DE102008034667B4

DE102008034667B4 - Verfahren zum steuern eines doppelseitigenwechselrichtersystems und doppelseitiges wechselrichtersystem

Info

Publication number: DE102008034667B4
Application number: DE102008034667.5A
Authority: DE
Inventors: Sibaprasad Chakrabarti; Gregory S. Smith; James M. Nagashima; Brian A. Welchko; Milun Perisic; George John
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2023-07-13
Anticipated expiration: 2028-07-26
Also published as: US7847437B2; DE102008034667A1; CN101409498A; US20090033156A1; CN101409498B

Abstract

Verfahren zum Steuern eines doppelseitigen Wechselrichtersystems (32), das mit einer ersten Energiequelle (22) und einer zweiten Energiequelle (24) gekoppelt ist, wobei das Verfahren umfasst, dass:eine Konstantleistungslinie (xy) ermittelt wird, die dem Betrieb des doppelseitigen Wechselrichtersystems (32) zugeordnet ist, wobei die Konstantleistungslinie (xy) einen Sollleistungsfluss (P) an die zweite Energiequelle (24) darstellt;ein Arbeitspunkt (a1, a2, a3, a4,..., an) auf der Konstantleistungslinie (xy) ermittelt wird, wobei der Arbeitspunkt (a1, a2, a3, a4,..., an) bei einem benötigten Ausgangsstrom(is¯)einen minimalen Leistungsverlust in dem doppelseitigen Wechselrichtersystem (32) erzeugt; unddas doppelseitige Wechselrichtersystem (32) unter Verwendung eines ersten Spannungsbefehls(ν1¯)und eines zweiten Spannungsbefehls(ν2¯),welche dem Arbeitspunkt (a1, a2, a3, a4,..., an) entsprechen, moduliert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen des hierin beschriebenen Gegenstands betreffen Verfahren zum Steuern eines doppelseitigen Wechselrichtersystems sowie ein entsprechendes doppelseitiges Wechselrichtersystem.
HINTERGRUND
In den letzten Jahren haben technologische Fortschritte sowie immer neu entstehende Stilrichtungen zu wesentlichen Veränderungen bei der Konzeption von Kraftfahrzeugen geführt. Eine dieser Veränderungen umfasst die Verwendung von Leistung und die Komplexität der verschiedenen elektrischen Systeme in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen mit alternativem Kraftstoff, wie Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen.
Viele der elektrischen Komponenten, welche die Elektromotoren umfassen, die bei derartigen Fahrzeugen verwendet werden, empfangen elektrische Leistung von Wechselstrom-Leistungsversorgungen (AC-Leistungsversorgungen). Die bei derartigen Anwendungen verwendeten Leistungsquellen (z.B. Batterien) stellen jedoch nur Gleichstromleistung (DC-Leistung) bereit. Zur Umwandlung der DC-Leistung in AC-Leistung werden daher Einrichtungen verwendet, die als „Gleichrichter/Wechselrichter“ bekannt sind und im Folgenden nur als Wechselrichter bezeichnet werden, welche oft mehrere Schalter oder Transistoren verwenden, die mit verschiedenen Intervallen betrieben werden, um die DC-Leistung in AC-Leistung umzuwandeln.
Zudem verwenden derartige Fahrzeuge, speziell Brennstoffzellenfahrzeuge, oft zwei separate Spannungsquellen (z.B. eine Batterie und eine Brennstoffzelle), um die Elektromotoren, welche die Räder antreiben, mit Leistung zu versorgen. „Leistungswandler“, wie etwa Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (DC/DC-Wandler) werden typischerweise verwendet, um die Leistung aus den zwei Spannungsquellen zu verwalten und zu übertragen. Moderne DC/DC-Wandler umfassen oft Transistoren, die durch eine Induktivität elektrisch verbunden sind. Durch ein Steuern der Zustände der verschiedenen Transistoren kann ein gewünschter mittlerer Strom durch die Induktivität eingeprägt werden und somit den Leistungsfluss zwischen den zwei Spannungsquellen steuern.
Die Verwendung sowohl eines Wechselrichters als auch eines Leistungswandlers erhöht die Komplexität des elektrischen Systems des Kraftfahrzeugs erheblich. Die für beide Typen von Einrichtungen zusätzlich benötigten Komponenten erhöhen auch die Gesamtkosten und das Gewicht des Fahrzeugs. Es wurden Systeme und Verfahren entwickelt, um einen Motor, der mit mehreren Leistungsquellen gekoppelt ist, ohne einen DC/DC-Wandler zu betreiben, wobei die Leistung des Motors maximiert wird, indem elektrische Systeme mit dualen Wechselrichtern verwendet werden. Bei einem dualen Wechselrichtersystem wird die zur Erzeugung eines befohlenen Drehmoments in dem Motor benötigte Spannung von den zwei Wechselrichtern bereitgestellt. Daher können zahlreiche Spannungskombinationen erzeugt werden, um das benötigte Drehmoment zu erzeugen.
Entsprechend ist es wünschenswert, Verfahren und Systeme zur Ermittlung einer optimalen Betriebsbedingung und Spannungskombination bereitzustellen, welche den Gesamtleistungsverlust in dem Wechselrichtersystem minimiert, während die Vorteile eines dualen Wechselrichtersystems beibehalten werden. Weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem voranstehenden technischen Gebiet und Hintergrund offenbar werden.
Die Druckschriften US 7 154 237 B2 und US 7 199 535 B2 offenbaren jeweils eine Steuerung eines doppelseitigen Wechselrichtersystems, das ein mit einer primären Energiequelle gekoppeltes erstes Wechselrichtersystem, ein mit einer sekundären Energiequelle gekoppeltes zweites Wechselrichtersystem und einen dazwischen gekoppelten Wechselstrommotor aufweist. Dabei kann ein Leistungsfluss zwischen der primären Energiequelle und der sekundären Energiequelle gesteuert werden, ohne die Steuerung des Wechselstrommotors zu beeinflussen.
KURZZUSAMMENFASSUNG
Es wird ein Verfahren zur Steuerung eines doppelseitigen Wechselrichtersystems bereitgestellt, das mit einer ersten Energiequelle und einer zweiten Energiequelle gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst, dass eine Konstantleistungslinie, welche dem Betrieb des doppelseitigen Wechselrichtersystems zugeordnet ist, ermittelt wird, wobei die Konstantleistungslinie einen Sollleistungsfluss an die zweite Energiequelle darstellt. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein Arbeitspunkt auf der Konstantleistungslinie ermittelt wird, wobei der Arbeitspunkt bei einem benötigten Ausgangsstrom einen minimalen Leistungsverlust in dem doppelseitigen Wechselrichtersystem erzeugt, und das dass doppelseitige Wechselrichtersystem unter Verwendung eines ersten Spannungsbefehls und eines zweiten Spannungsbefehls, die dem Arbeitspunkt entsprechen, moduliert wird.
