DE102017111844A1

DE102017111844A1 - Strombasierte Sechs-Stufen-Steuerung

Info

Publication number: DE102017111844A1
Application number: DE102017111844.6A
Authority: DE
Inventors: Wei Xu; Fazal Urrahman Syed
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2017-05-30
Publication date: 2017-12-07
Also published as: US9849806B1; CN107453671A; CN107453671B; US20170349059A1

Abstract

Ein Fahrzeugantriebsstrang enthält einen Gleichspannungswandler und eine Steuerung. Der Gleichspannungswandler ist zwischen einer Antriebsbatterie und einem Wechselrichter für eine elektrische Maschine gekoppelt. Die Steuerung ist dazu ausgelegt, als Reaktion darauf, dass eine Drehzahl der elektrischen Maschine unter eine Gegen-EMK-Schwellengeschwindigkeit sinkt, in einen stromsteuerungsbasierten Sechs-Stufen-Wechselrichtermodus überzugehen und den Gleichspannungswandler zu betreiben, um eine Spannung auszugeben, die niedriger ist als eine Leerlaufspannung der Antriebsbatterie.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Ausführungsform bezieht sich im Allgemeinen auf eine Hybridfahrzeugantriebsstrangsteuerung, die basierend auf Winkel- und Spannungsgröße eine Sechs-Stufen-Steuerung verwendet.
HINTERGRUND
Elektrofahrzeuge einschließlich elektrischer Hybridfahrzeuge (HEVS) und Fahrzeugen mit Elektrobatterieantrieb (BEVs) sind davon abhängig, dass eine Antriebsbatterie einem Antriebsmotor Antriebsleistung und einen Antriebswechselrichter dazwischen bereitstellt, um Gleichstromleistung (DC) in Wechselstromleistung (AC) umzuwandeln. Der typische Wechselstromantriebsmotor ist ein 3-Phasen-Motor, der durch 3 sinusförmige Signale angetrieben werden kann, die jeweils mit einem Phasenversatzwinkel von 120° angetrieben werden. Die Antriebsbatterie ist dazu ausgelegt, in einem bestimmten Spannungsbereich zu arbeiten. Die Klemmenspannung einer typischen Antriebsbatterie ist über 100 Volt Gleichstrom und die Antriebsbatterie wird alternativ als eine Hochspannungsbatterie bezeichnet. Jedoch kann verbesserte Leistung elektrischer Maschinen erreicht werden, indem in einem anderen Spannungsbereich gearbeitet wird, typischerweise bei höheren Spannungen als die Antriebsbatterie.
Viele Elektrofahrzeuge enthalten einen Gleichspannungswandler, der auch als variabler Spannungswandler (VVC) bezeichnet wird, um die Spannung der Antriebsbatterie in einen operationellen Spannungspegel der elektrischen Maschine umzuwandeln. Die elektrische Maschine, die einen Antriebsmotor enthalten kann, kann eine hohe Spannung und hohen Strom erfordern. Aufgrund der Spannungs-, Strom- und Schaltanforderungen wird typischerweise ein isolierter Gate-Bipolartransistor (IGBT) verwendet, um die Signale in dem Antriebswechselrichter und dem VVC zu erzeugen.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeugantriebsstrang enthält einen Gleichspannungswandler und eine Steuerung. Der Gleichspannungswandler ist zwischen einer Antriebsbatterie und einem Wechselrichter für eine elektrische Maschine gekoppelt. Die Steuerung ist dazu ausgelegt, als Reaktion darauf, dass eine Drehzahl der elektrischen Maschine unter eine Gegen-EMK-Schwellengeschwindigkeit sinkt, in einen stromsteuerungsbasierten Sechs-Stufen-Wechselrichtermodus überzugehen und den Gleichspannungswandler zu betreiben, um eine Spannung auszugeben, die niedriger ist als eine Leerlaufspannung der Antriebsbatterie.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstrangs enthält Empfangen einer Drehmomentanforderung und, als Reaktion darauf, dass eine Drehzahl einer elektrischen Maschine unter eine elektromotorische Gegenkraft-Schwellengeschwindigkeit sinkt, Übergehen in einen stromsteuerungsbasierten Sechs-Stufen-Wechselrichtermodus, der nach direkten und Quadraturkomponenten von Wicklungsstrom der elektrischen Maschine und der Drehmomentanforderung durchgeführt wird, und Betreiben eines Gleichspannungswandlers, um eine Busspannung an die elektrische Maschine auszugeben, die niedriger ist als die Leerlaufspannung der Antriebsbatterie.
Ein Fahrzeug enthält einen Gleichspannungswandler und eine Steuerung. Der Gleichspannungswandler ist zwischen einer Antriebsbatterie und einem Wechselrichter für eine elektrische Maschine gekoppelt. Eine Steuerung ist dazu ausgelegt, als Reaktion darauf, dass eine Fahrzeuggeschwindigkeit unter eine Schwellengeschwindigkeit sinkt, während eine Drehmomentanforderung unter einer Drehmomentschwelle ist, einen Sechs-Stufen-Steuerungsmodus für den Wechselrichter nach direkten und Quadraturkomponenten von Wicklungsstrom durchzuführen, die in Zusammenhang mit der elektrischen Maschine sind, um die elektrische Maschine ohne elektromotorische Gegenkraftrückwirkung anzutreiben.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung eines Hybridfahrzeugs, dass typische Antriebsstrang- und Energiespeicherbestandteile mit einem Leistungswechselrichter dazwischen zeigt.
2 ist eine schematische Darstellung eines fahrbahren Wandlers variabler Spannung.
3 ist eine schematische Darstellung eines fahrbahren Elektromotorwechselrichters.
4 ist ein Flussdiagramm eines stromgesteuerten Sechs-Stufen-Algorithmus, um einen Hybridfahrzeugantriebsmotor anzutreiben.
5 ist ein Flussdiagramm eines stromgesteuerten Sechs-Stufen-Algorithmus, um einen Hybridfahrzeugantriebsmotor anzutreiben.
6 ist eine graphische Darstellung von Gleichstrombusspannungsauswahl basierend auf Drehmoment.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hierin werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaften Charakters sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten von bestimmten Komponenten zu zeigen. Dementsprechend sind hierin offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um einen Fachmann auf dem Gebiet eine vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Einschlägige Durchschnittsfachleute verstehen, dass diverse Merkmale, wie diese unter Bezugnahme auf beliebige der Figuren dargestellt und beschreiben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, welche in einer oder mehreren Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, welche nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, welche mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen erwünscht sein.
Ein Ziel der Steuerung eines Hybridelektrofahrzeugantriebsstrangs kann Verbesserungen des Kraftstoffverbrauchs während des Fahrens in der Stadt und auf der Schnellstraße enthalten. Das Ziel für verbesserten Kraftstoffverbrauch kann Fahrverhalten in Betracht ziehen. Eine Sechs-Stufen-Steuerungsmethode kann verwendet werden, um eine elektrische Maschine des Fahrzeugs (z. B. einen Traktionsmotor, Generator oder eine Kombination) zu steuern. Typischerweise weist die Sechs-Stufen-Steuerung einer elektrischen Maschine einen einzigen Freiheitsgrad, nämlich den Spannungswinkel der Sechs-Stufen-Steuerung, auf. Dieser einzige Freiheitsgrad wird typischerweise mit einem offenen Regelkreis ohne Rückmeldung durchgeführt. Hier kann Rückmeldung basierend auf einer Kalibriertabelle eines Spannungswinkels und von Gleichstrombusspannung in der Sechs-Stufen-Steuerung einer elektrischen Maschine enthalten sein.
Eine elektrische Maschine kann einen Permanentmagnetsynchronmotor (PMSM) enthalten, da PMSMs in Bezug auf andere Motortypen im Allgemeinen günstige Effizienzeigenschaften aufweisen. Typischerweise weisen PMSMs drei separate elektrische Wicklungen innerhalb des Stators auf, die jeweils durch Wechselstromspannungen (AC) Va, Vb und Vc angetrieben werden. Im Betrieb schwingen die Wicklungsströme Ia, Ib und Ic jeweils mit einer Frequenz, die zu der Rotordrehzahl proportional ist, und sind durch einen Phasenversatzwinkel von 120° voneinander getrennt. Diese Wicklungsströme induzieren ein rotierendes Magnetfeld, das zu dem Rotor phasenverschoben sein kann. Das resultierende Antriebswellendrehmoment ist von der Größe des Magnetfelds und dem Phasenwinkel relativ zu dem Rotor abhängig. Die magnetischen Eigenschaften der permanenten Magneten sind durch Temperatur beeinflusst, was das resultierende Drehmoment beeinflusst. Präzise Drehmomentabgabe erfordert Ausgleich für die Temperatureinflüsse.
Der Einfachheit halber können die Wicklungsspannungen und -ströme durch Vektoren in Bezug auf einen rotierenden Bezugsrahmen dargestellt werden, der mit dem Rotor rotiert. Die Abbildung zwischen einer Rotorposition und dem rotierenden Bezugsrahmen ist von der Anzahl der Stangen und Rotorpositionen in dem Motor abhängig. Der Spannungsvektor weist in dem Rotorbezugsrahmen eine direkte Komponente Vd und eine Quadraturkomponente Vq auf. Ebenso weist der Strom eine direkte Komponente Id und eine Quadraturkomponente Iq auf. Vd, Vq, Id und Iq schwingen nicht basierend auf einer Rotorposition.
