DE102018122454A1

DE102018122454A1 - Antriebsstrang Hybridfahrzeug mit isoliertem Doppelbus

Info

Publication number: DE102018122454A1
Application number: DE102018122454.0A
Authority: DE
Inventors: Baoming Ge; Lihua Chen; Yan Zhou; Shuitao Yang; Fan Xu
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2018-09-13
Publication date: 2019-03-21
Also published as: US20190084444A1; US10618423B2; CN109501576A

Abstract

Zu einem Antriebsstrang für ein Fahrzeug gehören ein Y-Schluss-Generator, ein Y-Schluss-Motor, ein Generatorwechselrichter, ein Motorwechselrichter und eine Traktionsbatterie. Der Y-Schluss-Generator und der Y-Schluss-Motor sind über die jeweilige entsprechende neutrale Klemme gekoppelt. Der Generatorwechselrichter ist zwischen dem Y-Schluss-Generator und einem Generatorbus gekoppelt und der Motorwechselrichter ist zwischen dem Y-Schluss-Motor und einem Motorbus gekoppelt. Die Traktionsbatterie weist eine erste Klemme auf, die mit jeder neutralen Klemme verbunden ist, und eine zweite Klemme, die mit Busklemmen des Generator- und Motorbusses verbunden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft im Allgemeinen einen Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs mit zwei elektrischen Maschinen, von denen jede einen isolierten DC/AC-Wandler aufweist und jede bei verschiedenen Spannungen arbeitet.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektrifizierte Fahrzeuge (EV), zu denen Hybridelektrofahrzeuge (HEV) und Batterieelektrofahrzeuge (BEV) gehören, nutzen eine Traktionsbatterie, um Leistung an einen Fahrmotor zum Antrieb bereitzustellen, und einen dazwischengeschalteten Leistungswechselrichter, um Gleichstrom(DC)-Leistung in Wechselstrom(AC)-Leistung umzuwandeln. Der typische AC-Fahrmotor ist ein 3-Phasen-Motor, der durch 3 Sinussignale angetrieben werden kann, die jeweils mit einer Phasenverschiebung von 120 Grad erzeugt werden. Die Traktionsbatterie ist dazu ausgelegt, in einem bestimmten Spannungsbereich zu arbeiten und einen Strom bereitzustellen. Die Traktionsbatterie wird alternativ als Hochspannungsbatterie bezeichnet. Eine verbesserte Leistung elektrischer Maschinen kann jedoch erreicht werden, indem in einem anderen Spannungsbereich betrieben wird, typischerweise bei Spannungen, die größer als die Klemmenspannung der Traktionsbatterie sind. Gleichermaßen werden die Stromanforderungen zum Antreiben einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs für gewöhnlich als Hochstrom bezeichnet.
Ferner umfassen viele elektrifizierte Fahrzeuge einen Gleichspannungswandler, der auch als variabler Spannungswandler (Variable Voltage Converter - VVC) bezeichnet wird, um die Spannung der Traktionsbatterie auf einen Betriebsspannungspegel der elektrischen Maschine umzuwandeln. Die elektrische Maschine, zu der ein Traktionsmotor und ein Generator gehören können, kann Hochspannung und Hochstrom erfordern. Aufgrund der Spannungs- und Stromanforderungen stehen ein Batteriemodul und ein Leistungselektronikmodul in der Regel durchgehend miteinander in Verbindung.
KURZDARSTELLUNG
Zu einem Antriebsstrang für ein Fahrzeug gehören ein Y-Schluss-Generator, ein Y-Schluss-Motor, ein Generatorwechselrichter, ein Motorwechselrichter und eine Traktionsbatterie. Der Y-Schluss-Generator und der Y-Schluss-Motor sind über die jeweilige entsprechende neutrale Klemme gekoppelt. Der Generatorwechselrichter ist zwischen dem Y-Schluss-Generator und einem Generatorbus gekoppelt und der Motorwechselrichter ist zwischen dem Y-Schluss-Motor und einem Motorbus gekoppelt. Die Traktionsbatterie weist eine erste Klemme auf, die mit jeder neutralen Klemme verbunden ist, und eine zweite Klemme, die mit Busklemmen des Generator- und Motorbusses verbunden ist.
Zu einem Antriebsstrangsteuerverfahren gehört ein Antriebsmodus. In dem Antriebsmodus wird Strom von einer Batterie an eine erste neutrale Klemme einer ersten elektrischen Maschine und eine zweite neutrale Klemme einer zweiten elektrischen Maschine geleitet, wird ein erster Satz Schalter eines ersten Wechselrichters so moduliert, dass sie eine Busspannung ausgeben; und wird ein zweiter Satz Schalter eines zweiten Wechselrichters so moduliert, dass sie eine zweite Busspannung ausgeben, die sich von der ersten Busspannung unterscheidet.
Zu einem Fahrzeugantriebsstrang gehören ein Generator, ein Motor und eine Traktionsbatterie. Der Generator weist eine erste neutrale Klemme auf. Der Motor weist eine zweite neutrale Klemme auf, die mit der ersten neutralen Klemme gekoppelt ist. Die Traktionsbatterie weist eine erste Klemme auf, die mit der ersten und der zweiten neutralen Klemme gekoppelt ist.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm eines elektrifizierten Fahrzeugs mit einem Antriebsstrang mit zwei elektrischen Maschinen, der durch die neutrale Klemme jeder elektrischen Maschine über eine Traktionsbatterie mit Strom versorgt wird.
2 ist ein Diagramm eines Hybridfahrzeugs, das übliche Antriebsstrang- und Energiespeicherkomponenten veranschaulicht, darunter ein Wandler für variable Spannungen.
3 ist eine schematische Ansicht eines Leistungswechselrichters eines Leistungselektronikmoduls.
4 ist ein Diagramm eines Antriebsstrangs eines Hybridfahrzeugs, zu dem eine Traktionsbatterie, ein Wandler für variable Spannungen, zwei Wechselrichter und zwei elektrische Maschinen gehören.
5 ist ein Diagramm eines Antriebsstrangs mit zwei elektrischen Maschinen, der durch die neutrale Klemme jeder elektrischen Maschine über eine Traktionsbatterie mit Strom versorgt wird.
6 ist eine grafische Darstellung eines Modulationsverfahrens zum Steuern eines Antriebsstrangs mit zwei elektrischen Maschinen, der durch die neutrale Klemme jeder elektrischen Maschine über eine Traktionsbatterie mit Strom versorgt wird.

Die 7A und 7B sind grafische Darstellungen elektrischer Systemeigenschaften hinsichtlich der Zeit für einen isolierten Antriebsstrang eines Hybridfahrzeugs mit doppeltem Bus.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der vorliegenden Schrift werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele 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 Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um einen Fachmann eine vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Für einen Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Unterschiedliche Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen erwünscht sein.
Ein typisches Antriebssystem für EV/HEV kann eine Gleichstromenergiequelle (DC) (d.h. Hochspannungsbatterie), einen Wandler für variable Spannungen (VVC), einen Wechselrichter und eine elektrische Maschine umfassen. Bei dem VVC kann es sich um einen bidirektionalen Aufwärtswandler handeln, der so konfiguriert ist, dass er eine Spannung der Batterie auf eine Betriebsspannung des Motors/Generators und des Wechselrichters erhöht. Zu einem praktischen Aspekt des typischen Antriebssystems gehört, wenn eine höhere Leistung angefordert wird, dass mehrere parallel angeschlossene Energiebereitstellungsvorrichtungen erforderlich sein können, um einen höheren Strom/eine höhere Leistung auszugeben, um die Nachfrage zu befriedigen. Der parallele Anschluss mehrerer Energiebereitstellungsvorrichtungen kann zu einem Problem bei der Stromaufteilung zwischen den parallel angeschlossenen Energiebereitstellungsvorrichtungen führen. Durch das Problem bei der Stromaufteilung kann die Systemeffizienz beeinträchtigt sein. Zudem kann in einem typischen Antriebssystem ein Ausgangsspannungsbereich eines Aufwärtswandlers bei abnehmender Effizienz dann auf Grundlage eines Erhöhungsverhältnisses begrenzt sein, das heißt Hochspannungsgleichspannung (Vdc) zu der Eingangsbatterie (Vb) (z. B. Vdc/Vb > 2). Um die Leistung des elektrischen Antriebsstrangs (e-Antrieb) zu verbessern, ist ein VVC mit einem breiten Ausgangsspannungsbereich wünschenswert.