Es wird ein Verfahren zum Steuern eines doppelseitigen Wechselrichtersystems bereitgestellt, das mit einer ersten Energiequelle und einer zweiten Energiequelle gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst, dass eine Konstantleistungslinie, die dem Betrieb des doppelseitigen Wechselrichtersystems zugeordnet ist, ermittelt wird, wobei die Konstantleistungslinie einen Sollleistungsfluss an die zweite Energiequelle darstellt, und dass ein Bewertungsstartpunkt auf der Konstantleistungslinie gewählt wird, welcher einem Winkel von 0° relativ zu einem Vektor entspricht, der einem benötigten Ausgangsstrom entspricht. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein erster Spannungsbefehl und ein zweiter Spannungsbefehl, welche dem Bewertungsstartpunkt entsprechen, ermittelt werden, und dass ein anfänglicher Systemleistungsverlust auf der Grundlage des ersten Spannungsbefehls und des zweiten Spannungsbefehls ermittelt wird. Für mindestens einen zusätzlichen Bewertungspunkt umfasst das Verfahren ferner, dass der Winkel relativ zu dem Vektor, der dem benötigten Ausgangsstrom entspricht, erhöht wird, ein jeweiliger erster Spannungsbefehl und ein jeweiliger zweiter Spannungsbefehl, welche dem zusätzlichen Bewertungspunkt entsprechen, ermittelt werden und ein jeweiliger Systemleistungsverlust aus dem jeweiligen ersten Spannungsbefehl und dem jeweiligen zweiten Spannungsbefehl ermittelt wird, um eine Vielzahl von Leistungsverlustwerten zu erhalten. Das Verfahren umfasst, dass ein minimaler Leistungsverlustwert aus dem anfänglichen Systemleistungsverlustwert und der Vielzahl von Leistungsverlustwerten bestimmt wird und ein benannter Bewertungspunkt, der dem minimalem Systemleistungsverlust entspricht, zur Verwendung als ein Arbeitspunkt gewählt wird.
Es wird eine Vorrichtung für ein doppelseitiges Wechselrichtersystem zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einer ersten Energiequelle und einer zweiten Energiequelle bereitgestellt. Das doppelseitige Wechselrichtersystem umfasst einen ersten Wechselrichter, der mit der ersten Energiequelle gekoppelt ist, einen zweiten Wechselrichter, der mit der zweiten Energiequelle gekoppelt ist, und einen Controller, der mit dem ersten Wechselrichter und dem zweiten Wechselrichter gekoppelt ist, wobei der Controller ausgestaltet ist, um einen Sollleistungsfluss in dem doppelseitigen Wechselrichtersystem zu erreichen. Der Controller umfasst ferner ein computerlesbares Medium, das darauf gespeicherte computerausführbare Anweisungen zum Steuern des doppelseitigen Wechselrichtersystems aufweist. Der Controller umfasst ferner computerausführbare Anweisungen, die verfasst sind, um eine Konstantleistungslinie, die dem Betrieb des doppelseitigen Wechselrichtersystems zugeordnet ist, zu ermitteln, wobei die Konstantleistungslinie den Sollleistungsfluss an die zweite Energiequelle darstellt, einen Arbeitspunkt auf der Konstantleistungslinie zu ermitteln, wobei der Arbeitspunkt bei einem benötigten Ausgangsstrom einen minimalen Leistungsverlust in dem doppelseitigen Wechselrichtersystem erzeugt, und das doppelseitige Wechselrichtersystem unter Verwendung eines ersten Spannungsbefehls und eines zweiten Spannungsbefehls, welche dem Arbeitspunkt entsprechen, zu modulieren.
Diese Zusammenfassung ist bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten, die nachstehend in der genauen Beschreibung weiter beschrieben werden, in einer vereinfachten Form vorzustellen. Diese Zusammenfassung ist nicht dazu gedacht, Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu bestimmen, noch soll sie als ein Hilfsmittel zur Ermittlung des Schutzumfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet werden.
Figurenliste
Ein besseres Verständnis des Gegenstands kann durch Bezugnahme auf die genaue Beschreibung und die Ansprüche in Verbindung mit den folgenden Figuren erreicht werden, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren ähnliche Elemente bezeichnen.

1 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform;
2 ist eine schematische Ansicht eines doppelseitigen Wechselrichtersystems gemäß einer Ausführungsform;
3 ist eine schematische Ansicht eines Steuerungssystems zum Betreiben des doppelseitigen Wechselrichtersystems von 2 gemäß einer Ausführungsform;
4 und 5 sind graphische Vektordarstellungen von Spannungsbefehlskombinationen gemäß einer Ausführungsform;
6 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Prozesses zur Ermittlung eines Arbeitspunkts eines doppelseitigen Wechselrichtersystems veranschaulicht;
7 ist ein Graph, der den Wechselrichterleistungsverlust über der Spitzenphasenspannung für einen beispielhaften Fall veranschaulicht; und
8 - 12 sind Graphen, die Betriebskennlinien eines doppelseitigen Wechselrichtersystems veranschaulichen, welche verschiedenen Bewertungspunkten für einen beispielhaften Fall entsprechen.

GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende genaue Beschreibung ist rein veranschaulichender Natur und ist nicht dazu gedacht, die Ausführungsformen des Gegenstands oder die Anwendung und Verwendungen derartiger Ausführungsformen zu beschränken. Bei der Verwendung hierin bedeutet das Wort „beispielhaft“ „als ein Beispiel, eine Instanz oder eine Veranschaulichung dienend“. Jede hierin als beispielhaft beschriebene Implementierung muss nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Implementierungen aufgefasst werden. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch irgendeine explizite oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem voranstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden genauen Beschreibung dargestellt ist.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale, die miteinander „verbunden“ oder „gekoppelt“ sind. Bei der Verwendung hierin bedeutet „verbunden“, sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem weiteren Element/Knoten/Merkmal direkt verbunden ist (oder direkt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Auf die gleiche Weise bedeutet „gekoppelt“, sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem weiteren Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt verbunden ist (oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Obwohl die hierin gezeigten schematischen Darstellungen beispielhafte Ausführungsformen von Elementen darstellen, können daher zusätzliche dazwischenkommende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten bei einer Ausführungsform des dargestellten Gegenstands vorhanden sein. Die Ausdrücke „erster“, „zweiter“ und weitere derartige numerische Ausdrücke, die Strukturen bezeichnen, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, sofern dies nicht durch den Kontext klar angezeigt ist.
Techniken und Technologien können hierin mit Hilfe von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten beschrieben sein und mit Bezug auf symbolische Darstellungen von Operationen, Verarbeitungsaufgaben und Funktionen, die von verschiedenen Rechenkomponenten oder Einrichtungen ausgeführt werden können. Derartige Operationen, Aufgaben und Funktionen werden manchmal als von einem Computer ausgeführt, computergestützt, softwareimplementiert oder computerimplementiert bezeichnet. In der Praxis können eine oder mehrere Prozessoreinrichtungen die beschriebenen Operationen, Aufgaben und Funktionen ausführen, indem sie elektrische Signale, welche Datenbits an Speicherstellen in dem Systemspeicher darstellen, beeinflussen, sowie Signale anderweitig verarbeiten. Die Speicherstellen, an denen Datenbits gehalten werden, sind physikalische Stellen, die spezielle elektrische, magnetische, optische oder organische Eigenschaften aufweisen, welche den Datenbits entsprechen. Es ist festzustellen, dass die in den Figuren gezeigten verschiedenen Blockkomponenten durch eine beliebige Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmwarekomponenten realisiert sein können, die ausgestaltet sind, um die angegebenen Funktionen auszuführen. Zum Beispiel kann eine Ausführungsform eines Systems oder einer Komponente verschiedene integrierte Schaltungskomponenten, z.B. Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, Logikelemente, Nachschlagetabellen oder dergleichen verwenden, welche eine Vielzahl von Funktionen unter der Steuerung eines oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuerungseinrichtungen ausführen können.
