DE102009004049A1 - Verfahren und System zum Steuern eines Wechselrichters in Elektroantrieben - Google Patents

Verfahren und System zum Steuern eines Wechselrichters in Elektroantrieben Download PDF

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Steven E. Torrance Schulz
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Abstract

Wechselrichters in einem Elektroantriebssystem eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Ein Signal, das den Wechselrichter steuert, wird unter Verwendung eines ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist. Das Signal wird unter Verwendung eines zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Wechselrichter, und sie betrifft insbesondere Verfahren und Systeme zum Steuern von Wechselrichtern in Elektroantriebssystemen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In den letzten Jahren haben technologische Fortschritte sowie sich immer weiter entwickelnde Vorlieben bezüglich des Stils zu wesentlichen Veränderungen bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen geführt. Eine der Veränderungen betrifft die Komplexität der elektrischen Systeme in Kraftfahrzeugen, insbesondere Fahrzeugen mit alternativem Kraftstoff, wie etwa Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen. Derartige Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff verwenden typischerweise einen Elektromotor, möglicherweise in Kombination mit einem weiteren Aktor, um die Räder anzutreiben.
  • Unstetige Pulsbreitenmodulationsverfahren (DPWM-Verfahren) werden oft angewandt, um die Schaltaktion von dreiphasigen Spannungszwischenkreisumrichtern zu steuern, welche verwendet werden, um die Phasenströme von dreiphasigen Wechselstrommotoren (AC-Motoren) zu steuern. Ein wesentlicher Vorteil von DPWM-Verfahren gegenüber stetigen PWM-Verfahren, wie etwa einer sinusförmigen oder einer Raumvektormodulati on, besteht in verringerten Wechselrichterschaltverlusten, was dazu beiträgt, den Wirkungsgrad von hybriden Elektrofahrzeugen zu verbessern, speziell, wenn nur die Elektromotoren verwendet werden. DPWM-Verfahren unterscheiden sich von stetigen PWM-Verfahren dadurch, dass bei einem gegebenen Schaltzyklus nur ein Nullvektor verwendet wird. Als Folge wird in einem dreiphasigen Wechselrichter jeder Schalter typischerweise nicht bei 60°-Segmenten eines elektrischen Zyklus geschaltet. Die Anordnung des fest eingestellten (englisch: "clamped") 60°-Segments bezüglich der Wechselrichterausgangsspannung und der Lastleistungsfaktor bestimmen den Typ des DPWM-Verfahrens und daraus resultierender PWM-Eigenschaften.
  • Im Idealfall arbeiten die Schalterpaare in jedem Phasenschenkel des dreiphasigen Spannungszwischenkreisumrichters jeweils auf eine komplementäre Weise derart, dass ein Schalter immer "eingeschaltet" und der andere Schalter immer "ausgeschaltet" ist. In der Praxis wird jedoch bei jedem Übergang eines Schaltzustands des Spannungszwischenkreisumrichters typischerweise eine Leerzeit oder Totzeit eingefügt. Die Totzeit ist ein kurzes Intervall, während dem beide Schalter "ausgeschaltet" sind. Dies verhindert, dass beide Schalter in einem Phasenschenkel des Spannungszwischenkreisumrichters gleichzeitig "eingeschaltet" sind, was den Spannungszwischenkreisumrichter kurzschließen könnte.
  • Zudem kann die Gatetreiberschaltung Begrenzungen aufweisen oder die Schalter können der minimalen "Einschalt-Zeitdauer", die einem Schalter in den Spannungszwischenkreisumrichter befohlen wird (z. B. von einem Steuerungsmodul, einem Prozessor oder dergleichen gesteuert), Begrenzungen auferlegen. Die Begrenzungen bei der minimalen Impulsbreite und der Totzeit führen zu endlichen minimalen (z. B. ungleich Null) und maxi malen (z. B. ungleich Eins) Werten eines Tastverhältnisses, welches von dem Controller (z. B. einem DPWM-Modulator) befohlen werden kann.
  • Diese nichtlinearen Effekte, nämlich die Totzeit und die minimale Impulsbreite, bringen eine Verzerrung in ideale Wechselrichterausgangsspannungen ein, wie sie von der DPWM-Steuerung erzeugt werden. Da eine DPWM-Steuerung im Vergleich mit stetigen PWM-Verfahren verringerte Verluste bietet, ist es wünschenswert, DPWM-Steuerungsverfahren zu verwenden, während gleichzeitig die Verzerrung minimiert wird, die von den nichtlinearen Wechselrichtereffekten verursacht wird. Ein Minimieren der Verzerrung (welche die Drehmomentwelligkeit erhöhen kann) ist bei Hybridfahrzeugen besonders wichtig, welche in Modi betrieben werden können, bei denen das Fahrzeug nur durch elektrische Leistung angetrieben wird. In letzter Zeit wurden verschiedene Kompensationsverfahren entwickelt, um die Verzerrungseffekte von Wechselrichter-Nichtlinearitäten auf eine DPWM-Steuerung zu verringern. Die verschiedenen Kompensationsverfahren wurden jedoch nicht mit einem einzigen einheitlichen Steuerungsverfahren verwendet.
  • Entsprechend ist es wünschenswert, ein Steuerungsverfahren bereitzustellen, welches das für die aktuellen Systembetriebsbedingungen am besten geeignete DPWM-Kompensationsverfahren verwendet. Darüber hinaus werden weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem voranstehenden technischen Gebiet und Hintergrund offenbar werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Bei einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters in einem Elektroantriebssystem eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Ein Signal, das den Wechselrichter steuert, wird unter Verwendung eines ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist. Das Signal wird unter Verwendung eines zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Modifizieren eines Signals, das einen Wechselrichter in einem Kraftfahrzeugelektroantriebssystem steuert, welches eine minimale Impulsbreite und eine maximale Impulsbreite aufweist, bereitgestellt. Es wird ein erstes Spannungsverzerrungskompensationsverfahren verwendet, um das Signal zu modifizieren, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist, und es wird ein zweites Spannungsverzerrungskompensationsverfahren verwendet, um das Signal zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  • Bei dem ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahren wird das Signal empfangen und ein Tastverhältnis des Signals weist einen Bereich von einem minimal erreichbaren Tastverhältnis bis zu einem maximal erreichbaren Tastverhältnis auf. Ein zweites Signal wird erzeugt, wenn sich das Tastverhältnis des Signals innerhalb eines Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs außerhalb der minimalen und maximalen Impulsbreiten befindet und kleiner als ein erster Begrenzungswert ist. Das zweite Signal weist das minimal erreichbare Tastverhältnis auf. Ein drittes Signal wird erzeugt, wenn sich das Tastverhältnis des Signals innerhalb des Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs befindet und das Tastverhältnis des Signals entweder mindestens gleich dem ersten Begrenzungswert ist oder das Tastverhältnis des Signals nicht größer als ein zweiter Begrenzungswert ist. Das dritte Signal weist die minimale oder die maximale Impulsbreite auf, je nachdem, welche sich näher bei dem Tastverhältnis des Signals befindet, und der zweite Begrenzungswert ist größer als der erste Begrenzungswert. Ein viertes Signal wird erzeugt, wenn sich das Tastverhältnis des Signals innerhalb des Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs befindet und größer als der zweite Begrenzungswert ist. Das vierte Signal weist das maximal erreichbare Tastverhältnis auf. Das zweite oder das dritte oder das vierte Signal wird an den Wechselrichter geliefert.
  • Bei dem zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahren wird ein Ausgangsspannungsvektor des Wechselrichters überwacht. Der Wechselrichter weist einen Schaltzyklus mit mehreren Phasenschenkeln und einem Nullvektor auf. Der Ausgangsspannungsvektor basiert auf dem Schaltzyklus des Wechselrichters. Ein modifizierter Schaltzyklus wird erzeugt, indem ein Tastverhältnis jedes der mehreren Phasenschenkel durch ein Tastverhältnis des Nullvektors modifiziert wird, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einer Verzerrungsregion befindet. Ein Ausgangssignal, das den modifizierten Schaltzyklus aufweist, wird an den Wechselrichter geliefert.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Kraftfahrzeugelektroantriebssystem bereitgestellt. Das Kraftfahrzeugelektroantriebssystem umfasst einen Elektromotor, einen mit dem Motor gekoppelten Wechselrichter und mindestens einen Prozessor, der mit dem Elektromotor und dem Wechselrichter gekoppelt ist. Der mindestens eine Prozessor ist so ausgestaltet, dass er ein Signal, welches den Wechselrichter steuert, unter Ver wendung eines ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist, und dass er das Signal unter Verwendung eines zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird hier nachstehend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und
  • 1 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 ein Blockdiagramm eines Spannungszwischenkreisumrichtersystems in dem Kraftfahrzeug von 1 ist;
  • 3 eine schematische Ansicht eines Wechselrichters in dem Kraftfahrzeug von 1 ist;
  • 4 ein graphischer Vergleich eines Modulationsindex und einer Schaltfrequenz des in 2 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems ist, der ein Verfahren zum Schalten zwischen einem ersten, zweiten und dritten Kompensationsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
  • 5 eine Wellenform ist, welche die Beziehung zwischen einem Phasentastverhältnis und einer Impulsbreite veranschaulicht, die zum Verständnis des Spannungszwischenkreisumrichtersystems von 2 nützlich ist;
  • 6 ein Flussdiagramm des ersten Kompensationsverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 7 ein Flussdiagramm des ersten Kompensationsverfahrens gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 8–10 Graphen einer Wechselrichterausgangsspannung mit Verzerrungsregionen sind, die zum weiteren Verständnis des Spannungszwischenkreisumrichtersystems von 2 nützlich sind;
  • 11 ein Graph mehrerer Verzerrungsspannen ist, der zum weiteren Verständnis des Spannungszwischenkreisumrichtersystems von 2 nützlich ist;
  • 12–15 Phasentastverhältnisse sind, die zum weiteren Verständnis des in 2 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems nützlich sind;
  • 16 ein Flussdiagramm des zweiten Kompensationsverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 17 eine Eingangsmodulationswellenform ist, die zum weiteren Verständnis des Spannungszwischenkreisumrichtersystems von 2 nützlich ist;
  • 18 eine Eingangsmodulationswellenform ist, die zum weiteren Verständnis des Spannungszwischenkreisumrichtersystems von 2 nützlich ist; und
  • 19 ein Flussdiagramm des dritten Kompensationsverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
  • BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die folgende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der Erfindung zu beschränken. 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 Merkmale, die miteinander "verbunden" oder "gekoppelt" sind. Bei der Verwendung hierin bedeutet "verbunden", sofern es nicht ausdrücklich anderweitig angegeben ist, dass ein Element/Merkmal mit einem weiteren Element/Merk mal direkt verbunden ist (oder direkt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Gleichermaßen bedeutet "gekoppelt", sofern es nicht ausdrücklich anderweitig angegeben ist, dass ein Element/Merkmal mit einem weiteren Element/Merkmal direkt oder indirekt verbunden ist (oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Es sollte jedoch verstanden sein, dass, obwohl zwei Elemente nachstehend bei einer Ausführungsform als "verbunden" beschrieben sein können, ähnliche Elemente bei alternativen Ausführungsformen "gekoppelt" sein können und umgekehrt. Obwohl die hier gezeigten schematischen Zeichnungen beispielhafte Anordnungen von Elementen darstellen, können daher zusätzliche dazwischenkommende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten bei einer tatsächlichen Ausführungsform vorhanden sein. Es sollte auch verstanden sein, dass 1–6 rein zur Veranschaulichung dienen und möglicherweise nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind.