1 zeigt ein Hybridelektrofahrzeug, das interne elektrische Antriebsstrangkomponenten veranschaulicht, die so konfiguriert sind, dass ein Strom durch die Windungen eines Motors 4 fließt, indem der Motorwechselrichter 8, der DC-Bus 12 und eine Hochspannungstraktionsbatterie 2 betrieben werden, und dass zudem ein Strom durch Windungen eines Generators 6 fließt, indem der Generatorwechselrichter 10, der DC-Bus 14 und eine Hochspannungstraktionsbatterie 2 betrieben werden.
2 zeigt ein elektrifiziertes Fahrzeug 112, das als ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) bezeichnet werden kann. Ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug 112 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 114 umfassen, die mechanisch an ein Hybridgetriebe 116 gekoppelt sind. Die elektrischen Maschinen 114 können dazu in der Lage sein, als Elektromotor oder Generator zu arbeiten. Außerdem ist das Hybridgetriebe 116 mechanisch an einen Motor 118 gekoppelt. Das Hybridgetriebe 116 ist zudem mechanisch an eine Antriebswelle 120 gekoppelt, die mechanisch an die Räder 122 gekoppelt ist. Die elektrischen Maschinen 114 können Vortriebs- und Abbremsfähigkeit bereitstellen, wenn der Motor 118 an- oder ausgeschaltet wird. Die elektrischen Maschinen 114 können zudem als Generatoren fungieren und können Kraftstoffeffizienzvorteile bereitstellen, indem Energie zurückgewonnen wird, die normalerweise in einem Reibungsbremssystem als Wärme verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 114 können zudem Fahrzeugemissionen reduzieren, indem ermöglicht wird, dass der Verbrennungsmotor 118 mit effizienteren Drehzahlen arbeitet, und ermöglicht wird, dass das Hybridelektrofahrzeug 112 im Elektromodus betrieben wird, wobei der Verbrennungsmotor 118 unter bestimmten Bedingungen ausgeschaltet ist. Ein elektrifiziertes Fahrzeug 112 kann zudem ein Batterieelektrofahrzeug (BEV) sein. In einer BEV-Konfiguration ist der Motor 118 möglicherweise nicht vorhanden. Bei anderen Konfigurationen kann das elektrifizierte Fahrzeug 112 ein Vollhybridelektrofahrzeug (Full Hybrid-Electric Vehicle - FHEV) ohne Plug-in-Fähigkeit sein.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepack 124 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 114 verwendet werden kann. Das Fahrzeugbatteriepack 124 kann einen Hochspannungsgleichstrom(DC)-Ausgang bereitstellen. Die Traktionsbatterie 124 kann elektrisch an ein oder mehrere Leistungselektronikmodule 126 gekoppelt sein. Ein oder mehrere Schütze 142 können die Traktionsbatterie 124 von anderen Komponenten isolieren, wenn sie geöffnet sind, und die Traktionsbatterie 124 mit anderen Komponenten verbinden, wenn sie geschlossen sind. Das Leistungselektronikmodul 126 ist zudem elektrisch an die elektrischen Maschinen 114 gekoppelt und stellt die Fähigkeit bereit, Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie 124 und den elektrischen Maschinen 114 zu übertragen. Zum Beispiel kann eine Traktionsbatterie 124 eine DC-Spannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 114 mit einem Dreiphasenwechselstrom (AC) arbeiten können, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 126 kann die DC-Spannung in einen Dreiphasen-Wechselstrom umwandeln, um die elektrischen Maschinen 114 zu betreiben. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 126 den Dreiphasen-Wechselstrom von den elektrischen Maschinen 114, die als Generatoren fungieren, in die Gleichspannung umwandeln, die mit der Traktionsbatterie 124 kompatibel ist.
Das Fahrzeug 112 kann einen Wandler für variable Spannungen (VVC) 152 umfassen, der elektrisch zwischen der Traktionsbatterie 124 und dem Leistungselektronikmodul 126 gekoppelt ist. Der VVC 152 kann ein DC/DC-Aufwärtswandler sein, der dazu ausgelegt ist, die durch die Traktionsbatterie 124 bereitgestellte Spannung zu erhöhen oder aufwärts zu wandeln. Durch Erhöhen der Spannung können Stromanforderungen gesenkt werden, was zu einer Reduktion der Kabelgröße für das Leistungselektronikmodul 126 und die elektrischen Maschinen 114 führt. Ferner können die elektrischen Maschinen 114 mit besserer Effizienz und geringeren Verlusten betrieben werden.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Vortriebsenergie kann die Traktionsbatterie 124 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Das Fahrzeug 112 kann ein Gleichspannungswandlermodul 128 umfassen, das den Hochspannungs-DC-Ausgang der Traktionsbatterie 124 in eine Niederspannungs-DC-Zufuhr umwandelt, die mit Niederspannungslasten des Fahrzeugs kompatibel ist. Ein Ausgang des Gleichspannungswandlermoduls 128 kann elektrisch an eine Hilfsbatterie 130 (z. B. eine 12 V-Batterie) zum Laden der Hilfsbatterie 130 gekoppelt sein. Die Niederspannungssysteme können elektrisch an die Hilfsbatterie 130 gekoppelt sein. Eine oder mehrere elektrische Lasten 146 können an den 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 Gebläse, ein elektrisches Heizelement und/oder ein Klimakompressor sein.
Das elektrifizierte Fahrzeug 112 kann dazu ausgelegt sein, die Traktionsbatterie 124 von einer externen Leistungsquelle 136 wiederaufzuladen. Die externe Leistungsquelle 136 kann eine Verbindung zu einer Steckdose sein. Die externe Leistungsquelle 136 kann elektrisch an eine Ladevorrichtung oder eine Ladestation für Elektrofahrzeuge (Electric Vehicle Supply Equipment - EVSE) 138 gekoppelt sein. Die externe Leistungsquelle 136 kann ein elektrisches Stromversorgungsnetz sein, wie es von einem Stromversorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Das EVSE 138 kann eine Schaltung und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von Energie zwischen der Leistungsquelle 136 und dem Fahrzeug 112 zu regulieren und zu verwalten. Die externe Leistungsquelle 136 kann dem EVSE 138 elektrische Leistung als DC oder AC bereitstellen. Das EVSE 138 kann einen Ladestecker 140 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 134 des Fahrzeugs 112 aufweisen. Bei dem Ladeanschluss 134 kann es sich um eine beliebige Art von Anschluss handeln, der dazu ausgelegt ist, Leistung vom EVSE 138 an das Fahrzeug 112 zu übertragen. Der Ladeanschluss 134 kann elektrisch an eine Ladevorrichtung oder ein bordeigenes Leistungsumwandlungsmodul 132 gekoppelt sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann die vom EVSE 138 zugeführte Leistung konditionieren, um der Traktionsbatterie 124 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann mit dem EVSE 138 über eine Schnittstelle verbunden sein, um die Abgabe von Leistung an das Fahrzeug 112 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 140 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeanschlusses 134 zusammenpassen. Alternativ dazu können verschiedene Komponenten, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben sind, Leistung unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung übertragen.
Eine oder mehrere Radbremsen 144 können bereitgestellt sein, um das Fahrzeug 112 abzubremsen und eine Bewegung des Fahrzeugs 112 zu verhindern. Die Radbremsen 144 können hydraulisch betätigt, elektrisch betätigt oder eine Kombination davon sein. Die Radbremsen 144 können Teil eines Bremssystems 150 sein. Das Bremssystem 150 kann weitere Komponenten umfassen, um die Radbremsen 144 zu betätigen. Der Einfachheit halber zeigt die Figur eine einzige Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und einer der Radbremsen 144. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und den weiteren Radbremsen 144 wird impliziert. Das Bremssystem 150 kann eine Steuerung umfassen, um das Bremssystem 150 zu überwachen und zu koordinieren. Das Bremssystem 150 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 144 zum Verlangsamen des Fahrzeugs steuern. Das Bremssystem 150 kann auf Fahrerbefehle reagieren und kann außerdem autonom betrieben werden, um Funktionen, wie etwa eine Fahrdynamikregelung, umzusetzen. Die Steuerung des Bremssystems 150 kann ein Verfahren zum Ausüben einer angeforderten Bremskraft umsetzen, wenn dies von einer weiteren Steuerung oder einer Unterfunktion angefordert wird.
