DE102009046524B4

DE102009046524B4 - Systeme und Verfahren zum Detektieren einer Resonanz auf einem Gleichstrom-Spannungsbus

Info

Publication number: DE102009046524B4
Application number: DE102009046524.3A
Authority: DE
Inventors: Lateef A. Kajouke
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-01-23
Filing date: 2009-11-09
Publication date: 2014-01-30
Anticipated expiration: 2029-11-10
Also published as: US8289033B2; US20100188071A1; CN101788606B; CN101788606A; DE102009046524A1

Abstract

Verfahren zum Detektieren einer Resonanz auf einem Bus, wobei der Bus mit einer ersten Komponente und einem Wechselrichter-Modul gekoppelt ist, und wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines ersten Signals auf dem Bus, wobei das Signal eine erste Frequenz aufweist; Wobbeln des ersten Signals von der ersten Frequenz bis zu einer zweiten Frequenz; Erhalten eines zweiten Signals vom Bus während des Wobbelns des ersten Signals von der ersten Frequenz bis zu einer zweiten Frequenz, wobei das zweite Signal durch eine charakteristische Eigenschaft der ersten Komponente beeinflusst wird; Bestimmen einer Resonanzfrequenz auf Grundlage des ersten Signals und des zweiten Signals; und Aktualisieren des Wechselrichter-Moduls, so dass die Resonanzfrequenz nicht als Schaltfrequenz für das Wechselrichter-Modul benutzt wird.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsformen des hierin beschriebenen Gegenstands beziehen sich allgemein auf elektrische Systeme in Automobilen, und insbesondere beziehen sich Ausführungsformen des Gegenstands auf Systeme und Verfahren zum Identifizieren einer Resonanzfrequenz auf einem Gleichstrom(DC)-Spannungsbus.
Hintergrund
In früheren Jahren haben Fortschritte in der Technologie sowie sich immer weiter entwickelnde Geschmacksrichtungen zu wesentlichen Änderungen im Design von Automobilen geführt. Eine der Änderungen umfasst die Energienutzung und Komplexität der verschiedenen elektrischen Systeme in Automobilen, insbesondere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen, wie zum Beispiel Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeuge. Viele der elektrischen Komponenten teilen sich einen gemeinsamen Gleichstrom(DC)-Spannungsbus. Der DC-Spannungsbus (auch als ein Hochspannungs-DC-Bus, ein Energiebus oder ein elektrischer Bus bezeichnet) ist eingerichtet, um DC-Energie von einer oder mehreren DC-Energiequellen (zum Beispiel einer Batterie) im Fahrzeug zu einer Mehrzahl von anderen elektrischen Komponenten im Fahrzeug zu befördern, wie zum Beispiel Zusatz-Energiemodule, Luftkompressoren, Energiewandler und dergleichen. Zusätzlich ist ein Energiegleichrichter (oder ein anderer geeignet eingerichteter Antrieb für einen elektrischen Motor) oft mit einem DC-Bus verbunden und eingerichtet, um den elektrischen Motor im Fahrzeug anzutreiben. Der Energie-Wechselrichter verwendet mehrere Halbleiterschaltvorrichtungen, welche bei einer bestimmten Schaltfrequenz moduliert werden (d. h. geöffnet und geschlossen werden), um DC-Energie vom Bus in AC-Energie für das Betreiben des elektrischen Motors umzuwandeln. Während des Betriebs erzeugt der Energie-Wechselrichter bei der Schaltfrequenz einen Wellenstrom (oder Wellenspannung), der in einigen Situationen nicht vollständig von dem Energie-Wechselrichter (z. B. einem Eingangskondensator und/oder einer Eingangsspule) gefiltert wird. Als Ergebnis wird der Wellenstrom zurück an den DC-Bus übertragen und möglicherweise zu einer oder mehreren anderen mit dem Bus gekoppelten Komponenten.
Im Allgemeinen hat jede mit dem DC-Bus gekoppelte Komponente einen Eingangsfilter, der einen oder mehrere Eingangskondensatoren und/oder -spulen aufweist, die eingerichtet sind, um eine bestimmte Eingangsimpedanz bereitzustellen, was den von der Komponente erzeugten Wellenstrom bzw. die Wellenspannung minimiert. Der Eingangsfilter (zum Beispiel die Kondensatoren und/oder Spulen) einer beispielhaften Komponente wird ausgewählt, um eine Dämpfung für einen für den Betrieb der entsprechenden Komponente geeigneten Frequenzbereich bereitzustellen. Der Stromnennwert des Eingangsfilters (oder der Nennwert des Wellenstroms der Komponente) wird derart ausgewählt, dass er nicht überschritten wird, wenn die Komponente während normalen Betriebs mit dem Bus gekoppelt wird, ohne dabei auf andere Komponenten zu achten, die möglicherweise mit dem Bus gekoppelt sind. Der Grund dafür ist, dass für die anderen Komponenten angenommen wird, dass sie eingerichtet sind, um die Welligkeit, die sie erzeugen können, zu minimieren, so dass das Gesamtmaß an Wellenstrom auf dem DC-Bus vernachlässigbar ist.
Da jedoch die Eingangsimpedanz einer bestimmten Komponente mit der Frequenz variieren kann, kann die Komponente eine reduzierte Eingangsimpedanz bei einer bestimmten Frequenz aufweisen. Ein Strom auf dem DC-Bus bei (oder nahe) dieser bestimmten Frequenz resultiert in einem verstärkten Maß an Wellenstrom, der durch die entsprechende Komponente abgeführt wird, was in der Folge in einer Resonanz bei der bestimmten Frequenz resultieren kann. Wenn zahlreiche elektrische Komponenten, jeweils mit unterschiedlicher Reaktion in Bezug auf die Eingangsfilterfrequenz, mit dem DC-Bus gekoppelt sind, dann weist das resultierende elektrische System oftmals eine oder mehrere potenzielle Resonanzfrequenzen auf.
In den meisten Systemen verwendet der Energie-Wechselrichter variable Schaltfrequenzen zum Zwecke der Optimierung eines oder mehrerer Aspekte des Betriebs des Wechselrichters, zum Beispiel, um Schaltverluste oder durch den elektrischen Motor erzeugte Drehmomentwelligkeit zu minimieren. Wenn jedoch die Schaltfrequenz geändert wird, ändert sich auch die Frequenz des Wellenstroms, der möglicherweise von dem Energie-Wechselrichter erzeugt wird. In Abhängigkeit von der Schaltfrequenz kann der Wellenstrom einen Resonanzstrom auf dem DC-Bus erzeugen, und zwar auf Grundlage des Qualitätsfaktors und der mit einer bestimmten Resonanzfrequenz verbundenen Bandbreite. Dieser Resonanzstrom kann den Stromnennwert des Eingangsfilters für eine oder mehrere mit dem DC-Bus gekoppelte Komponenten überschreiten.
In einigen Systemen kann der Energie-Wechselrichter eingerichtet sein, um eine bestimmte Schaltfrequenz zu vermeiden, so dass das Auftreten einer Resonanz auf dem DC-Bus während des Betriebs verhindert wird. Jedoch können die Eigenschaften der anderen mit dem DC-Bus gekoppelten Komponenten von Fahrzeug zu Fahrzeug variieren (zum Beispiel als Folge individueller Komponenten-Schwankungen), und würden daher eine individuelle Anpassung der Energie-Wechselrichter-Konfiguration für jedes Fahrzeug erfordern. Zusätzlich können die Eigenschaften der anderen mit dem DC-Bus gekoppelten in Abhängigkeit von der Zeit variieren, zum Beispiel als Folge von Altern oder eines Wechsels von Komponenten. Daher ist es schwierig, sicherzustellen, dass die möglichen Resonanzfrequenzen während des Betriebs des Energie-Wechselrichters vermieden werden, ohne das System wiederholt zu testen und/oder zu überprüfen und den Energie-Wechselrichter zu konfigurieren, jedes Mal bevor das Fahrzeug betrieben wird.