  • 1 bis 19 veranschaulichen ein Verfahren und ein System zum Steuern eines Wechselrichters in einem Elektroantriebssystem eines Kraftfahrzeugs. Auf ein Signal, das den Wechselrichter steuert, wird ein erstes Spannungsverzerrungskompensationsverfahren angewendet, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist. Auf das Signal wird ein zweites Spannungsverzerrungskompensationsverfahren angewendet, wenn der Modulationsindex größer oder gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  • 1 veranschaulicht ein Fahrzeug 30 oder "Kraftfahrzeug" gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 30 umfasst ein Chassis 32, eine Karosserie 34, vier Räder 36 und ein elektronisches Steuerungssystem 38. Die Karosserie 34 ist auf dem Chassis 32 angeordnet und umhüllt im Wesentlichen die anderen Komponenten des Kraftfahrzeugs 30. Die Karosserie 34 und das Chassis 32 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 36 sind jeweils in der Nähe einer jeweiligen Ecke der Karosserie 34 mit dem Chassis 32 drehbar gekoppelt.
  • Das Kraftfahrzeug 30 kann ein beliebiger einer Anzahl verschiedener Typen von Kraftfahrzeugen sein, wie zum Beispiel eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen oder ein Sportnutzfahrzeug (SUV), und kann ein Zweiradantrieb (2WD) (d. h. Heckantrieb oder Frontantrieb), ein Vierradantrieb (4WD) oder ein Allradantrieb (AWD) sein. Das Fahrzeug 30 kann auch einen beliebigen oder eine Kombination einer Anzahl verschiedener Typen von Maschinen (oder Aktoren) umfassen, wie zum Beispiel eine benzin- oder dieselgespeiste 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/oder Erdgas) gespeiste Maschine oder eine Brennstoffzellen-Energiequelle, eine hybride Brennkraft-/Elektromotormaschine und einen Elektromotor.
  • Bei der in 1 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist das Kraftfahrzeug 30 ein Hybridfahrzeug und umfasst ferner eine Aktoranordnung 40, eine Batterie (oder einen anderen elektrischen Energiespeicher) 42, einen Wechselrichter (oder Inverter) 44 und einen Radiator 46. Die Aktoranordnung 40 umfasst eine Brennkraftmaschine 48 und einen Elektromotor/Generator (oder Motor) 50. Der Elektromotor 50 ist bei einer Ausführungsform ein sinusförmig gewickelter Wechselstrommotor (AC-Motor) (z. B. Permanentmagnet oder Induktion), wie sie üblicherweise bei Kraftfahrzeugen verwendet werden (z. B. bei Traktionsantriebssteuerungssystemen und dergleichen). Wie der Fachmann feststellen wird, umfasst der Elektromotor 50 ein Getriebe darin und er umfasst auch, obwohl es nicht veranschaulicht ist, eine Statoranordnung (welche leitfähige Spu len umfasst), eine Rotoranordnung (welche einen ferromagnetischen Kern umfasst) und ein Kühlfluid (d. h. ein Kühlmittel). Die Statoranordnung und/oder die Rotoranordnung in dem Elektromotor 50 können mehrere (z. B. sechzehn) elektromagnetische Pole umfassen, wie allgemein verstanden wird.
  • Noch mit Bezug auf 1 sind bei einer Ausführungsform die Brennkraftmaschine 48 und der Elektromotor 50 derart zusammengebaut, dass beide mit wenigstens einigen der Räder 36 durch eine oder mehrere Antriebswellen 52 mechanisch gekoppelt sind. Der Radiator 46 ist mit dem Rahmen an einem äußeren Abschnitt desselben verbunden und umfasst, obwohl es nicht im Detail veranschaulicht ist, mehrere dort hindurch verlaufende Kühlkanäle, die ein Kühlfluid (d. h. ein Kühlmittel), wie etwa Wasser und/oder Ethylenglykol (d. h. "Frostschutz") enthalten, und ist mit der Maschine 48 und dem Wechselrichter 44 gekoppelt. Wieder mit Bezug auf 1 empfangt bei der dargestellten Ausführungsform der Wechselrichter 44 ein Kühlmittel und teilt dieses mit dem Elektromotor 50. Der Radiator 46 kann auf ähnliche Weise mit dem Wechselrichter 44 und/oder dem Elektromotor 50 verbunden sein.
  • Das elektronische Steuerungssystem 38 steht in wirksamer Verbindung mit der Aktoranordnung 40, der Batterie 42 und dem Wechselrichter 44. Obwohl es nicht im Detail gezeigt ist, umfasst das elektronische Steuerungssystem 38 verschiedene Sensoren und Kraftfahrzeugsteuerungsmodule oder elektronische Steuerungseinheiten (ECUs), wie etwa ein Wechselrichtersteuerungsmodul und einen Fahrzeugcontroller, und mindestens einen Prozessor und/oder einen Speicher, welcher darin (oder in einem anderen computerlesbaren Medium) gespeicherte Anweisungen umfasst, um die Prozesse und Verfahren wie nachstehend beschrieben auszuführen.
  • Mit Bezug auf 2 ist ein Spannungszwischenkreisumrichtersystem (oder Elektroantriebssystem) 54 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Spannungszwischenkreisumrichtersystem 54 umfasst einen Controller 56, den mit einem Ausgang des Controllers 56 gekoppelten Wechselrichter 44, den mit einem ersten Ausgang des Wechselrichters 44 gekoppelten Motor 50 und einen Modulator 58, der einen mit einem zweiten Ausgang des Wechselrichters 44 gekoppelten Eingang aufweist und einen Ausgang aufweist, der mit einem Eingang des Controllers 56 gekoppelt ist. Der Controller 56 und der Modulator 58 können mit dem in 1 gezeigten elektronischen Steuerungssystem 38 zusammengebaut sein.
  • 3 veranschaulicht den Wechselrichter 44 von 1 und 2 genauer. Der Wechselrichter 44 umfasst eine dreiphasige Schaltung, die mit dem Motor 50 gekoppelt ist. Insbesondere umfasst der Wechselrichter 44 ein Schalternetzwerk mit einem ersten Eingang, der mit einer Spannungsquelle Vdc (z. B. der Batterie 42) gekoppelt ist, und einem Ausgang, der mit dem Motor 50 gekoppelt ist. Obwohl eine einzige Spannungsquelle gezeigt ist, kann eine verteilte Gleichstromverbindung (DC-Verbindung) mit zwei seriellen Quellen verwendet werden.
  • Das Schalternetzwerk umfasst drei Paare serieller Schalter mit antiparallelen Dioden (d. h. antiparallel zu jedem Schalter), welche jeder der Phasen entsprechen. Jedes der Paare serieller Schalter umfasst einen ersten Schalter (oder Transistor) 60, 62 und 64 mit einem ersten Anschluss, der mit einer positiven Elektrode der Spannungsquelle 42 gekoppelt ist, und einen zweiten Schalter 66, 68 und 70 mit einem zweiten Anschluss, der mit einer negativen Elektrode der Spannungsquelle 42 gekoppelt ist, und mit einem ersten Anschluss, der mit einem zweiten Anschluss des jeweili gen ersten Schalters 60, 62 und 64 gekoppelt ist. Um den Schaltzyklus und den Ausgangsspannungsvektor des Wechselrichters 44 zu überwachen, ist der Modulator 58 mit dem Ausgang des Wechselrichters 44 gekoppelt.