In typischen elektrischen Verzweigungshybridantriebskonfigurationen wird ein Gleichspannungswandler (z. B. ein variabler Spannungswandler oder VVC) verwendet, um die Batteriespannung anzupassen, um eine Betriebsspannung für den Antriebsmotor und/oder Generator bereitzustellen. Eine VVC-Typologie enthält typischerweise eine Halbbrücke, die dazu ausgelegt ist, eine Batteriespannung auf eine Betriebsspannung der elektrischen Maschine zu steigern, wenn sie in einem Antriebsmodus ist, und Leistung in einem Passtrough-Modus von der elektrischen Maschine an die Batterie zu strömen, wenn sie in einem Regenerations- oder Lademodus ist. Der VVC kann die Batteriespannung steigern, indem zwei Schaltvorrichtungen komplementär betrieben werden. Der VVC, der in dem Passthrough-Modus betreiben wird, enthält Aufrechterhalten, dass die obere Schaltvorrichtung an ist während die untere Schaltvorrichtung aus ist. Im Passthrough-Modus ist die Gleichstrombusspannung ungefähr dieselbe wie die Batteriespannung.
Während des Betriebs einer elektrischen Maschine, die bei einer niedrigen Drehzahl angetrieben wird, kann ein induziertes elektromagnetisches Feld typischerweise geringer sein als die Batteriespannung. Die elektrische Maschine, die als Motor arbeitet, kann durch eine Gleichstrombusspannung, die niedriger ist als die Batteriespannung, bei einer erforderlichen Geschwindigkeit und einem erforderlichen Drehmoment arbeiten. Verluste in Zusammenhang mit der Schaltvorrichtung sind normalerweise während des Betriebs mit niedrigeren Gleichstrombusspannungen niedriger. Der Kraftstoffverbrauch des gesamten elektrischen Antriebssystems kann durch Verringern der Batteriespannung auf eine niedrigere Gleichstombusspannung verbessert werden, die benötigt wird, um ein erforderliches Drehmoment und eine erforderlich Geschwindigkeit bereitzustellen. Der Kraftstoffverbrauch kann ferner verbessert werden, indem die elektrische Maschine unter Verwendung eines Sechs-Stufen-Steuerungsmodus anstelle eines Pulsbreitenmodulationsmodus (PWM) betrieben wird. Jedoch ist Drehmomentsteuerung unter Verwendung eines Steuerungsmodus mit offenem Sechs-Stufen-Regelkreis typischerweise nicht so stabil wie Motorsteuerung unter Verwendung von PKM-Stromsteuerungsverfahren unter Fremdstörung. Hier wird ein stromsteuerungsbasierter Sechs-Stufen-Algorithmus mit einem Vollbrückenwandler gezeigt, um während des Sechs-Stufen-Betriebs stabile Stromsteuerung zu bieten.
Eine elektromotorische Gegenkraft (EMF), auch als Gegen-EMK bekannt, ist eine Kraft gegen einen Strom eines Motors mit inneren Permanentmagnet (IPM), der eine Spannung induziert. Gegen-EMK wird durch eine Spannungsveränderung in einem Wechselstromkreis erfasst, die durch magnetische Induktion verursacht wird. Ein Beispiel für Gegen-EMK ist die Spannungsveränderung über einem Induktor aufgrund eines induzierten Magnetfelds in der Spule eines rotierenden IPM-Motors. Gegen-EMK bezieht sich oft auf eine Spannung, die in einem Elektromotor oder einer elektrischen Maschine induziert wird, die durch relative Bewegung zwischen einem Anker des Motors und dem Magnetfeld von den Feldmagneten des Motors, oder Wicklungen, verursacht wird. Die Spannung ist proportional zu dem Magnetfeld, der Drahtlänge in dem Anker und der Geschwindigkeit des Motors.
Ein rotierender Anker eines Elektromotors in der Anwesenheit eines Magnetfelds durchquert das Magnetfeld, wenn der Anker sich dreht. Die Bewegung durch das Magnetfeld erzeugt eine Spannung in der Spule. Die Spannung ist entgegengesetzt zu einer angelegten Spannung und wird „Gegen-EMK” genannt. Gegen-EMK kann verwendet werden, um indirekt Motorgeschwindigkeit und -position zu messen, da die Gegen-EMK im Allgemeinen proportional zu einer Drehzahl des Ankers ist. Da die Spannung proportional zu der Drehzahl ist, wenn die Drehzahl hoch ist, ist die Spannung hoch und wenn die Drehzahl niedrig ist, ist die Spannung niedrig. Infolgedessen wird die Spannung, wenn die Drehzahl sehr langsam ist, so gering, dass die Geschwindigkeit und die Position nicht genau bestimmt werden können. Es gibt einen Punkt, der als Gegen-EMK-Schwellengeschwindigkeit bezeichnet wird, über der die Drehzahl und Position innerhalb einer vordefinierten Toleranz bestimmt werden können und unter der die Drehzahl und Position nicht innerhalb einer vordefinierten Tolerant bestimmt werden können.
Der Vollbrücken-VVC kann die Batteriespannung verringern, wenn die elektrische Maschine bei niedriger Geschwindigkeit arbeitet. Typischerweise dreht sich die elektrische Maschine die meiste Zeit während eines Stadtfahrzyklus bei niedriger Geschwindigkeit. Die Verlust der Schaltvorrichtungen sind eine Funktion einer Spannung an der Vorrichtung und eines Stroms durch die Vorrichtung. Daher können Schaltverluste durch Reduzieren einer Gleichstrombusspannung reduziert werden. Hier wird ein stromsteuerungsbasiertes Sechs-Stufen-Verfahren vorgeschlagen, um den normalen offenen Sechs-Stufen-Regelkreis für eine elektrische Maschine zu ersetzen, die entweder mit einer niedrigen Gleichstrombusspannung oder einer niedrigen Drehzahl betrieben wird.
1 zeigt ein Elektrofahrzeug 112, dass als ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) bezeichnet werden kann. Ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug 112 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 114 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 116 gekoppelt sind. Die elektrischen Maschinen 114 können in der Lage sein, als ein Motor oder ein Generator zu arbeiten. Außerdem ist das Hybridgetriebe 116 mechanisch mit einem Motor 118 gekoppelt. Das Hybridgetriebe 116 ist auch mechanisch mit einer Antriebswelle 120 gekoppelt, die mechanisch mit den Rädern 122 gekoppelt ist. Die elektrischen Maschinen 114 können Antriebs- und Abbremsfähigkeit bereitstellen, wenn der Motor 118 an- oder ausgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 114 können auch als Generatoren fungieren und können Kraftstoffverbrauchvorteile bereitstellen, indem Energie rückgewonnen wird, die normalerweise als Hitze in einem Reibungsbremssystem verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 114 können auch Fahrzeugemissionen reduzieren, indem zugelassen wird, dass der Motor 118 bei effizienteren Geschwindigkeiten arbeitet, und zugelassen wird, dass das Hybrid-Elektrofahrzeug 112 in Elektrobetrieb betrieben wird, wobei der Motor 118 unter bestimmten Bedingungen aus ist. Ein Elektrofahrzeug 112 kann auch ein Batterieelektrofahrzeug (BEV) sein. In einer BEV-Konfiguration ist der Motor 118 möglicherweise nicht vorhanden. In anderen Konfigurationen kann das Elektrofahrzeug 112 ein volles Hybrid-Elektrofahrzeug (FHEV) ohne Plug-in-Fähigkeit sein.
Eine Antriebsbatterie oder ein Batteriepack 124 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 114 verwendet werden kann. Das Fahrzeugbatteriepack 124 kann eine Hochspannungsgleichstromausgang (DC) bereitstellen. Die Antriebsbatterie 124 kann elektrisch mit einem oder mehreren elektronischen Leistungsmodulen 126 gekoppelt sein. Ein oder mehrere Schütze 142 können die Antriebsbatterie 124 von anderen Komponenten isolieren, wenn sie geöffnet ist, und die Antriebsbatterie 124 mit anderen Komponenten verbinden, wenn sie geschlossen ist. Das elektronische Leistungsmodul 126 ist auch elektronisch mit den elektrischen Maschinen 114 gekoppelt und stellt die Möglichkeit bereit Energie bidirektional zwischen der Antriebsbatterie 124 und den elektrischen Maschinen 114 zu übertragen. Die Antriebsbatterie 124 kann zum Beispiel eine Gleichstromspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 114 mit einem 3-Phasen-Wechselstrom (AC) arbeiten können, um zu funktionieren. Das elektronische Leistungsmodul 126 kann die Gleichstromspannung in einen 3-Phasen-Wechselstrom umwandeln, um die elektrischen Maschinen 114 zu betreiben. In einem Regenerativmodus kann das elektronische Leistungsmodul 126 den 3-Phasen-Wechselstrom von den elektrischen Maschinen 114, die als Generatoren fungieren, in die Gleichstromspannung umwandeln, die mit der Antriebsbatterie 124 kompatibel ist.
Das Fahrzeug 112 kann einen variablen Spannungswandler (VVC) 152 enthalten, der elektrisch zwischen der Antriebsbatterie 124 und dem elektronischen Leistungsmodul 126 gekoppelt ist. Der VVC 152 kann ein Gleichstromabwärtswandler sein, dazu ausgelegt, die Spannung, die von der Antriebsbatterie 124 bereitgestellt ist, zu erhöhen oder zu steigern. Durch Erhöhen der Spannung, kann der Strombedarf gesenkt werden, was zu einer Reduktion der Kabelgröße für das elektronische Leistungsmodul 126 und die elektrischen Maschinen 114 führt. Ferner können die elektrischen Maschinen 114 mit besserer Effizienz und geringeren Verlusten betrieben werden.