Elektronische Module in dem Fahrzeug 112 können über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Vielzahl von Kanälen zur Kommunikation umfassen. Bei einem Kanal des Fahrzeugnetzwerks kann es sich um einen seriellen Bus, wie etwa ein Controller Area Network (CAN), handeln. Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerks kann ein Ethernet-Netzwerk laut der Definition durch die Normengruppe 802 des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) umfassen. Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen umfassen und können Leistungssignale von der Zusatzbatterie 130 umfassen. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Zum Beispiel können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuersignale über ein CAN oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann beliebige Hardware- und Softwarekomponenten enthalten, die eine Übertragung von Signalen und Daten zwischen Modulen unterstützen. Das Fahrzeugnetzwerk ist in 2 nicht dargestellt, jedoch kann davon ausgegangen werden, dass sich das Fahrzeugnetzwerk mit jedem Elektronikmodul oder jeder Elektroniksteuerung verbinden kann, das bzw. die im Fahrzeug 112 vorhanden ist. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (Vehicle System Controller - VSC) 148 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Der VVC 152 ist oftmals als Aufwärtswandler ausgelegt. Der VVC 152 kann Eingangsklemmen umfassen, die über die Schütze 142 an Klemmen der Traktionsbatterie 124 gekoppelt sein können. Der VVC 152 kann Ausgangsklemmen umfassen, die an Klemmen des Leistungselektronikmoduls 126 gekoppelt sind. Der VVC 152 kann so betrieben werden, dass veranlasst wird, dass eine Spannung an den Ausgangsklemmen größer ist als eine Spannung an den Eingangsklemmen. Das Fahrzeug 112 kann eine VVC-Steuerung umfassen, die elektrische Parameter (z. B. Spannung und Strom) an verschiedenen Stellen innerhalb des VVCs 152 überwacht und steuert. Bei einigen Auslegungen kann die VVC-Steuerung als Teil des VVC 152 enthalten sein. Die VVC-Steuerung kann eine Ausgangsspannungsreferenz, $V_{d c}^{*} .,$
bestimmen. Die VVC-Steuerung kann basierend auf den elektrischen Parametern und der Spannungsreferenz, $V_{d c}^{*},$
ein Steuerungssignal bestimmen, das genügt, um zu veranlassen, dass der VVC 152 die gewünschte Ausgangsspannung erreicht. Bei einigen Auslegungen kann das Steuersignal als pulsweitenmoduliertes (PWM-) Signal umgesetzt sein, wobei ein Arbeitszyklus des PWM-Signals variiert wird. Das Steuersignal kann mit einer vorbestimmten Schaltfrequenz betrieben werden. Die VVC-Steuerung kann dem VVC 152 befehlen, die gewünschte Ausgangsspannung unter Verwendung des Steuersignals bereitzustellen. Das konkrete Steuersignal, bei dem der VVC 152 betrieben wird, kann direkt mit der Höhe der Spannungsverstärkung in Zusammenhang stehen, die von dem VVC 152 bereitgestellt werden soll.
Mit Bezug auf 2 kann der VVC 152 das Spannungspotenzial der von der Traktionsbatterie 124 bereitgestellten elektrischen Leistung hochsetzen oder „hochtransformieren“. Die Traktionsbatterie 124 kann Hochspannungs(High-Voltage - HV)-DC-Leistung bereitstellen. Bei einigen Konfigurationen kann die Traktionsbatterie 124 eine Spannung zwischen 150 und 400 Volt bereitstellen. Das Schütz 142 kann elektrisch in Reihe zwischen der Traktionsbatterie 124 und dem VVC 152 gekoppelt sein. Wenn das Schütz 142 geschlossen ist, kann die HV-DC-Leistung von der Traktionsbatterie 124 zu dem VVC 152 übertragen werden. Ein Eingangskondensator kann elektrisch parallel an die Traktionsbatterie 124 gekoppelt sein. Der Eingangskondensator kann jegliche Spannungs- und Stromwelligkeit verringern. Der VVC 152 kann die HV-DC-Leistung aufnehmen und das Spannungspotential der Eingangsspannung gemäß dem Arbeitszyklus hochsetzen oder „hochtransformieren“. Häufig ist ein Ausgangskondensator elektrisch zwischen den Ausgangsklemmen des VVCs 152 und dem Eingang des Leistungselektronikmoduls 126 gekoppelt, um die Busspannung zu stabilisieren und Spannungs- und Stromwelligkeit am Ausgang des VVC 152 zu verringern.
Unter Bezugnahme auf 3 wird ein System 300 zum Steuern eines Leistungselektronikmoduls (Power Electronics Module - PEM) 126 bereitgestellt. Das PEM 126 aus 3 umfasst der Darstellung nach eine Vielzahl von Schaltern 302 (z. B. IGBTs), die dazu ausgelegt sind, zusammen als ein Wechselrichter mit einem ersten, zweiten und dritten Phasenzweig 316, 318, 320 zu arbeiten. Während der Wechselrichter als Dreiphasen-Stromrichter dargestellt ist, kann der Wechselrichter zusätzliche Phasenzweige umfassen. Der Wechselrichter kann z. B. ein Vierphasen-Stromrichter, ein Fünfphasen-Stromrichter, ein Sechsphasen-Stromrichter usw. sein. Darüber hinaus kann das PEM 126 mehrere Stromrichter umfassen, wobei jeder Wechselrichter im PEM 126 drei oder mehr Phasenzweige umfasst. Das System 300 kann z. B. zwei oder mehr Wechselrichter im PEM 126 steuern. Das PEM 126 kann ferner einen Gleichspannungswandler umfassen, der Hochleistungsschalter (z. B. IGBTs) aufweist, um eine Eingangsspannung des Leistungselektronikmoduls durch Hochsetzen, Tiefsetzen oder eine Kombination davon in eine Ausgangsspannung des Leistungselektronikmoduls umzuwandeln.
Wie in 3 dargestellt, kann der Wechselrichter ein DC/AC-Umrichter sein. Im Betrieb nimmt der DC/AC-Umrichter DC-Leistung über eine DC-Leistungsverbindung 306 durch einen DC-Bus 304 auf und wandelt die DC-Leistung in AC-Leistung um. Die AC-Leistung wird über die Phasenströme ia, ib und ic übertragen, um eine AC-Maschine anzutreiben, die auch als elektrische Maschine 114 bezeichnet wird, wie z. B. einen dreiphasigen permanenterregten Synchronmotor (Permanent-Magnet Synchronous Motor - PMSM), wie in 3 dargestellt. In einem derartigen Beispiel kann die DC-Stromverbindung 306 eine DC-Speicherbatterie umfassen, um dem DC-Bus 304 DC-Leistung bereitzustellen. In einem weiteren Beispiel kann der Wechselrichter als AC/DC-Wandler arbeiten, der AC-Leistung aus der AC-Maschine 114 (z. B. dem Generator) in DC-Leistung umwandelt, die der DC-Bus 304 der DC-Stromverbindung 306 bereitstellen kann. Ferner kann das System 300 das PEM 126 in anderen Leistungselektroniktopologien steuern.
Unter weiterer Bezugnahme auf 3 umfasst jeder der Phasenzweige 316, 318, 320 in dem Wechselrichter Leistungsschalter 302, die durch verschiedene Arten von steuerbaren Schaltern umgesetzt sein können. In einer Ausführungsform kann jeder Leistungsschalter 302 eine Diode und einen Transistor (z. B. einen IGBT) umfassen. Die Dioden aus 3 sind als D_a1 , D_a2 , D_b1 , D_b2 , D_c1 und D_c2 gekennzeichnet, während die IGBT aus 3 jeweils als S_a1 , S_a2 , S_b1 , S_b2 , S_c1 und S_c2 gekennzeichnet sind. Die Leistungsschalter S_a1 , S_a2 , D_a1 und D_a2 sind Teil eines Phasenzweigs A des Dreiphasen-Stromrichters, der in 3 als der erste Phasenzweig A 316 gekennzeichnet ist. Ebenso sind die Leistungsschalter S_b1 , S_b2 , D_b1 und D_b2 Teil eines Phasenzweigs B 318 und sind die Leistungsschalter S_c1 , S_c2 , D_e1 und D_c2 Teil eines Phasenzweigs C 320 des Dreiphasen-Stromrichters. Der Wechselrichter kann je nach der konkreten Auslegung des Wechselrichters eine beliebige Anzahl der Leistungsschalter 302 oder Schaltungselemente umfassen. Die Dioden (D_xx) sind mit den IGBT (S_xx) parallel verbunden, doch da die Polaritäten für den ordnungsgemäßen Betrieb umgekehrt sind, wird diese Konfiguration häufig als antiparallel verbunden bezeichnet. Eine Diode in dieser antiparallelen Konfiguration wird auch eine Freilaufdiode genannt.