  • Immer noch mit Bezugnahme auf 1 wird das Fahrzeug 30 im Betrieb betrieben, indem Leistung an die Räder 36 von der Brennkraftmaschine 48 und dem Elektromotor 50 abwechselnd und/oder von der Brennkraftmaschine 48 und dem Elektromotor 50 gleichzeitig geliefert wird. Um den Elektromotor 50 mit Leistung zu versorgen, wird DC-Leistung von der Batterie 42 an den Wechselrichter 44 geliefert, welcher die DC-Leistung in AC-Leistung umwandelt, bevor die Leistung an den Elektromotor 50 gesandt wird. Wie der Fachmann feststellen wird, wird die Umwandlung von DC-Leistung in AC-Leistung im Wesentlichen ausgeführt, indem die Transistoren in dem Wechselrichter 44 mit einer "Schaltfrequenz", wie zum Beispiel 12 Kilohertz (kHz) betätigt (d. h. wiederholt geschaltet) werden.
  • Der Controller 56 erzeugt allgemein ein Pulsbreitenmodulationssignal (PWM-Signal), um die Schaltaktion des Wechselrichters 44 zu steuern. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Controller 56 vorzugsweise ein unstetiges PWM-Signal (DPWM-Signal) mit einem einzigen Nullvektor, der jedem Schaltzyklus des Wechselrichters 44 zugeordnet ist. Der Wechselrichter 44 wandelt dann das PWM-Signal in eine modulierte Spannungswellenform um, um den Motor 50 zu betreiben.
  • Um den Betrieb des Motors 50 zu optimieren, überwacht der Modulator 58 die von dem Wechselrichter 44 erzeugte modulierte Spannungswellenform und ermittelt, wann das Schalten des Wechselrichters 44 in einer Verzerrungsregion stattfindet, die auf nichtlinearen Begrenzungen (z. B. der minimalen Impulsbreite und der Totzeit) beruht, welche dem Wechselrichter 44 zugeordnet sind. Wenn der Wechselrichter 44 in der Verzerrungsregion arbeitet, weist der Modulator 58 den Controller 56 an, ein modifiziertes DPWM-Signal zu übertragen, das die Verzerrungsregion kompensiert (z. B. durch ein Variieren eines Tastverhältnisses für jeden Phasenschenkel des Schaltzyklus').
  • DPWM-Steuerungsverfahren bringen in die angelegte Ausgangsspannung aufgrund der Nichtlinearität des Wechselrichters durch Totzeit- und minimale Impulsbreitenbegrenzungen eine Verzerrung ein. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Anwenden verschiedener Kompensationsverfahren auf die DPWM-Steuerung bereitgestellt, welches einen minimierten Verzerrungsbetrag über den gesamten Betriebsbereich des Systems ermöglicht.
  • Die minimale von Null verschiedene Einschaltdauer eines speziellen DPWM-Steuerungszyklus kann als tmin definiert sein, während die maximale nichtstetige Einschaltdauer eines speziellen DPWM-Steuerungszyklus als tmax definiert sein kann. Wie der Fachmann feststellen wird, können die durch tmin und tmax definierten physikalischen Zeitintervalle aus der verwendeten Hardware (Wechselrichterschalter und Gatetreiber) zusammen mit der Flexibilität der verfügbaren Hardware, die zur Implementierung des gewünschten DPWM-Verfahrens verwendet wird, ermittelt werden. Beispielsweise können einige Hardwareimplementierungen des Controllers bei einigen oder allen Fällen die Zeitintervalle mehr oder weniger stark begrenzen. Aus den physikalischen Zeitintervallen heraus können nicht fest eingestellte Grenzen für das Tastverhältnis ausgedrückt werden als
    Figure 00140001
    Figure 00150001
    wobei ts das Zeitintervall des DPWM-Steuerungszyklus darstellt. Der Kehrwert des Steuerungszyklus liefert die Wechselrichterschaltfrequenz oder Trägerfrequenz (fs). Mathematisch kann die Trägerfrequenz ausgedrückt werden als
    Figure 00150002
  • Außerdem ist festzustellen, dass eine variable Trägerfrequenz eingesetzt werden kann, die derart begrenzt ist, dass fs_min ≤ fs ≤ fs_max (4)
  • Es ist anzumerken, dass sich aufgrund einer veränderbaren Trägerfrequenz die maximalen und minimalen nicht fest eingestellten Tastverhältnisse, welche bei dem speziellen Arbeitspunkt erreicht werden können, gemäß den Gleichungen 1–4 wie voranstehend angegeben ebenfalls mit der Trägerfrequenz ändern.
  • Der Modulationsindex des PWM-Signals definiert die Amplitude der Grundkomponente der Ausgangsspannung. Diese wird oft mit Hilfe der maximalen Grundausgangsspannung definiert, welche von dem Wechselrichter bei dem sechsstufigen Betrieb, der nachstehend beschrieben wird, erzeugt werden kann. Der Modulationsindex ist dann gegeben als
    Figure 00160001
    wobei V * / 1 die befohlene Amplitude der Grundkomponente ist und Vdc die maximale Ausgangsspannung der Batterie 42 ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerungsverfahren bereitgestellt, welches ein optimales DPWM-Kompensationsverfahren auf der Grundlage der Betriebsbedingungen des Elektroantriebssystems wählt. Insbesondere kann die Wahl des geeigneten Kompensationsverfahrens zumindest teilweise auf dem in dem Elektroantriebssystem vorliegenden Modulationsindex basieren. Bei einer Ausführungsform wählt das Steuerungsverfahren zwischen drei Kompensationsverfahren (d. h. einem ersten, einem zweiten und einem dritten Verfahren).
  • Die drei Kompensationsverfahren können als ein "Kompensationsverfahren mit einem niedrigen Modulationsindex (LowMod)", ein "Kompensationsverfahren mit einem mittleren Modulationsindex (MidMod)", und ein "Kompensationsverfahren mit einem hohen Modulationsindex (HighMod)" verallgemeinert werden. Wie durch die bereitgestellten verallgemeinerten Bezeichnungen nahegelegt wird, wird das LowMod (oder erste) Kompensationsverfahren bei Augenblicken mit relativ niedrigen Modulationsindizes eingesetzt, das MidMod (oder zweite) Kompensationsverfahren wird bei Augenblicken mit Modulationsindizes in einem mittleren Bereich eingesetzt, und das HighMod (oder dritte) Kompensationsverfahren wird bei Augenblicken mit relativ hohen Modulationsindizes eingesetzt. Beispiele dieser Kompensationsverfahren sind nachstehend genau beschrieben.
  • 4 ist eine graphische Veranschaulichung der Verwendung jedes der Kompensationsverfahren in Bezug auf den Modulationsindex und die Trägerfrequenz (fs) des Elektroantriebssystems gemäß dem Steuerungsverfahren einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie gezeigt ist, umfasst der Graph eine Region für jedes der Kompensationsverfahren: eine LowMod-Region 72, eine MidMod-Region 74 und eine HighMod-Region 76. Wie 4 veranschaulicht, wird das LowMod-Kompensationsverfahren bei Perioden eingesetzt (d. h. verwendet oder angewandt), in welchen das System einen niederen Modulationsindex (d. h. innerhalb der LowMod-Region 72) an den Motor anlegt. Bei Perioden mit mittleren Modulationsindizes (d. h. in der MidMod-Region 74) verwendet das Verfahren das MidMod-Kompensationsverfahren. In der Nähe der Grenze zwischen der LowMod-Region 72 und der MidMod-Region 74 wählt das Verfahren das gewünschte Kompensationsverfahren unter Verwendung eines Hysteresebands 78 (oder eines anderen Übergangsverfahrens) zwischen den zwei jeweiligen Kompensationsverfahren.
  • Bei einer Ausführungsform wird die Untergrenze des Hysteresebands bei der LowMod-Region 72 in etwa ermittelt aus MiLowMod_max = π√3 dmin (6)und die Grenze zwischen der MidMod-Region 74 und der HighMod-Region 76 ergibt sich annähernd aus MiMidMod_max = 1√3π2 dmax (7)
  • Das Steuerungsverfahren kann mehrere mögliche Verfahren zum Übergang zwischen den Kompensationsregionen 72, 74 und 76 verwenden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wendet das System das HighMod-Kompensationsverfahren an, wenn sich die Trägerfrequenz bei ihrem Maximalwert (fs_max) befindet und der Controller 56 ermittelt, dass sich der durch die Gleichung 7 berechnete Modulationsindex in der HighMod-Region 76 befindet. Wenn beide Bedingungen erfüllt sind, wendet der Controller 56 das HighMod-Kompensationsverfahren mit einem zusätzlichen Hystereseband 80 (oder einem anderen Übergangsverfahren) derart an, dass das System wieder in das MidMod-Kompensationsverfahren wechselt, wenn der geforderte Modulationsindex abnimmt. Im Fall, dass der Controller 56 ermittelt, dass sich der durch die Gleichung 7 berechnete Modulationsindex in der HighMod-Region befindet, sich die Schaltfrequenz aber nicht bei ihrem Maximalwert befindet, wendet der Controller 56 das LowMod-Kompensationsverfahren an.
  • Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wendet der Controller 56 das HighMod-Kompensationsverfahren unabhängig von der Trägerfrequenz an. Bei einer derartigen Ausführungsform ist das zusätzliche Hystereseband 80 in der Nähe der Grenze zwischen der MidMod-Region 74 und der HighMod-Region 76 ebenfalls vorgesehen, wobei die Obergrenze des Hysteresebands der MidMod-Kompensation durch die Gleichung 7 bereitgestellt wird.