Neben dem Bereitstellen von Energie für Antrieb kann die Antriebsbatterie 124 Energie für weitere Fahrzeugbordnetzsysteme bereitstellen. Das Fahrzeug 112 kann ein Gleichspannungswandlermodul 128 enthalten, das den Hochspannungsgleichstromausgang der Antriebsbatterie 124 zu einer Niederspannungsgleichstromversorgung umwandelt, die mit Niederspannungsfahrzeugladungen kompatibel ist. Ein Ausgang des Gleichstromwandlermoduls 128 kann elektrisch mit einer Hilfsbatterie 130 (z. B. einer 12 V-Batterie) gekoppelt sein, um die Hilfsbatterie 130 aufzuladen. Die Niederspannungssysteme können elektrisch mit der Hilfsbatterie 130 gekoppelt sein. Eine oder mehrere elektrische Lasten 146 können mit dem Hochspannungsbus gekoppelt sein. Die elektrischen Lasten 146 können eine zugeordnete Steuerung aufweisen, die die elektrischen Lasten 146 gegebenenfalls betreibt und steuert. Bespiele für elektrische Lasten 146 können ein Ventilator, ein elektrisches Heizelement und/oder ein Klimakompressor sein.
Das Elektrofahrzeug 112 kann dazu ausgelegt sein, die Antriebsbatterie 124 von einer externen Stromquelle 136 aus aufzuladen. Die externe Stromquelle 136 kann eine Verbindung zu einer Steckdose sein. Die externe Stromquelle 136 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder Elektrofahrzeugversorgungsgerät (EVSE) 138 gekoppelt sein. Die externe Stromquelle 136 kann ein elektrisches Stromversorgungsnetz oder -gitter sein, wie es von dem elektrischen Versorgungsunternehmen bereitgestellt ist. Das EVSE 138 kann eine Schaltung und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von Energie zwischen der Stromquelle 136 und dem Fahrzeug 112 zu regulieren und zu verwalten. Die externe Stromquelle 136 kann dem EVSE 138 elektrische Leistung als Gleichstrom oder Wechselstrom bereitstellen. Das EVSE 138 kann einen Ladungsstecker 140 zum Einstecken in einen Ladeport 134 des Fahrzeugs 112 aufweisen. Der Ladeport 134 kann jede Art von Port sein, dazu ausgelegt, um Leistung von dem EVSE 138 an das Fahrzeug 112 zu übertragen. Der Ladeport 134 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder einem fahrzeugseitigen Leistungsumwandlungsmodul 132 gekoppelt sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann die Leistung konditionieren, die von dem EVSE 138 zugeführt wird, um der Antriebsbatterie 124 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann mit dem EVSE 138 kommunizieren, um die Lieferung von Leistung an das Fahrzeug 112 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 140 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeports 134 zusammenpassen. Alternativ können verschiedene Komponenten, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben sind, Leistung unter Verwendung von drahtloser induktiver Kopplung übertragen.
Eine oder mehrere Radbremsen 144 können bereitgestellt werden, um das Fahrzeug 112 zu abzubremsen und Bewegung des Fahrzeugs 112 zu vermeiden. Die Radbremsen 144 können hydraulisch betätigt, elektrisch betätigt oder eine Kombination davon sein. Die Radbremsen 144 können ein Teil einer Bremsanlage 150 sein. Die Bremsanlage 150 kann weitere Komponenten enthalten, um die Radbremsen 144 zu betreiben. Der Einfachheit halber zeigt die Figur eine einzige Verbindung zwischen der Bremsanlage 150 und einer Radbremsen 144. Eine Verbindung zwischen der Bremsanlage 150 und den weiteren Radbremsen 144 wird impliziert. Die Bremsanlage 150 kann eine Steuerung enthalten, um die Bremsanlage 150 zu überwachen und zu koordinieren. Die Bremsanlage 150 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 144 zum Fahrzeugabbremsen steuern. Die Bremsanlage 150 kann auf Fahrerbefehle reagieren und kann auch autonom arbeiten, um Funktionen wie Stabilitätskontrolle umzusetzen. Die Steuerung der Bremsanlage 150 kann ein Verfahren zum Anwenden einer angeforderten Bremskraft umsetzen, wenn es von einer weiteren Steuerung oder einer Unterfunktion angefordert wird.
Elektronische Module in dem Fahrzeug 112 könne über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Vielzahl von Kommunikationskanälen enthalten. Ein Kanal des Fahrzeugnetzwerks kann ein serieller Bus wie ein Controller Area Network (CAN) sein. Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzweks kann ein Ethernetnetzwerk enthalten, das von der Standardgruppe des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802 definiert ist. Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen enthalten und können Leistungssignale von der Hilfsbatterie 130 enthalten. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Videosignale können zum Beispiel über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuerungssignale über ein CAN oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann jedwede Hardware- und Softwarekomponenten enthalten, die dabei helfen, Signale und Daten zwischen Modulen zu übertragen. Das Fahrzeugnetzwerk ist in 1 nicht gezeigt, aber es kann impliziert werden, dass das Netzwerk sich mit jedem elektronischen Modul verbinden kann, das in dem Fahrzeug 112 vorhanden ist. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) 148 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
2 zeigt eine Abbildung eines VVC 152, der als ein Abwärtswandler ausgelegt ist. Der VVC 152 kann Eingangsanschlüsse enthalten, die durch die Schütze 142 mit Anschlüssen der Antriebsbatterie 124 gekoppelt sein können. Der VVC 152 kann Ausgangsanschlüsse enthalten, die mit Anschlüssen des elektronischen Leistungsmoduls 126 gekoppelt sind. Der VVC 152 kann betrieben werden, um zu verursachen, dass eine Spannung an den Ausgangsanschlüssen höher ist als eine Spannung an den Eingangsanschlüssen. Das Fahrzeug 112 kann eine VVC-Steuerung 200 enthalten, die elektrische Parameter (z. B. Spannung und Strom) an verschiedenen Positionen innerhalb des VVC 152 überwacht und steuert. In manchen Konfigurationen kann die VVC-Steuerung 200 als Teil des VVC 152 enthalten sein. Die VVC-Steuerung 200 kann eine Ausgangsspannungsreferenz bestimmen V * / dc. Die VVC-Steuerung 200 kann basierend auf den elektrischen Parameter und der Spannungsreferenz, V * / dc., ein Steuerungssignal bestimmen, das genügt, um zu verursachen, dass der VVC 152 die erwünschte Ausgangsspannung erreicht. In manchen Konfigurationen, kann das Steuerungssignal als ein pulsbreitenmoduliertes (PWM) Signal umgesetzt werden, in dem ein Arbeitszyklus des PWM-Signals vielfältig ist. Das Steuerungssignal kann in einer vorbestimmten Schaltfrequenz betrieben werden. Die VVC-Steuerung 200 kann dem VVC 152 befehlen, die erwünschte Ausgangsspannung unter Verwendung des Steuerungssignals bereitzustellen. Das spezielle Steuerungssignal, bei dem der VVC 152 betrieben wird, kann direkt in Zusammenhang mit der Menge der Spannungssteigerung sein, der von dem VVC 152 bereitzustellen ist.
Die Ausgangsspannung des VVC 152 kann gesteuert werden, um die erwünschte Referenzspannung zu erreichen. In manchen Konfigurationen kann der VVC 152 ein Aufwärtswandler sein. In einer Aufwärtswandlerkonfiguration, in der die VVC-Steuerung 200 den Arbeitszyklus steuert, kann die ideale Beziehung zwischen der Eingangsspannung V_ein und der Ausgangsspannung V_aus und dem Arbeitszyklus D unter Verwendung der folgenden Gleichung veranschaulicht werden:
Der erwünschte Arbeitszyklus D kann bestimmt werden, indem die Eingangsspannung (z. B. Antriebsbatteriespannung) gemessen wird und die Ausgangsspannung auf die Referenzspannung eingestellt wird. Der VVC 152 kann ein Abwärtswandler sein, der die Spannung von Eingang auf Ausgang reduziert. In einer Abwärtskonfiguration kann eine unterschiedliche Expression, die die Eingangs- und die Ausgangsspannung mit dem Arbeitszyklus in Verbindung bringt, abgeleitet werden. In manchen Konfigurationen, kann der VVC 152 ein Abwärts-Abwärts-Wandler sein, der die Eingangsspannung erhöhen oder verringern kann. Die Steuerungsstrategie, die hierin beschrieben ist, ist nicht auf eine spezielle variable Spannungswandlertopologie beschränkt.
In Bezug auf 2 kann der VVC 152 das Spannungspotenzial der elektrischen Leistung, die von der Antriebsbatterie 124 bereitgestellt ist, steigern oder verstärken. Die Antriebsbatterie 124 kann Hochspannungs-(HV)Gleichstrom bereitstellen. In manchen Konfigurationen kann die Antriebsbatterie 124 eine Spannung zwischen 150 und 400 Volt bereitstellen. Das Schütz 142 kann elektrisch in Serie zwischen der Antriebsbatterie 124 und dem VVC 152 gekoppelt sein. Wenn das Schütz 142 geschlossen ist, kann der Hochspannungsgleichstrom von der Antriebsbatterie 124 an den VVC 152 übertragen werden. Ein Eingangskondensator 202 kann elektrisch parallel zu der Antriebsbatterie 124 gekoppelt sein. Der Eingangskondensator 202 kann die Busspannung stabilisieren und jedwede Spannung und Stromwelligkeit reduzieren. Der VVC 152 kann den Hochspannungsgleichstrom empfangen und das Spannungspotenzial der Eingangsspannung nach dem Arbeitszyklus steigern oder verstärken.
Der Ausgangskondensator 204 kann elektrisch zwischen den Ausgangsanschlüssen des VVC 152 gekoppelt sein. Der Ausgangskondensator 204 kann die Busspannung stabilisieren und Spannung und Stromwelligkeit am Ausgang des VVC 152 reduzieren.