Wie in 3 veranschaulicht, werden Stromsensoren CS_a , CS_b und CS_c bereitgestellt, um einen Stromfluss in den jeweiligen Phasenzweigen 316, 318, 320 zu erfassen. 3 zeigt die Stromsensoren CSa, CSb und CS_c getrennt vom PEM 126. Die Stromsensoren CSa, CSb und CS_c können jedoch je nach seiner Auslegung als Teil des PEM 126 integriert sein. Die Stromsensoren CSa, CSb und CS_c aus 3 sind in Reihe mit jedem der Phasenzweige A, B und C (d. h. der Phasenzweige 316, 318, 320 in 3) installiert und stellen die jeweiligen Rückkopplungssignale i_as , i_bs und i_cs (ebenfalls in 3 veranschaulicht) für das System 300 bereit. Die Rückkopplungssignale i_as , i_bs und i_cs können rohe Stromsignale sein, die von einer Logikvorrichtung (Logic Device - LD) 310 verarbeitet werden, oder können in Daten oder Informationen über den Stromfluss durch die jeweiligen Phasenzweige 316, 318, 320 eingebettet oder als solche codiert sein. Ferner können die Leistungsschalter 302 (z. B. IGBT) eine Stromerfassungsfähigkeit umfassen. Zu der Stromerfassungsfähigkeit kann gehören, dass sie mit einem Stromspiegelausgang ausgelegt ist, der 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 den Betrag des Stromflusses durch die jeweiligen Phasenzweige A, B und C angeben.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 gehört zu dem System 300 zudem eine Logikvorrichtung (LD) oder Steuerung 310. Die Steuerung oder LD 310 kann durch verschiedene Arten oder Kombinationen von elektronischen Vorrichtungen und/oder mikroprozessorbasierten Computern oder Steuerungen umgesetzt sein. Um ein Verfahren zum Steuern des PEMs 126 umzusetzen, kann die Steuerung 310 ein Computerprogramm oder einen Algorithmus ausführen, das/der in dem Verfahren eingebettet oder codiert und in einem flüchtigen und/oder dauerhaften Speicher 312 gespeichert ist. Alternativ dazu kann Logik in diskreter Logik, einem Mikroprozessor, einem Mikrocontroller oder einer Logik- oder Gateanordnung, die auf einem oder mehreren integrierten Schaltungschips gespeichert ist, codiert sein. Wie in der Ausführungsform aus 3 dargestellt, 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 gemäß verschiedenen Strom- oder Spannungsmustern durch die Phasenzweige 316, 318, 320 und in die jeweiligen Wicklungen der elektrischen Maschine 114 strömen. Die Strommuster können z. B. Muster der Phasenströme i_a , i_b und i_c umfassen, die in den und weg von dem DC-Bus 304 oder einem DC-Bus-Kondensator 308 strömen. Der DC-Bus-Kondensator 308 aus 3 ist getrennt von dem PEM 126 dargestellt. Der DC-Bus-Kondensator 308 kann jedoch als Teil des PEMs 126 integriert sein.
Wie in 3 dargestellt, kann ein Speichermedium 312 (nachfolgend „Speicher“), wie etwa ein computerlesbarer Speicher, das Computerprogramm oder den Algorithmus speichern, das/der in dem Verfahren eingebettet oder codiert ist. Des Weiteren kann der Speicher 312 Daten oder Informationen über die verschiedenen Betriebsbedingungen oder Komponenten in dem PEM 126 speichern. Der Speicher 312 kann z. B. Daten oder Informationen über einen Stromfluss durch die jeweiligen Phasenzweige 316, 318, 320 speichern. Der Speicher 312 kann, wie in 3 dargestellt, Teil der Steuerung 310 sein. Der Speicher 312 kann jedoch an jeder geeigneten Stelle positioniert sein, auf die durch die Steuerung 310 zugegriffen werden kann.
Wie in 3 veranschaulicht, überträgt die Steuerung 310 wenigstens ein Steuersignal 236 an das Leistungswandlersystem 126. Das Leistungswandlersystem 126 empfängt das Steuersignal 236, um die Schaltanordnung des Wechselrichters und daher den Stromfluss durch die jeweiligen Phasenzweige 316, 318 und 320 zu steuern. Die Schaltanordnung ist ein Satz von Schaltzuständen der Leistungsschalter 302 in dem Wechselrichter. Im Allgemeinen bestimmt die Schaltanordnung des Wechselrichters, wie der Wechselrichter Leistung zwischen der DC-Leistungsverbindung 306 und der elektrischen Maschine 114 umwandelt.
Um die Schaltanordnung des Wechselrichters zu steuern, ändert der Wechselrichter den Schaltzustand jedes Leistungsschalters 302 im Wechselrichter auf Grundlage des Steuersignals 236 entweder in einen EIN-Zustand oder einen AUS-Zustand. In der veranschaulichten Ausführungsform stellt die Steuerung/LD 310 jedem Leistungsschalter 302 die Gatespannung (Vg) bereit, um den Leistungsschalter 302 entweder in den EIN- oder den AUS-Zustand zu schalten, und treibt somit den Schaltzustand jedes Leistungsschalters 302 an. Die Gatespannungen Vg_a1 , Vg_a2 , Vg_b1 , Vg_b2 , Vg_c1 und Vg_c2 (in 3 dargestellt) steuern den Schaltzustand und die Eigenschaften der jeweiligen Leistungsschalter 302. Während der Wechselrichter in 3 als spannungsgesteuerte Vorrichtung dargestellt ist, kann der Wechselrichter eine stromgesteuerte Vorrichtung sein oder durch andere Strategien gesteuert werden, die den Leistungsschalter 302 zwischen dem EIN- und AUS-Zustand schalten. Die Steuerung 310 kann den Gateantrieb für jeden IGBT auf Grundlage der Drehzahl der elektrischen Maschine 114, des Spiegelstroms oder einer Temperatur des IGBT-Schalters ändern. Die Änderung des Gateantriebs kann aus einer Vielzahl von Gateantriebsströmen ausgewählt sein, wobei die Änderung des Gateantriebsstroms proportional zu einer Änderung der IGBT-Schaltgeschwindigkeit ist.
Wie ebenfalls in 3 dargestellt, gehören zu jedem Phasenzweig 316, 318 und 320 zwei Schalter 302. Es kann sich jedoch nur ein Schalter in jedem der Zweige 316, 318, 320 im EIN-Zustand befinden, ohne die DC-Leistungsverbindung 306 kurzzuschließen. Daher ist in jedem Phasenzweig der Schaltzustand des unteren Schalters üblicherweise dem Schaltzustand des entsprechenden oberen Schalters entgegengesetzt. Die oberen Schalter werden üblicherweise als hochspannungsseitige Schalter (d. h. 302A, 302B, 302C) bezeichnet und die unteren Schalter werden üblicherweise als niederspannungsseitige Schalter (d. h. 302D, 302E, 302F) bezeichnet. Folglich bezieht sich ein HOHER Zustand eines Phasenzweigs darauf, dass sich der obere Schalter in dem Zweig im AN-Zustand befindet, wobei sich der untere Schalter im AUS-Zustand befindet. Gleichermaßen bezieht sich ein NIEDRIGER Zustand des Phasenzweigs darauf, dass sich der obere Schalter in dem Zweig im AUS-Zustand befindet, wobei sich der untere Schalter im AN-Zustand befindet. IGBT mit Stromspiegelfähigkeit können sich an allen IGBT, einer Teilmenge der IGBT (z. B. S_a1 , S_b1 , Sei) oder einem einzigen IGBT befinden.
Zwei Situationen können während eines aktiven Zustands des beispielhaften Dreiphasen-Stromrichters auftreten, der in 3 veranschaulicht ist: (1) Zwei Phasenzweige befinden sich im HOHEN Zustand, während sich der dritte Phasenzweig im NIEDRIGEN Zustand befindet, oder (2) ein Phasenzweig befindet sich im HOHEN Zustand, während sich die beiden anderen Phasenzweige im NIEDRIGEN Zustand befinden. Daher befindet sich ein Phasenzweig im Dreiphasen-Stromrichter, der als „Referenz“-Phase für einen bestimmten aktiven Zustand des Wechselrichters definiert sein kann, in einem Zustand, der den anderen beiden Phasenzweigen, oder „Nicht-Referenz“-Phasen, die den gleichen Zustand aufweisen, entgegengesetzt ist. Folglich befinden sich die Nicht-Referenz-Phasen während eines aktiven Zustands des Wechselrichters entweder beide im HOHEN Zustand oder beide im NIEDRIGEN Zustand.