Bei einer Implementierung in Software oder Firmware sind verschiedene Elemente der hierin beschriebenen Systeme im Wesentlichen die Codeabschnitte oder Anweisungen, welche die verschiedenen Aufgaben ausführen. Das Programm oder die Codeabschnitte können in einem prozessorlesbaren Medium gespeichert sein oder durch ein Computerdatensignal, das in einer Trägerwelle ausgeführt ist, über ein Übertragungsmedium oder einen Kommunikationspfad übertragen werden. Das „prozessorlesbare Medium“ oder „maschinenlesbare Medium“ kann irgendein Medium umfassen, das Information speichern oder übertragen kann. Beispiele des prozessorlesbaren Mediums umfassen eine elektronische Schaltung, eine Halbleiterspeichereinrichtung, ein ROM, einen Flash-Speicher, ein löschbares ROM (EROM), eine Diskette, eine CD-ROM, eine optische Platte, eine Festplatte, ein Glasfasermedium, eine Funkverbindung (RF-Verbindung) oder dergleichen. Das Computerdatensignal kann ein beliebiges Signal umfassen, das sich über ein Übertragungsmedium, wie etwa elektronische Netzwerkkanäle, Glasfasern, Luft, elektromagnetische Strecken oder Funkverbindungen ausbreiten kann. Die Codeabschnitte können über Computernetzwerke, wie dem Internet, einem Intranet, einem LAN oder dergleichen herunter geladen werden.
Mit Bezug auf 1 ist ein Fahrzeug oder Kraftfahrzeug 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst ein Chassis 12, eine Karosserie 14, vier Räder 16 und ein elektronisches Steuerungssystem 18. Die Karosserie 14 ist auf dem Chassis 12 angeordnet und umhüllt im Wesentlichen die anderen Komponenten des Kraftfahrzeugs 10. Die Karosserie 14 und das Chassis 12 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 16 sind in der Nähe einer jeweiligen Ecke der Karosserie 14 mit dem Chassis 12 jeweils drehbar gekoppelt.
Das Kraftfahrzeug 10 kann ein beliebiger einer Anzahl verschiedener Kraftfahrzeugtypen sein, wie zum Beispiel eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen oder ein Sportnutzfahrzeug (SUV, SUV von Sport Utility Vehicle), und kann ein Zweiradantrieb (2WD) (d.h. Heckantrieb oder Frontantrieb), ein Vierradantrieb (4WD) oder ein Allradantrieb (AWD) sein. Das Kraftfahrzeug 10 kann auch einen oder eine Kombination einer Anzahl verschiedener Maschinentypen beinhalten, wie zum Beispiel eine benzin- oder dieselbetriebene Brennkraftmaschine, die Maschine eines „Fahrzeugs mit flexiblem Kraftstoff” (FFV, FFV von Flex Fuel Vehicle) (d.h., die eine Mischung aus Benzin und Alkohol verwendet), eine mit einem gasförmigen Gemisch (z.B. Wasserstoff und Erdgas) betriebene Maschine, eine hybride Brennkraft/Elektromotormaschine und einen Elektromotor.
Bei der in 1 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform umfasst das Kraftfahrzeug 10 ferner einen Motor 20 (d.h. einen Elektromotor/Generator, Antriebsmotor etc.), eine erste Energiequelle 22, eine zweite Energiequelle 24, eine Wechselrichteranordnung 26 und einen Radiator 28. Der Radiator 28 ist mit dem Rahmen an einem äußeren Abschnitt desselben verbunden und umfasst, obwohl es nicht im Detail veranschaulicht ist, mehrere Kühlkanäle, die ein Kühlfluid (d.h. ein Kühlmittel), wie etwa Wasser und/oder Ethylenglykol (d.h. Frostschutz) enthalten, und ist mit der Wechselrichteranordnung 26 und dem Motor 20 gekoppelt. Bei einer Ausführungsform empfängt die Wechselrichteranordnung 26 ein Kühlmittel und teilt dieses mit dem Motor 20. Wie in 1 gezeigt ist, kann der Motor 20 auch ein darin integriertes Getriebe umfassen, sodass der Motor 20 und das Getriebe mit wenigstens einigen der Räder 16 durch eine oder mehrere Antriebswellen 30 mechanisch gekoppelt sind.
Wie gezeigt ist, stehen die erste Energiequelle 22 und die zweite Energiequelle 24 in wirksamer Verbindung mit und/oder sind mit dem elektronischen Steuerungssystem 18 und der Wechselrichteranordnung 26 elektrisch gekoppelt. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, können die erste Energiequelle 22 und die zweite Energiequelle 24 in Abhängigkeit von der Ausführungsform variieren und können vom gleichen Typ oder von verschiedenen Typen sein. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen können die erste Energiequelle 22 und die zweite Energiequelle 24 jeweils eine Batterie, eine Brennstoffzelle, einen Ultrakondensator oder eine andere geeignete Spannungsquelle umfassen. Eine Batterie kann ein beliebiger Batterietyp sein, der zur Verwendung bei einer gewünschten Anwendung geeignet ist, wie etwa eine Bleisäurebatterie, eine Lithium-Ionen-Batterie, eine Nickel-Metall-Batterie oder eine andere wiederaufladbare Batterie. Ein Ultrakondensator kann einen Superkondensator, einen elektrochemischen Doppelschichtkondensator oder einen beliebigen anderen elektrochemischen Kondensator mit hoher Energiedichte umfassen, welcher für eine gewünschte Anwendung geeignet ist.
Nun mit Bezug auf 1 und 2 kann ein doppelseitiges Wechselrichtersystem 32 ausgelegt sein, um den Motor 20 gemäß einer Ausführungsform anzutreiben. Das doppelseitige Wechselrichtersystem 32 umfasst den Motor 20, die erste Energiequelle 22, die zweite Energiequelle 24, die Wechselrichteranordnung 26 und einen Controller 34.
Der Motor 20 ist ein mehrphasiger Wechselstrommotor (AC-Motor) und umfasst einen Satz von Wicklungen 36 (oder Spulen), wobei jede Wicklung einer Phase des Motors 20 entspricht. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Motor 20 ein dreiphasiger Motor, jedoch können die hierin erörterten Prinzipien auf einen Motor 20 mit einer beliebigen Anzahl von Phasen zutreffen und können entsprechend modifiziert werden, wie in der Technik verstanden wird. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, umfasst der Motor 20 eine Statoranordnung (welche die Spulen enthält), eine Rotoranordnung (die einen ferromagnetischen Kern enthält) und ein Kühlfluid (d.h. ein Kühlmittel), wie der Fachmann feststellen wird. Der Motor 20 kann ein Induktionsmotor, ein Permanentmagnetmotor, oder irgendein anderer Typ sein, der für die gewünschte Anwendung geeignet ist.
Wieder mit Bezug auf 2 umfasst die Wechselrichteranordnung 26 einen ersten Wechselrichter 38 und einen zweiten Wechselrichter 40, die jeweils sechs Schalter (z.B. Halbleitereinrichtungen, wie etwa Transistoren und/oder Schalter) mit antiparallelen Dioden (d.h. antiparallel zu jedem Schalter) umfassen. Wie gezeigt ist, sind die Schalter in den Wechselrichtern 38, 40 in drei Schenkeln (oder Paaren) angeordnet, wobei sich Schenkel 42, 44 und 46 in dem ersten Wechselrichter 38 befinden und Schenkel 48, 50 und 52 in dem zweiten Wechselrichter 40 befinden. Eine erste der Wicklungen 36 des Motors 20 ist an entgegengesetzten Enden derselben zwischen die Schalter des Schenkels 42 in dem ersten Wechselrichter 38 und des Schenkels 48 in dem zweiten Abschnitt elektrisch geschaltet. Eine zweite der Wicklungen 36 ist zwischen die Schalter des Schenkels 44 in dem ersten Wechselrichter 38 und des Schenkels 50 des zweiten Wechselrichters 40 geschaltet. Eine dritte der Wicklungen 36 ist zwischen die Schalter der Schenkel 46 und 52 geschaltet, wie gezeigt ist.