Auch in Bezug auf 2 kann der VVC 152 eine erste Schaltvorrichtung 206 und eine zweite Schaltvorrichtung 208 enthalten, um eine Eingangsspannung zu steigern, um die gesteigerte Ausgangsspannung bereitzustellen. Die Schaltvorrichtungen 206, 208 können dazu ausgelegt sein, selektiv einen Strom zu einer elektrischen Last zu strömen (z. B. elektronisches Leistungsmodul 126 und elektrische Maschinen 114). Jede Schaltvorrichtung 206, 208 kann individuelle durch eine Gatetreiberschaltung (nicht gezeigt) der VVC-Steuerung 200 gesteuert werden und kann jede Art von steuerbarem Schalter enthalten (z. B. einen isolierten Gate-Bipolartransi stor (IGBT) oder Feldeffekttransistor (FET)). Die Gatetreiberschalung kann elektrische Signale an jede der Schaltvorrichtungen 206, 208 bereitstellen, die auf dem Steuerungssignal basieren (z. B. Arbeitszyklus des PWM-Steuerungssignals). Eine Diode kann über jede der Schaltvorrichtungen 206, 208 gekoppelt sein. Die Schaltvorrichtungen 206, 208 können jeweils einen zugeordneten Schaltverlust aufweisen. Die Schaltverluste sind diejenigen Leistungsverluste, die während Zustandsänderungen der Schaltvorrichtung auftreten (z. B. an/aus- und aus/an-Übergänge). Die Schaltverluste können durch den Strom, der hindurchfließt, und die Spannung an der Schaltvorrichtung 206, 208 während des Übergangs quantifiziert werden. Die Schaltvorrichtungen können auch zugeordnete Leitverluste aufweisen, die auftreten, wenn die Vorrichtung angeschaltet ist.
Ferner in Bezug auf 2 kann der VVC 152 eine dritte Schaltvorrichtung 218 und eine vierte Schaltvorrichtung 220 enthalten, um die Eingangsspannung zu verringern, um eine niedrigere Ausgangsspannung bereitzustellen, mit der die elektrische Maschine arbeiten kann. Diese Konfiguration ermöglicht auch, dass eine niedrigere erzeugte Spannung von der elektrischen Maschine gesteigert wird, um die Batterie aufzuladen. Die Schaltvorrichtungen 218, 220 können dazu ausgelegt sein, selektiv einen Strom zu einer elektrischen Last zu strömen (z. B. elektronisches Leistungsmodul 126 und elektrische Maschinen 114). Jede Schaltvorrichtung 218, 220 kann individuelle durch eine Gatetreiberschaltung (nicht gezeigt) der VVC-Steuerung 200 gesteuert werden und kann jede Art von steuerbarem Schalter enthalten (z. B. einen isolierten Gate-Bipolartransistor (IGBT) oder Feldeffekttransistor (FET)). Die Gatetreiberschalung kann elektrische Signale an jede der Schaltvorrichtungen 218, 220 bereitstellen, die auf dem Steuerungssignal basieren (z. B. Arbeitszyklus des PWM-Steuerungssignals). Eine Diode kann über jede der Schaltvorrichtungen 218, 220 gekoppelt sein. Die Schaltvorrichtungen 218, 220 können jeweils einen zugeordneten Schaltverlust aufweisen. Die Schaltverluste sind diejenigen Leistungsverluste, die während Zustandsänderungen der Schaltvorrichtung auftreten (z. B. an/aus- und aus/an-Übergänge). Die Schaltverluste können durch den Strom, der hindurchfließt, und die Spannung an der Schaltvorrichtung 218, 220 während des Übergangs quantifiziert werden. Die Schaltvorrichtungen können auch zugeordnete Leitverluste aufweisen, die auftreten, wenn die Vorrichtung angeschaltet ist.
Das Fahrzeugsystem kann Sensoren zum Messen elektrischer Parameter des VVC 152 enthalten. Ein erster Spannungssensor 210 kann dazu ausgelegt sein, die Eingangsspannung zu messen (z. B. Spannung der Batterie 124) und der VVC-Steuerung 200 ein entsprechendes Eingangssignal (V_bat) bereitzustellen. Ein einer oder mehreren Ausführungsformen kann der erste Spannungssensor 210 die Spannung an dem Eingangskondensator 202 messen, die der Batteriespannung entspricht. Ein zweiter Spannungssensor 212 kann die Ausgangsspannung des VVC 152 messen und der VVC-Steuerung 200 ein entsprechendes Eingangssignal (V_dc) bereitzustellen. Ein einer oder mehreren Ausführungsformen kann der zweite Spannungssensor 212 die Spannung an dem Ausgangskondensator 204 messen, die der Gleichstrombusspannung entspricht. Der erste Spannungssensor 210 und der zweite Spannungssensor 212 können eine Schaltung enthalten, um die Spannungen eine Ebene zu skalieren, die für die VVC-Steuerung 200 angemessen ist. Die VVC-Steuerung 200 kann eine Schaltung enthalten, um die Signale von dem ersten Spannungssensor 210 und dem zweiten Spannungssensor 212 zu filtern und zu digitalisieren.
Ein Eingangsinduktor 214 kann elektrisch in Serie zwischen der Antriebsbatterie 124 und den Schaltvorrichtungen 206, 208 gekoppelt sein. Der Eingangsinduktor 214 kann zwischen Speicher und Freigeben von Energie in dem VVC 152 abwechseln, um das Bereitstellen der variablen Spannungen und Ströme als VVC-Ausgang 152 und das Erreichen der erwünschten Spannungssteigerung zu ermöglichen. Ein Stromsensor 216 kann den Eingangsstrom durch den Eingangsinduktor 214 messen und der VVC-Steuerung 200 ein entsprechendes Stromsignal (I_L) bereitzustellen. Der Eingangsstrom durch den Eingangsinduktor 214 kann ein Ergebnis der Spannungsdifferenz zwischen der Eingangs- und der Ausgangsspannung des VVC 152, der Leitzeit der Schaltvorrichtungen 206, 208 und der Induktivität L des Eingangsinduktors 214 sein. Die VVC-Steuerung 200 eine Schaltung enthalten, um das Signal von dem Stromsensor 216 zu skalieren, zu filtern und zu digitalisieren.
Die VVC-Steuerung 200 kann programmiert sein, um die Ausgangsspannung des VVC 152 zu steuern. Die VVC-Steuerung 200 kann Eingaben von dem VVC 152 und anderen Steuerungen über das Fahrzeugnetzwerk empfangen und die Steuerungssignale bestimmen. Die VVC-Steuerung 200 kann die Eingangssignale (V_Bat, V_dc, I_L, V * / dc) überwachen, um die Steuerungssignale zu bestimmen. Die VVC-Steuerungs 200 kann der Gatetreiberschaltung zum Beispiel Steuerungssignale bereitstellen, die einem Arbeitszyklusbefehl entsprechen. Die Gatetreiberschaltung kann dann jede Schaltvorrichtung 206, 208 basierend auf dem Arbeitszyklusbefehl steuern.
Die Steuerungssignale an den VVC 152 können dazu ausgelegt sein, die Schaltvorrichtungen 206, 208 in einer speziellen Schaltfrequenz anzutreiben. Innerhalb jedes Zyklus der Schaltfrequenz können die Schaltvorrichtungen 206, 208 in dem angegebenen Arbeitszyklus betrieben werden. Der Arbeitszyklus definiert die Zeit, die die Schaltvorrichtungen 206, 208 in einem an-Zustand und einem aus-Zustand sind. Der Arbeitszyklus von 100% kann zum Beispiel die Schaltvorrichtungen 206, 208 in einem kontinuierlichen an-Zustand ohne Ausschalten betreiben. Ein Arbeitszyklus von 0% kann die Schaltvorrichtungen 206, 208 in einem kontinuierlichen aus-Zustand ohne Anschalten betreiben. Ein Arbeitszyklus von 50% kann die Schaltvorrichtungen 206, 208 im halben Zyklus in einem an-Zustand und im halben Zyklus im aus-Zustand betreiben. Die Steuerungssignale für die zwei Schalter 206, 208 können komplementär sein. Das heißt, das Steuerungssignal, das an eine der Schaltvorrichtungen (z. B. 206) gesendet wird, kann eine invertierte Version des Steuerungssignals sein, das an die andere Schaltvorrichtung (z. B. 208) gesendet wird.
Der Strom, der von den Schaltvorrichtungen 206, 208 gesteuert wird, kann eine Welligkeitskomponente enthalten, die eine Größe aufweist, die mit einer Größe des Stroms und dem Arbeitszyklus und der Schaltfrequenz der Schaltvorrichtungen 206, 208 variiert. In Bezug auf den Eingangsstrom tritt die Worst Case-Welligkeitsstromgröße unter relativ hohen Eingangsstrombedingungen auf. Wenn der Arbeitszyklus festgelegt ist, verursacht ein Anstieg des Induktorstroms einen Anstieg in der Größe des Welligkeitsstroms, wie in 4 gezeigt. Die Größe des Welligkeitsstroms bezieht sich auch auf den Arbeitszyklus. Die höchste Größe des Welligkeitsstroms tritt auf, wenn der Arbeitszyklus gleich 50% ist. Die allgemeine Beziehung zwischen der Induktorwelligkeitsstromgröße und dem Arbeitszyklus kann wie in 5 gezeigt sein. Basierend auf diesen Fakten kann es von Vorteil sein, Maßnahmen umzusetzen, um die Welligkeitsstromgröße unter Hochstrom- und mittleren Arbeitszyklusbedingungen zu reduzieren.