Die US 2007/0091653 A1 offenbart eine Steuervorrichtung für einen Wechselrichter, bei welcher eine Resonanzfrequenz des Wechselrichters bestimmt wird, um einen optimalen Betrieb des Wechselrichters bei der Resonanzfrequenz zu ermöglichen.
Die DE 10 2008 025 446 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors in einem Elektrofahrzeug in Geräuschreduzierender Weise.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zum Ansteuern eines Wechselrichters bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile umgeht.
Kurze Zusammenfassung
Es wird ein Verfahren zum Detektieren oder Erkennen einer Resonanz auf einem mit einem Wechselrichter-Modul gekoppelten Bus bereitgestellt. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen eines ersten Signals auf dem Bus mit einer ersten Frequenz und Wobbeln des ersten Signals von der ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz. Ein zweites Signal, welches durch eine Eigenschaft einer mit dem Bus gekoppelten Komponente beeinflusst wird, wird von dem Bus erhalten während des Wobbelns des ersten Signals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Bestimmen einer Resonanzfrequenz auf Grundlage des ersten Signals und des zweiten Signals, und Aktualisieren des Wechselrichtermoduls, so dass die Resonanzfrequenz nicht als eine Schaltfrequenz für das Wechselrichtermodul benutzt wird.
Es wird eine Vorrichtung für ein Wechselrichtermodul bereitgestellt. Das Wechselrichtermodul umfasst eine Busschienenanordnung, die dazu eingerichtet ist, mit einem Bus gekoppelt zu werden, und ein mit der Busschienenanordnung gekoppeltes Strom-Sensier-Element. Das Strom-Sensier-Element ist eingerichtet, um ein elektrisches Stromsignal von der Busschienenanordnung zu erhalten. Eine Steuerung ist mit der Busschienenanordnung und dem Strom-Sensier-Element gekoppelt. Die Steuerung und das Strom-Sensier-Element sind gemeinsam eingerichtet, um ein Spannungssignal auf dem Bus zu erzeugen, und um die Frequenz des Spannungssignals von einer ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz zu wobbeln, wobei das von dem Strom-Sensier-Element erhaltene elektrische Stromsignal durch die Frequenz des Spannungssignals beeinflussbar ist. Die Steuerung und das Strom-Sensier-Element sind gemeinsam eingerichtet, um eine Resonanzfrequenz auf Grundlage des Spannungssignals und des Stromsignals zu identifizieren, und ein Steuerungsprogramm für das Wechselrichtermodul auf Grundlage der Resonanzfrequenz zu aktualisieren, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um das Steuerungsprogramm zu aktualisieren, so dass eine Schaltfrequenz nicht gleich der Resonanzfrequenz ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Vorrichtung für ein elektrisches System in einem Fahrzeug bereitgestellt. Das elektrische System umfasst eine Energiequelle, einen mit der Energiequelle gekoppelten Bus, eine mit dem Bus gekoppelte Zusatzkomponente, und ein mit dem Bus gekoppeltes Wechselrichtermodul. Ein Signalerzeugungsmodul ist mit dem Bus gekoppelt, wobei das Signalerzeugungsmodul dazu eingerichtet ist, um ein Injektionssignal auf dem Bus zu erzeugen, und die Frequenz des Injektionssignals von einer ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz zu wobbeln. Ein Signalerkennungsmodul ist mit dem Bus gekoppelt, wobei das Signalerkennungsmodul eingerichtet ist, um ein Antwortsignal von dem Bus während des Wobbelns des Injektionssignals zu erhalten. Das Antwortsignal kann durch eine Eigenschaft der Zusatzkomponente beeinflusst sein. Ein Steuerungsmodul ist gekoppelt mit dem Signalerzeugungsmodul, dem Signalerkennungsmodul, und dem Wechselrichtermodul, wobei das Steuerungsmodul eingerichtet ist, um eine Resonanzfrequenz auf Grundlage des Injektionssignals und des Antwortsignals zu bestimmen, und das Wechselrichtermodul zu aktualisieren, so dass die Resonanzfrequenz nicht als eine Schaltfrequenz für das Wechselrichtermodul benutzt wird.
Diese Zusammenfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl an Konzepten in einer vereinfachten Form einzubringen, die weiter unten in der detaillierten Beschreibung erläutert werden. Diese Zusammenfassung ist weder dazu gedacht, Hauptmerkmale oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch ist sie dazu gedacht, als eine Anleitung zur Bestimmung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands zu dienen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein vollständigeres Verständnis des Gegenstands kann mit Bezug auf die detaillierte Beschreibung und die Ansprüche im Zusammenhang mit den folgenden Figuren abgeleitet werden, wobei sich gleiche Bezugszahlen auf ähnliche Elemente in den Figuren beziehen.
1 ist ein Blockschaltbild eines elektrischen Systems, welches für eine Verwendung in einem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform geeignet ist;
2 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Wechselrichtermoduls, das für eine Verwendung mit dem elektrischen System aus 1 gemäß einer Ausführungsform geeignet ist; und
3 ist ein Flussdiagramm eines Resonanzfrequenz-Erkennungsvorgangs, der für eine Verwendung mit dem elektrischen System aus 1 gemäß einer Ausführungsform geeignet ist.
Detaillierte Beschreibung
Die folgende detaillierte Beschreibung dient lediglich der Veranschaulichung und ist nicht dazu gedacht, die Ausführungsformen der Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen dieser Ausführungsformen zu beschränken. Hierbei ist das Wort ”beispielhaft” gleichbedeutend mit ”als ein Beispiel oder eine Veranschaulichung dienend”. Jede hierin als beispielhaft beschriebene Ausführung wird nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungen angesehen. Weiterhin ist nicht beabsichtigt, an eine ausdrückliche oder implizierte Theorie gebunden zu sein, die in dem vorangegangenen Technischen Gebiet, Hintergrund, Kurze Zusammenfassung oder in der folgenden detaillierten Beschreibung präsentiert wurden bzw. werden.
Techniken und Technologien können hierin in Form von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten beschrieben werden, und mit Bezug auf symbolische Betriebsdarstellungen, Bearbeitungsvorgänge und Funktionen, die von verschiedenen Rechenkomponenten oder -vorrichtungen durchgeführt werden können. Es wird bevorzugt, dass die verschiedenen in den Figuren dargestellten Blockkomponenten aus jeder Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten aufgebaut werden können, die eingerichtet sind, die spezifizierten Funktionen auszuführen. Zum Beispiel kann eine Ausführungsform eines Systems oder einer Komponente verschiedene Integrierte Schaltkreiskomponenten verwenden, wie zum Beispiel Speicherelemente, digitale Signalverarbeitungselemente, logische Elemente, Look-up Tabellen oder dergleichen, die eine Mehrzahl an Funktionen unter der Steuerung einer oder mehrerer Mikroprozessoren oder anderer Steuervorrichtungen ausführen können.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale, die miteinander ”verbunden” oder ”gekoppelt” sind. Wie hierin verwendet, es sei denn, es ist ausdrücklich sonst wie beschrieben, bedeutet ”verbunden”, dass ein Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Knoten/Merkmal gekoppelt ist (oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Ebenso bedeutet ”gekoppelt”, es sei denn, es ist ausdrücklich sonst wie beschrieben, dass ein Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Knoten/Merkmal gekoppelt ist (oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Daher können, obwohl die Figuren nur eine beispielhafte Anordnung von Elementen zeigen können, zusätzliche dazwischen angeordnete Elemente, Vorrichtungen, Merkmale, oder Komponenten in einer Ausführungsform des dargestellten Gegenstands vorhanden sein. Zusätzlich kann in der folgenden Beschreibung auch eine bestimmte Terminologie lediglich zum Zwecke der Referenz verwendet werden, und ist daher nicht als beschränkend gedacht. Die Begriffe ”erster”, ”zweiter” und andere solche numerischen Begriffe, die sich auf Strukturen beziehen, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, es sei denn, dass dies deutlich aus dem Kontext hervorgeht.