Immer noch mit Bezug auf 2 kann das doppelseitige Wechselrichtersystem 32 auch einen ersten und zweiten Kondensator 54 und 56 umfassen, die jeweils parallel mit der ersten und zweiten Energiequelle 22, 24 geschaltet sind, um eine Stromrestwelligkeit im Betrieb zu glätten. Der Controller 34 steht in wirksamer Verbindung mit und/oder ist mit dem ersten und Wechselrichter 38, 40 elektrisch gekoppelt. Der Controller 34 spricht auf Befehle an, die von dem Fahrer des Kraftfahrzeugs 10 empfangen werden (d.h. über ein Gaspedal), und stellt Befehle an den ersten Wechselrichter 38 und den zweiten Wechselrichter 40 bereit, um den Ausgang der Wechselrichter 38, 40 zu steuern, wie beschrieben wird.
Wieder auf 1 Bezug nehmend steht das elektronische Steuerungssystem 18 in wirksamer Verbindung mit dem Motor 20, der ersten Energiequelle 22, der zweiten Energiequelle 24 und der Wechselrichteranordnung 26. Obwohl es nicht im Detail gezeigt ist, kann das elektronische Steuerungssystem 18 verschiedene Sensoren und Kraftfahrzeugsteuerungsmodule oder elektronische Steuerungseinheiten (ECUs), wie ein Wechselrichtersteuerungsmodul (d.h. den in 2 gezeigten Controller 34) und einen Fahrzeugcontroller, und mindestens einen Prozessor und/oder einen Speicher umfassen, welcher darin (oder in einem anderen computerlesbaren Medium) gespeicherte Anweisungen umfasst, um die Prozesse und Verfahren wie nachstehend beschrieben auszuführen.
Im Betrieb wird das Kraftfahrzeug 10 betrieben, indem mit dem Motor 20 Leistung an die Räder 16 bereitgestellt wird, welcher Leistung von der ersten Energiequelle 22 und der zweiten Energiequelle 24 abwechselnd und/oder von der ersten Energiequelle 22 und der zweiten Energiequelle 24 gleichzeitig empfängt. Um den Motor 20 mit Leistung zu versorgen, wird DC-Leistung von der ersten Energiequelle 22 und der zweiten Energiequelle 24 an den ersten bzw. zweiten Wechselrichter 38, 40 bereitgestellt, welche die DC-Leistung in AC-Leistung umwandeln, wie in der Technik allgemein verstanden wird. Der erste und zweite Wechselrichter 38, 40 erzeugen AC-Spannungen an den Wicklungen 36 (oder Phasen). Wie allgemein verstanden wird, hängen die an den Wicklungen 36 des Motors 20 benötigten Spannungen von der Drehzahl, dem befohlenen Drehmoment (d.h. befohlenen Synchronrahmenströmen) und anderen Motorparametern ab.
3 veranschaulicht ein Steuerungssystem 60 zum Betreiben eines Motors 20 in einem doppelseitigen Wechselrichtersystem 32 unter Verwendung der hierin beschriebenen Prinzipien gemäß einer Ausführungsform. Eine hochfrequente Pulsbreitenmodulation (PWM) kann von dem Controller 34 verwendet werden, um die Wechselrichterausgangsphasenspannungen zu modulieren und die Wechselrichter 38, 40 zu steuern und die von den Wechselrichtern 38, 40 erzeugten Spannungen zu verwalten. Das Steuerungssystem 60 umfasst einen ersten und einen zweiten PWM-Block 68 und 70 und das doppelseitige Wechselrichtersystem 32.
Der Controller 34 stellt einen Steuerungsalgorithmus bereit, der einen Sollleistungsfluss zwischen der ersten und zweiten Energiequelle 22, 24 erreicht, während das befohlene Drehmoment in dem Motor 20 erzeugt wird. Obwohl es nicht gezeigt ist, empfängt das Steuerungssystem 60 einen Drehmomentbefehl für den Motor 20, aus welchem der Controller 34 Leistungsbefehle für die erste Energiequelle 22 (und/oder den ersten Wechselrichter 38) und die zweite Energiequelle 24 (und/oder den zweiten Wechselrichter 40) sowie Synchronrahmenströme für die Wicklungen 36 in dem Motor 20 ermitteln kann.
Viele Spannungskombinationen an den Wicklungen 36 können das befohlene Drehmoment in dem Motor 20 erzeugen und einen Sollleistungsfluss an die (oder aus den) Energiequellen 22, 24 und den Motor 20 erreichen. Wenn der Motor 20 die maximale Leistungsausgabe einer Energiequelle 22 oder 24 nicht benötigt, kann die zusätzliche Leistung von der Energiequelle 22 oder 24 verwendet werden, um die jeweils andere Energiequelle 22 oder 24 aufzuladen. Zur Veranschaulichung und der Kürze halber kann es so erörtert werden, als ob die erste Energiequelle 22 überschüssige Leistung zum Aufladen der zweiten Energiequelle 24 erzeugt, jedoch werden Fachleute feststellen, dass zahlreiche alternative Sollleistungsflüsse möglich sind und diese Unterscheidung nicht einschränkend ist, sondern zu Hinweiszwecken vorgenommen wurde. Ein gewählter Arbeitspunkt bestimmt die Modulationsspannung an den Anschlüssen der Wechselrichter 38, 40.
Der Controller 34 versorgt den ersten und zweiten PWM-Block 68 und 70 mit Modulationsspannungssignalen v₁* und v₂*, um PWM-Signale zum Betreiben der Schalter in dem ersten und zweiten Wechselrichter 38, 40 zu erzeugen, um zu bewirken, dass die gewünschten Ausgangsspannungen an die Wicklungen 36 in dem Motor 20 zum Betreiben des Motors 20 mit dem benötigten Drehmoment angelegt werden. Fachleute werden feststellen, dass das Steuerungssystem 60 weiter modifiziert werden kann, um geeignete Rückkopplungssignale und andere in der Technik bekannte Verfahren zum Steuern der Wechselrichter 38, 40 aufzunehmen, welche nicht im Umfang dieser Offenbarung liegen.
Der Controller 34 kann einen beliebigen Typ von in der Technik bekanntem Steuerungsmodul oder Fahrzeugcontroller umfassen und kann mit einem nichtflüchtigen Speicher, einem Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), diskreten und analogen Eingängen/Ausgängen (I/O), einer zentralen Verarbeitungseinheit und/oder Kommunikationsschnittstellen zur Vernetzung mit einem Kraftfahrzeugkommunikationsnetzwerk ausgestattet sein. In dieser Hinsicht kann der Controller 34 und können möglicherweise weitere veranschaulichende Blöcke, Module, eine Verarbeitungslogik, und Schaltungen, die in Verbindung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen beschrieben sind, mit einem Universalprozessor, einem Speicher mit adressierbarem Inhalt, einem digitalen Signalprozessor, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung, einem im Feld programmierbaren Gate-Array, einer geeigneten programmierbaren Logikeinrichtung, einer diskreten Gate- oder Transistorlogik, diskreten Hardwarekomponenten oder einer beliebigen Kombination daraus implementiert oder ausgeführt sein, welche zum Ausführen der hierin beschriebenen Funktionen entworfen sind. Ein Prozessor kann als ein Mikroprozessor, ein Controller, ein Mikrocontroller oder eine Zustandsmaschine realisiert sein. Ein Prozessor kann auch als eine Kombination von Recheneinrichtungen, z.B. einer Kombination eines digitalen Signalprozessors und eines Mikroprozessors, einer Vielzahl von Mikroprozessoren, eines oder mehrerer Mikroprozessoren in Verbindung mit einem digitalen Signalprozessorkern oder irgendeiner anderen derartigen Konfiguration implementiert sein.