Bei der Konzeption des VVC 152 können die Schaltfrequenz und der Induktivitätswert des Induktors 214 ausgewählt werden, um eine maximale zulässige Welligkeitsstromgröße zu erfüllen. Die Welligkeitskomponente kann eine periodische Variation sein, die auf einem Gleichstromsignal erscheint. Die Welligkeitskomponente kann durch eine Welligkeitskomponentengröße und eine Welligkeitskomponentenfrequenz definiert sein. Die Welligkeitskomponente kann Oberwellen aufweisen, die in einem hörbaren Frequenzbereich sind, der die Geräuschsignatur des Fahrzeugs ergänzen kann. Ferner kann die Welligkeitskomponente Schwierigkeiten mit genauem Steuern von Vorrichtungen verursachen, die von den Quellen versorgt werden. Während Schaltübergängen können die Schaltvorrichtungen 206, 208 bei dem maximalen Induktorstrom (Gleichstrom plus Welligkeitsstrom) ausschalten, der bei den Schaltvorrichtungen 206, 208 eine große Spannungsspitze verursachen kann. Aufgrund der Größen- und Kosteneinschränkungen kann der Induktivitätswert basierend auf dem geleiteten Strom ausgezählt werden. Im Allgemeinen kann die Induktivität aufgrund von Sättigung sinken, wenn der Strom steigt.
Die Schaltfrequenz kann ausgewählt werden, um eine Größe der Welligkeitsstromkomponente in Worst Case-Szenarien zu begrenzen (z. B. höchste Eingangsstrom- und/oder Arbeitszyklus nahe 50%-Bedingungen). Die Schaltfrequenz der Schaltvorrichtungen 206, 208 kann ausgewählt werden, um eine Frequenz zu sein (z. B. 10 kHz), die größer ist als eine Schaltfrequenz des Motor-/Generatorinverters (z. B. 5 kHz), der mit einem Ausgang des VVC 152 gekoppelt ist. In manchen Anwendungen kann die Schaltfrequenz des VVC 152 als eine vorbestimmte feste Frequenz ausgewählt werden. Die vorbestimmte feste Frequenz wird im Allgemeinen ausgewählt, Geräusch- und Welligkeitsstromspezifikationen zu erfüllen. Jedoch kann die Auswahl der vorbestimmten festen Frequenz nicht beste Leistung über alle Arbeitsbereiche des VVC 152 bereitstellen. Die vorbestimmte feste Frequenz kann beste Ergebnisse unter einem bestimmten Satz von Betriebsbedingungen bereitstellen, kann aber unter anderen Betriebsbedingungen ein Kompromiss sein.
Erhöhen der Schaltfrequenz kann die Welligkeitsstromgröße und niedrigere Spannungsbelastung bei den Schaltvorrichtungen 206, 208 verringern, kann aber zu höheren Schaltverlusten führen. Während die Schaltfrequenz für Worst Case-Welligkeitsbedingungen ausgewählt werden kann, kann der VVC 152 für einen kleinen Prozentsatz der gesamten Betriebszeit unter den Worst Case-Welligkeitsbedingungen arbeiten. Dies kann zu unnötig hohen Schaltverlusten führen, die die Kraftstoffersparnis senken könnten. Außerdem kann die feste Schaltfrequenz das Geräuschspektrum in einem sehr engen Bereich konzentrieren. Die erhöhte Geräuschdichte in diesem engen Bereich kann zu spürbaren Problemen mit Geräuschen, Vibration und Härte (NVH) führen.
Die VVC-Steuerung 200 kann programmiert sein, um die Schaltfrequenz der Schaltvorrichtungen 206, 208 basierend auf dem Arbeitszyklus und dem Eingangsstrom zu variieren. Die Variation der Schaltfrequenz kann den Kraftstoffverbrauch verbessern, indem Schaltverluste reduziert werden und Probleme mit NVH reduziert werden, während unter Worst Case-Welligkeitsbedingungen Welligkeitsstromziele erhalten werden.
Unter relativ hohen Strombedingungen können die Schaltvorrichtungen 206, 208 erhöhte Spannungsbelastung erleben. Bei einem maximalen Betriebsstrom des VVC 152 kann es erwünscht sein, eine relativ hohe Schaltfrequenz auszuwählen, die die Welligkeitskomponentengröße mit einem angemessenen Niveau von Schaltverlusten reduziert. Die Schaltfrequenz kann basierend auf der Eingangsstromgröße ausgewählt werden, sodass die Schaltfrequenz steigt, wenn die Eingangsstromgröße steigt. Die Schaltfrequenz kann bis zu einer vorbestimmten maximalen Schaltfrequenz erhöht werden. Die vorbestimmte maximale Schaltfrequenz kann auf einem Niveau sein, das einen Kompromiss zwischen niedrigeren Welligkeitskomponentengrößen und höheren Schaltverlusten bereitstellt. Die Schaltfrequenz kann in diskreten Stufen oder kontinuierlich in dem Betriebsstrombereich geändert werden.
Die VVC-Steuerung 200 kann programmiert sein, um die Schaltfrequenz als Reaktion darauf zu reduzieren, dass der Stromeingang geringer ist als ein vorbestimmter maximaler Strom. Der vorbestimmte maximale Strom kann ein maximaler Betriebsstrom des VVC 152 sein. Die Veränderung der Schaltfrequenz kann auf der Größe des Stromeingangs an den Schaltvorrichtungen 206, 208 basieren. Wenn ein Strom größer ist als der vorbestimmte maximale Strom, kann die Schaltfrequenz auf eine vorbestimmte maximale Schaltfrequenz eingestellt werden. Wenn der Strom sinkt, sinkt die Größe der Welligkeitskomponente. Durch Betrieb bei niedrigeren Schaltfrequenzen, wenn der Strom sinkt, werden Schaltverluste reduziert. Die Schaltfrequenz kann basierend auf dem Leistungseingang an den Schaltvorrichtungen variiert werden. Wenn die Eingangsleistung eine Funktion des Eingangsstroms und der Batteriespannung ist, können die Eingangsleistung und der Eingangsstrom auf eine ähnliche Weise verwendet werden.
Da der Welligkeitsstrom auch von dem Arbeitszyklus betroffen ist, kann die Schaltfrequenz basierend auf dem Arbeitszyklus variiert werden. Der Arbeitszyklus kann basierend auf dem Verhältnis der Eingangsspannung zu der Ausgangsspannung bestimmt werden. Als solche kann die Schaltfrequenz auch basierend auf dem Verhältnis zwischen der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung variiert werden. Wenn der Arbeitszyklus nahe 50% ist, ist die vorhergesagt Welligkeitsstromgröße ein maximaler Wert und die Schaltfrequenz kann auf die vorbestimmte maximale Frequenz eingestellt werden. Die vorbestimmte maximale Frequenz kann ein maximaler Schaltfrequenzwert sein, der ausgewählt wird, um die Welligkeitsstromgröße zu minimieren. Die Schaltfrequenz kann in diskreten Stufen oder kontinuierlich in dem Arbeitszyklusbereich geändert werden.
Die VVC-Steuerung 200 kann programmiert werden, um die Schaltfrequenz von der vorbestimmten maximalen Frequenz als Reaktion auf eine Größe einer Differenz zwischen dem Arbeitszyklus und dem Arbeitszykluswert (z. B. 50%) zu reduzieren, bei dem die vorhergesagte Welligkeitskomponentengröße ein Maximum ist. Wenn die Größe der Differenz geringer ist als ein Schwellenwert, kann die Schaltfrequenz auf die vorbestimmte Frequenz eingestellt werden. Wenn die Größe der Differenz sinkt, kann die Schaltfrequenz in Richtung der vorbestimmten maximalen Frequenz erhöht werden, um die Welligkeitskomponentengröße zu reduzieren. Wenn die Größe der Differenz geringer ist als ein Schwellenwert, kann die Schaltfrequenz auf die vorbestimmte maximale Frequenz eingestellt werden.
Wie Schaltfrequenz kann darauf beschränkt werden, zwischen der vorbestimmten maximalen Frequenz und einer vorbestimmten minimalen Frequenz zu sein. Die vorbestimmte minimale Frequenz kann ein Frequenzniveau sein, das höher ist als eine vorbestimmte Schaltfrequenz des elektronischen Leistungsmoduls 126, das mit einem Ausgang des Variablen Spannungswandlers 152 gekoppelt ist. Die Schaltfrequenz kann auch auf Parasitärinduktivität in Zusammenhang mit dem Gate des IGBT basieren.
In Bezug auf 3 wird ein System 300 zum Steuern eines elektronischen Leistungsmoduls (PEM) 126 bereitgestellt. Das PEM 126 von 3 enthält nachweislich eine Vielzahl von Schaltern 302 (z. B. IGBTs), dazu ausgelegt, kollektiv als ein Inverter mit ersten, zweiten und dritten Phasenzweigen 316, 318, 320 zu arbeiten. Während der Inverter als ein 3-Phasen-Wandler gezeigt ist, kann der Inverter zusätzliche Phasenzweige enthalten. Der Inverter kann zum Beispiel ein 4-Phasen-Wandler, ein 5-Phasen-Wandler, ein 6-Phasen-Wandler, etc. sein. Außerdem kann das PEM 126 mehrere Wandler enthalten, wobei jeder Inverter in dem PEM 126 drei oder mehr Phasenzweige enthält. Das System 300 kann zum Beispiel zwei oder mehr Inverter in dem PEM 126 steuern. Das PEM 126 kann ferner einen Gleichstromwandler enthalten, der Hochleistungsschalter (z. B. IGBTs) aufweist, um eine elektronische Leistungsmoduleingangsspannung in eine elektronische Leistungsmodulausgangsspannung durch Steigerung, Verringerung oder eine Kombination davon umzuwandeln.