Festkörpervorrichtungen (solid state devices - SSD), wie etwa Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (insulated gate bipolar junction transistors - IGBTs), Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (metal oxide semiconductor field effect transistors - MOSFETs) oder Bipolartransistoren (bipolar junction transistors - BJTs), werden häufig in einer Vielzahl von Automobil- und Industrieanwendungen verwendet, wie etwa Elektromotorantrieben, Leistungswechselrichtern, Gleichspannungswandlern und Leistungsmodulen. Der Betrieb eines IGBTs und eines MOSFETs ist spannungsgesteuert, wobei der Betrieb auf einer Spannung basiert, die an ein Gate des IGBTs oder MOSFETs angelegt wird, während der Betrieb eines BJTs stromgesteuert ist, wobei der Betrieb auf einem Strom basiert, der an eine Basis des BJTs angelegt wird. Hierbei kann die Verwendung von SSD oder Hochleistungsrelais genutzt werden, um einen Strom zwischen einer Batterie und einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs zu steuern, zu verändern oder zu modulieren.
4 ist ein Diagramm eines Antriebsstrangs 400 eines Hybridfahrzeugs mit einer Traktionsbatterie 402, einem DC-Bus-Kondensator 404, einem Wandler für variable Spannungen 406, zwei Wechselrichtern 408 und 410 und zwei elektrischen Maschinen 412 und 414. Hier ist eine Leistungsverzweigungskonfiguration eines Antriebssystems eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) veranschaulicht, mit einem Traktionsmotor 412 und einem Traktionsmotorwechselrichter 408, einem Generator 414 und einem Generatorwechselrichter 410, einem DC-Bus-Kondensator 416, einem Wandler für variable Spannungen 406 (VVC), einem Batteriekondensator 404 und einer Traktionsbatterie 402. Sowohl der Motor (M) 412 als auch der Generator (G) 414 können im Antriebsmodus oder im Stromerzeugungsmodus laufen, wobei ersterer Leistung/Energie in eine Kraft umwandelt und zweiterer kinetische Energie in elektrische Leistung/Energie umwandelt. Der Motor/Wechselrichter, Generator/Wechselrichter und die Batterie sind über den kondensatorbasierten DC-Bus miteinander gekoppelt, wo die niedrige Spannung der Batterie durch den VVC erhöht wird, um die Leistung des Traktionsmotorantriebs zu verbessern.
Dieser Antriebsstrang (E-Antriebssystem), wie in 4 gezeigt, ist durch Vorteile und Nachteile gekennzeichnet. Zunächst teilen sich der VVC 406, der Motorwechselrichter 408 und der Generatorwechselrichter 410 einen einzelnen DC-Bus, was dazu führt, dass eine einzelne DC-Busspannung sowohl auf den Motorwechselrichter 408 als auch auf den Generatorwechselrichter 410 aufgebracht wird. Die Verwendung einer einzelnen DC-Busspannung kann zu einem höheren Leistungsverlust im Motorwechselrichter und im Generatorwechselrichter führen.
Im Allgemeinen stehen Spannungen über die Statorwindung in dem Motor und dem Generator in Beziehung zu deren jeweiligen Rotordrehzahlen. Eine hohe Rotordrehzahl entspricht in der Regel einer hohen Motor-/Generatorspannung, wohingegen eine niedrige Rotordrehzahl in der Regel einer niedrigen Motor-/Generatorspannung entspricht. Bei einigen Ausführungsformen können Motor und Generator bei unterschiedlichen Rotordrehzahlen laufen. Beispielsweise kann einer in einer Betriebsart mit hoher Drehzahl laufen und dabei eine hohe Statorspannung erfordern, während der andere in einer Betriebsart mit niedrigerer Drehzahl bei einer niedrigen Statorspannung laufen kann. Bei dem in 4 dargestellten E-Antriebssystem sind eine hohe DC-Busspannung und ein niedriger Modulationsindex erforderlich, um eine niedrige Statorspannung im Motor zu erreichen, wenn der Generator in einer Betriebsart mit hoher Drehzahl läuft, während der Motor in einer Betriebsart mit niedriger Drehzahl läuft. Dies kann zu einer hohen DC-Busspannung führen, die zu einem hohen Leistungsverlust des Motorwechselrichters führt. Gleichermaßen sind eine hohe DC-Busspannung und ein niedriger Modulationsindex für den Generatorwechselrichter/VVC erforderlich, um eine niedrige Statorspannung im Generator zu erreichen, wenn der Motor in einer Betriebsart mit hoher Drehzahl läuft, während der Generator in einer Betriebsart mit niedriger Drehzahl läuft. Dies kann zu einer hohen DC-Busspannung führen, die zu einem hohen Leistungsverlust des Generatorwechselrichters führt.
Zudem erfordert das System mit zwei elektrischen Maschinen 400 in der Regel einen VVC 406, um sicherzustellen, dass eine gewünschte DC-Busspannung erzeugt werden kann, ungeachtet eines Leistungsverbrauchs des Motorantriebs oder des Generatorantriebs bei Antrieb oder Erzeugung. Der VVC 406 ist durch einige Nachteile gekennzeichnet; beispielsweise ist ein VVC sperrig und kann es schwierig sein, diesen im Fahrzeug einzubauen, und der VVC 406 weist einen Induktor und Leistungsschalter auf, die in der Regel durch hohe Leistungsverluste gekennzeichnet sind, was den Wirkungsgrad des E-Antriebssystems senkt. Im Betrieb kann der Induktor heiß werden, wodurch eine Kühlung erforderlich wird, die sich schwierig gestalten kann. Die Probleme werden durch die Kombination einer zusätzlichen Kühlung in einem System, für das ohnehin schwierig Platz zu finden ist, verschlimmert und führen zu höheren Kosten und einem höheren Gewicht des VVCs 406. Bei einigen Ausführungsformen kann der magnetische Kern des Induktors zudem durch eine temperaturempfindliche Leistung gekennzeichnet sein, wobei der magnetische Kern bei hohen Temperaturen ohne Weiteres gesättigt wird, wodurch die Leistung des VVCs unter einigen Betriebsbedingungen instabil wird.
Hier ist ein System mit zwei elektrischen Maschinen so konfiguriert, dass es mit separaten DC-Bussen funktioniert, ohne dass ein Wandler für variable Spannungen einen Y-Schluss-Motor und einen Y-Schluss-Generator verwendet und Strom über die neutrale Klemme zu und von den elektrischen Y-Schluss-Maschinen fließen lässt.
5 ist ein Diagramm eines Antriebsstrangs mit zwei elektrischen Maschinen 500, der Strom von einer Batterie 502 (z. B. Traktionsbatterie) zu einer ersten elektrischen Maschine 504 (Motor) und dem Motorwechselrichter 506 und einer zweiten elektrischen Maschine 508 (Generator) und dem Generatorwechselrichter 510 liefert. Die Batterie 502 ist an die neutrale Klemme jeder elektrischen Maschine angeschlossen, so dass der Strom zu und von der Batterie 502 von den neutralen Klemmen des Motors 504 und des Generators 508 fließt. Der Strom durchläuft die Wechselrichter zu einem Busspeicherkondensator. Beispielsweise bewegt sich motorseitig der Strom von der Batterie 502 zu dem Motor 504 und dem Motorwechselrichter 506 zu dem DC-Buskondensator 512 des Motors, während sich der Strom generatorseitig von der Batterie 502 zu dem Generator 508 und dem Generatorwechselrichter 510 zu dem DC-Buskondensator 514 des Generators bewegt.
Durch das separate DC-Bus-basierte E-Antriebssystem 500 in einem HEV können Motor und Generatorwechselrichter separat mit deren eigenen DC-Bussen gesteuert werden. Durch die separaten DC-Busse kann jede DC-Busspannung unabhängig eingestellt werden, um den Spannungsanforderungen der elektrischen Maschinen zu entsprechen, die bei verschiedenen Drehzahlen und möglicherweise in verschiedenen Betriebsmodi laufen. Beispielsweise kann eine elektrische Maschine aufladen, während die andere ein Drehmoment bereitstellen kann. Dies ermöglicht zudem eine Steuerung der Verluste, beispielsweise kann eine niedrige DC-Busspannung aufgebracht werden, um eine niedrige Statorspannung im Motor/Generator bei niedrigen Drehzahlen bereitzustellen, und dadurch den Leistungsverlust des Wechselrichters zu verringern. Die separaten DC-Busse helfen bei der Verringerung des Leistungsverlustes des Wechselrichters, indem mit ihnen die Probleme der gekoppelten DC-Busse überwunden werden, die aus 4 hervorgehen. Läuft der Motor 504 beispielsweise bei einer hohen Drehzahl, der Generator 508 jedoch bei einer niedrigen Drehzahl, sind Motor und Generatorwechselrichter (506 und 510) durch zwei DC-Busspannungen gekennzeichnet, der DC-Bus des Motors bei einer niedrigen DC-Busspannung und der DC-Bus des Generators bei einer niedrigen DC-Busspannung, um den Leistungsverlust zu verringern.