Darüber hinaus können die Schritte eines Verfahrens oder eines Algorithmus, welche in Verbindung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen beschrieben sind, direkt in Hardware, in Firmware, in einem von einem Prozessor ausgeführten Softwaremodul oder in einer beliebigen praktikablen Kombination daraus ausgeführt sein. Ein Softwaremodul kann in einem RAM-Speicher, einem Flash-Speicher, einem ROM-Speicher, einem EPROM-Speicher, einem EEPROM-Speicher, Registern, einer Festplatte, einer Wechselplatte, einer CDROM oder einer beliebigen anderen in der Technik bekannten Form von Speichermedium vorhanden sein. Diesbezüglich kann ein beispielhaftes Speichermedium mit einem Prozessor derart gekoppelt sein, dass der Prozessor Informationen aus dem Speichermedium lesen kann und Informationen dahin schreiben kann. Alternativ kann das Speichermedium in den Prozessor integriert sein. Als ein Beispiel können der Prozessor und das Speichermedium in einem ASIC vorhanden sein.
Der Gegenstand und gewisse Aspekte der Ausführungsformen desselben können in dem allgemeinen Kontext computerausführbarer Anweisungen, wie etwa Programmmodulen, die von einem oder mehreren Rechenmodulen, Controllern oder anderen Einrichtungen ausgeführt werden, beschrieben sein. Allgemein umfassen Programmmodule Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen und/oder weitere Elemente, welche spezielle Aufgaben ausführen oder spezielle abstrakte Datentypen implementieren. Typischerweise kann die Funktionalität der Programmmodule bei verschiedenen Ausführungsformen nach Wunsch kombiniert oder verteilt sein. Eine Recheneinrichtung, die computerausführbare Anweisungen ausführt, umfasst typischerweise zumindest irgendeine Form eines computerlesbaren Mediums. Computerlesbare Medien können irgendwelche verfügbare Medien sein, auf die durch eine Recheneinrichtung und/oder durch Anwendungen, die durch eine Recheneinrichtung ausgeführt werden, zugegriffen werden kann.
Nun mit Bezug auf 4 kann der Controller 34 ausgestaltet sein, um einen Strom zu ermitteln, der benötigt wird, um ein befohlenes oder gewünschtes Drehmoment in dem Motor 20 zu erzeugen (d.h. den gewünschten oder benötigten Strom in den Wicklungen 36), welcher durch den Stromvektor $\bar{i_{s}}$
dargestellt ist. Der Spannungsvektor $\bar{v_{s}}$
stellt die entsprechende Spannung an den Wicklungen 36 dar, welche notwendig ist, um $\bar{i_{s}}$
zu erzeugen. Vektoren $\bar{ν_{1}}$
und $\bar{ν_{2}}$
stellen erste und zweite Spannungsbefehle (oder alternativ Spannungen, die geliefert werden an den /von dem) ersten Wechselrichter 38 bzw. zweiten Wechselrichter 40 dar, um die an den Wicklungen 36 benötigte Spannung zu erzeugen (d.h. die Differenz zwischen $\bar{ν_{1}}$
und $\bar{ν_{2}}$
). Der Controller 34 kann auch einen Sollleistungsfluss an die zweite Energiequelle 24 bestimmen. Der Sollleistungsfluss an die zweite Energiequelle 24 kann unter Verwendung einer Konstantleistungslinie dargestellt werden, die wie gezeigt als xy beschriftet ist. Die Konstantleistungslinie ist gekennzeichnet durch $P = 3 | \bar{ν_{2}} | | \bar{i_{s}} | sin α_{s},$
wobei α_s der Winkel von $\bar{ν_{2}}$
relativ zu $\bar{i_{s}}$
ist, und P den Sollleistungsfluss an die/aus der zweiten Energiequelle darstellt. Die Konstantleistungslinie stellt den Leistungsfluss an die/aus der zweiten Energiequelle 24 in Abhängigkeit davon dar, ob die zweite Energiequelle 24 aufgeladen oder entladen wird.
Mit Bezug auf 5 können zahlreiche Arbeitspunkte (d.h. a₁, a₂, a₃, a₄ ... a_n) entlang der Konstantleistungslinie die benötigte Spannung $(\bar{v_{s}})$
an den Wicklungen 36 bereitstellen. Jeder Arbeitspunkt a_n entspricht einer einzigartigen Kombination von Spannungsbefehlen $(\bar{ν_{1}} und \bar{ν_{2}}) .$
Obwohl zahlreiche Arbeitspunkte zum Erzeugen der gleichen Spannung $\bar{v_{s}}$
und des gleichen Leistungsflusses an die/aus der zweiten Energiequelle in der Lage sind, führt jeder Punkt entlang der Konstantleistungslinie zu einem anderen Leistungsverlust in dem doppelseitigen Wechselrichtersystem 32. Jeder Spannungsbefehl ist einer anderen Wechselrichterschaltfunktion (oder einem Modulationsindex) zugeordnet und erzeugt einen anderen Wechselrichterschaltverlust.
Mit Bezug auf 5 und 6 kann bei einer beispielhaften Ausführungsform ein Arbeitspunkt a_n ermittelt werden, der den Systemleistungsverlust verringert, während der Sollleistungsfluss an die zweite Energiequelle erreicht wird und das befohlene Drehmoment in dem Motor erzeugt wird. Gemäß einer Ausführungsform wird ein befohlenes oder gewünschtes Drehmoment an den Controller geliefert. Der Controller kann auch ausgestaltet sein, um einen benötigten Ausgangsstrom $\bar{i_{s}}$
und eine benötigte Spannung $\bar{v_{s}}$
zur Erzeugung des befohlenen Drehmoments zu ermitteln. Der Controller kann ausgestaltet sein, um einen Sollleistungsfluss an die zweite Energiequelle und eine Konstantleistungslinie zu ermitteln, die dem Sollleistungsfluss entspricht (Aufgabe 500). Ein Anfangspunkt ao der Konstantleistungslinie kann als ein Bewertungsstartpunkt gewählt werden (Aufgabe 502). Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Bewertungsstartpunkt dort gewählt werden, wo der Winkel α_s zwischen $\bar{ν_{2}}$
und $\bar{i_{s}}$
gleich 0° ist (siehe zum Beispiel 4 und 5, welche α_s darstellen). Der Controller kann einen Spannungsbefehl des ersten Wechselrichters $(\bar{ν_{1}})$
und einen Spannungsbefehl des zweiten Wechselrichters $(\bar{ν_{2}}),$
welche dem Bewertungspunkt entsprechen, ermitteln (Aufgabe 504). Dies kann zum Beispiel durchgeführt werden, indem ein zweiter Spannungsbefehl $\bar{ν_{2}}$
ermittelt wird und $\bar{ν_{2}}$
von $\bar{v_{s}}$
subtrahiert wird, um den benötigten ersten Spannungsbefehl $\bar{ν_{1}}$
zum Erzeugen von $\bar{v_{s}}$
zu erhalten.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird der Leistungsverlust des ersten und zweiten Wechselrichters auf der Grundlage der Spannungsbefehle $\bar{ν_{1}}$
und $\bar{ν_{2}}$
berechnet (Aufgabe 506). Der Wechselrichterleistungsverlust, wie er hier verwendet wird, umfasst einen Leitungs-Leistungsverlust (auf dem Durchlassspannungsabfall und dem Strom für jeden Schalter basierend) und einen Schaltverlust (auf dem DC-Spannungspegel der Energiequelle, dem AC-Spitzenphasenstrom, und der Wechselrichterschaltfrequenz basierend), wie in der Technik verstanden wird. Der Leistungsverlust in einem Wechselrichter kann für eine Ausgangsphasenspannungsspitze (auf der Grundlage von $\bar{ν_{1}}$
oder $\bar{ν_{2}}$
) und den Leistungsfaktor (auf der Grundlage des Spannungsbefehlswinkels relativ zu $\bar{i_{s}}$
) ermittelt werden. Der Leistungsverlust basiert auch auf der Spannung der Energiequelle, die mit dem Wechselrichter gekoppelt ist, dem Phasenspitzenstrom des Motors und der Wechselrichterschaltfrequenz, welche für alle Arbeitspunkte a_n konstant bleiben kann.