Aus Gründen der Kürze sollen herkömmliche Techniken, die sich auf analoges Schaltkreisdesign, Signalleitung, Sensieren, Pulsbreitenmodulation (PWM) und andere funktionale Aspekte des Systems (und die individuellen Betriebskomponenten des Systems) beziehen, hierin nicht im Detail beschrieben werden. Weiterhin sind die in den verschiedenen hierin enthaltenen Figuren gezeigten Verbindungslinien gedacht, beispielhafte funktionale Beziehungen und/oder physische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen darzustellen. Es sei angemerkt, dass viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physische Verbindungen in einer Ausführungsform des Gegenstands vorhanden sein können.
Hierin erläuterte Technologien und Konzepte beziehen sich allgemein auf Systeme und Verfahren zum Erkennen einer möglichen Resonanzfrequenz auf einem DC-Bus, welche durch Frequenzeigenschaften von Komponenten verursacht werden, die mit dem DC-Bus gekoppelt sind. Sobald eine mögliche Resonanzfrequenz detektiert worden ist, wird ein Energie-Wechselrichter eingerichtet, um den Betrieb mit einer der Resonanzfrequenz entsprechenden Schaltfrequenz zu vermeiden, um so einen Wellenstrom vom Energie-Wechselrichter daran zu hindern, zu einer Resonanz auf dem DC-Bus zu führen.
1 stellt ein für eine Verwendung in einem Fahrzeug 102 geeignetes elektrisches System 100 in einer beispielhaften Ausführungsform dar. Das elektrische System 100 umfasst, ohne Beschränkung, eine Energiequelle 104, eine Zusatzkomponente 106, ein Wechselrichtermodul 108, ein Signalerzeugungsmodul 110, und ein Signalerkennungsmodul 112. Die verschiedenen Elemente des elektrischen Systems 100 sind mit einem Bus 114 gekoppelt, der hierin als ein Spannungsbus, ein Energiebus, ein gemeinsamer (oder mehrfach genutzter) Bus oder ein elektrischer Bus bezeichnet werden kann. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das elektrische System 100 weiterhin ein Steuerungsmodul 116, welches in geeigneter Weise eingerichtet ist, um einen Resonanzfrequenz-Erkennungsvorgang zum Erkennen einer möglichen Resonanzfrequenz auf dem Bus 114 unterstützt, wie es unten detaillierter beschrieben ist. Es wird angenommen, dass 1 zum Zwecke der Erläuterung eine vereinfachte Darstellung eines elektrischen Systems 100 ist und den Schutzbereich oder die Anwendbarkeit des hierin beschriebenen Gegenstands in keiner Weise beschränken soll. In Bezug darauf kann, obwohl 1 das Signalerzeugungsmodul 110, das Signalerkennungsmodul 112 und das Steuerungsmodul 116 als unterschiedliche Elemente darstellt, in der Praxis das Signalerzeugungsmodul 110, das Signalerkennungsmodul 112 und das Steuerungsmodul 116 zusammen als ein integriertes Modul oder integriert in ein bereits bestehendes Modul verwendet werden, wie zum Beispiel Wechselrichtermodul 108 oder ein elektronisches Steuerungsmodul (ECM).
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst der Bus 114 eine positive Schiene 118 und eine negative Schiene 120, und ist mit der Energiequelle 104 gekoppelt, um eine Spannungspotenzialdifferenz zwischen der positiven Schiene 118 und der negativen Schiene 120 in herkömmlicher Weise wie unten beschrieben aufzubauen. Die Zusatzkomponente 106 ist mit beiden Schienen 118, 120 des Busses 114 gekoppelt. Ein Eingang 122 des Wechselrichtermoduls 108 ist mit beiden Schienen 118, 120 des Busses 114 gekoppelt, so dass das Wechselrichtermodul 108 und die Zusatzkomponente 106 elektrisch parallel geschaltet sind. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Signalerzeugungsmodul 110 mit den Schienen 118, 120 des Busses 114 zwischen Bus 114 und Eingang 122 des Wechselrichtermoduls 108 gekoppelt, und das Signalerkennungsmodul 112 ist mit den Schienen 118, 120 des Busses 114 zwischen Signalerzeugungsmodul 110 und Bus 114 wie dargestellt gekoppelt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Steuerungsmodul 116 mit dem Wechselrichtermodul 108, dem Signalerzeugungsmodul 110, und dem Signalerkennungsmodul 112 gekoppelt, wobei das Steuerungsmodul 116 eingerichtet ist, um die Aufgabe und/oder Funktionen wie unten beschrieben auszuführen.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Fahrzeug 102 als ein Automobil umgesetzt. In alternativen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 102 eines aus einer Reihe verschiedener Typen von Automobilen sein, wie zum Beispiel eine Limousine, ein Kombi, ein Laster oder ein Sports Utility Vehicle (SUV), und kann Zwei-rad-getrieben (2WD) (d. h. Heckantrieb oder Frontantrieb), Vier-rad-getrieben (4WD), oder All-rad-getrieben (AWD) sein. Das Fahrzeug 102 kann auch eine oder eine Kombination von verschiedenen Arten von Motoren umfassen, wie zum Beispiel einen mit Benzin oder Diesel-Kraftstoff betriebenen Verbrennungsmotor, einen ”Gemischt-Kraftstoff-Fahrzeug”(FFV)-Motor (d. h. mit einer Mischung aus Benzin und Alkohol), einen mit einem Gasgemisch-(z. B. Wasserstoff- und Erdgas)-Kraftstoff betriebenen Motor, einen Hybridmotor aus Verbrennungsmotor und Elektromotor, und einen reinen Elektromotor. In alternativen Ausführungsformen kann das Fahrzeug 102 ein Plug-In-Hybridfahrzeug sein, ein vollelektrisches Fahrzeug, ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCV) oder ein mit einem anderen geeigneten alternativen Kraftstoff betriebenes Fahrzeug.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Energiequelle 104 in der Lage, eine Gleichstrom(DC)-Spannung für den Bus 114 bereitzustellen. Abhängig von der Ausführungsform kann die Energiequelle 104 ausgeführt sein als eine Batterie, eine Brennstoffzelle, ein wiederaufladbares Hochspannungs-Batteriepack, einen Ultrakondensator oder eine andere geeignete Energiezelle. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die positive Schiene 118 und die negative Schiene 120 jeweils so eingerichtet, dass sie mit einem entsprechenden positiven Ausgang (oder Terminal) und einem negativen Ausgang (oder Terminal) der Energiequelle 104 gekoppelt sind, um eine Spannungspotenzialdifferenz zwischen der positiven Schiene 118 und der negativen Schiene 120 in einer herkömmlichen Weise herzustellen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das elektrische System 100 derart eingerichtet, dass der Bus 114 einen Hochspannungs-Bus umfasst. Es wird angenommen, dass der Ausdruck ”Hochspannung”, wie er hierin benutzt wird, sich allgemein auf Spannungslevel oder Spannungsnennwerte von mehr als 60 Volt DC (oder 30 Volt AC) bezieht. Zum Beispiel kann der Bus 114 einen Nenn-Spannungsbereich von etwa 200 Volt bis 550 Volt aufweisen. Im Hinblick darauf kann ein DC-zu-DC-Wandler (oder Verstärkungswandler) zwischen der Energiequelle 104 und dem Bus 114 gekoppelt sein, um die gewünschte Spannung auf dem Bus 114 in Abhängigkeit von den Anforderungen einer bestimmten Anwendung herzustellen, wie es in diesem Fachgebiet üblich ist.
