfahren eines Bordsteines aus dem Still ^¬ stand heraus, dienen. In diesen kurzen Phasen ist die

Booster-Maschine erheblich überlastbar. Der etwas schlechtere Wirkungsgrad der Asynchronmaschine 26 wirkt sich wegen des Kurzzeitbetriebes praktisch nicht aus.

Schließlich können Einsparungen beim Magnetmaterial erreicht werden. Diese Konfiguration weist wegen des „halben" Synchronmotors 24 gegenüber einer heutigen Losung niedrigere Magnetkosten auf. Dies ist ein wichtiger Aspekt, da für Hochleistungsmotoren in Elektrofahrzeugen teure sogenannte Seltene-Erde- Magnetmaterialien eingesetzt werden.

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Bezugs zeichenliste

10 Antriebanordnung

12 Energieversorgungseinrichtung 14 Antriebseinrichtung

16 Wicklungseinrichtung

18 Rad

20 Antriebsachse

22 Wechselrichtereinrichtung 24 Synchronmaschine

26 Asynchronmaschine