Wie in 3 gezeigt, kann der Inverter ein Wechselrichter sein. Im Betrieb empfängt der Wechselrichter Gleichstrom von einer Gleichstromverbindung 306 durch einen Gleichstrombus 304 und wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um. Der Wechselstrom wird durch die Phasenströme ia, ib und ic übertragen, um eine Gleichstrommaschine anzutreiben, die auch als eine elektrische Maschine 114 bezeichnet wird, wie ein 3-Phasen-Permanentmagnetsynchronmotor (PMSM), wie in 3 dargestellt. In einem solchen Beispiel kann die Gleichstromverbindung 306 eine Gleichstromspeicherbatterie enthalten, um dem Gleichstrombus 304 Gleichstrom bereitzustellen. In einem weiteren Beispiel kann der Inverter als ein Wechselrichter arbeiten, der Wechselstrom von der Wechselstrommaschine 114 (z. B. Generator) in Gleichstrom umwandelt, den der Gleichstrombus 304 der Gleichstromverbindung 306 bereitstellen kann. Ferner kann das System 300 das PEM 126 in anderen elektronischen Leistungstopologien steuern.
In fortgesetzem Bezug auf 3 enthält jeder der Phasenzweige 316, 318, 320 in dem Inverter Stromschalter 302, die durch verschiedene Arten von steuerbaren Schaltern umgesetzt werden können. In einer Ausführungsform, kann jeder Stromschalter 302 eine Diode und einen Transistor (z. B. einen IGBT) enthalten. Die Dioden von 3 sind als D_a1, D_a2, D_b1, D_b2, D_c1 und D_c2 markiert, während die IGBTs von 3 jeweils als S_a1, S_a2, S_b1, S_b2, S_c1 und S_c2 markiert sind. Die Stromschalter S_a1, S_a2, D_a1 und D_a2 sind Teil eines Phasenzweigs A des 3-Phasen-Wandlers, der in 3 als der erste Phasenzweig A 316 markiert ist. Ebenso sind die Stromschalter S_b1, S_b2, D_b1 und D_b2 Teil eines Phasenzweigs B 318 und die Stromschalter S_c1, S_c2, D_c1 und D_c2 sind Teil eines Phasenzweigs C 320 des 3-Phasen-Wandlers. Der Inverter kann in Abhängigkeit von der speziellen Konfiguration des Inverters jedwede Zahl von Stromschaltern 302 oder Schaltelementen enthalten. Die Dioden (D_xx) sind parallel mit den IGBTs (S_xx) verbunden, jedoch, da die Polaritäten für richtigen Betrieb umgekehrt werden, wird diese Konfiguration of als anti-parallel verbunden bezeichnet. Eine Diode in dieser antiparallelen Konfiguration wird auch eine freilaufende Diode genannt.
Wie in 3 gezeigt, werden Stromsensoren CS_a, CS_b und CS_c bereitgestellt, um Stromfluss in den jeweiligen Phasenzweigen 316, 318, 320 zu erfassen. 3 zeigt die aktuellen Sensoren CS_a, CS_b und CS_c separat von dem PEM 126. Jedoch können Stromsensoren CS_a, CS_b und CS_c abhängig von seiner Konfiguration als Teil des PEM 126 integriert werden. Stromsensoren CS_a, CS_b und CS_c von 3 sind in Serie mit jedem der Phasenzweige A, B und C installiert (d. h. Phasenzweige 316, 318, 320 in 3) und stellen die jeweiligen Rückkopplungssignale i_as, i_bs und i_cs (auch in 3 gezeigt) für das System 300 bereit. Die Rückkopplungssignale i_as, i_bs und i_cs können rohe Stromsignale sein, die von einer Logikvorrichtung (LD) 310 verarbeitet werden oder mit Daten oder Informationen über den Stromfluss durch die jeweiligen Phasenzweige 316, 318, 320 eingebettet oder codiert sein können. Die Stromschalter 302 (z. B. IGBTs) können auch eine Stromerfassungsfähigkeit enthalten. Die Stromerfassungsfähigkeit kann enthalten, dass sie mit einem Stromspiegelausgang konfiguriert ist, die Daten/Signale bereitstellen kann, die für i_as, i_bs und i_cs repräsentativ sind. Die Daten/Signale können eine Richtung eines Stromflusses, eine Größe des Stromflusses oder sowohl die Richtung als auch die Größe des Stromflusses durch die jeweiligen Phasenzweige A, B und C angeben.
Wieder in Bezug auf 3 enthält das System 300 auch eine Logikvorrichtung (LD) oder Steuerung 310. Die Steuerung oder LD 310 kann durch verschieden Arten oder Kombinationen von elektronischen Vorrichtung und/oder mikroprozessorbasierten Computer oder Steuerungen umgesetzt werden. Um ein Verfahren zum Steuern des PEM 126 umzusetzen, kann die Steuerung 310 ein Computerprogramm oder einen Algorithmus ausführen, der mit dem Verfahren eingebettet oder codiert ist und einem flüchtigen und/oder Dauerspeicher 312 gespeichert ist. Alternativ kann Logik in diskreter Logik, einem Mikroprozessor, einem Mikrocontroller oder einer Logik- oder Gateanordnung auf einem oder mehreren integrierten Schaltungschips codiert sein. Wie in der Ausführungsform von 3 gezeigt, empfängt und verarbeitet die Steuerung 310 die Rückkopplungssignale i_as, i_bs und i_cs, um die Phasenströme i_a, i_b und i_c zu steuern, sodass die Phasenströme i_a, i_b und i_c nach verschiedenen Strom- oder Spannungsmustern durch die Phasenzweige 316, 318, 320 und in die jeweiligen Wicklungen der elektrischen Maschine 114 strömen. Die Spannungsmuster können zum Beispiel Muster der Phasenströme i_a, i_b und i_c enthalten, die in den und weg von dem Gleichstrombus 304 oder einem Gleichstrombuskondensator 308 strömen. Der Gleichstrombuskondensator 308 von 3 wird separat von dem PEM 126 gezeigt. Jedoch kann der Gleichstrombuskondensator 308 als Teil des PEM 126 integriert sein.
Wie in 3 gezeigt, kann ein Speichermedium 312 (nachstehend „Speicher”) wie ein computerlesbarer Speicher das Computerprogramm oder den Algorithmus speichern, der mit dem Verfahren eingebettet oder codiert ist. Außerdem kann der Speicher 312 Daten und Informationen über die verschiedenen Betriebsbedingungen oder -komponenten in dem PEM 126 speichern. Der Speicher 312 kann zum Beispiel Daten und Informationen über Stromfluss durch die jeweiligen Phasenzweige 316, 318, 320 speichern. Der Speicher 312 kann wie in 3 gezeigt Teil der Steuerung 310 sein. Jedoch kann der Speicher 312 an jeder geeigneten Stelle positioniert werden, die der Steuerung 310 zugänglich ist.
Wie in 3 gezeigt, überträgt die Steuerung 310 mindestens ein Steuerungssignal 236 an das Leistungswandlersystem 126. Das Leistungswandlersystem 126 empfängt das Steuerungssignal 322, um die Schaltkonfiguration des Inverters und daher den Stromfluss durch die jeweiligen Phasenzweige 316, 318 und 320 zu steuern. Die Schaltkonfiguration ist ein Satz von Schaltzuständen der Stromschalter 302 in dem Inverter. Im Allgemeinen bestimmt die Schaltkonfiguration des Inverters, wie der Inverter Leistung zwischen der Gleichstromverbindung 306 und der elektrischen Maschine 114 umwandelt.
Um die Schaltkonfiguration des Inverters zu steuern, ändert der Inverter den Schaltzustand jedes Stromschalters 302 in dem Inverter basierend auf dem Steuerungssignal 322 entweder in einen AN-Zustand oder einen AUS-Zustand. In der gezeigten Ausführungsform stellt die Steuerung/LD 310 die Gatespannung (Vg) für jeden Stromschalter 302 bereit, um den Stromschalter 302 entweder in AN- oder AUS-Zustände zu wechseln, und treibt daher den Schaltzustand jedes Stromschalters 302 an. Die Gatespannungen Vg_a1, Vg_a2, Vg_b1, Vg_b2, Vg_c1 und Vg_c2 (in 3 gezeigt) steuern den Schaltzustand und Eigenschaften der jeweiligen Stromschalter 302. Während der Inverter in 3 als eine spannungsgesteuerte Vorrichtung gezeigt ist, kann der Inverter eine stromgesteuerte Vorrichtung sein oder durch andere Strategien gesteuert sein, die den Stromschalter 302 zwischen AN- und AUS-Zuständen zu wechseln. Die Steuerung 310 kann den Gateantrieb für jeden IGBT basierend auf der Drehzahl der elektrischen Maschine 114, dem Spiegelstrom oder einer Temperatur des IGBT-Schalters wechseln. Der Wechsel des Gateantriebs kann aus einer Vielzahl von Gateantriebsströmen ausgewählt werden, in denen der Wechselgateantriebsstrom proportional zu einem Wechsel in der IGBT-Schaltgeschwindigkeit ist.