In Abhängigkeit von der Ausführungsform kann die Zusatzkomponente 106 ausgelegt sein als ein Hilfs-Energiemodul, ein Luftkompressormodul, ein DC-zu-DC-Wandler (oder Verstärkerwandler), ein Antrieb für einen Lenkhilfemotor, oder eine andere geeignete elektrische Zusatzkomponente. Diesbezüglich kann die Zusatzkomponente 106 eine DC-Spannung empfangen von und/oder eine DC-Spannung bereitstellen für den Bus 114. In einer beispielhaften Ausführungsform weist die Zusatzkomponente eine Wellenstrom-Auslegung (oder Schwankung) auf. Diesbezüglich kann die Zusatzkomponente 106 einen Eingangsfilter umfassen (z. B. einen oder mehrere Eingangskondensatoren und/oder Spulen), der eingerichtet ist, um den von der Komponente erzeugten Wellenstrom (oder die Spannung) zu minimieren, und eine Eingangsimpedanz für die Zusatzkomponente 106 herzustellen, so dass die Wellenstrom-Auslegung des Eingangsfilters nicht überschritten wird, wenn die Zusatzkomponente 106 während normalen Betriebs mit dem Bus 114 gekoppelt wird, wie es im Stand der Technik üblich ist. Solchermaßen kann die Eingangsimpedanz der Zusatzkomponente 106 bezogen auf die Frequenz variieren, und zwar in Abhängigkeit von der besonderen Kombination der elektrischen Schaltkreiselemente (z. B. die Eingangskondensatoren und/oder Spulen), die den Eingangsfilter der Zusatzkomponente 106 umfassen. Es sei erwähnt, dass, obwohl 1 nur eine einzige Zusatzkomponente zeigt, in der Praxis das elektrische System 100 eine Mehrzahl von Zusatzkomponenten 106 umfassen kann, wie es im Stand der Technik üblich ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Wechselrichtermodul 108 einen Energie-Wechselrichter, der eingerichtet ist, um die DC-Energie vom Bus 114 in eine AC-Energie zum herkömmlichen Antreiben eines Elektromotors oder eines Fahrzeugtraktionssystems umzuwandeln, wie es im Stand der Technik üblich ist. Das Wechselrichtermodul 108 umfasst, wie detaillierter weiter unten beschrieben wird, eine oder mehrere Phasenleitungen, die zwischen der positiven Schiene 118 und der negativen Schiene 120 des Busses 114 gekoppelt sind, wobei Schaltvorrichtungen der Phasenleitung bei einer bestimmten Schaltfrequenz moduliert (geöffnet oder geschlossen) werden, um eine AC-Spannung zwischen den Wicklungen eines Elektromotors zu erzeugen. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Wechselrichtermodul 108 eine Steuerung, die eingerichtet ist, um die Schaltfrequenz der Pulsbreitenmodulations(PWM)-Befehle zu variieren, die verwendet werden, um die Schaltvorrichtungen der Wechselrichter-Phasenleitungen zum Zwecke der Optimierung der Effizienz des Wechselrichtermoduls 108 zu modulieren, wie detaillierter weiter unten beschrieben wird. Verschiedene Verfahren und/oder Techniken zur Verwendung variabler Schaltfrequenzen zum Zwecke der Optimierung der Leistung des Energie-Wechselrichters sind gut bekannt, und deshalb werden der Kürze halber diese Verfahren und/oder Techniken nur kurz hierin erwähnt oder ganz weggelassen, ohne die gut bekannten Details vorzustellen.
In einer beispielhaften Ausführungsform stellt das Signalerzeugungsmodul 110 allgemein die Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten (und verschiedene Kombinationen davon) dar, die eingerichtet sind, um ein Injektionssignal auf dem Bus 114 zu erzeugen, wobei das Injektionssignal von einer ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz abgetastet wird, wie noch detaillierter beschrieben wird. In Abhängigkeit von der Ausführungsform kann das Signalerzeugungsmodul 110 ausgeführt sein als ein variabler Sinuswellenfrequenzgenerator, welcher mit einem diskreten Schaltkreisoszillator oder einem Mikrocontroller versehen sein kann, der in geeigneter Weise eingerichtet ist, um einen kontinuierlichen Wellenausgang zu erzeugen. Das Injektionssignal produziert ein entsprechendes Antwortsignal auf dem Bus 114, wobei das Antwortsignal durch das Injektionssignal und die Frequenzeigenschaften (oder Frequenzabhängigkeiten) der verschiedenen Komponenten 106 beeinflusst wird, die mit dem Bus 114 gekoppelt sind, wie es im Stand der Technik üblich ist, und weiter unter detaillierter beschrieben wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform repräsentiert das Signalerkennungsmodul 112 allgemein die Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten (und verschiedene Kombinationen davon), die eingerichtet sind, um das Antwortsignal zu messen, zu sensieren oder sonst wie zu erhalten, und das so erhaltene Antwortsignal dem Steuerungsmodul 116 bereitzustellen, wie detaillierter weiter unten beschrieben wird. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Signalerkennungsmodul 112 so ausgelegt, dass es eine Schaltung für analoge Erfassung mit einer geeigneten Kombination von Signalumwandlern (z. B. Strom- und/oder Spannungsumwandler) und Analog/Digital-Wandlern (ADCs) umfasst. Herkömmliche Verfahren und/oder Mittel zur Aufnahme oder zum Messen von Signalen sind wohlbekannt, und werden der Kürze halber nur kurz hierin erwähnt oder vollständig ausgelassen, ohne die wohlbekannten Details bereitzustellen. Obwohl 1 das Signalerzeugungsmodul 110 und das Signalerkennungsmodul 112 als separate Elemente zeigt, die mit dem Bus 114 elektrisch parallel zu dem Wechselrichtermodul 108 geschaltet sind, können in verschiedenen alternativen Ausführungsformen die durch das Signalerzeugungsmodul 110 und/oder das Signalerkennungsmodul 112 verkörperten Merkmale, Funktionen, und/oder die Hardware integriert (oder eingefügt) sein in dem Wechselrichtermodul 108 und/oder dem Steuerungsmodul 116, wie detaillierter weiter unten beschrieben wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuerungsmodul 116 versehen sein mit oder ausgeführt sein als ein Mehrzweckprozessor, ein Assoziativspeicher, ein digitaler Signalprozessor, ein anwendungsspezifischer Integrierter Schaltkreis, ein Feld-programmierbares Gate-Array, jede geeignete programmierbare Logik-Vorrichtung, diskrete Gate- oder Transistor-Logik, diskrete Hardware-Komponenten, oder jede Kombination davon, die dazu ausgelegt sind, die hierin beschriebenen Funktionen auszuführen. Diesbezüglich kann das Steuerungsmodul 116 als ein Mikroprozessor, eine Steuerung, ein Mikrocontroller, ein Zustandsautomat oder dergleichen ausgeführt sein. Das Steuerungsmodul 116 kann auch ausgelegt sein als eine Kombination von Rechenvorrichtungen, z. B. eine Kombination aus einem digitalen Signalprozessor und einem Mikroprozessor, einer Mehrzahl von Mikroprozessoren, einem oder mehreren Mikroprozessoren in Verbindung mit einem digitalen Signalprozessor-Kern, oder jeder anderen einer solchen Konfiguration. In der Praxis umfasst das Steuerungsmodul 116 eine Ablauflogik, die eingerichtet sein kann, um die Funktionen, Techniken und Berechnungsaufgaben durch den Betrieb des elektrischen Systems 100 ausführen kann, wie detaillierter weiter unten beschrieben ist. Weiterhin können die Schritte eines in Verbindung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen beschriebenen Verfahrens oder Algorithmus direkt eingebettet sein in Hardware, in Firmware, in einem von dem Steuerungsmodul 116 ausgeführten Softwaremodul, oder in jeder praktischen Kombination davon.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Steuerungsmodul 116 eingerichtet, um eine Resonanz (oder die entsprechende Resonanzfrequenz) auf dem Bus 114 zu identifizieren oder zu bestimmen, die durch eine Änderung in der Eingangsimpedanz der Zusatzkomponente 106 in Bezug auf Frequenz verursacht wurde, wie detaillierter weiter unten beschrieben wird. In einer beispielhaften Ausführungsform identifiziert oder bestimmt das Steuerungsmodul 116 eine Resonanzfrequenz auf Grundlage des von dem Signalerzeugungsmodul 110 erzeugten Injektionssignals und auf Grundlage des von dem Signalerkennungsmodul 112 erhaltenen Antwortsignals. In Antwort auf das Identifizieren einer Resonanzfrequenz aktualisiert oder konfiguriert sonst wie das Steuerungsmodul 116 das Wechselrichtermodul 108, so dass die Resonanzfrequenz nicht als eine Schaltfrequenz für die Phasenleitungen des Wechselrichtermoduls 108 benutzt wird, wie weiter unten detaillierter beschrieben wird. Obwohl 1 das Steuerungsmodul 116 und das Wechselrichtermodul 108 als unterscheidbare und separate Elemente darstellt, kann in Praxis das Steuerungsmodul 116 in das Wechselrichtermodul 108 integriert (oder eingefügt) sein. Zum Beispiel können die Merkmale und Funktionalitäten des Steuerungsmoduls 116 integriert oder eingefügt sein in eine bestehende Steuerung innerhalb des Wechselrichtermoduls 108.