Da es im E-Antriebssystem 500 keinen VVC gibt, können die vorstehend aufgeführten Nachteile im Zusammenhang mit dem VVC vermieden werden. In dem E-Antriebssystem 500 sind die neutralen Punkte der Statorwindung des Generators 508 und des Motors 504 miteinander gekoppelt, um einen gemeinsamen neutralen Punkt zu erhalten. Die Batterie 502 ist zwischen dem gemeinsamen neutralen Punkt und der negativen Schiene des DC-Busses gekoppelt. Der Motorwechselrichter 506 steuert den Betrieb des Motors 504 und zudem die DC-Busspannung Vdc2 am Motorbuskondensator 512. Gleichermaßen steuert der Generatorwechselrichter 510 den Betrieb des Generators 508 und zudem die DC-Busspannung Vdc1 am Generatorbuskondensator 514. Sowohl der Motor 504 als auch der Generator 508 können in einem Antriebs- und Energieerzeugungsmodus laufen, die Traktionsbatterie 502 kann im Auflade-/Entlademodus (oder Nichtauflade- und Nichtentlademodus) laufen. Hier verwalten die beiden Wechselrichter drei Quellen (Motor 504, Generator 508 und Batterie 502), von denen alle durch bidirektionale Energieflüsse gekennzeichnet sind, und zwei DC-Busspannungen Vdc1 an dem Generatorbuskondensator 514 und Vdc2 an dem Motorbuskondensator 512, die unabhängig auf verschiedene Stärken gesteuert werden können, um die betrieblichen Anforderungen des Motors 504 und des Generators 508 zu erfüllen, die bei verschiedenen Drehzahlen laufen.
6 ist eine grafische Darstellung 600 eines Modulationsverfahrens zum Steuern eines Antriebsstrangs mit zwei elektrischen Maschinen, der durch die neutrale Klemme jeder elektrischen Maschine über eine Traktionsbatterie mit Strom versorgt wird. Dieses Modulationsverfahren veranschaulicht Signal 602 hinsichtlich Zeitpunkt 604, bei dem ein Trägersignal 606 mit jeder sinusförmigen Phasenkomponente mit einem DC-Versatz überlagert wird (608, 610 und 612). Unter Bezugnahme auf 5 können Motor- und Generatorwechselrichter (z. B. 506 und 510) dasselbe Modulationsverfahren 600 verwenden. Die Modulationssignale werden in 6 mit dem Träger verglichen, um zu kontrollieren, dass Schalter von dem Motor-/Generatorwechselrichter (z.B. 506 und 510) sinusförmige Komponenten m_a , m_b , m_c und die DC-Versatzkomponente D_bat enthalten. Hier lautet die Wellenform 608 m_a +D_bat, 610 m_b + D_bat und 612 m_c + D_bat. Die Phasenkomponenten m_a , m_b und m_c werden verwendet, um Leistungsspannungen des Motors/Generators zu steuern, der Arbeitstakt D_bat steuert die DC-Busspannung. Für den Motorwechselrichter (z. B. 506) gilt: D_bat = D_M, m_a=m_U1, m_b=m_V1, m_c=m_W1; für den Generatorwechselrichter (z. B. 510) gilt: D_bat = D_G , m_a=m_U2, m_b=m_V2, m_c=m_W2. Die beiden DC-Busspannungen in 5 können wie folgt dargestellt werden $V_{d c 1} = \frac{2 V_{b}}{1 + D_{G}}$
$V_{d c 2} = \frac{2 V_{b}}{1 + D_{M}}$
wobei V_dc1 die DC-Busspannung des Generatorkondensators 514 ist, V_dc2 die DC-Busspannung des Motorkondensators 512 ist, -1<D_G<1, -1<D_M<1 und Vb die Spannung der Batterie 502 ist. Auf Grundlage dieser Darstellung ist gezeigt, dass jede DC-Busspannung einzeln über einen breiten Betriebsbereich kontrolliert werden kann. Beispielsweise steht im Betrieb des Motors/Generators bei niedriger Drehzahl eine niedrige DC-Busspannung des Motor-/Generatorwechselrichters zur Verfügung, um den Leistungsverlust des Wechselrichters zu verringern. Und im Betrieb des Motors/Generators bei hoher Drehzahl kann eine hohe DC-Busspannung erreicht werden, um die geforderte Motor-/Generatorspannung bereitzustellen. Hier wird der Motorwechselrichter (z. B. 506) dahingehend gesteuert, dass er eine hohe DC-Busspannung aufweist, indem D_M angepasst wird, wenn der Motor (z. B. 504) bei einer hohen Drehzahl läuft, wohingegen die DC-Busspannung des Generatorwechselrichters (z. B. 510) dahingehend gesteuert wird, dass sie niedrig ist, indem D_G angepasst wird, wenn der Generator (z. B. 508) bei einer niedrigen Drehzahl läuft. Dadurch wird eine größere Verringerung der Leistungsverluste der Motor- und Generatorwechselrichter ermöglicht.
Hier sind zwei Trägerwellenformen der Motor- und Generatorwechselrichter im Wesentlichen durch eine 180° Phasenverschiebung gekennzeichnet, um eine überlappende Steuerung zu erreichen, durch eine Welligkeit des Batteriestroms signifikant verringert wird.
Hier wird die Summe der Leistungen von Motor und Generator durch die Batterieleistung ausgeglichen, so dass pM+pG+pB=0. Im Allgemeinen gibt es drei Betriebsarten: bei der ersten Betriebsart ist die Traktionsbatterie weder durch einen Auflade- oder Entladebetrieb gekennzeichnet, da Motor- und Generatorleistung ausgeglichen sind (d.h. pM+pG=0, pB=0). Bei der nächsten wird die Traktionsbatterie geladen und beträgt die Summe der Motor- und Generatorleistung weniger als null (d.h. die Erzeugungsleistung insgesamt ist größer als die Antriebsleistung insgesamt, pM+pG<0, pB>0). Bei der dritten wird die Traktionsbatterie entladen, wenn die Summe der Motor- und Generatorleistung größer als null ist (d.h. die Erzeugungsleistung insgesamt ist kleiner als die Antriebsleistung insgesamt, pM+pG>0, pB<0).
Das System aus 5 ist so, dass jede Phasenstatorwindung des Motors/Generators zwei Stromkomponenten aufweist. Bei der ersten Stromkomponente handelt es sich um einen sinusförmigen Strom, der Motor-/Generatordrehmoment erzeugt, und bei der zweiten Stromkomponente handelt es sich um eine Gleichstromkomponente, die ein Drittel des gesamten Gleichstroms beträgt, der durch den neutralen Punkt der Motor-/Generatorwindungen fließt. Diese Gleichstromkomponente stellt dem Motor-/Generatorrotor kein Drehmoment bereit, so dass sie sich nicht auf den Betrieb des Motors/Generators auswirkt.
Drei beispielhafte Betriebsarten werden erörtert, um das in 5 dargestellte E-Antriebssystem zu beschreiben. In einer ersten Betriebsart erzeugt der Generator 508 in einer Betriebsart mit hoher Drehzahl Energie, während der Motor 504 in einer Betriebsart mit niedriger Drehzahl Energie verbraucht und die Batterie 502 geladen wird. In einer zweiten Betriebsart erzeugt der Generator 508 in einer Betriebsart mit niedriger Drehzahl Energie, während der Motor 504 in einer Betriebsart mit hoher Drehzahl Energie verbraucht und die Batterie 502 entladen wird. Und in einer dritten Betriebsart erzeugt der Generator 508 in einer Betriebsart mit hoher Drehzahl Energie, während der Motor 504 in einer Betriebsart mit niedriger Drehzahl Energie erzeugt und die Batterie 502 geladen wird.