Wie auch in 3 gezeigt enthält jeder Phasenzweig 316, 318 und 320 zwei Schalter 302. Jedoch kann nur ein Schalter von jedem der Zweige 316, 318, 320 in dem AN-Zustand sein, ohne die Gleichstromverbindung 306 kurzzuschließen. Daher ist in jedem Phasenzweig der Schaltzustand des unteren Schalters typischerweise gegensätzlich zum Schaltzustands des entsprechenden oberen Schalters. Folglich bezieht sich ein HOHER Zustand eines Phasenzweigs auf den oberen Schalter in dem Zweig im AN-Zustand, wobei der untere Schalter im AUS-Zustand ist. Ebenso bezieht sich ein NIEDRIGER Zustand des Phasenzweigs auf den oberen Schalter in dem Zweig im AUS-Zustand, wobei der untere Schalter im AN-Zustand ist. Infolgedessen können IGBTs mit Stromspiegelfähigkeit auf allen IGBTs, einer Teilmenge von IGBTs (z. B. S_a1, S_b1, S_c1) oder einem einzigen IGBT sein.
Zwei Situationen können während eines aktiven Zustands des 3-Phasen-Wandlers auftreten, wovon ein Beispiel in 2 gezeigt ist: (1) zwei Phasenzweige sind in dem HOHEN Zustand, während der dritte Phasenzweig in dem NIEDRIGEN Zustand ist, oder (2) ein Phasenzweig ist in dem HOHEN Zustand, während die beiden anderen Phasenzweige in dem NIEDRIGEN Zustand sind. Daher ist ein Phasenzweig in dem 3-Phasen-Wandler, die als die „Referenz”-Phase für einen spezifischen aktiven Zustand des Inverters definiert sein kann, in einem Zustand, der gegensätzlich zu den anderen beiden Phasenzweigen, oder „Nicht-Referenz”-Phasen, ist, die denselben Zustand aufweisen. Folglich sind die Nicht-Referenz-Phasen entweder beide in dem HOHEN Zustand oder beide in dem NIEDRIGEN Zustand während eines aktiven Zustands des Inverters.
4 ist ein Flussdiagramm eines stromgesteuerten Sechs-Stufen-Algorithmus, um eine elektrische Maschine eines Hybridfahrzeugs anzutreiben.
Im Betrieb 402 erzeugt eine Steuerung einen Strombefehl basierend auf Motorgeschwindigkeitsdaten und einer Drehmomentanforderung. Die Steuerung berechnet Stromsteuerungsdaten zur Motorsteuerung. Die Stromsteuerungsdaten sind eine Abbildung von Drehmomentanforderungen und Motorgeschwindigkeiten zu Strombefehlen (z. B. Id Iq).
Im Betrieb 404 erzeugt die Steuerung basierend auf den Strombefehlen einen Spannungsbefehl (Vds und Vqs). Hier wird Rückkopplung verwendet, um Genauigkeits- und robuste Steuerung sowohl während Betrieben im stationären Zustand als auch im Übergangsbetrieb zu erhalten. Die Rückkopplung basiert auf 4 Statoreingängen, 2 Statorstrombefehlen (Id/Iq) und 2 Statorrückkopplungsstrombefehlen, die von Stromsensoren und Rotorpositionssensoren, die verwendet werden, umgewandelt werden. Hier ist der Ausgang Vds* und Vqs*, die die Spannungsbefehle sind. Danach setzt die Steuerung beide Betriebe 406 und 408 parallel fort.
Im Betrieb 406 erzeugt die Steuerung eine Sechs-Stufen-Wellenform. Die Sechs-Stufen-Wellenform ist typischerweise ein offener Schaltkreis mit einem Spannungswinkel als der einzige Eingang. Im Betrieb 414 moduliert die Steuerung die Schalter des Inverters im Betrieb 414.
Im Betrieb 408 erzeugt die Steuerung, basierend auf den Spannungsbefehlen Vds* und Vqs* einen Koeffizienten Kdc, um Vdq und Vdc umzuwandeln und zugleich die Spannungsoberwellen und Wechsel strom-in-Gleichstrom-Spannungsgrößenwandlung des Wandlers auszugleichen.
Im Betrieb 410 wandelt die Steuerung die Zielgleichstromspannung Vdc* in eine Serie von pulsbreitenmodulierten (PWM) Signalen um.
Im Betrieb 412 moduliert die Steuerung die Schalter des Gleichstromwandlers nach den PWM-Signalen des Betriebs 410, um eine Gleichstrombusspannung zu erzeugen, um den Inverter/die elektrische Maschine zu betreiben.
5 ist ein Flussdiagramm eines stromgesteuerten Sechs-Stufen-Algorithmus, um eine elektrische Maschine eines Hybridfahrzeugs anzutreiben. Im Betrieb 502 empfängt eine Steuerung eine Drehmomentanforderung und eine Geschwindigkeit einer elektrischen Maschine. Die Geschwindigkeit der elektrischen Maschine kann durch Messen der Gegen-EMK bestimmt werden, die durch die Wicklungen induziert wird, wenn der Rotor sich in Bezug auf den Stator der elektrischen Maschine dreht. Die Geschwindigkeit der elektrischen Maschine kann auch durch Messen von Pulsen von einem Halleffektsensor bestimmt werden, der mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist. In weiteren Ausführungsformen kann die Geschwindigkeit der elektrischen Maschine durch die Verwendung eines Codierers und eines Resolvers bestimmt werden, die mit der elektrischen Maschine gekoppelt sind. Ferner kann die Geschwindigkeit der elektrischen Maschine durch Messen einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt werden, während die elektrische Maschine mechanisch mit Rädern des Fahrzeugs verbunden ist. Basierend auf der Drehmomentanforderung und der Geschwindigkeit der elektrischen Maschine werden ein Strombefehl für die direkte Komponente (Id) und eine Quadraturkomponente (Iq) des Stroms, die zu den Wicklungen der elektrischen Maschine strömen, bestimmt.
Im Betrieb 504 regelt die komplexe Stromsteuerung den Motorstrom in dem Rotorreferenzrahmen. Umwandlung von dem stationären zu dem rotierenden Referenzrahmen erzeugt einen rahmenabhängigen Kreuzkopplungsbegriff, der zu einem Abbau der Stromantwort bei hohen Geschwindigkeiten führt und als asymmetrische Pole in der komplexen Vektorform solcher Systeme vertreten ist. Mit anderen Worten, dieser Kreuzkopplungsbegriff fungiert als eine Störung, verschlechtert Stromkontrollschleifenleistung und verursacht Drehmomentreduktion bei hohen Geschwindigkeiten. Daher ist dieser rahmenabhängigen Kreuzkopplungsbegriff problematisch und sollte entkoppelt werden. Die Idee eines komplexen Vektorstromreglers ist es, die Null der PI-Steuerung an dem asymmetrischen Pol in dem komplexen Vektorbereich zu platzieren, wo der Imaginärteil keine Parameter aufweist, die mit ihm in Zusammenhang sind und er so den Kreuzkopplungsbegriff entkoppelt. Dieser Ansatz ist dafür bekannt, weniger empfindlich gegenüber Parametervariation zu sein als die Zustandsrückkopplungskreuzkopplungsentkopplung.
Im Betrieb 506 empfängt die Steuerung die komplexen Vektorstromreglerdaten und bestimmt einen Spannungswinkel einschließlich ein Skalar für bestimmte Drehmomente und Geschwindigkeiten und eine Spannungsgröße. Hier werden basierend auf komplexen Vektordaten ein Spannungsbefehl für die direkte Komponente (Vd) und eine Quadraturkomponente (Vq) der Spannung in dem synchronen Referenzrahmen berechnet. Basieren auf der direkten Komponente (Vd) und einer Quadraturkomponente (Vq) der Spannung in dem synchronen Referenzrahmen berechnet die Steuerung einen Spannungswinkel und eine Größe im Betrieb 508. Der Spannungswinkel und die Größe werden an Betrieb 510 gesendet, in dem die Steuerung eine V_dq* berechnet. Im Betrieb 512 berechnet die Steuerung die Gleichstrombusspannung (V_dc*), die erwünscht ist, um von dem Gleichstromwandler erzeugt zu werden. Im Betrieb 514 berechnet die Steuerung einen Arbeitszyklus und einen Betriebsmodus (z. B. Steigerung, Verringerung oder Passthrough). Im Betrieb 516 betreibt die Steuerung den Gleichstromwandler in dem Betriebsmodus und dem Arbeitszyklus, der dafür erforderlich ist, die Ausgangsspannung herzustellen (z. B. die Gleichstrombusspannung), die dem Inverter bereitgestellt wird.
Im Betrieb 518 wir die Sechs-Stufen-Winkelerzeugung verwendet, um den Spannungswinkel zu berechnen, um die erwünschte Drehzahl auszugeben. Für einen konventionellen Sechs-Stufen-Betrieb gibt es keine Steuerung der Spannungsgröße. Sie wird durch die Vds-Busspannung eingestellt. In diesem Fall kann ein Kalibrierverfahren durchgeführt werden um die Drehmoment- vs. Spannungswinkelergebnisse für verschiedene Geschwindigkeiten und Busspannungen abzubilden. In dem vorgeschlagenen Betrieb 518 kann der Spannungswinkel direkt von dem Spannungsbefehl berechnet werden, der von der komplexen Stromsteuerung abgeleitet ist, da die Gleichstrombusspannung und der Spannungswinkel gleichzeitig angepasst werden können, um die Steuerung mit geschlossenem Sechs-Stufen-Regelkreis für einen erwünschten Drehmomentbefehl zu erreichen. Der berechnete Spannungswinkel bestimmt die Kommutierungssequenz der 3-Phasen-Spannung. Jedes Mal, wenn die Zugabe der Rotorposition und des Spannungswinkels 0, 60, 120, 180, 240, 300 und 360 Grad erreicht, wird ein vorbestimmter Schaltzustand an dem Inverter angelegt.