Mit Bezug auf 2 umfasst in einer beispielhaften Ausführungsform ein für die Verwendung in dem elektrischen System 100 in 1 geeignetes Wechselrichtermodul 200, ohne Beschränkung, eine Busschienenanordnung 202, einen Energie-Wechselrichter 204, eine Steuerung 206, und ein Strom-Sensier-Element 208. Es sei darauf hingewiesen, dass 2 eine vereinfachte Darstellung eines Wechselrichtermoduls 200 ist, und den Schutzumfang des Gegenstands nicht in irgendeiner Weise beschränken soll.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Busschienenanordnung 202 eine positive Schiene (oder positive Busschiene) 210 und eine negative Schiene (oder negative Busschiene) 212. Der Eingang 214 des Wechselrichtermoduls 200 ist eingerichtet, um mit einem Systembus (z. B. Bus 114) gekoppelt zu werden, so dass die positive Schiene 210 ein positives DC-Spannungspotenzial aufnimmt oder sonst wie herstellt, und die negative Schiene 212 ein negatives DC-Spannungspotenzial aufnimmt oder sonst wie herstellt. Zum Beispiel kann in herkömmlicher Weise die positive Busschiene 210 der Busschienenanordnung 202 mit einer positiven Schiene 118 des Systembusses 114 gekoppelt sein, und die negative Busschiene 212 der Busschienenanordnung 202 mit einer negativen Schiene 120 des Systembusses 114 gekoppelt sein, wie es im Stand der Technik üblich ist.
In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Energie-Wechselrichter 204 eine Mehrzahl von Schaltvorrichtungen (z. B. Halbleitervorrichtungen, wie Transistoren und/oder Schaltvorrichtungen) mit antiparallelen Dioden (d. h. Dioden, die antiparallel zu jeder Schaltvorrichtung sind), die zwischen der positiven Schiene 210 und der negativen Schiene 212 gekoppelt und in Wechselrichter-Phasenleitungen angeordnet sind, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Energie-Wechselrichter 204 umfasst wie dargestellt drei Wechselrichter-Phasenleitungen. Der Ausgang des Energie-Wechselrichters 204 (z. B. der Mittenabgriff der Wechselrichter-Phasenleitungen) kann mit einem Motor gekoppelt sein, so dass eine Modulation (z. B. Öffnen und Schließen) der Schaltvorrichtungen in dem Energie-Wechselrichter 204 bekanntermaßen eine Wechselstrom(AC)-Spannung zwischen Wicklungen des Motors erzeugt.
In einer beispielhaften Ausführungsform befindet sich die Steuerung 206 in betrieblicher Kommunikation und/oder ist mit dem Energie-Wechselrichter 204 gekoppelt. Die Steuerung 206 reagiert auf Befehle (beispielsweise über ein Beschleunigungspedal) vom Fahrer des Fahrzeugs, die die Steuerung empfängt, und dann einen gewünschten Drehmomentausgabewert für einen mit dem Energie-Wechselrichter 204 gekoppelten Motor bestimmt. Die Steuerung 206 erzeugt oder stellt sonst wie Signale bereit, um die Schaltvorrichtungen in den Wechselrichter-Phasenleitungen zu modulieren, so dass die ausgegebene AC-Spannung des Energie-Wechselrichters einen Motor mit dem gewünschten Drehmomentausgabewert betreibt, wie es im Stand der Technik üblich ist. In einer beispielhaften Ausführungsform erzeugt die Steuerung hochfrequente Pulsbreitenmodulations-(PWM)Signale (oder PWM Befehle), so dass der Energie-Wechselrichter 204 bei einer bestimmten Schaltfrequenz betrieben wird (z. B. werden die Schaltvorrichtungen des Energie-Wechselrichters 204 bei einer bestimmten Schaltfrequenz moduliert) auf Grundlage eines vordefinierten Steuerungsprogramms, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Unter einem hierin verwendeten Steuerungsprogramm soll eines verstanden werden, welches sich auf bestimmte Verfahren, Algorithmen, Techniken oder andere Prozesse bezieht, die von dem Wechselrichter-Modul 200 und/oder der Steuerung 206 verwendet werden, um die Schaltfrequenz zum Modulieren der Wechselrichter-Phasenleitungen zu bestimmen. Verschiedene Verfahren und/oder Techniken zum Erzeugen von PWM-Signalen sind wohlbekannt, weshalb diese aus Gründen der Kürze hier nur kurz erwähnt werden oder vollständig ohne Darstellung der wohlbekannten Details ausgelassen werden. Der Energie-Wechselrichter 204 erzeugt einen Wellenstrom mit einer Frequenz, die gleich der entsprechenden Schaltfrequenz der PWM-Signale (oder PWM-Befehle) ist, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Steuerung 206 zwischen der positiven Schiene 210 und der negativen Schiene 212 der Busschienenanordnung 202 gekoppelt. Diesbezüglich kann, obwohl nicht dargestellt, die Steuerung 206 und die Busschienenanordnung 202 über einen Isolationsschaltkreis oder andere in geeigneter Weise eingerichtete Elemente gekoppelt sein, um eine Spannungsisolation zu schaffen, so dass die Steuerung 206 nicht einer Hochspannung ausgesetzt ist, die auf der Busschienenanordnung 202 vorhanden sein kann, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Wie weiter unten detaillierter beschrieben ist, ist in einer beispielhaften Ausführungsform die Steuerung 206 eingerichtet, um ein Injektionsspannungssignal für den Bus (z. B. Bus 114) zu erzeugen, der mit der Busschienenanordnung 202 gekoppelt ist, und um das Spannungssignal von einer ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz zu wobbeln, wie detaillierter weiter unten beschrieben wird.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Strom-Sensier-Element 208 mit der Busschienenanordnung 202 zwischen dem Eingang 214 des Wechselrichter-Moduls 200 und der Steuerung 206 gekoppelt. Das Strom-Sensier-Element 208 ist, wie dargestellt, in Reihe mit der positiven Schiene 210, so dass es zwischen den Eingang 214 des Wechselrichter-Moduls 200 und der Steuerung 206 gekoppelt ist. In alternativen Ausführungsformen kann das Strom-Sensier-Element 208 in Reihe sein mit der negativen Schiene 212 oder getrennt von der Busschienenanordnung 202 (z. B. wie in 1 dargestellt für das Signalerkennungsmodul 112). Das Strom-Sensier-Element 208 ist eingerichtet, um ein Stromsignal zu messen, zu sensieren oder sonst wie zu erhalten, welches von der Steuerung 206 ausgeht und durch die Busschienenanordnung 202 hindurchläuft und aus dem Eingang 214 austritt zu dem Wechselrichter-Modul 200, und zwar als Ergebnis des Injektionsspannungssignals, wie detaillierter weiter unten beschrieben wird. Das Strom-Sensier-Element 208 kann ausgeführt sein als eine Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten, die eingerichtet sind, um den Strom durch eine Schiene 210, 212 der Busschienenanordnung 202 aufzunehmen und/oder zu messen. In einer beispielhaften Ausführungsform nimmt das Strom-Sensier-Element 208 den Strom mithilfe der Busschienenanordnung 202 während des Wobbelns des Injektionsspannungssignals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz auf, und stellt das aufgenommene Stromsignal der Steuerung 206 bereit. Die Steuerung 206 analysiert das Verhältnis zwischen dem Injektionsspannungssignal und dem Stromsignal, welches als Reaktion auf das Injektionsspannungssignal auftritt, und bestimmt oder identifiziert eine Resonanz (oder Resonanzfrequenz) auf dem Systembus (z. B. Bus 114), welcher mit der Busschienenanordnung 202 gekoppelt ist, wie detaillierter weiter unten beschrieben ist.