  • Bei einer dritten bevorzugten Ausführungsform wendet der Controller 56 das LowMod-Kompensationsverfahren bei allen Modulationsindizes an, ob nun ein zusätzliches Kompensationsverfahren (d. h. MidMod- oder HighMod-Kompensation) angewandt wird oder nicht. Bei einer derartigen Ausführungsform ist festzustellen, dass die Kompensationsgrenzen (d. h. dmax und dmin) so gewählt sind, dass sie weniger restriktiv als diejenigen sind, welche verwendet werden, um irgendwelche zusätzlichen Kompensationsverfahren anzuwenden, sodass das LowMod-Kompensationsverfahren die Arbeitsweise der anderen potenziellen Kompensationsverfahren nicht beeinträchtigt.
  • Folglich wird das Signal unter Verwendung eines ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist. Das Signal wird unter Verwendung eines zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulationsindex mindestens gleich (d. h. größer oder gleich) dem ersten Modulationsindexwert ist.
  • Bei einer Ausführungsform wird das Signal unter Verwendung eines dritten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulationsindex mindestens gleich einem zweiten Modulationsindexwert ist, der größer als der erste ist, und sich eine Schaltfrequenz des Wechselrichters bei einem Maximalwert befindet. Das Signal wird unter Verwendung des ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem zweiten Modulationsindexwert ist und sich die Schaltfrequenz des Wechselrichters nicht bei dem Maximalwert befindet. Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Signal unter Verwendung eines dritten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulationsindex mindestens gleich einem zweiten Modulationsindexwert ist, der größer als der erste Modulationsindexwert ist.
  • LowMod-Kompensationsverfahren
  • Bei dem LowMod-Kompensationsverfahren wird bei einer Ausführungsform die Auswirkung der Verzerrungen dadurch reduziert, dass eine durchschnittliche Ausgangsspannung in der Verzerrungsregion aufrechterhalten wird. Um eine durchschnittliche Ausgangsspannung in dem unteren Ausgangsspannungsverzerrungsbereich (z. B. zwischen dem minimal erreichbaren Tastverhältnis und der minimalen Impulsbreite) aufrecht zu erhalten, kann das Tastverhältnis derart modifiziert werden, dass eine Ausgangsspannung, welche der minimalen Impulsbreite zugeordnet ist, während einer Hälfte des unteren Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs erzeugt wird. Um auf ähnliche Weise eine durchschnittliche Ausgangsspannung in dem oberen Ausgangsspannungsverzerrungsbereich (z. B. zwischen der maximalen Impulsbreite und dem maximal erreichbaren Tastverhältnis) aufrecht zu erhalten, kann das Tastverhältnis derart modifiziert werden, dass eine Ausgangsspannung, welche der maximalen Impulsbreite zugeordnet ist, während einer Hälfte des oberen Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs erzeugt wird.
  • Obere und untere Begrenzungswerte können verwendet werden, um anzuzeigen, wann das Tastverhältnis modifiziert werden muss, und wann sich das Tastverhältnis in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet. Zum Beispiel wird bei einer Ausführungsform das Tastverhältnis auf das minimal erreichbare Tastverhältnis (diskret Null) modifiziert, wenn das Tastverhältnis kleiner als der untere Begrenzungswert ist. Das Tastverhältnis wird auf die minimale Impulsbreite modifiziert, wenn das Tastverhältnis größer oder gleich dem unteren Begrenzungswert ist. Das Tastverhältnis wird auf die maximale Impulsbreite modifiziert, wenn das Tastverhältnis größer als die maximale Impulsbreite ist. Das Tastverhältnis wird auf das maximal erreichbare Tastverhältnis modifiziert, wenn das Tastverhältnis größer als der obere Begrenzungswert ist.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform werden die unteren und oberen Begrenzungswerte als die Mittelpunkte der jeweiligen Verzerrungsbereiche (z. B. unterer und oberer Ausgangsspannungsverzerrungsbereich) gewählt, obwohl die Begrenzungswerte bei einem beliebigen Punkt innerhalb der jeweiligen Verzerrungsbereiche gewählt werden können. Zum Beispiel wird der untere Begrenzungswert als der Mittelpunkt zwischen dem minimal erreichbaren Tastverhältnis und der minimalen Impulsbreite gewählt, und der obere Begrenzungswert wird als der Mittelpunkt zwischen der maximalen Impulsbreite und dem maximal erreichbaren Tastverhältnis gewählt. Wenn sich das Tastverhältnis außerhalb des Verzerrungsbereichs befindet, wird das Tastverhältnis nicht modifiziert, um Verzerrungseffekte zu verringern, und wird in dem Signal beibehalten, das an den Wechselrichter 44 geliefert wird.
  • 5 ist eine graphische Veranschaulichung der Beziehung zwischen dem Phasentastverhältnis und der Impulsbreite und ist nützlich zum Verständnis des Spannungszwischenkreisumrichtersystems 54, das in 2 gezeigt ist, speziell bezüglich des LowMod-Kompensationsverfahrens. Es sind ein ideales Tastverhältnis 100 und ein Tastverhältnis 102 gezeigt, das gemäß einer Ausführungsform des LowMod-Kompensationsverfahrens modifiziert ist. Die minimale und maximale Impulsbreite (dmin, dmax) skizzieren eine Grenze für den Ausgangsspannungsverzerrungsbereich. Zum Beispiel befindet sich der Ausgangsspannungsverzerrungsbereich unter der minimalen Impulsbreite (dmin) und über der maximalen Impulsbreite (dmax) und ist durch das minimal erreichbare Tastverhältnis (z. B. diskret Null) bzw. das maximal erreichbare Tastverhältnis (z. B. diskret Eins) begrenzt. Bei dieser Ausführungsform ist der untere Begrenzungswert (dclipLower) der Mittelpunkt zwischen dem minimal erreichbaren Tastverhältnis (diskret Null (0)) und der minimalen Impulsbreite (dmin), und der obere Begrenzungswert (dclipUpper) ist der Mittelpunkt zwischen der maximalen Impulsbreite (dmax) und dem maximal erreichbaren Tastverhältnis (diskret Eins (1)). Der zweite Begrenzungswert (z. B. dclipUpper) ist größer als der erste Begrenzungswert (z. B. dclipLower). Die minimale und maximale Impulsbreite basieren auf dem Verhindern eines Kurzschlusses der Schaltschaltung.
  • 6 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 104 zum Steuern eines Spannungszwischenkreisumrichters gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des LowMod-Kompensationsverfahrens. Mit Bezug auf 2 und 6 weist der Wechselrichter 44 einen Ausgangsspannungsverzerrungsbereich auf. Zum Beispiel liegt in 6 der Ausgangsspannungsverzerrungsbereich zwischen dem minimal erreichbaren Tastverhältnis (z. B. einer diskreten Null) und der minimalen Impulsbreite (z. B. dmin), sowie zwischen der maximalen Impulsbreite (z. B. dmax) und einem maximal erreichbaren Tastverhältnis (z. B. einer diskreten Eins). Das Verfahren 104 beginnt bei Schritt 106 und ein erstes Signal mit einem Tastverhältnis wird bei Schritt 108 empfangen. Zum Beispiel empfängt der Modulator 58 ein PWM-Signal von dem Controller 56. Das Tastverhältnis weist einen Bereich von dem minimal erreichbaren Tastverhältnis (z. B. einer diskreten Null) bis zu dem maximal erreichbaren Tastverhältnis (z. B. einer diskreten Eins) auf.
  • Das Tastverhältnis wird auf das minimal erreichbare Tastverhältnis (z. B. diskret Null) modifiziert, wenn sich das Tastverhältnis innerhalb des Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs befindet und kleiner als ein erster Begrenzungswert ist (z. B. dclipLower), wie bei Schritt 110 angegeben ist. Das Tastverhältnis wird auf die minimale oder die maximale Impulsbreite modifiziert, je nachdem, welche näher liegt, wenn sich das Tastverhältnis in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet, das Tastverhältnis größer oder gleich dem ersten Begrenzungswert ist und das Tastverhältnis kleiner oder gleich einem zweiten Begrenzungswert (oder nicht größer als dieser) ist, wie bei Schritt 112 angezeigt ist. Bei einer Ausführungsform wird das Tastverhältnis auf die minimale Impulsbreite modifiziert, wenn sich das Tastverhältnis in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und größer oder gleich dem ersten Begrenzungswert ist, und das Tastverhältnis wird auf die maximale Impulsbreite modifiziert, wenn sich das Tastverhältnis in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und kleiner oder gleich dem zweiten Begrenzungswert ist. Der erste Begrenzungswert kann so gewählt sein, dass er in etwa einen Mittelpunkt zwischen dem minimal erreichbaren Tastverhältnis und der minimalen Impulsbreite bildet, und der zweite Begrenzungswert kann so gewählt sein, dass er in etwa einen Mittelpunkt zwischen dem maximal erreichbaren Tastverhältnis und der maximalen Impulsbreite bildet.
  • Bei Schritt 114 wird das Tastverhältnis auf das maximal erreichbare Tastverhältnis modifiziert, wenn sich das Tastverhältnis in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und größer als der zweite Begrenzungswert ist. Ein zweites Signal wird (z. B. durch den Modulator 58) an den Wechselrichter 44 übertragen, wie bei Schritt 116 angezeigt ist. Das zweite Signal umfasst das Tastverhältnis (z. B. modifiziert oder nicht modifiziert auf der Grundlage der vorhergehenden Schritte). Zum Beispiel wird das Tastverhältnis des ersten Signals in dem zweiten Signal beibehalten, wenn sich das Tastverhältnis außerhalb des Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs befindet. Bei einer Ausführungsform sind das erste und zweite Signal DPWM-Signale zum Steuern des Schalternetzwerks des Wechselrichters 44. Das Verfahren 104 endet bei Schritt 118.