Im Betrieb 520 erzeugt die Steuerung die Sechs-Stufen-Steuerungssignale basierend auf den Winkeldaten von Betrieb 518. Im Betrieb 522 betreibt die Steuerung den Inverter basierend auf dem Sechs-Stufen-Stromsteuerungsmodus. Betrieb 510, 512, 514 und 516 können in Serie, parallel oder einer Kombination von beiden mit Betrieb 518, 520 und 522 durchgeführt werden.
6 ist eine graphische Darstellung von Gleichstrombusspannungsauswahl basierend auf Drehmoment. Diese graphische Repräsentation ist von einem invertergespeisten Permanentmagnetsynchronmotors (PMSM) in Bezug auf den Wicklungsstrom in dem Rotorreferenzrahmen. In dieser Figur, wird die Quadraturkomponente Iq 602 durch die vertikale Achse dargestellt und die direkte Komponente I_d 604 wird durch die horizontale Achse dargestellt. Die Kurven 606 stellen verschiedene Kombinationen von I_d und Iq dar, die ein spezielles Ausgangsdrehmoment erzeugen. Kurve 606A stellt eine Kombination für ein progressiv höheres Ausgangsdrehmoment dar als Kurve 606B. Obwohl jeder Punkt entlang jeder Kurve 606 dasselbe Ausgangsdrehmoment produziert, werden manche Kombinationen höheren Verlusten zugeordnet als andere. Die Punkte 610 bilden eine Linie, die den effizientesten Betriebspunkt für jedes Drehmomentniveau darstellt. Jedoch ist es nicht immer möglich, die elektrische Maschine an diesen Punkten zu betreiben. Die Punkte 610 stellen die Ströme dar, die in den Wicklungen durch die permanenten Magnete in dem Rotor induziert werden, wenn der Rotor sich bei einer bestimmten Geschwindigkeit dreht. Wenn eine Spannung von dem Inverter angelegt wird, werden die Wicklungsströme dieser Bedingung geändert. Kurve 608B stellt eine Grenze der Bedingungen dar, die durch den Inverter bei einer speziellen Rotorgeschwindigkeit und einem bestimmten Busspannungsniveau erreicht werden können. Bei höheren Busspannungen oder niedrigeren Rotorgeschwindigkeiten erweitert sich die Grenze, wie durch die gestrichelte Kurve 608A gezeigt ist.
Hier ist die Verwendung einer Sechs-Stufen-Steuerung gezeigt, um eine elektrische Maschine zu steuern, sodass ein Stromvektor in Spannungsellipsen 608 arbeitet. Die Gleichstrombusspannung wird basierend auf dem Spannungsbefehl von der Stromsteuerung ausgewählt. Und für unterschiedliche Drehmomentniveaus der konstanten Drehmomentkuven 606 werden unterschiedliche Gleichstrombusspannungen von den Spannungsellipsen 608 ausgewählt, um sicherzustellen, dass das erforderliche Drehmoment geliefert wird.
Hier leiten sich eine Gleichstrombusspannungsauswahl und ein -winkel von einem Stromregler und nicht von einer Kalibrationstafel ab. Konstante Drehmomentkurven 606 und eine Spannungsfähigkeit des Gleichstromwandlers 608 werden gezeigt, sodass ein Schnittpunkt 610 die Gleichstrombusspannung angibt, die für das erwünschte Drehmoment erforderlich ist. Der größte Kreis ist die höchste Gleichstrombusspannung bei einer bestimmten Geschwindigkeit und dem höchsten Drehmoment. Eine Stromgrenze wird durch Kreis 612 dargestellt (z. B. 500 Ampere).
Die hierin offenbarten Verfahren, Methoden oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/davon angewendet werden, die/der eine existierende programmierbare elektronische Steuerungseinheit oder eine spezielle elektronische Steuereinheit enthalten kann. Ebenso können die Verfahren, Methoden oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert werden, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen einschließlich, aber nicht ausschließlich, Information, die permanent auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie Nur-Lese-Speicher-Vorrichtungen (ROM) gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien wie Disketten, Magnetbändern, Compact Discs (CDs), Direktzugriffsspeichern (RAM) und weiteren magnetischen und optischen Medien gespeichert sind, durchführbar sind. Die Verfahren, Methoden und Algorithmen können auch in einem Softwareablaufobjekt angewendet werden. Alternativ können die Verfahren, Methoden oder Algorithmen in ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten ausgebildet werden, wie anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbare Gateanordnungen (FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder weitere Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder eine Kombination von Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten.
Während vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche umfasst werden. Die in der Patentschrift verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen so beschrieben sein können, dass sie Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt sind, wird ein durchschnittlicher Fachmann erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, welche von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Diese Attribute können unter anderem Folgendes einschließen: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, bequeme Montage usw., sind aber nicht hierauf beschränkt. Als solches liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen aus dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Fahrzeugantriebsstrang, umfassend: einen Gleichspannungswandler, der zwischen einer Antriebsbatterie und einem Wechselrichter für eine elektrische Maschine gekoppelt ist; und eine Steuerung, dazu ausgelegt, als Reaktion darauf, dass eine Drehzahl der elektrischen Maschine unter eine Gegen-EMK-Schwellengeschwindigkeit sinkt, in einen stromsteuerungsbasierten Sechs-Stufen-Wechselrichtermodus überzugehen und den Gleichspannungswandler zu betreiben, um eine Spannung auszugeben, die niedriger ist als eine Leerlaufspannung der Antriebsbatterie.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, die elektrische Maschine als Reaktion darauf, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine größer ist als die Gegen-EMK-Schwellengeschwindigkeit, in einem Sechs-Stufen-Regelmodus zu betreiben, wobei eine Rückmeldungsposition auf Gegen-EMK der elektrischen Maschine basiert.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, die elektrische Maschine als Reaktion darauf, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine größer ist als die Gegen-EMK-Schwellengeschwindigkeit, in einem Sechs-Stufen-Regelmodus zu betreiben, wobei eine Rückmeldungsposition auf einem Signal von einem Halleffektsensor basiert, der mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei der stromsteuerungsbasierte Sechs-Stufen-Wechselrichtermodus auf einem Feldwinkel basiert, der von einem Strombefehl abgeleitet ist.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die elektrische Maschine ein Synchronmotor ist.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 5, wobei die elektrische Maschine ein Permanentmagnetsynchronmotor ist.
Fahrzeugantriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, als Reaktion darauf, dass eine Drehmomentanforderung für die elektrische Maschine eine Grenze überschreitet, einen Betrieb des Gleichspannungswandlers von einem Abwärtsmodus zu einem Aufwärtsmodus überzugehen, um eine Spannung auszugeben, die größer ist als die Leerlaufspannung der Antriebsbatterie.
Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugantriebsstrangs, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen einer Drehmomentanforderung; und als Reaktion darauf, dass eine Drehzahl einer elektrischen Maschine unter eine elektromotorische Gegenkraft-Schwellengeschwindigkeit sinkt, Übergehen in einen stromsteuerungsbasierten Sechs-Stufen-Wechselrichtermodus, der nach direkten und Quadraturkomponenten von Wicklungsstrom der elektrischen Maschine und der Drehmomentanforderung durchgeführt wird, und Betreiben eines Gleichspannungswandlers, um eine Busspannung an die elektrische Maschine auszugeben, die niedriger ist als eine Leerlaufspannung einer Antriebsbatterie.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der stromsteuerungsbasierte Sechs-Stufen-Wechselrichtermodus auf einem Feldwinkel basiert, der von einem Strombefehl abgeleitet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei Spannung auf einer Ebene ausgegeben wird, die auf einer Rotordrehzahl der elektrischen Maschine und einem Spannungsbefehl in einem synchronen Bezugsrahmen basiert.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die elektromotorische Gegenkraft-Schwellengeschwindigkeit auch auf der Busspannung basiert.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die direkten und Quadraturkomponenten auf einer Rotordrehzahl der elektrischen Maschine basieren.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die direkten und Quadraturkomponenten auch auf der Busspannung basieren.
Fahrzeug, umfassend: einen Gleichspannungswandler, der zwischen einer Antriebsbatterie und einem Wechselrichter für eine elektrische Maschine gekoppelt ist; und eine Steuerung, dazu ausgelegt, als Reaktion darauf, dass eine Fahrzeuggeschwindigkeit unter eine Schwellengeschwindigkeit sinkt, während eine Drehmomentanforderung unter einer Drehmomentschwelle ist, einen Sechs-Stufen-Steuerungsmodus für den Wechselrichter nach direkten und Quadraturkomponenten von Wicklungsstrom durchzuführen, die in Zusammenhang mit der elektrischen Maschine sind, um die elektrische Maschine ohne elektromotorische Gegenkraftrückwirkung anzutreiben.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, den Gleichspannungswandler zu betreiben, um eine Spannung an den Wechselrichter auszugeben, die niedriger ist als die Antriebsbatterie.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, die elektrische Maschine als Reaktion darauf, dass eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs höher ist als die Schwellengeschwindigkeit, in einem Sechs-Stufen-Regelmodus zu betreiben, wobei eine Rückmeldungsposition auf Gegen-EMK der elektrischen Maschine basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die Steuerung ferner dazu ausgelegt ist, die elektrische Maschine als Reaktion darauf, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit höher ist als die Schwellengeschwindigkeit, in einem Sechs-Stufen-Regelmodus zu betreiben, wobei eine Rückmeldungsposition auf einem Signal von einem Halleffektsensor basiert, der mit der elektrischen Maschine gekoppelt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die elektrische Maschine ein Synchronmotor ist.
Fahrzeug nach Anspruch 18, wobei die elektrische Maschine ein Permanentmagnetsynchronmotor ist.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei der Sechs-Stufen-Steuerungsmodus ferner auf einem Feldwinkel basiert, der von einem Strombefehl abgeleitet ist.