Mit Bezug auf 3 kann nun in einer beispielhaften Ausführungsform ein elektrisches System eingerichtet sein, um einen Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 und zusätzliche Aufgaben, Funktionen und Operationen wie unten beschrieben auszuführen. Die verschiedenen Aufgaben können von Software, Hardware, Firmware, oder jeder Kombination davon ausgeführt werden. Aus Darstellungsgründen kann sich die folgende Beschreibung auf Elemente beziehen, die oben im Zusammenhang mit 1 und 2 erwähnt wurden. In der Praxis können die Aufgaben, Funktionen, und Operationen von verschiedenen Elementen des beschriebenen Systems ausgeführt werden, wie zum Beispiel dem Wechselrichter-Modul 108, dem Signalerzeugungsmodul 110, dem Signalerkennungsmodul 112, der Steuerung 206 oder dem Strom-Sensier-Element 208. Es ist vorstellbar, dass jede Anzahl von zusätzlichen oder alternativen Aufgaben mit umfasst sein kann, und in ein umfassenderes Verfahren oder Programm mit zusätzlicher hier nicht im Detail beschriebener Funktionalität eingegliedert sein kann.
Nochmals mit Bezug zu 3 und weiterhin mit Bezug zu 1 und 2 kann der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 ausgeführt werden, um eine oder mehrere Resonanzfrequenzen zu erkennen oder zu bestimmen, die auf einem elektrischen Bus (z. B. Bus 114) als ein Ergebnis verschiedener frequenzabhängiger Eigenschaften der Eingangsimpedanzen der verschiedenen Komponenten auftreten können, die mit dem elektrischen Bus gekoppelt sein können. In Abhängigkeit von der Ausführungsform kann der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 gestartet werden in Antwort auf ein Signal oder Befehl von einem Fahrzeugsteuerungsmodul (d. h. eine elektronische Steuereinheit oder ECU), oder in Antwort auf das Erkennen des Vorhandenseins einer mit dem Bus gekoppelten Energiequelle oder Energieversorgung (z. B. Energiequelle 104). Alternativ kann der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 bei Beginn des Koppelns eines Wechselrichter-Moduls mit dem Bus starten. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 ausgeführt, bevor ein Motor in einem Fahrzeug seinen Betrieb aufnimmt, so dass die Schaltvorrichtungen des Energie-Wechselrichters 204 geöffnet sind, und der Energie-Wechselrichter 204 als ein offener Schaltkreis während der Ausführung des Resonanzfrequenzerkennungsvorgangs 300 arbeitet, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Auf diese Weise kann der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 jedes Mal vor Betrieb eines Fahrzeugs ausgeführt werden, um das Wechselrichter-Modul 108, 200 und/oder Steuerung 206 dynamisch und adaptiv anzupassen, um den Betrieb bei potentiellen Resonanzfrequenzen zu vermeiden, wie detaillierter weiter unten beschrieben wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform startet der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 mit dem Erzeugen eines Injektionssignal, welches eine erste Frequenz auf dem Bus (Schritt 302) aufweist. Diesbezüglich ist das Injektionssignal ein Wechselstrom(AC)-Signal mit einer vorbestimmten Frequenz, so dass das Injektionssignal in wirksamer Weise einen AC-Wellenstrom simuliert. Da der Bus (z. B. Bus 114) in erster Linie ein DC-Bus ist, wird das AC-Injektionssignal ein entsprechendes AC-Antwortsignal auf dem Bus bewirken, welches aufgenommen, gemessen oder sonst wie identifiziert wird, wie später noch detaillierter beschrieben wird. In einer beispielhaften Ausführungsform repräsentiert die erste Frequenz einen Endpunkt des Bereichs der potentiellen Schaltfrequenzen für das entsprechende Wechselrichter-Modul (oder Energie-Wechselrichter), das mit dem Bus gekoppelt ist. Zum Beispiel kann die Schaltfrequenz eines Energie-Wechselrichters 204 in einem Wechselrichter-Modul 108, 200 während des Betriebs von vier Kilohertz bis zwölf Kilohertz reichen. Diesbezüglich kann die erste Frequenz so ausgewählt werden, dass sie entweder vier Kilohertz oder zwölf Kilohertz beträgt, so dass sie einen Endpunkt des Bereichs der potentiellen Schaltfrequenzen darstellt. In Abhängigkeit von der Ausführungsform kann das Injektionssignal als ein Stromsignal oder ein Spannungssignal ausgeführt sein.
In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Injektionssignal eine geringe Signalspannung oder einen geringen Signalstrom, das heißt, dass die Größe des Injektionssignals relativ zu den Nenn-Signallevels auf dem Bus klein gewählt wird, so dass die Größe des Injektionssignals für den Betrieb der verschiedenen mit dem Bus gekoppelten Komponenten vernachlässigbar ist. Zum Beispiel kann gemäß einer Ausführungsform die Steuerung 206 in dem Wechselrichter-Modul 200 das injizierte Signal durch Erzeugen eines Spannungssignals (z. B. eine Spannungspotenzialdifferenz zwischen den Schienen 210, 212) mit einer Größe (oder Amplitude) von einem Volt und einer Frequenz von vier Kilohertz erzeugen. Alternativ kann gemäß einer anderen Ausführungsform das Steuerungsmodul 116 das Signalerzeugungsmodul 110 anweisen, indizieren oder sonst wie bewirken, ein Spannungssignal auf dem Bus 114 (z. B. eine Spannungspotenzialdifferenz zwischen Schienen 118, 120) mit einer Größe (oder Amplitude) von einem Volt und einer Frequenz von vier Kilohertz zu erzeugen. Es ist vorstellbar, dass, obwohl der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 hierin im Zusammenhang mit einem Spannungssignal als das Injektionssignal beschrieben werden kann, der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 in ähnlicher Weise unter Verwendung eines Stromsignals als das Injektionssignal ausführbar ist, wie es im Stand der Technik möglich ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform fährt der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 fort mit dem Wobbeln des Injektionssignals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz (Schritt 304). In einer beispielhaften Ausführungsform repräsentiert die zweite Frequenz einen Endpunkt des Bereichs der potentiellen Schaltfrequenzen für das entsprechende Wechselrichter-Modul (oder Energie-Wechselrichter), so dass die zweite Frequenz dem Endpunkt des Bereichs der potentiellen Frequenzen entspricht, der dem der ersten Frequenz entgegengesetzt ist. Falls beispielsweise der Bereich der potentiellen Schaltfrequenzen für das Wechselrichter-Modul von vier Kilohertz bis zwölf Kilohertz reicht, und die erste Frequenz zu vier Kilohertz ausgewählt ist, dann kann die zweite Frequenz zu zwölf Kilohertz ausgewählt werden, wodurch der entgegengesetzte Endpunkt des Bereichs der potentiellen Schaltfrequenzen repräsentiert wird.
In einer beispielhaften Ausführungsform führt der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 eine Frequenzabtastung an dem Injektionssignal durch, und zwar durch Aufrechterhalten der Größe (oder Amplitude) des Injektionssignal auf einem konstanten Level, wobei die Frequenz des Injektionssignals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz abgetastet wird. Diesbezüglich kann die Frequenz des Injektionssignals gleichmäßig und kontinuierlich von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz bei konstanter Rate angepasst werden, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Zum Beispiel kann die Steuerung 206 und/oder das Signalerzeugungsmodul 110 ein Spannungssignal mit einer Größe von einem Volt erzeugen, wobei die Frequenz des Spannungssignals von vier Kilohertz zu zwölf Kilohertz abgetastet wird. In einer alternativen Ausführungsform kann der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 die Frequenz des Injektionssignals durch schrittweises Anpassen der Frequenz des Injektionssignals bei einem festen Intervall wobbeln. Zum Beispiel kann die Steuerung 206 und/oder Signalerzeugungsmodul 110 ein Spannungssignal mit einer Größe von einem Volt erzeugen und schrittweise die Frequenz des Spannungssignals von vier Kilohertz zu zwölf Kilohertz in 100 Hertz-Schritten erhöhen.