  • Der Wechselrichter 44 weist eine erste durchschnittliche Ausgangsspannung auf, die dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich zugeordnet ist (z. B. zwischen dem minimal erreichbaren Tastverhältnis und der minimalen Impulsbreite). Zudem weist der Wechselrichter 44 eine zweite durchschnittliche Ausgangsspannung auf, die dem Ausgangsspannungsverzer rungsbereich zugeordnet ist (z. B. zwischen der maximalen Impulsbreite und dem maximal erreichbaren Tastverhältnis). Bei dieser Ausführungsform wird die erste durchschnittliche Ausgangsspannung beibehalten, wenn das Tastverhältnis größer oder gleich dem minimal erreichbaren Tastverhältnis ist und das Tastverhältnis kleiner als die minimale Impulsbreite ist. Zudem wird die zweite durchschnittliche Ausgangsspannung beibehalten, wenn das Tastverhältnis größer als die maximale Impulsbreite ist und das Tastverhältnis kleiner oder gleich dem maximal erreichbaren Tastverhältnis ist.
  • 7 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 120 zum Steuern eines Spannungszwischenkreisumrichters gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des LowMod-Kompensationsverfahrens. Mit Bezug auf 2 und 7 beginnt das Verfahren 120 bei Schritt 122, und bei Schritt 124 wird ein erstes Signal empfangen (z. B. von dem Modulator 58), das ein Tastverhältnis aufweist. Das Tastverhältnis weist einen Bereich von dem minimal erreichbaren Tastverhältnis (z. B. diskret Null) bis zu dem maximal erreichbaren Tastverhältnis (z. B. diskret Eins) auf. Das Tastverhältnis wird modifiziert, um eine erste durchschnittliche Ausgangsspannung in dem ersten Verzerrungsbereich beizubehalten, wenn sich das Tastverhältnis in dem ersten Verzerrungsbereich befindet, wie bei Schritt 126 angezeigt ist. Bei einer Ausführungsform wird das Tastverhältnis auf das minimal erreichbare Tastverhältnis modifiziert, wenn sich das Tastverhältnis in dem ersten Verzerrungsbereich befindet und kleiner als ein Begrenzungswert (z. B. dclipLower) in dem ersten Verzerrungsbereich ist, und das Tastverhältnis wird auf das minimale Tastverhältnis modifiziert, wenn sich das Tastverhältnis in dem ersten Verzerrungsbereich befindet und größer oder gleich dem Begrenzungswert ist. Der Begrenzungswert (z. B. dclipLower) kann so gewählt sein, dass er in etwa einen Mittelpunkt zwischen dem minimal erreichbaren Tastverhältnis und der minimalen Impulsbreite bildet. Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Tastverhältnis auf das minimal erreichbare Tastverhältnis modifiziert, wenn das Tastverhältnis größer oder gleich dem minimal erreichbaren Tastverhältnis ist und das Tastverhältnis kleiner als der Begrenzungswert ist, und das Tastverhältnis wird auf die minimale Impulsbreite modifiziert, wenn das Tastverhältnis größer oder gleich dem Begrenzungswert ist und das Tastverhältnis kleiner als die minimale Impulsbreite ist.
  • Das Tastverhältnis wird modifiziert, um eine zweite durchschnittliche Ausgangsspannung in dem zweiten Verzerrungsbereich beizubehalten, wenn sich das Tastverhältnis in dem zweiten Verzerrungsbereich befindet, wie bei Schritt 128 angezeigt ist. Bei einer Ausführungsform wird das Tastverhältnis auf die maximale Impulsbreite modifiziert, wenn sich das Tastverhältnis in dem zweiten Verzerrungsbereich befindet und kleiner oder gleich einem Begrenzungswert (z. B. dclipUpper) in dem zweiten Verzerrungsbereich ist, und das Tastverhältnis wird auf das maximal erreichbare Tastverhältnis modifiziert, wenn sich das Tastverhältnis in dem zweiten Verzerrungsbereich befindet und größer als der Begrenzungswert ist. Bei einer weiteren Ausführungsform wird das Tastverhältnis auf die maximale Impulsbreite modifiziert, wenn das Tastverhältnis größer als die maximale Impulsbreite ist und das Tastverhältnis kleiner als der Begrenzungswert ist, und das Tastverhältnis wird auf das maximal erreichbare Tastverhältnis modifiziert, wenn das Tastverhältnis größer als der Begrenzungswert ist und das Tastverhältnis kleiner oder gleich dem maximal erreichbaren Tastverhältnis ist.
  • Ein zweites Signal wird an den Wechselrichter 44 geliefert, wie bei Schritt 130 angezeigt ist. Das zweite Signal umfasst das Tastverhältnis. Das Tastverhältnis des ersten Signals wird beispielsweise in dem zweiten Signal beibehalten, wenn sich das Tastverhältnis außerhalb des ersten Verzerrungsbereichs und außerhalb des zweiten Verzerrungsbereichs befindet (z. B. zwischen dmin und dmax).
  • MidMod-Kompensationsverfahren
  • 8–10 sind Graphen von Wechselrichterausgangsspannungen mit Verzerrungsregionen, die zum Verständnis des in 2 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems 54 nützlich sind, besonders mit Bezug auf das MidMod-Kompensationsverfahren. Die Wechselrichterausgangsspannungen sind durch Vektoren V1, V2, V3, V4, V5 und V6 dargestellt, die dem Schalten für jede Phase (z. B. jede von drei Phasen) des Schaltzyklus entsprechen. Jede der Phasen weist zwei Stati auf (d. h. einer diskreten Eins und einer diskreten Null entsprechend). Mit Bezug auf 3 und 8–10 ist zum Beispiel V1 der Spannungsvektor, der einem diskreten Eins-Status des ersten Paars von Schaltern 60 und 66 und einem diskreten Null-Status sowohl des zweiten als auch des dritten Paars von Schaltern 62 und 68 und 64 und 70 entspricht. V2 ist der Spannungsvektor, der einem diskreten Eins-Status sowohl des ersten als auch des zweiten Paars von Schaltern 60 und 66 und 62 und 68 und einem diskreten Null-Status des dritten Paars von Schaltern 64 und 70 entspricht. V3 ist der Spannungsvektor, der einem diskreten Null-Status sowohl des ersten als auch des dritten Paars von Schaltern 60 und 66 und 64 und 70 und einem diskreten Eins-Status des zweiten Paars von Schaltern 62 und 68 entspricht. V4 ist der Spannungsvektor, der einem diskreten Null-Status des ersten Paars von Schaltern 60 und 66 und einem diskreten Eins-Status sowohl des zweiten als auch des dritten Paars von Schaltern 62 und 68 und 64 und 70 entspricht. V5 ist der Spannungsvektor, der einem diskreten Null-Status sowohl des ersten als auch des zweiten Paars von Schaltern 60 und 66 und 62 und 68 und einem diskreten Eins-Status des dritten Paars von Schaltern 64 und 70 entspricht. V6 ist der Spannungsvektor, der einem diskreten Eins-Status sowohl des ersten als auch des dritten Paars von Schaltern 60 und 66 und 64 und 70 und einem diskreten Null-Status des zweiten Paars von Schaltern 62 und 68 entspricht. Ein Nullvektor (z. B. im Zentrum der Graphen) entspricht entweder einem diskreten Eins-Status für jedes der Paare von Schaltern 60 und 66, 62 und 68, und 64 und 70 oder einem diskreten Null-Status für jedes der Paare von Schaltern 60 und 66, 62 und 68, und 64 und 70.
  • Eine Verzerrungsregion 200, die der dreißig Grad (30°) voreilenden Leistungsfaktorlast von DPWM0 zugeordnet ist, ist in 8 gezeigt, eine Verzerrungsregion 202, die der einheitlichen Leistungsfaktorlast von DPWM1 zugeordnet ist, ist in 9 gezeigt, und eine Verzerrungsregion 204, die der dreißig Grad (30°) nacheilenden Leistungsfaktorlast zugeordnet ist, die DPWM2 zugeordnet ist, ist in 10 gezeigt. Bei allen Betriebsbedingungen ist das Schaltnetzwerk minimalen Impulsbreitengrenzen und Totzeit-Begrenzungen unterworfen, welche nichtlineare Begrenzungen sind, die durch die Verzerrungsregionen dargestellt werden. Da die Wechselrichterbegrenzungen der minimalen Impulsbreite und der Totzeit starre Zeitwerte sind, schwankt die Winkelbreite (θ) oder Spanne der Verzerrungsregion, wie in 11 gezeigt ist, mit der Modulationstiefe der Ausgangsspannung und der Schaltfrequenz des Schaltnetzwerks.
  • Die Schalter 60–70 können auf der Grundlage eines modifizierten verallgemeinerten DPWM-Verfahrens (GDPWM-Verfahrens) derart aktiviert (z. B. geschlossen) werden, dass das fest eingestellte Segment in Abhängigkeit von dem Leistungsfaktor oder einer anderen Bedingung eingestellt wird. Im Allgemeinen ist das GDPWM-Verfahren bei Hybridfahrzeuganwendungen vorzuziehen, weil Wechselrichterverluste gegenüber stetigen PWM-Verfahren verringert werden können. Da der Nullvektor leicht moduliert werden kann, kann GDPWM für jede beliebige Betriebsbedingung konfiguriert werden. Bei GDPWM werden die Verzerrungsregionen jedoch durch einen Winkelversatz zu den Sektorübergängen gedreht, und somit verändern sich die Verzerrungsregionen bei GDPWM kontinuierlich. Durch eine korrekte Steuerung der Ausgangsimpulse des DPWM-Signals von dem Controller 56, wie durch den Modulator 58 modifiziert, werden die Auswirkungen dieser Nichtlinearitäten (die durch die Verzerrungsregionen dargestellt sind), kompensiert. Bei GDPWM wählt der Modulator 58 einen geeigneten Nullvektor auf der Grundlage des maximalen Phasenstroms, dessen Winkel mit dem Lastleistungsfaktor schwankt.