7 ist ein Graph, der den Wechselrichterleistungsverlust über einer Ausgangsphasenspannungsspitze (d.h. einem Spitzenwert eines Spannungsbefehls) für einen Bereich von Leistungsfaktoren in einem beispielhaften Fall veranschaulicht. Bei einer beispielhaften Ausführungsform können Wechselrichterleistungsverlustwerte für die Spannung einer Energiequelle, den Phasenspitzenstrom eines Motors und eine Wechselrichterschaltfrequenz ermittelt werden. In 7 beträgt die DC-Spannung der Energiequelle 300 V_DC, der Phasenspitzenstrom (I_p) des Motors beträgt 400 A und die Wechselrichterschaltfrequenz (f_sw) beträgt 10 kHz. Die Leistungsverlustwerte können vorab ermittelt und/oder in einer Datenbank, einer Nachschlagetabelle, einem Graph oder irgendeinem anderen computerlesbaren Medium gespeichert sein, welches mit dem Controller, einem Prozessor oder irgendeinem anderen Steuerungsmodul gekoppelt ist. Fachleute werden feststellen, dass gewisse lineare Beziehungen, die Teil der Wechselrichterleistungsverlustberechnung sind, ein Extrapolieren von Werten ermöglichen (zur Verwendung in Nachschlagetabellen, Datenbanken, Graphen, etc.), und keine Berechnung oder Messung für jede Ausgangsphasenspannungsspitze und jeden Leistungsfaktor benötigen, wie verstanden wird.
Wieder auf 6 Bezug nehmend wird bei einer beispielhaften Ausführungsform der Gesamtleistungsverlust des doppelseitigen Wechselrichtersystems ermittelt, indem die Verluste des ersten und zweiten Wechselrichters aufaddiert werden (Aufgabe 508). Gemäß einer Ausführungsform können vorbestimmte und/oder gespeicherte Verluste des ersten und zweiten Wechselrichters für einen Bewertungspunkt auf der Grundlage der Spannungsbefehle $(\bar{ν_{1}} oder \bar{ν_{2}})$
und des Winkels relativ zu $\bar{i_{s}},$
der dem Bewertungspunkt entspricht, beschafft werden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Controller ausgestaltet sein, um zu ermitteln, ob der Leistungsverlust des doppelseitigen Wechselrichtersystems für einen gewählten Bewertungspunkt ein Minimum für den entsprechenden gewünschten Motorstrom $\bar{i_{s}}$
und den Sollleistungsfluss ist (Aufgabe 510). Wenn gemäß einer Ausführungsform der minimale Systemleistungsverlust nicht ermittelt wurde, kann der Controller den Prozess wiederholen, indem ein weiterer Bewertungspunkt auf der Konstantleistungslinie gewählt wird (Aufgabe 502). Dies kann durchgeführt werden, indem der Winkel α_s des Bewertungspunkts auf der Konstantleistungslinie relativ zu $\bar{i_{s}}$
inkrementell erhöht wird (α_s ⇐ α_s + Δα). Die durch die Aufgaben 502, 504, 506, 508, 510 definierte Schleife kann wiederholt werden, bis ein minimaler Leistungsverlust in dem doppelseitigen Wechselrichtersystem ermittelt ist. Es ist für Fachleute offensichtlich, dass verschiedene Verfahren oder Mittel zum Ermitteln eines Minimums und der Weise der Auswahl von Bewertungspunkten in Abhängigkeit von dem Konzept oder den Anforderungen des Systems variieren können.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Controller den Bewertungspunkt, der dem minimalen Leistungsverlust entspricht, als den Arbeitspunkt für das doppelseitige Wechselrichtersystem wählen (Aufgabe 514). Der Controller kann den ersten und zweiten Wechselrichter unter Verwendung der Spannungsbefehle $(\bar{ν_{1}} und \bar{ν_{2}}),$
welche dem Arbeitspunkt entsprechen, modulieren (Aufgabe 516). Der Controller kann den gesamten Prozess dynamisch wiederholen, da sich der Sollleistungsfluss an die/aus der zweiten Energiequelle 24 oder der benötigte (oder gewünschte) Motorstrom $\bar{i_{s}}$
im Lauf der Zeit ändert.
8 - 12 sind Graphen, die Betriebskennlinien eines doppelseitigen Wechselrichtersystems veranschaulichen, welche verschiedenen Bewertungspunkten für einen beispielhaften Fall unter Verwendung der Werte von 7 entsprechen. Wie in 11 gezeigt ist, kann ein Bewertungsstartpunkt gewählt werden, indem für einen ersten Iterationspunkt (Iterationspunkt 1 auf der horizontalen Achse) ein Winkel von 0° zwischen $\bar{ν_{2}}$
und $\bar{i_{s}}$
(vertikale Achse) gewählt wird. Der Winkel zwischen $\bar{ν_{2}}$
und $\bar{i_{s}}$
kann von 0° bis 90° durch mehrere Iterationspunkte wie gezeigt inkrementell erhöht werden. Das Erhöhen des Winkels zwischen $\bar{ν_{2}}$
und $\bar{i_{s}}$
erzeugt auch entsprechende Änderungen bei $\bar{ν_{1}}$
und dem Modulationsindex des ersten und zweiten Wechselrichters, wie in 8 - 10 gezeigt ist. Wie in 12 gezeigt ist, kann, wenn der Verlust des ersten Wechselrichters und der Verlust des zweiten Wechselrichters für jeden Iterationspunkt addiert werden, ein effizienter Arbeitspunkt bestimmt werden, der einen minimalen Leistungsverlust des doppelseitigen Wechselrichtersystems erzeugt. Der erste und zweite Spannungsbefehl $(\bar{ν_{1}} und \bar{ν_{2}}),$
welche dem Arbeitspunkt entsprechen, können verwendet werden, um den ersten und zweiten Wechselrichter zu modulieren.
Das voranstehend beschriebene System und/oder Verfahren stellt/stellen ein elektrisches System zum Versorgen des Motors 20 mit Leistung mit zwei separaten Energiequellen 22, 24 bereit, wobei der Schaltverlust und damit der Gesamtverlust des Systems verringert wird. Es können auch andere Merkmale eines doppelseitigen Wechselrichtersystems 32 erreicht werden, wie verschiedene Leistungsflüsse oder eine Leistungsübertragung.
Wie voranstehend beschrieben, wird die Leistung des Motors 20 nicht beeinträchtigt, da das befohlene Drehmoment weiterhin in dem Motor 20 erzeugt wird, während es ermöglicht wird, dass überschüssige Leistung zwischen den Energiequellen 22, 24 fließt.