Die 7A und 7B sind grafische Darstellungen von elektrischen Eigenschaften des Systems hinsichtlich der Zeit. 7A veranschaulicht einen Generatorphasenstrom 702, eine Generatorphasenspannung 704, einen Motorphasenstrom 706 und eine Motorphasenspannung 708 hinsichtlich der Zeit 716. Gleichermaßen veranschaulicht 7B eine DC-Busspannung 710, einen Batteriestrom 712 und eine Leistung 714 hinsichtlich der Zeit 716. Unter erneuter Bezugnahme auf 7A gehören zu dem Generatorphasenstrom 702 ein Generator-w-Strom 718, ein Generator-u-Strom 720 und ein Generator-v-Strom 722 hinsichtlich der Zeit 716. Neben einer Generatorphasenspannung 704, zu der eine Generator-w-Spannung 724, eine Generator-u-Spannung 726 und eine Generator-v-Spannung 728 hinsichtlich der Zeit 716 gehören. Zudem gehören zu dem Motorphasenstrom 706 ein Motor-v-Strom 734, ein Motor-u-Strom 732 und ein Motor-w-Strom 730 hinsichtlich der Zeit 716, und die Motorphasenspannung 708, zu der eine Motor-v-Spannung 740, eine Motor-u-Spannung 738 und eine Motor-w-Spannung 736 hinsichtlich der Zeit 716 gehören.
Hier läuft das System (z. B. 500) in der ersten Betriebsart, nämlich, wenn der Generator Energie in einer Betriebsart mit hoher Drehzahl erzeugt, der Motor Energie in einer Betriebsart mit niedriger Drehzahl verbraucht und die Batterie geladen wird. Die 7A und 7B veranschaulichen elektrische Eigenschaften während dieser ersten Betriebsart. Eine hohe DC-Busspannung V_dc1 744 des Generatorwechselrichters wird erreicht, um den Generatorbetrieb in einer Betriebsart mit hoher Drehzahl zu unterstützen, eine niedrige DC-Busspannung V_dc2 742 versorgt den Motorwechselrichter mit Energie, um den Motorbetrieb in einer Betriebsart mit niedriger Drehzahl zu unterstützen, während eine Spannung 746 auf die Batterie (z. B. 502) aufgebracht wird. Wie in den 7A und 7B gezeigt, beträgt die Generatorspannung (_{VG_U} 726, _{VG_V} 728 und _{VG_W} 724 sind drei Phasenspannungen) etwa 130 V rms mit einer 384-VDC-Busspannung V_dc1 744. Die Motorspannung, bei der die drei Phasenspannungen _{VM_U} 738, _{VM_V} 740 und _{VM_W} 736 lauten, beträgt 54 V rms mit einer 275-VDC-Busspannung V_dc2 742. Der Wechselstromphasenstrom von 79 A rms sorgt dafür, dass der Generator 30 kW Energie (p_G ) 752 in der Betriebsart mit hoher Drehzahl erzeugt, der Motor weist einen Wechselphasenstrom von 141 A rms auf und verbraucht 1,5 kW Energie (p_M ) 754 in der Betriebsart mit niedriger Drehzahl. Dies führt dazu, dass die Batterie mit p_B=27,6 kW 750 bei einer Batteriespannung von V_b=200 V 746 geladen wird. Die Generatorstatorwindungen transportieren eine Gleichstromkomponente von 49,7 A, um die erzeugte Energie bereitzustellen (dem neutralen Punkt), und die Motorstatorwindungen transportieren eine Gleichstromkomponente von 3,4 A, um die Energie zu verbrauchen (vom neutralen Punkt). Die Energiedifferenz 750 wird in die Batterie geladen. In dieser Veranschaulichung beträgt die durch die Elemente 718, 720, 722, 724, 726 und 728 dargestellte Generatorphasenfrequenz das Doppelte der Frequenz der Motorphasenfrequenz, die durch die Elemente 730, 732, 734, 736, 738 und 740 dargestellt ist.
Der zweite Fall tritt dann ein, wenn der Generator in einer Betriebsart mit niedriger Drehzahl Energie erzeugt, während der Motor in einer Betriebsart mit hoher Drehzahl Energie verbraucht und die Batterie entladen wird.
Die Auswertung dieses Falles ergab, dass die niedrige DC-Busspannung V_dc1 des Generatorwechselrichters erreicht wird, um den Betrieb des Generators in einer Betriebsart mit niedriger Drehzahl zu unterstützen, während eine hohe DC-Busspannung V_dc2 in dem Motorwechselrichter umgewandelt wird, um den Betrieb des Motors in einer Betriebsart mit hoher Drehzahl zu unterstützen. Hier ist eine Generatorspannung 64 V rms mit einer 290-VDC-Busspannung V_dc1 . Die Motorspannung ist 138 V rms mit einer 395-VDC-Busspannung V_dc2 . Während der Wechselphasenstrom von 141 A rms des Generators 15 kW Energie p_G erzeugt, der Motor einen Wechselphasenstrom von 141 A rms aufweist und 53,7 kW Energie p_M in einer Betriebsart mit hoher Drehzahl verbraucht. Dies führte dazu, dass die Batterie bei p_B=40 kW und einer Batteriespannung Vb=200 V entladen wurde. Die Generatorstatorwindungen transportierten einen Gleichstrom von 23,8 A, um die erzeugte Energie dem neutralen Punkt der elektrischen Y-Schluss-Maschine bereitzustellen, und die Motorstatorwindungen transportierten einen Gleichstrom von 91 A, um die Energie vom neutralen Punkt zu verbrauchen. Die Energiedifferenz ist der Betrag, um den sich die Batterie entlädt. In diesem Beispiel kann die Generatorphasenfrequenz ähnlich den Elementen 730, 732, 734, 736, 738 und 740 sein, die bei oder unter der Hälfte der Frequenz der Motorphasenfrequenz liegen würde, die ähnlich den Elementen 718, 720, 722, 724, 726 und 728 sein kann.
In dem dritten Fall erzeugt der Generator in einer Betriebsart mit hoher Drehzahl Energie, während der Motor in einer Betriebsart mit niedriger Drehzahl Energie erzeugt und die Batterie geladen wird.
Hier wird eine hohe DC-Busspannung V_dc1 des Generatorwechselrichters erreicht, um den Betrieb des Generators in einer Betriebsart mit hoher Drehzahl zu unterstützen, während die niedrige DC-Busspannung V_dc2 unterstützt, dass der Motorwechselrichter den Motor in einer Betriebsart mit niedriger Drehzahl antreibt. Wenn die Generatorspannung 137 V rms bei einer 395-VDC-Busspannung V_dc1 beträgt, beträgt die Motorspannung 57 V rms bei einer 281-VDC-Busspannung V_dc2 . Durch den Wechselphasenstrom von 142 A rms konnte der Generator 54 kW Energie p_G erzeugen, während der Motor einen Wechselphasenstrom von 141 A rms aufwies, der 9 kW Energie p_M in einer Betriebsart mit niedriger Drehzahl erzeugte. Dies führte dazu, dass die Batterie bei p_B=61,6 kW und einer Batteriespannung Vb=200 V geladen wurde. Die Generatorstatorwindung transportierte einen Gleichstrom von 89 A, um die erzeugte Energie der Batterie bereitzustellen, und die Motorstatorwindung transportierte einen Gleichstrom von 14 A zu der Batterie. In diesem Beispiel kann die Generatorphasenfrequenz ähnlich den Elementen 718, 720, 722, 724, 726 und 728 sein, die bei oder mehr als das Doppelte der Frequenz der Motorphasenfrequenz liegen würde, die ähnlich den Elementen 730, 732, 734, 736, 738 und 740 sein kann.