  • 11 ist ein Graph mit mehreren Verzerrungsspannen, der zum weiteren Verständnis des in 2 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems 54 nützlich ist. Die Verzerrungsspannen variieren auf der Grundlage der Schaltfrequenz (z. B. 2 kHz, 4 kHz, 6 kHz, 8 kHz, 10 kHz und 12 kHz) und eines Modulationsindex. Weil die Verzerrungsspanne mit der Schaltfrequenz variiert, kann es sein, dass ein Schalten des Nullvektors nur in Abhängigkeit von der räumlichen Lage des befohlenen Spannungsvektors (z. B. in den Raumvektordiagrammen, die in 8–10 gezeigt sind) nicht praktisch ist, da sich die Verzerrungsregionen kontinuierlich ändern, wenn die GDPWM verwendet wird. Das modifizierte GDPWM-Verfahren wählt den Nullvektor, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einer Verzerrungsregion befindet, indem es mit den Phasentastverhältnisbefehlen direkt arbeitet.
  • 12–15 sind Phasentastverhältnisse, die zum weiteren Verständnis des in 2 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems 54 nützlich sind. 12 zeigt die Phasentastverhältnisse (da, db und dc) für einen Schaltzyklus. Das Phasentastverhältnis da befindet sich in einer Verzerrungsregion zwischen dem minimalen Tastverhältnis (dmin) und dis kret Null, während sich das Phasentastverhältnis dc bei diskret Null befindet. Das Phasentastverhältnis db befindet sich zwischen dmin und dem maximalen Tastverhältnis (dmax). 13 zeigt die Phasentastverhältnisse (da, db und dc), nachdem das Tastverhältnis des Nullvektors zu den Tastverhältnissen jedes Phasenschenkels des in 12 gezeigten Schaltzyklus addiert wurde. In 13 befinden sich die Phasentastverhältnisse da und dc nun zwischen dmin und dmax und db befindet sich nun bei diskret Eins. Durch das Addieren des Tastverhältnisses des Nullvektors zu den Tastverhältnissen jedes Phasenschenkels in dem Schaltzyklus, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in der Verzerrungsregion zwischen dmin und diskret Null befindet, wird diese Verzerrungsregion von dem Spannungszwischenkreisumrichtersystem 54 kompensiert.
  • 14 zeigt die Phasentastverhältnisse (da, db und dc) für einen weiteren Schaltzyklus. Das Phasentastverhältnis da befindet sich in einer Verzerrungsregion zwischen dmax und diskret Eins, das Phasentastverhältnis dc befindet sich bei diskret Eins und das Phasentastverhältnis db befindet sich zwischen dmin und dmax. 15 zeigt die Phasentastverhältnisse (da, db und dc), nachdem das Tastverhältnis des Nullvektors von den Tastverhältnissen jedes Phasenschenkels des in 14 gezeigten Schaltzyklus subtrahiert wurde. In 15 befinden sich die Phasentastverhältnisse da und dc nun zwischen dmin und dmax und das Phasentastverhältnis db befindet sich nun bei diskret Null. Durch das Subtrahieren des Tastverhältnisses des Nullvektors von den Tastverhältnissen jedes Phasenschenkels in dem Schaltzyklus, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in der Verzerrungsregion zwischen dmin und diskret Null befindet, wird diese Verzerrungsregion von dem Spannungszwischenkreisumrichtersystem 54 kompensiert.
  • Zurück auf 2 Bezug nehmend überträgt bei einer beispielhaften Ausführungsform der Modulator 58 ein Steuerungssignal oder Modulationssignal an den Controller 56, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in der Verzerrungsregion befindet. Dieses Steuerungssignal oder Modulationssignal ändert das DPWM-Signal, indem das Tastverhältnis jedes Phasenschenkels in dem Schaltzyklus durch ein Tastverhältnis des Nullvektors verändert wird. Wenn zum Beispiel ein Phasenschenkel des Schaltzyklus kleiner als dmin (und nicht diskret Null) ist, addiert der Modulator 58 das Tastverhältnis des Nullvektors zu jedem Phasenschenkel in dem Schaltzyklus. Wenn ein Phasenschenkel des Schaltzyklus größer als dmax (und nicht diskret Eins) ist, subtrahiert der Modulator 58 das Tastverhältnis des Nullvektors von jedem Phasenschenkel in dem Schaltzyklus. Der Controller 56 überträgt das modifizierte DPWM-Signal an den Wechselrichter 44.
  • 16 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 206 zum Steuern eines Spannungszwischenkreisumrichters gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des MidMod-Kompensationsverfahrens. Das Verfahren beginnt bei Schritt 208. Bei Schritt 210 wird dem Motor 50 eine Spannung auf der Grundlage eines Schaltzyklus und eines Ausgangsspannungsvektors geliefert. Der Schaltzyklus weist mehrere Phasenschenkel und einen Nullvektor auf. Ein Tastverhältnis jedes der mehreren Phasenschenkel wird durch ein Tastverhältnis des Nullvektors modifiziert, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einer Verzerrungsregion befindet. Bei Schritt 212 wird ein Tastverhältnis des Nullvektors zu jedem der mehreren Phasenschenkel addiert, wenn ein Tastverhältnis eines ersten Phasenschenkels des Schaltzyklus kleiner als ein minimales Tastverhältnis ist, was die Verzerrungsregion anzeigt. Bei Schritt 214 wird das Tastverhältnis des Nullvektors von jedem der mehreren Phasenschenkel subtrahiert, wenn ein Tastverhältnis eines zweiten Phasenschenkels größer als ein maximales Tast verhältnis ist, was die Verzerrungsregion anzeigt. Das Verfahren 206 endet bei Schritt 216.
  • HighMod-Kompensationsverfahren
  • 17 ist eine Eingangsmodulationswellenform, die zur Erläuterung der Arbeitsweise des in 2 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems 54 nützlich ist, speziell in Hinblick auf das HighMod-Kompensationsverfahren. Um die Erläuterung zu vereinfachen, ist die Eingangsmodulationswellenform mit Bezug auf die Tastverhältnisse gezeigt und beschrieben, welche der positiven Halbwelle eines Eingangsmodulationssignals (z. B. eines PWM-Signals) zugeordnet sind, das an den Wechselrichter 44 geliefert wird. Die Eingangsmodulationswellenform umfasst auch eine im Wesentlichen symmetrische negative Halbwelle für jeden Grundzyklus des Eingangsmodulationssignals. Zudem entspricht die positive Halbwelle des Eingangsmodulationssignals einem einzelnen Phasenschenkel des Wechselrichters 44. Sobald der Modulationsindex (Mi) über einen Wert hinaus ansteigt, bei dem ein befohlenes Tastverhältnis (d) größer als eine maximale Tastverhältnisgrenze (dmax) oder kleiner als eine minimale Tastverhältnisgrenze (d) ist, kann die Beziehung von Eingangsspannung zu Ausgangsspannung des Spannungszwischenkreisumrichters nichtlinear werden.
  • 18 ist eine Ausgangsmodulationswellenform, die zur weiteren Erläuterung der Arbeitsweise des in 2 gezeigten Spannungszwischenkreisumrichtersystems 54 nützlich ist. Um die Erläuterung zu vereinfachen, ist die Ausgangsmodulationswellenform mit Bezug auf die Tastverhältnisse gezeigt und beschrieben, welche der positiven Halbwelle eines modifizierten Modulationssignals (z. B. eines modifizierten PWM-Signals) zugeordnet sind, das an den Spannungszwischenkreisumrichter geliefert wird. Um die Linearität von Eingangsspannung zu Ausgangsspannung der Grundkomponente des Spannungszwischenkreisumrichters im Wesentlichen beizubehalten, wird die in 17 gezeigte Eingangsmodulationswellenform auf die maximale Tastverhältnisgrenze (dmax) zwischen ersten und zweiten Phasenwinkeln (z. B. α1 und α2) der ersten positiven Hälfte der Eingangsmodulationswellenform (z. B. zwischen etwa 0° und etwa 90°) beschränkt. Sobald der elektrische Phasenwinkel der Eingangsmodulationswellenform den zweiten Phasenwinkel (α2) erreicht hat, wird das Tastverhältnis auf ein Referenzpotenzial, wie etwa eine obere Spannungssammelschiene, begrenzt. Bei einer zweiten positiven Hälfte (z. B. zwischen etwa 90° und etwa 180°) wird die in 17 gezeigte Eingangsmodulationswellenform auf ähnliche Weise bei ersten und zweiten Phasenwinkeln der zweiten positiven Hälfte, die zu den ersten und zweiten Phasenwinkeln (α1, α2) der ersten Hälfte der positiven Hälfte der Eingangsmodulationswellenform bei etwa 90° symmetrisch sind, auf dmax begrenzt. Das Ergebnis dieses Vorgangs ist die in 18 gezeigte Ausgangsmodulationswellenform. Zudem wird dieser Vorgang des Begrenzens des Tastverhältnisses in der ersten und zweiten Hälfte der positiven Halbwelle des Eingangsmodulationssignals für die erste und zweite Hälfte der negativen Halbwelle des Eingangsmodulationssignals wiederholt.