Andere Ausführungsformen können das voranstehend beschriebene System und Verfahren bei verschiedenen Typen von Kraftfahrzeugen, verschiedenen Fahrzeugen (z.B. Wasserfahrzeugen und Flugzeugen) oder insgesamt bei verschiedenen elektrischen Systemen verwenden, da es bei jeder Situation implementiert werden kann, bei der sich die Spannungen der zwei Quellen dynamisch über einen weiten Bereich ändern. Der Motor 20 und die Wechselrichter 38, 40 können andere Phasenzahlen aufweisen und die hierin beschriebenen Systeme sollen nicht so aufgefasst werden, dass sie auf ein dreiphasiges Konzept beschränkt sind. Andere Formen von Energiequellen 22, 24 können verwendet werden, wie Stromquellen und Lasten, welche Diodengleichrichter, Thyristorwandler, Brennstoffzellen, Induktivitäten, Kondensatoren und/oder eine beliebige Kombination daraus umfassen. Auf der Grundlage von Konstruktionsvorgaben können Systemkomponenten und Verfahren in verschiedenen Kombinationen von Hardware und/oder Software implementiert sein, wie in der Technik verstanden wird.
Der Kürze halber kann es sein, dass herkömmliche Techniken mit Bezug auf Signalverarbeitung, Datenübertragung, Signalisierung, Netzwerksteuerung und andere funktionale Aspekte der Systeme (und der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) hierin nicht im Detail beschrieben sind. Darüber hinaus sind die Verbindungslinien, die in den verschiedenen hierin enthaltenen Figuren gezeigt sind, dazu gedacht, beispielhafte funktionale Beziehungen und/oder physikalische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen darzustellen. Es wird angemerkt, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen bei einer Ausführungsform des Gegenstands vorhanden sein können.

Claims

Verfahren zum Steuern eines doppelseitigen Wechselrichtersystems (32), das mit einer ersten Energiequelle (22) und einer zweiten Energiequelle (24) gekoppelt ist, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Konstantleistungslinie (xy) ermittelt wird, die dem Betrieb des doppelseitigen Wechselrichtersystems (32) zugeordnet ist, wobei die Konstantleistungslinie (xy) einen Sollleistungsfluss (P) an die zweite Energiequelle (24) darstellt; ein Arbeitspunkt (a₁, a₂, a₃, a₄,..., a_n) auf der Konstantleistungslinie (xy) ermittelt wird, wobei der Arbeitspunkt (a₁, a₂, a₃, a₄,..., a_n) bei einem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}})$
einen minimalen Leistungsverlust in dem doppelseitigen Wechselrichtersystem (32) erzeugt; und das doppelseitige Wechselrichtersystem (32) unter Verwendung eines ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
und eines zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}}),$
welche dem Arbeitspunkt (a₁, a₂, a₃, a₄,..., a_n) entsprechen, moduliert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln des Arbeitspunkts (a₁, a₂, a₃, a₄,..., a_n) auf der Konstantleistungslinie (xy) ferner umfasst, dass: eine Vielzahl von Bewertungspunkten auf der Konstantleistungslinie (xy) gewählt wird; für jeden der Vielzahl von Bewertungspunkten: ein jeweiliger erster Spannungsbefehl $(\bar{ν_{1}})$
und ein jeweiliger zweiter Spannungsbefehl $(\bar{ν_{2}}),$
welche einem Bewertungspunkt entsprechen, ermittelt werden; ein jeweiliger Leistungsverlustwert auf der Grundlage des jeweiligen ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
und des jeweiligen zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}})$
ermittelt wird, um eine Vielzahl von Leistungsverlustwerten zu erhalten; ein minimaler Leistungsverlustwert aus der Vielzahl von Leistungsverlustwerten bestimmt wird; und ein benannter Bewertungspunkt, der dem minimalen Leistungsverlustwert entspricht, zur Verwendung als der Arbeitspunkt (a₁, a₂, a₃, a₄,..., a_n) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst, dass: ein Verlust eines ersten Wechselrichters (38) auf der Grundlage eines Spitzenwerts des jeweiligen ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}}),$
eines Winkels des jeweiligen ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
relativ zu dem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}}),$
eines Spannungspegels der ersten Energiequelle (22) und einer Schaltfrequenz des ersten Wechselrichters (38) berechnet wird; und ein Verlust eines zweiten Wechselrichters (40) auf der Grundlage eines Spitzenwerts des jeweiligen zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}}),$
eines Winkels (α_s) des jeweiligen zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}})$
relativ zu dem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}}),$
eines Spannungspegels der zweiten Energiequelle (24) und einer Schaltfrequenz des zweiten Wechselrichters (40) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Ermitteln des jeweiligen Leistungsverlustwerts ferner umfasst, dass der Verlust des ersten Wechselrichters (38) und der Verlust des zweiten Wechselrichters (40) aufaddiert werden.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner umfasst, dass Daten gespeichert werden, die den Verlust des ersten Wechselrichters (38) und den Verlust des zweiten Wechselrichters (40) anzeigen.
Verfahren nach Anspruch 5, das ferner umfasst, dass: ein gespeicherter Verlust des ersten Wechselrichters (38), der dem Spitzenwert des jeweiligen ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
und dem Winkel des jeweiligen ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
relativ zu dem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}})$
entspricht, beschafft wird; und ein gespeicherter Verlust des zweiten Wechselrichters (40), der den Spitzenwert des jeweiligen zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}})$
und dem Winkel (α_s) des jeweiligen zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}})$
relativ zu dem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}})$
entspricht, beschafft wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Ermitteln des jeweiligen Leistungsverlustwerts ferner umfasst, dass der gespeicherte Verlust des ersten Wechselrichters (38) und der gespeicherte Verlust des zweiten Wechselrichters (40) aufaddiert werden.