In einer beispielhaften Ausführungsform fährt der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 fort durch Aufnehmen (oder Messen) des von dem Injektionssignal stammenden Antwortsignals auf dem Bus (Schritt 306). Falls beispielsweise ein geringes AC-Spannungssignal auf dem Bus injiziert wird, dann wird ein von dem AC-Spannungssignal herrührendes AC-Stromsignal gemessen, aufgenommen, oder sonst wie auf dem Bus identifiziert. Die Größe (oder Amplitude) und/oder die Phase des Antwortsignals wird durch Frequenzeigenschaften (oder Frequenzabhängigkeiten) der verschiedenen mit dem Bus gekoppelten Komponenten beeinflusst, wenn sich die Frequenz des Injektionssignals während des Wobbelns des Injektionssignals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz ändert, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist und weiter unten detaillierter beschrieben wird. Auf diese Weise wird das Antwortsignal durch die Frequenz des Injektionssignals beeinflusst. In einer beispielhaften Ausführungsform nimmt das Strom-Sensier-Element 208 und/oder das Signalerkennungsmodul 112 auf oder misst das Antwortsignal (z. B. ein elektrisches Stromsignal), und stellt Information hinsichtlich des Antwortsignals (z. B. die Größe und/oder Phase) für die Steuerung 206 und/oder das Steuerungsmodul 116 für eine weitere Auswertung bereit. Falls gemäß einer Ausführungsform die Frequenz des Injektionssignals schrittweise angepasst wird, dann wird das Antwortsignal für jede Frequenz zwischen der ersten Frequenz und der zweiten Frequenz gemessen oder aufgenommen.
In einer beispielhaften Ausführungsform fährt der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 mit dem Bestimmen fort, ob eine Resonanzfrequenz auf dem Bus auf Grundlage des Verhältnisses zwischen dem Injektionssignal und dem Antwortsignal existiert (Schritt 308). Diesbezüglich analysiert der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 das Verhältnis zwischen dem Injektionssignal und dem Antwortsignal, um zu bestimmen, ob eine mit dem Bus gekoppelte Komponente (oder die Gesamtkonfiguration der Komponenten) eine Resonanz auf dem Bus bei einer bestimmten Frequenz innerhalb eines Bereichs von potentiellen Schaltfrequenzen für das Wechselrichter-Modul verursachen kann. Zum Beispiel kann eine mit dem Bus 114 gekoppelte Zusatzkomponente eine oder mehrere Eingangskondensatoren und/oder Spulen umfassen, wobei als Ergebnis die Eingangsimpedanz der Zusatzkomponente 106 mit der Frequenz variieren wird, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Als Ergebnis kann die effektive von dem Eingang 122, 214 des Wechselrichter-Moduls 108, 200 (oder von der Steuerung 206 und/oder Signalerzeugungsmodul 110) wahrgenommene Impedanz mit der Änderung der Frequenz des Injektionssignals größer oder kleiner werden, wodurch eine entsprechende Änderung in der Größe und/oder Phase des Antwortsignals produziert wird.
Gemäß einer Ausführungsform bestimmt oder identifiziert der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 eine Resonanzfrequenz durch Berechnen einer Eingangsimpedanz auf Grundlage des Injektionssignals und des Antwortsignals. Diesbezüglich repräsentiert die berechnete Eingangsimpedanz die effektive Impedanz des Busses 114 vom Eingang 122, 214 des Wechselrichter-Moduls 108, 200. Zum Beispiel kann der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 das injizierte Spannungssignal (z. B. das von der Steuerung 206 und/oder Signalerzeugungsmodul 110 erzeugte Spannungssignal) durch das Antwortsignal (z. B. das von dem Strom-Sensier-Element 208 und/oder Signalerkennungsmodul 112 aufgenommene Stromsignal) teilen. Der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 kann dann die Resonanzfrequenz durch Analysieren von Abweichungen in der Größe und/oder Phase der Eingangsimpedanz in Bezug auf die Frequenz identifizieren. Gemäß einer Ausführungsform führt der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 eine Fourieranalyse (z. B. eine Fast Fourier Transformation oder FFT) auf der Eingangsimpedanz durch, um eine Resonanzfrequenz für den Bus zu erhalten. In einer weiteren Ausführungsform kann der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 eine Resonanzfrequenz mit Mustererkennung bestimmen oder identifizieren. Zum Beispiel wächst bei Fehlen einer Resonanzfrequenz die Dämpfung des Antwortsignals relativ zu dem Injektionssignal, wenn die Frequenz des Injektionssignals ansteigt. Falls jedoch eine Resonanzfrequenz vorhanden ist, erscheint ein plötzliches Anwachsen (oder Abnahme in der Dämpfung) nahe der Resonanzfrequenz. Eine Fastfourieranalyse kann benutzt werden, um den Frequenzinhalt des Injektionssignals und des Antwortsignals zu analysieren, und ein Muster zu konstruieren, welches nachfolgend mit einem Referenzmuster verglichen wird, welches ein elektrisches System repräsentiert, welches keine Resonanzfrequenz aufweist. Obwohl der Gegenstand hierin im Zusammenhang einer einzelnen Resonanzfrequenz beschrieben werden kann, kann in praktischen Ausführungsformen eine Mehrzahl von Resonanzfrequenzen auf dem Bus für eine vorgegebene Implementierung existieren, wobei der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 angepasst werden kann, um vielfache Resonanzfrequenzen zu umfassen, wie es im Stand der Technik bekannt ist.
In einer beispielhaften Ausführungsform führt, falls der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 eine Resonanzfrequenz auf dem Bus identifiziert, der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 durch Aktualisieren des Steuerungsprogramms für das Wechselrichter-Modul fort, um ein Verwenden der Resonanzfrequenz als eine Schaltfrequenz zu vermeiden (Schritt 310). Das Steuerungsprogramm wird aktualisiert, so dass die Resonanzfrequenz nicht als Schaltfrequenz für das Wechselrichter-Modul 108, 200 während nachfolgenden Betriebs verwendet wird, wodurch die Möglichkeit reduziert wird, dass das Wechselrichter-Modul einen Wellenstrom bei der Resonanzfrequenz produziert, was sonst möglicherweise dazu führen könnte, dass die Wellenstrom-Nennwerte für eine oder mehrere Komponenten überschritten würden. Mit anderen Worten, der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300 konfiguriert oder aktualisiert die Steuerung 206 und/oder Wechselrichter-Modul 108, 200, so dass die für das Modulieren der Wechselrichter-Phasenleitungen 204 während nachfolgenden Betriebs verwendete Schaltfrequenz nicht gleich der Resonanzfrequenz sein wird. In einer beispielhaften Ausführungsform schließt der Resonanzfrequenzerkennungsschritt 300, nach geeignetem Aktualisieren des Steuerungsprogramms und Konfigurieren der Steuerung 206 und/oder des Wechselrichter-Moduls 108, 200, um Verwendung der Resonanzfrequenz als Schaltfrequenz zu vermeiden, und das elektrische System und/oder das Wechselrichter-Modul kann mit normalem Betrieb fortfahren.
Kurz zusammengefasst, ein Vorteil des Systems und/oder des oben beschriebenen Verfahrens ist, dass potentielle Resonanzfrequenzen dynamisch identifiziert werden können, wodurch das Wechselrichter-Modul dynamisch konfigurierbar ist, um Änderungen in anderen mit dem DC-Bus gekoppelten (oder diesen ebenfalls nutzenden) Komponenten auszugleichen. Durch Ermöglichen einer adaptiven Frequenzauswahl für das Wechselrichter-Modul stellen die Systeme und/oder Verfahren einen verbesserten Schutz für Zusatzkomponenten gegen möglicherweise schädliche Busresonanzen bereit, die durch Änderungen in Komponententoleranzen, Altern und andere Aktualisierungen oder Modifikationen am elektrischen System verursacht werden können.