  • Ein minimaler Modulationsindex (Mi_min), bei welchem diese Kompensation auftritt (z. B. die Modifikation der Tastverhältnisse der Eingangsmodulationswellenform), wird vorzugsweise abgeleitet aus:
    Figure 00320001
    wobei dmax auf ±0,5 bezogen ist, wie in 17 und 18 gezeigt ist, und der Faktor k gegeben ist als: k = 2Vdc/p (9)
  • Ein Übermodulationsbereich, der einem maximalen Modulationsindex (Mi_max) entspricht, tritt auf bei: Mi_max = p/2√3 ≈ 0,907 (10)
  • Der minimale Modulationsindex (Mi_min) und der maximale Modulationsindex (Mi_max) bilden einen Kompensationsbereich (z. B. Mi_min < Mi < Mi_max) für eine mögliche Verzerrung der Beziehung von Eingangsspannung zu Ausgangsspannung des Spannungszwischenkreisumrichters.
  • Wenn sich der Modulationsindex (Mi) in dem Verzerrungsbereich (z. B. Mi_min < Mi < Mi_max) befindet, ist der erste Phasenwinkel (α1) eine Funktion sowohl des Modulationsindex (Mi) als auch der maximalen Impulsbreite und wird ermittelt durch Lösen von dmax = Miksin(α1) – ½ – Miksin(αi – 2π/√3) (11)
  • Sobald der erste Phasenwinkel (α1) bekannt ist, wird der zweite Phasenwinkel (α2), welcher ebenfalls eine Funktion sowohl des Modulationsindex (Mi) als auch der maximalen Impulsbreite ist, ermittelt durch Lösen von Mik = 1/π2[2Mikπα1 + 2Miα1 + √3Mi – 2π] + 1/π2[2πcos(α1) – Mikπsin(2α1) – 2Misin(2a1 + π/3)] + 4/πdmax[cos(α1) – cos(α2)] + πcos(α2) (12)
  • Der Wert von dclip variiert mit dem ersten und zweiten Phasenwinkel (α1, α2), welche wiederum mit dem befohlenen Modulationsindex (Mi) und der maximalen Impulsbreite variieren. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Wert von dclip vorbestimmt und für einen Zugriff durch den Controller 56 (2) gespeichert sein (z. B. in einer Nachschlagetabelle), um Tastverhältnisse zu ermitteln, die normalerweise an den Wechselrichter 44 (1) geliefert werden. Unter Verwendung dieses vorbestimmten Werts von dclip für den befohlenen Modulationsindex (Mi) können die Impulse, die tatsächlich an das Schalternetzwerk übertragen werden, von dem Controller 56 modifiziert werden.
  • Wenn der befohlene Modulationsindex (Mi) größer als der maximale Modulationsindex (Mi_max) ist, kann der Wert von dclip angenähert werden zu dclip = 1/2 – 1/2(1/2 – dmax) (13)
  • Mit Bezug auf 2 und 19 ist ein Verfahren 300 zum Steuern eines Modulationssignals für den Wechselrichter 44 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform des HighMod-Kompensationsverfahrens gezeigt. Das Verfahren 300 beginnt bei Schritt 302 und der Controller 56 ermittelt bei Schritt 304, ob der befohlene Modulationsindex (Mi) größer als der minimale Modulationsindex (Mi_min) ist. Wie zuvor erwähnt, zeigt der minimale Modulationsindex (Mi_min) einen Verzerrungsbereich an, welcher der maximalen Tastverhältnisgrenze (dmax) entspricht. In dem Fall, dass der befohlene Modulationsindex (Mi) kleiner als der minimale Modulationsindex (Mi_min) ist, ermittelt der Controller 56 die Tastverhältnisse für jeden Phasenschenkel des Eingangsmodulationssignals bei Schritt 306. Zum Bei spiel ermittelt der Controller 56 für einen dreiphasigen Spannungszwischenkreisumrichter die Tastverhältnisse der Phasenschenkel für jede der drei Phasen. Nachdem die Tastverhältnisse bei Schritt 306 ermittelt wurden, überträgt der Controller 56 bei Schritt 308 ein Ausgangstastverhältnis an den Wechselrichter 44.
  • In dem Fall, dass der befohlene Modulationsindex (Mi) größer als der minimale Modulationsindex (Mi_min) ist, ermittelt der Controller 56 bei Schritt 310 die Tastverhältnisse für jeden Phasenschenkel des Eingangsmodulationssignals. Nachdem die Tastverhältnisse bei Schritt 310 bestimmt wurden, ermittelt der Controller 56 bei Schritt 312, ob der befohlene Modulationsindex (Mi) größer als der maximale Modulationsindex (Mi_max) ist. In dem Fall, dass der befohlene Modulationsindex (Mi) kleiner als der maximale Modulationsindex (Mi_max) ist, begrenzt der Controller 56 bei Schritt 314 das Tastverhältnis auf die maximale Tastverhältnisgrenze dmax bei einem ersten Satz von Phasenwinkeln (α1, α2), wenn Mi_min < Mi < Mi_max ist.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform stellt der Controller 56 das Eingangsmodulationssignal auf ein erstes Potenzial fest ein, wenn das Tastverhältnis den ersten Phasenwinkel (α1) erreicht, was die maximale Tastverhältnisgrenze (dmax) anzeigt, und er stellt das Signal auf ein zweites Potenzial fest ein, wenn das Tastverhältnis einen zweiten Phasenwinkel (α2) erreicht.
  • Aus den voranstehenden Gleichungen 9 und 10 tritt bei einer beispielhaften Ausführungsform der Übermodulationsbereich, der dem maximalen Modulationsindex (Mi_max) entspricht, auf bei: Mi_max = p/2√3 ≈ 0,907.
  • Der Controller 56 begrenzt das Tastverhältnis bei Schritt 316 auf die maximale Tastverhältnisgrenze dmax bei einem zweiten Satz von Phasenwinkeln (α1, α2), der von dem ersten Satz von Phasenwinkeln verschieden ist, wenn Mi > Mi_max ist. Zum Beispiel stellt der Controller 56 das Eingangsmodulationssignal auf ein erstes Potenzial fest ein, wenn das Tastverhältnis den ersten Phasenwinkel (α1) erreicht, was die maximale Tastverhältnisgrenze (dmax) anzeigt, und er stellt das Signal auf ein zweites Potenzial fest ein, wenn das Tastverhältnis einen zweiten Phasenwinkel (α2) erreicht, wenn Mi > Mi_max ist.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird die zweite Tastverhältnisgrenze (dclip) bestimmt durch: dclip = 1/2 – 1/2(1/2 – dmax) (14)
  • Nachdem das Tastverhältnis bei Schritt 316 auf die zweite Tastverhältnisgrenze begrenzt wurde, überträgt der Controller 56 bei Schritt 314 das Ausgangstastverhältnis, wie es dem modifizierten Signal zugeordnet wurde. Das Verfahren endet bei Schritt 318.
  • Obwohl die beispielhafte Ausführungsform des Verfahrens mit Bezug auf ein DPWM-Signalverfahren gezeigt und beschrieben wurde, eines, das für eine Leistungsfaktorlast von Eins (z. B. DPWM1) schaltverlustoptimiert ist, können die Gleichungen, welche die verschiedenen Tastverhältnisse darstellen, für andere DPWM-Signalverfahren modifiziert werden.
  • Obwohl mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der voranstehenden genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist festzustellen, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken. Stattdessen wird die voranstehende genaue Beschreibung Fachleuten eine brauchbare Anleitung zur Implementierung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es sollte verstanden sein, dass in der Funktion und Anordnung von Elementen verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren juristischen Äquivalenten offengelegt ist.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Steuern eines Wechselrichters in einem Elektroantriebssystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend, dass: ein Signal, das den Wechselrichter steuert, unter Verwendung eines ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert wird, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist; und das Signal unter Verwendung eines zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert wird, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass: das Signal unter Verwendung eines dritten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert wird, wenn der Modulationsindex mindestens gleich einem zweiten Modulationsindexwert ist und sich eine Schaltfrequenz des Wechselrichters bei einem Maximalwert befindet, wobei der zweite Modulationsindexwert größer als der erste Modulationsindexwert ist; und das Signal unter Verwendung des ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert wird, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem zweiten Modulationsindexwert ist und sich die Schaltfrequenz des Wechselrichters nicht bei dem Maximalwert befindet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass das Signal unter Verwendung eines dritten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert wird, wenn der Modulationsindex mindestens gleich einem zweiten Modulationsindexwert ist, wobei der zweite Modulationsindexwert größer als der erste Modulationsindexwert ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, das ferner umfasst, dass das Signal unter Verwendung des ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert wird, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der erste Modulationsindexwert zumindest teilweise auf einer minimalen von Null verschiedenen Dauer eines Steuerungszyklus des Elektroantriebssystems basiert und der zweite Modulationsindexwert zumindest teilweise auf einer maximalen nichtstetigen Dauer des Steuerungszyklus des Elektroantriebssystems basiert.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste und zweite Modulationsindexwert zumindest teilweise auf der Schaltfrequenz des Wechselrichters basieren.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Elektroantriebssystem eine minimale Impulsbreite, die zumindest teilweise auf der minimalen von Null verschiedenen Dauer des Steuerungszyklus des Elektroantriebssystems und der Schaltfrequenz des Wechselrichters basiert, eine maximale Impulsbreite, die zumindest teilweise auf der maximalen nichtstetigen Dauer des Steuerungszyklus des Elektroantriebssystems und der Schaltfrequenz des Wechselrichters basiert, und einen Ausgangsspannungsverzerrungsbereich außerhalb der minimalen und maximalen Impulsbreiten aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Signal ein erstes Signal ist, das ein Tastverhältnis aufweist, und das erste Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: das erste Signal empfangen wird, wobei das Tastverhältnis des ersten Signals einen Bereich von einem minimal erreichbaren Tastverhältnis bis zu einem maximal erreichbaren Tastverhältnis aufweist; ein zweites Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des ersten Signals in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und kleiner als ein erster Begrenzungswert ist, wobei das zweite Signal das minimal erreichbare Tastverhältnis aufweist; ein drittes Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des ersten Signals in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und das Tastverhältnis des ersten Signals mindestens gleich dem ersten Begrenzungswert ist oder das Tastverhältnis des ersten Signals nicht größer als ein zweiter Begrenzungswert ist, wobei das dritte Signal die minimale oder die maximale Impulsbreite aufweist, je nachdem, welche dem Tastverhältnis des ersten Signals näher liegt, wobei der zweite Begrenzungswert größer als der erste Begrenzungswert ist; ein viertes Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des ersten Signals in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und größer als der zweite Begrenzungswert ist, wobei das vierte Signal das maximal erreichbare Tastverhältnis aufweist; und das zweite oder das dritte oder das vierte Signal an den Wechselrichter übertragen wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Wechselrichter einen Schaltzyklus mit mehreren Phasenschenkeln und einem Nullvektor aufweist und das zweite Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: ein Ausgangsspannungsvektor des Wechselrichters überwacht wird, wobei der Ausgangsspannungsvektor auf dem Schaltzyklus des Wechselrichters basiert; ein modifizierter Schaltzyklus erzeugt wird, indem ein Tastverhältnis jedes der mehreren Phasenschenkel durch ein Tastverhältnis des Nullvektors modifiziert wird, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einer Verzerrungsregion befindet; und ein Signal an den Wechselrichter geliefert wird, wobei das Signal den modifizierten Schaltzyklus aufweist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das dritte Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: eine Tastverhältnisgrenze auf der Grundlage des ersten Signals ermittelt wird; das erste Signal auf die Tastverhältnisgrenze begrenzt wird, wenn der Modulationsindex größer als ein minimaler Modulationsindexwert ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen; und das Ausgangssignal an den Wechselrichter übertragen wird.