Verfahren zum Steuern eines doppelseitigen Wechselrichtersystems (32), das mit einer ersten Energiequelle (22) und einer zweiten Energiequelle (24) gekoppelt ist, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine Konstantleistungslinie (xy) ermittelt wird, die dem Betrieb des doppelseitigen Wechselrichtersystems (32) zugeordnet ist, wobei die Konstantleistungslinie (xy) einen Sollleistungsfluss (P) an die zweite Energiequelle (24) darstellt; ein Bewertungsstartpunkt auf der Konstantleistungslinie (xy) gewählt wird, der einem Winkel von 0° relativ zu einem Vektor entspricht, der einem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}})$
entspricht; ein erster Spannungsbefehl $(\bar{ν_{1}})$
und ein zweiter Spannungsbefehl $(\bar{ν_{2}}),$
welche dem Bewertungsstartpunkt entsprechen, ermittelt werden; ein anfänglicher Systemleistungsverlust auf der Grundlage des ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
und des zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}})$
ermittelt wird; für mindestens einen zusätzlichen Bewertungspunkt: der Winkel relativ zu dem Vektor, der dem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}})$
entspricht, erhöht wird; ein jeweiliger erster Spannungsbefehl $(\bar{ν_{1}})$
und ein jeweiliger zweiter Spannungsbefehl $(\bar{ν_{2}}),$
die dem zusätzlichen Bewertungspunkt entsprechen, ermittelt werden; und ein jeweiliger Systemleistungsverlust aus dem jeweiligen ersten Spannungsbefehl $(\bar{ν_{1}})$
und dem jeweiligen zweiten Spannungsbefehl $(\bar{ν_{2}})$
ermittelt wird, um eine Vielzahl von Leistungsverlustwerten zu beschaffen; ein minimaler Leistungsverlustwert aus dem anfänglichen Systemleistungsverlustwert und der Vielzahl von Leistungsverlustwerten bestimmt wird; und ein benannter Bewertungspunkt, der dem minimalen Leistungsverlustwert entspricht, zur Verwendung als ein Arbeitspunkt (a₁, a₂, a₃, a₄,..., a_n) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Ermitteln des zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}})$
auf $P = 3 | \bar{ν_{2}} | | \bar{i_{s}} | sin α_{s}$
basiert, wobei $\bar{ν_{2}}$
der zweite Spannungsbefehl $(\bar{ν_{2}})$
ist, $\bar{i_{s}}$
der benötigte Ausgangsstrom ist, α_s der Winkel relativ zu dem benötigten Ausgangsstrom ist, und P eine Konstante auf der Grundlage der Konstantleistungslinie (xy) ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Ermitteln des ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
auf dem zweiten Spannungsbefehl $(\bar{ν_{2}})$
und einer benötigten Ausgangsspannung basiert, indem der zweite Spannungsbefehl $(\bar{ν_{2}})$
von der benötigten Ausgangsspannung subtrahiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst, dass: ein Verlust eines ersten Wechselrichters (38) auf der Grundlage eines Spitzenwerts des ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}}),$
eines Winkels des ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
relativ zu dem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}}),$
eines Spannungspegels der ersten Energiequelle (22) und einer Schaltfrequenz des ersten Wechselrichters (38) berechnet wird; und ein Verlust eines zweiten Wechselrichters (40) auf der Grundlage eines Spitzenwerts des zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}}),$
eines Winkels (α_s) des zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}})$
relativ zu dem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}}),$
eines Spannungspegels der zweiten Energiequelle (24) und einer Schaltfrequenz des zweiten Wechselrichters (40) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Ermitteln eines Systemleistungsverlusts ferner umfasst, dass der Verlust des ersten Wechselrichters (38) und der Verlust des zweiten Wechselrichters (40) aufaddiert werden.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst, dass Daten gespeichert werden, die den Verlust des ersten Wechselrichters (38) und den Verlust des zweiten Wechselrichters (40) anzeigen.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst, dass: ein gespeicherter Verlust des ersten Wechselrichters (38), der dem Spitzenwert des ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
und dem Winkel des ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
relativ zu dem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}})$
entspricht, beschafft wird; und ein gespeicherter Verlust des zweiten Wechselrichters (40), der dem Spitzenwert des zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}})$
und dem Winkel (α_s) des zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}})$
relativ zu dem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}})$
entspricht, beschafft wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Ermitteln eines Systemleistungsverlusts ferner umfasst, dass der gespeicherte Verlust des ersten Wechselrichters (38) und der gespeicherte Verlust des zweiten Wechselrichters (40) aufaddiert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst, dass das doppelseitige Wechselrichtersystem (32) unter Verwendung des ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
und des zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}}),$
welche dem Arbeitspunkt (a₁, a₂, a₃, a₄,..., a_n) entsprechen, moduliert wird.
Doppelseitiges Wechselrichtersystem (32) zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einer ersten Energiequelle (22) und einer zweiten Energiequelle (24), wobei das doppelseitige Wechselrichtersystem (32) umfasst: einen ersten Wechselrichter (38), der mit der ersten Energiequelle (22) gekoppelt ist; einen zweiten Wechselrichter (40), der mit der zweiten Energiequelle (24) gekoppelt ist; und einen Controller (34), der mit dem ersten Wechselrichter (38) und dem zweiten Wechselrichter (40) gekoppelt ist, wobei der Controller (34) ausgestaltet ist, um einen Sollleistungsfluss (P) in dem doppelseitigen Wechselrichtersystem (32) zu erreichen, und der Controller (34) ein computerlesbares Medium umfasst, das darauf gespeicherte computerausführbare Anweisungen aufweist, um das doppelseitige Wechselrichtersystem (32) zu steuern, wobei die computerausführbaren Anweisungen verfasst sind, um: eine Konstantleistungslinie (xy) zu ermitteln, die dem Betrieb des doppelseitigen Wechselrichtersystems (32) zugeordnet ist, wobei die Konstantleistungslinie (xy) den Sollleistungsfluss (P) an die zweite Energiequelle (24) darstellt; einen Arbeitspunkt (a₁, a₂, a₃, a₄,..., a_n) auf der Konstantleistungslinie (xy) zu ermitteln, wobei der Arbeitspunkt (a₁, a₂, as, a₄,..., a_n) bei einem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}})$
einen minimalen Leistungsverlust in dem doppelseitigen Wechselrichtersystem (32) erzeugt; und das doppelseitige Wechselrichtersystem (32) unter Verwendung eines ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
und eines zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}},)$
die dem Arbeitspunkt (a₁, a₂, a₃, a₄,..., a_n) entsprechen, zu modulieren.
Doppelseitiges Wechselrichtersystem (32) nach Anspruch 17, wobei die computerausführbaren Anweisungen verfasst sind, um: eine Vielzahl von Bewertungspunkten auf der Konstantleistungslinie (xy) zu wählen; für jeden der Vielzahl von Bewertungspunkten: einen jeweiligen ersten Spannungsbefehl $(\bar{ν_{1}})$
und einen jeweiligen zweiten Spannungsbefehl $(\bar{ν_{2}}),$
die einem Bewertungspunkt entsprechen, zu ermitteln; einen jeweiligen Leistungsverlustwert auf der Grundlage des jeweiligen ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
und des jeweiligen zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}})$
zu ermitteln, um eine Vielzahl von Leistungsverlustwerten zu beschaffen; einen minimalen Leistungsverlustwert aus der Vielzahl von Leistungsverlustwerten zu bestimmen; und einen benannten Bewertungspunkt, der dem minimalen Leistungsverlustwert entspricht, zur Verwendung als den Arbeitspunkt (a₁, a₂, a₃, a₄,..., a_n) zu wählen.
Doppelseitiges Wechselrichtersystem (32) nach Anspruch 18, wobei die computerausführbaren Anweisungen verfasst sind, um: einen Verlust des ersten Wechselrichters (38) auf der Grundlage eines Spitzenwerts des jeweiligen ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}}),$
eines Winkels des jeweiligen ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
relativ zu dem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}}),$
eines Spannungspegels der ersten Energiequelle (22) und einer Schaltfrequenz des ersten Wechselrichters (38) zu berechnen; und einen Verlust des zweiten Wechselrichters (40) auf der Grundlage eines Spitzenwerts des jeweiligen zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}}),$
eines Winkels (α_s) des jeweiligen zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}})$
relativ zu dem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}}),$
eines Spannungspegels der zweiten Energiequelle (24) und einer Schaltfrequenz des zweiten Wechselrichters (40) zu berechnen; und den Verlust des ersten Wechselrichters (38) und den Verlust des zweiten Wechselrichters (40) zu speichern.
Doppelseitiges Wechselrichtersystem (32) nach Anspruch 19, wobei die computerausführbaren Anweisungen verfasst sind, um: einen gespeicherten Verlust des ersten Wechselrichters (38), der dem Spitzenwert des jeweiligen ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
und dem Winkel des jeweiligen ersten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{1}})$
relativ zu dem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}})$
entspricht, zu beschaffen; und einen gespeicherten Verlust des zweiten Wechselrichters (40), der dem Spitzenwert des jeweiligen zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}})$
und dem Winkel (α_s) des jeweiligen zweiten Spannungsbefehls $(\bar{ν_{2}})$
relativ zu dem benötigten Ausgangsstrom $(\bar{i_{s}})$
entspricht, zu beschaffen; und den gespeicherten Verlust des ersten Wechselrichters (38) und den gespeicherten Verlust des zweiten Wechselrichters (40) aufzuaddieren.