Während in der vorangegangenen detaillierten Beschreibung wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform aufgezeigt wurde, wird darauf hingewiesen, dass eine große Anzahl von verschiedenen Ausführungsformen existiert. Es wird auch darauf hingewiesen, dass die hierin beschriebene Ausführungsform oder Ausführungsformen nicht den Umfang, die Anwendbarkeit, oder die Ausführung des beanspruchten Erfindungsgegenstands in irgendeiner Weise beschränken sollen. Vielmehr soll die vorangegangene detaillierte Beschreibung dem Fachmann eine praktische Anleitung für die Implementierung der beschriebenen Ausführungsform bzw. Ausführungsformen zur Verfügung gestellt werden. Selbstverständlich können verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden, ohne den durch die Ansprüche definierten Schutzbereich zu verlassen, welcher zum Zeitpunkt der Einreichung der Anmeldung bekannte oder vorhersehbare Äquivalente mit einschließt.

Claims

Verfahren zum Detektieren einer Resonanz auf einem Bus, wobei der Bus mit einer ersten Komponente und einem Wechselrichter-Modul gekoppelt ist, und wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen eines ersten Signals auf dem Bus, wobei das Signal eine erste Frequenz aufweist; Wobbeln des ersten Signals von der ersten Frequenz bis zu einer zweiten Frequenz; Erhalten eines zweiten Signals vom Bus während des Wobbelns des ersten Signals von der ersten Frequenz bis zu einer zweiten Frequenz, wobei das zweite Signal durch eine charakteristische Eigenschaft der ersten Komponente beeinflusst wird; Bestimmen einer Resonanzfrequenz auf Grundlage des ersten Signals und des zweiten Signals; und Aktualisieren des Wechselrichter-Moduls, so dass die Resonanzfrequenz nicht als Schaltfrequenz für das Wechselrichter-Modul benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das Erzeugen des ersten Signals ein Erzeugen eines Spannungssignals auf dem Bus umfasst; das Wobbeln des ersten Signals ein Wobbeln einer Frequenz des Spannungssignals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz umfasst; und das Erhalten des zweiten Signals ein Erhalten eines elektrischen Stromsignals auf dem Bus umfasst, und zwar in Antwort auf das Wobbeln der Frequenz des Spannungssignals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Wobbeln der Frequenz des Spannungssignals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz ein schrittweises Anpassen der Frequenz des Spannungssignals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Erhalten des elektrischen Stromsignals auf dem Bus ein Messen eines Stromes für jeden Frequenzschritt von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen der Resonanzfrequenz umfasst: Berechnen einer Eingangsimpedanz auf Grundlage des Spannungssignals und des elektrischen Stromsignals; und Identifizieren der Resonanzfrequenz auf Grundlage der Eingangsimpedanz.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Identifizieren der Resonanzfrequenz ein Analysieren der Eingangsimpedanz umfasst, um die Resonanzfrequenz zu erhalten.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Analysieren der Eingangsimpedanz ein Durchführen einer Fourieranalyse der Eingangsimpedanz umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Wechselrichter-Modul eine Steuerung umfasst, wobei das Aktualisieren des Wechselrichter-Moduls ein Aktualisieren eines Steuerungsprogramms für die Steuerung umfasst, so dass eine Schaltfrequenz für einen Phasenzweig des Wechselrichter-Moduls nicht gleich der Resonanzfrequenz ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aktualisieren des Wechselrichter-Moduls ein Aktualisieren eines Steuerungsprogramms für das Wechselrichter-Modul umfasst, so dass die Resonanzfrequenz nicht als eine Schaltfrequenz für das Wechselrichter-Modul benutzt wird.
Wechselrichter-Modul, umfassend: eine Busschienen-Anordnung, welche dazu eingerichtet ist, mit einem Bus gekoppelt zu werden; ein Strom-Sensier-Element, welches mit der Busschienen-Anordnung gekoppelt ist, wobei das Strom-Sensier-Element dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Stromsignal von der Busschienen-Anordnung zu erhalten; und eine Steuerung, welche mit der Busschienen-Anordnung und dem Strom-Sensier-Element gekoppelt ist, wobei die Steuerung und das Strom-Sensier-Element gemeinsam dazu eingerichtet sind, um: ein Spannungssignal auf dem Bus zu erzeugen, wobei das Spannungssignal eine Frequenz aufweist; die Frequenz des Spannungssignals von einer ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz zu wobbeln, wobei das von dem Strom-Sensier-Element erhaltene elektrische Stromsignal von der Frequenz des Spannungssignals beeinflusst wird; eine Resonanzfrequenz auf Grundlage des Spannungssignals und des elektrischen Stromsignals zu identifizieren; und ein Steuerungsprogramm für das Wechselrichter-Modul auf Grundlage der Resonanzfrequenz zu aktualisieren; wobei die Steuerung eingerichtet ist, um das Steuerungsprogramm zu aktualisieren, so dass eine Schaltfrequenz nicht gleich der Resonanzfrequenz ist.
Wechselrichter-Modul nach Anspruch 10, weiterhin umfassend einen Energie-Wechselrichter, der mit der Busschienen-Anordnung und der Steuerung gekoppelt ist, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um den Energie-Wechselrichter bei einer Schaltfrequenz auf Grundlage des Steuerungsprogramms zu betreiben.
Wechselrichter-Modul nach Anspruch 10, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um: schrittweise die Frequenz des Spannungssignals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz anzupassen; und das elektrische Stromsignal auf dem Bus für jeden Frequenzschritt von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz zu erhalten.
Wechselrichter-Modul nach Anspruch 10, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um die Resonanzfrequenz zu identifizieren durch: Berechnen einer Impedanz auf Grundlage des Spannungssignals und des elektrischen Stromsignals; und Analysieren der Impedanz, um die Resonanzfrequenz zu identifizieren.
Wechselrichter-Modul nach Anspruch 10, wobei die Steuerung eingerichtet ist, die Frequenz des Spannungssignals von vier Kilohertz bis 12 Kilohertz zu wobbeln.
Elektrisches System in einem Fahrzeug, wobei das elektrische System umfasst: eine Energiequelle; einen mit der Energiequelle gekoppelten Bus; eine mit dem Bus gekoppelte Zusatzkomponente; ein mit dem Bus gekoppeltes Wechselrichter-Modul; ein mit dem Bus gekoppeltes Signalerzeugungsmodul, wobei das Signalerzeugungsmodul eingerichtet ist, um: ein Injektionssignal auf dem Bus zu erzeugen, wobei das Injektionssignal eine Frequenz aufweist; und die Frequenz des Injektionssignals von einer ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz zu wobbeln; ein mit dem Bus gekoppeltes Signalerkennungsmodul, wobei das Signalerkennungsmodul eingerichtet ist, um ein Antwortsignal von dem Bus während des Wobbelns des Injektionssignals zu erhalten, wobei das Antwortsignal durch eine charakteristische Eigenschaft der Zusatzkomponente beeinflusst wird; und ein mit dem Signalerzeugungsmodul, dem Signalerkennungsmodul und dem Wechselrichter-Modul gekoppeltes Steuerungsmodul, wobei das Steuerungsmodul eingerichtet ist, um: eine Resonanzfrequenz auf Grundlage des Injektionssignals und des Antwortsignals zu bestimmen; und das Wechselrichter-Modul zu aktualisieren, so dass die Resonanzfrequenz nicht als eine Schaltfrequenz für das Wechselrichter-Modul benutzt wird.
Elektrisches System nach Anspruch 15, wobei das Signalerzeugungsmodul eingerichtet ist, um: ein Spannungssignal auf dem Bus zu erzeugen; und die Frequenz des Spannungssignals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz zu wobbeln.
Elektrisches System nach Anspruch 16, wobei das Signalerkennungsmodul eingerichtet ist, um ein elektrisches Stromsignal auf dem Bus in Antwort auf das Wobbeln der Frequenz des Spannungssignals von der ersten Frequenz zu der zweiten Frequenz zu erhalten.
Elektrisches System nach Anspruch 15, wobei das Steuerungsmodul eingerichtet ist, um: eine Eingangsimpedanz auf Grundlage des Injektionssignals und des Antwortsignals zu berechnen; und die Resonanzfrequenz auf Grundlage der Eingangsimpedanz zu identifizieren.
Elektrisches System nach Anspruch 15, wobei das Signalerzeugungsmodul eingerichtet ist, um die Frequenz des Injektionssignals von vier Kilohertz bis 12 Kilohertz zu wobbeln.