  11. Verfahren zum Modifizieren eines Signals, das einen Wechselrichter in einem Kraftfahrzeugelektroantriebssystem steuert, welches eine minimale Impulsbreite und eine maximale Impulsbreite aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein erstes Spannungsverzerrungskompensationsverfahren verwendet wird, um das Signal zu modifizieren, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist, wobei das erste Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: das Signal empfangen wird, wobei ein Tastverhältnis des Signals einen Bereich von einem minimal erreichbaren Tastverhältnis bis zu einem maximal erreichbaren Tastverhältnis aufweist; ein zweites Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des Signals in einem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich außerhalb der minimalen und maximalen Impulsbreiten befindet und kleiner als ein erster Begrenzungswert ist, wobei das zweite Signal das minimal erreichbare Tastverhältnis aufweist; ein drittes Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des Signals in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und das Tastverhältnis des Signals mindestens gleich dem ersten Begrenzungswert ist oder das Tastverhältnis des Signals nicht größer als ein zweiter Begrenzungswert ist, wobei das dritte Signal die minimale oder die maximale Impulsbreite aufweist, je nachdem, welche dem Tastverhältnis des Signals näher liegt, wobei der zweite Begrenzungswert größer als der erste Begrenzungswert ist; ein viertes Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des Signals in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und größer als der zweite Begrenzungswert ist, wobei das vierte Signal das maximal erreichbare Tastverhältnis aufweist; und das zweite oder das dritte oder das vierte Signal an den Wechselrichter übertragen wird; und ein zweites Spannungsverzerrungskompensationsverfahren verwendet wird, um das Signal zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist, wobei das zweite Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: ein Ausgangsspannungsvektor des Wechselrichters überwacht wird, wobei der Wechselrichter einen Schaltzyklus mit mehreren Phasenschenkeln und einem Nullvektor aufweist, wobei der Ausgangsspannungsvektor auf dem Schaltzyklus des Wechselrichters basiert; ein modifizierter Schaltzyklus erzeugt wird, indem ein Tastverhältnis jedes der mehreren Phasenschenkel durch ein Tastverhältnis des Nullvektors modifiziert wird, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einer Verzerrungsregion befindet; und ein Ausgangssignal an den Wechselrichter geliefert wird, wobei das Ausgangssignal den modifizierten Schaltzyklus aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst, dass: ein drittes Spannungsverzerrungskompensationsverfahren verwendet wird, um das Signal zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich einem zweiten Modulationsindexwert ist, wobei der zweite Modulationsindexwert größer als der erste Modulationsindexwert ist und sich eine Schaltfrequenz des Wechselrichters bei einem Maximalwert befindet; und das erste Spannungsverzerrungskompensationsverfahren zum Modifizieren des Signals verwendet wird, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem zweiten Modulationsindexwert ist und sich die Schaltfrequenz des Wechselrichters nicht bei dem Maximalwert befindet.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das dritte Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: eine Tastverhältnisgrenze auf der Grundlage des Signals ermittelt wird; das Signal auf die Tastverhältnisgrenze begrenzt wird, wenn der Modulationsindex größer als ein minimaler Modulationsindexwert ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen; und das Ausgangssignal an den Wechselrichter übertragen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst, dass das erste Spannungsverzerrungskompensationsverfahren verwendet wird, um das Signal zu modifizieren, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das erste, zweite, dritte, vierte und das Ausgangssignal unstetige Pulsbreitenmodulationssignale (DPWM-Signale) sind.
  16. Kraftfahrzeugelektroantriebssystem, das umfasst: einen Elektromotor; einen mit dem Motor gekoppelten Wechselrichter; und mindestens einen Prozessor, der mit dem Elektromotor und dem Wechselrichter gekoppelt ist, wobei der mindestens eine Prozessor so ausgestaltet ist, dass er: ein Signal, das den Wechselrichter steuert, unter Verwendung eines ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn ein Modulationsindex des Signals kleiner als ein erster Modulationsindexwert ist; und das Signal unter Verwendung eines zweiten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  17. Kraftfahrzeugelektroantriebssystem nach Anspruch 16, wobei der mindestens Prozessor ferner so ausgestaltet ist, dass er: das Signal unter Verwendung eines dritten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulationsindex mindestens gleich einem zweiten Modulationsindexwert ist, wobei der zweite Modulationsindexwert größer als der erste Modulationsindexwert ist und sich eine Schaltfrequenz des Wechselrichters bei einem Maximalwert befindet; und das Signal unter Verwendung des ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem zweiten Modulationsindexwert ist und sich die Schaltfrequenz des Wechselrichters nicht bei dem Maximalwert befindet.
  18. Kraftfahrzeugelektroantriebssystem nach Anspruch 16, wobei der mindestens eine Prozessor ferner so ausgestaltet ist, dass er das Signal unter Verwendung eines dritten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulations index mindestens gleich einem zweiten Modulationsindexwert ist, wobei der zweite Modulationsindexwert größer als der erste Modulationsindexwert ist.
  19. Kraftfahrzeugelektroantriebssystem nach Anspruch 18, wobei der mindestens eine Prozessor ferner so ausgestaltet ist, dass er das Signal unter Verwendung des ersten Spannungsverzerrungskompensationsverfahrens modifiziert, wenn der Modulationsindex mindestens gleich dem ersten Modulationsindexwert ist.
  20. Kraftfahrzeugelektroantriebssystem nach Anspruch 17, wobei: das Signal ein erstes Signal ist, das ein Tastverhältnis aufweist, und das erste Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: das erste Signal empfangen wird, wobei ein Tastverhältnis des ersten Signals einen Bereich von einem minimal erreichbaren Tastverhältnis bis zu einem maximal erreichbaren Tastverhältnis aufweist; ein zweites Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des ersten Signals innerhalb des Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs befindet und kleiner als ein erster Begrenzungswert ist, wobei das zweite Signal das minimal erreichbare Tastverhältnis aufweist; ein drittes Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des ersten Signals in dem Ausgangsspannungsverzerrungsbereich befindet und das Tastverhältnis des ersten Signals mindestens gleich dem ersten Begrenzungswert ist oder das Tastverhältnis des ersten Signals nicht größer als ein zweiter Begrenzungswert ist, wobei das dritte Signal die minimale oder die maximale Impulsbreite aufweist, je nachdem, welche dem Tastverhältnis des ersten Signals näher liegt, wobei der zweite Begrenzungswert größer als der erste Begrenzungswert ist; ein viertes Signal erzeugt wird, wenn sich das Tastverhältnis des ersten Signals innerhalb des Ausgangsspannungsverzerrungsbereichs befindet und größer als der zweite Begrenzungswert ist, wobei das vierte Signal das maximal erreichbare Tastverhältnis aufweist; und das zweite oder das dritte oder das vierte Signal an den Wechselrichter übertragen wird; der Wechselrichter einen Schaltzyklus mit mehreren Phasenschenkeln und einem Nullvektor aufweist und das zweite Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: ein Ausgangsspannungsvektor des Wechselrichters überwacht wird, wobei der Ausgangsspannungsvektor auf dem Schaltzyklus des Wechselrichters basiert; ein modifizierter Schaltzyklus erzeugt wird, indem ein Tastverhältnis jedes der mehreren Phasenschenkel durch ein Tastverhältnis des Nullvektors modifiziert wird, wenn sich der Ausgangsspannungsvektor in einer Verzerrungsregion befindet; und ein Signal an den Wechselrichter geliefert wird, wobei das Signal den modifizierten Schaltzyklus aufweist; und das dritte Spannungsverzerrungskompensationsverfahren umfasst, dass: eine Tastverhältnisgrenze auf der Grundlage des ersten Signals ermittelt wird; das erste Signal auf die Tastverhältnisgrenze begrenzt wird, wenn der Modulationsindex größer als ein minimaler Modulationsindexwert ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen; und das Ausgangssignal an den Wechselrichter übertragen wird.
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