Die Steuerlogik oder die durch die Steuerung durchgeführten Funktionen können in einer oder mehreren Figuren durch Ablaufdiagramme oder ähnliche Diagramme dargestellt sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder -logik bereit, die unter Verwendung von einer oder mehreren Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, umgesetzt werden können. Demnach können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Wenngleich dies nicht immer ausdrücklich dargestellt ist, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass ein/e oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen je nach der konkreten verwendeten Verarbeitungsstrategie wiederholt ausgeführt werden können. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern soll der Veranschaulichung und Beschreibung dienen. Die Steuerlogik kann hauptsächlich als Software umgesetzt sein, die durch eine mikroprozessorbasierte Fahrzeug-, Motor- und/oder Antriebsstrangsteuerung, wie etwa die Steuerung, ausgeführt wird. Selbstverständlich kann die Steuerlogik je nach der konkreten Anwendung als Software, Hardware oder eine Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt sein. Bei einer Umsetzung als Software kann die Steuerlogik in einer/einem oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien bereitgestellt sein, auf denen Daten gespeichert sind, die Code oder Anweisungen darstellen, der/die durch einen Computer zum Steuern des Fahrzeugs oder seiner Teilsysteme ausgeführt wird/werden. Die computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Reihe von bekannten physischen Vorrichtungen umfassen, die elektrischen, magnetischen und/oder optischen Speicher nutzen, um ausführbare Anweisungen und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen zu speichern.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/davon umgesetzt werden, die/der eine bereits bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit umfassen kann. Gleichermaßen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die durch eine Steuerung oder einen Computer in vielen Formen ausgeführt werden können, darunter unter anderem Informationen, die permanent auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie Nur-Lese-Speicher-(ROM-)Vorrichtungen gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien wie etwa Disketten, Magnetbändern, Compact Discs (CDs), Direktzugriffsspeicher-(RAM-)Vorrichtungen und weiteren magnetischen und optischen Medien gespeichert sind. Die Prozesse, Verfahren und Algorithmen können auch in einem von Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten wie etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Anordnungen (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder sonstiger Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten ausgeführt sein.
Obwohl vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, welche die Patentansprüche umschließen. Bei den in der Beschreibung verwendeten Begriffen handelt es sich um beschreibende, nicht um einschränkende Begriffe, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend 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. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Zu diesen Attributen gehören u. a. Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. Daher 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.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug vorgesehen, der einen Y-Schluss-Generator und einen Y-Schluss-Motor, die über die jeweilige neutrale Klemme gekoppelt sind; einen Generatorwechselrichter, der zwischen dem Y-Schluss-Generator und einem Generatorbus gekoppelt ist; einen Motorwechselrichter, der zwischen dem Y-Schluss-Motor und einem Motorbus gekoppelt ist; und eine Traktionsbatterie mit einer ersten Klemme, die an jede neutrale Klemme angeschlossen ist, und einer zweiten Klemme aufweist, die an Busklemmen des Generator- und Motorbusses angeschlossen ist.
Entsprechend einer Ausführungsform sind die Busklemmen negative Busklemmen des Generator- und Motorbusses.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung zudem durch eine Steuerung gekennzeichnet, die so konfiguriert ist, dass sie Schalter des Generatorwechselrichters und des Motorwechselrichters moduliert, so dass Spannungen des Generatorbusses unabhängig von dem Motorbus variieren.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung zudem durch einen Generatorbuskondensator und einen Motorbuskondensator gekennzeichnet, wobei eine Generatorbusspannung durch den Generatorbuskondensator gefiltert wird und eine Motorbusspannung durch den Motorbuskondensator gefiltert wird.
Entsprechend einer Ausführungsform sind die Schalter Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET).
Entsprechend einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung zudem durch eine Generatorsteuerung, die so konfiguriert ist, dass sie Schalter des Generatorwechselrichters moduliert, und eine Motorsteuerung gekennzeichnet, die so konfiguriert ist, dass sie Schalter des Motorwechselrichters moduliert, so dass eine Generatorphasenfrequenz unabhängig von einer Motorphasenfrequenz ist.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Generatorphasenfrequenz wenigstens doppelt so hoch wie die Motorphasenfrequenz.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Motorphasenfrequenz wenigstens doppelt so hoch wie die Generatorphasenfrequenz und fließt der Strom von der ersten Klemme der Traktionsbatterie zu dem Motor.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Antriebsstrangsteuerverfahren in einem Antriebsmodus vorgesehen, bei dem Strom von einer Batterie an eine erste neutrale Klemme einer ersten elektrischen Maschine und eine zweite neutrale Klemme einer zweiten elektrischen Maschine geleitet wird, ein erster Satz Schalter eines ersten Wechselrichters so moduliert wird, dass sie eine Busspannung ausgeben; und ein zweiter Satz Schalter eines zweiten Wechselrichters so moduliert wird, dass sie eine zweite Busspannung ausgeben, die sich von der ersten Busspannung unterscheidet.
Entsprechend einer Ausführungsform ist das vorstehende Verfahren zudem dadurch gekennzeichnet, dass in einem Auflademodus Strom von der ersten neutralen Klemme und der zweiten neutralen Klemme an eine Batterie geleitet wird.
Entsprechend einer Ausführungsform besteht das vorstehende Verfahren des Modulierens des ersten Satzes Schalter des ersten Wechselrichters darin, dass Strom von der Batterie zu der ersten elektrischen Maschine fließt, um eine Antriebskraft bereitzustellen.
Entsprechend einer Ausführungsform erfolgen das vorstehende Verfahren des Modulierens des ersten Satzes Schalter bei einer ersten Frequenz und das Verfahren des Modulierens des zweiten Satzes Schalter bei einer zweiten Frequenz, die mehr als doppelt so hoch wie die erste Frequenz ist.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung zudem dadurch gekennzeichnet, dass in einer gemischten Betriebsart Strom von der ersten Klemme zu der Batterie und der zweiten neutralen Klemme geleitet wird.
Entsprechend einer Ausführungsform besteht das Modulieren des ersten Satzes Schalter des ersten Wechselrichters darin, dass Strom von der Batterie zu der ersten elektrischen Maschine fließt, um eine Antriebskraft bereitzustellen.
Entsprechend einer Ausführungsform erfolgen das Modulieren des ersten Satzes Schalter bei einer ersten Frequenz und das Modulieren des zweiten Satzes Schalter bei einer zweiten Frequenz, die weniger als die Hälfte der ersten Frequenz beträgt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeugantriebsstrang vorgesehen, der einen Generator mit einer ersten neutralen Klemme; einen Motor mit einer zweiten neutralen Klemme, die mit der ersten neutralen Klemme gekoppelt ist, und eine Traktionsbatterie aufweist, deren ersten Klemme mit der ersten und der zweiten neutralen Klemme gekoppelt ist.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung zudem durch einen Generatorwechselrichter, der zwischen dem Generator und einem Generatorbus gekoppelt ist; einen Motorwechselrichter gekennzeichnet, der zwischen dem Motor und einem Motorbus gekoppelt ist, wobei zu der Traktionsbatterie zudem eine zweite Klemme gehört, die an die Rückführungsklemmen des Generator- und Motorbusses gekoppelt ist.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung zudem durch eine Steuerung gekennzeichnet, die so konfiguriert ist, dass sie Schalter des Generatorwechselrichters und des Motorwechselrichters moduliert, so dass Spannungen des Generatorbusses unabhängig von dem Motorbus variieren.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung zudem durch eine Generatorsteuerung, die so konfiguriert ist, dass sie Schalter des Generatorwechselrichters moduliert, und eine Motorsteuerung gekennzeichnet, die so konfiguriert ist, dass sie Schalter des Motorwechselrichters moduliert, so dass eine Generatorphasenfrequenz unabhängig von einer Motorphasenfrequenz ist.
Entsprechend einer Ausführungsform ist die Generatorphasenfrequenz wenigstens doppelt so hoch wie die Motorphasenfrequenz und fließt der Strom von der ersten Klemme der Traktionsbatterie zu dem Generator.

Claims

Antriebsstrang für ein Fahrzeug, umfassend: einen Y-Schluss-Generator und einen Y-Schluss-Motor, die über die jeweilige entsprechende neutrale Klemme gekoppelt sind; einen Generatorwechselrichter, der zwischen dem Y-Schluss-Generator und einem Generatorbus gekoppelt ist; einen Motorwechselrichter, der zwischen dem Y-Schluss-Motor und einem Motorbus gekoppelt ist; und eine Traktionsbatterie mit einer ersten Klemme, die an jede neutrale Klemme gekoppelt ist, und einer zweiten Klemme, die an Busklemmen des Generator- und Motorbusses gekoppelt ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 1, wobei die Busklemmen negative Busklemmen des Generator- und Motorbusses sind.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 zudem umfassend eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie Schalter des Generatorwechselrichters und des Motorwechselrichters moduliert, so dass Spannungen des Generatorbusses unabhängig von dem Motorbus variieren.
Antriebsstrang nach Anspruch 3 zudem umfassend einen Generatorbuskondensator und einen Motorbuskondensator, wobei eine Generatorbusspannung durch den Generatorbuskondensator gefiltert wird und eine Motorbusspannung durch den Motorbuskondensator gefiltert wird.
Antriebsstrang nach Anspruch 3, wobei die Schalter Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) sind.
Antriebsstrang nach Anspruch 1 zudem umfassend eine Generatorsteuerung, die so konfiguriert ist, dass sie Schalter des Generatorwechselrichters moduliert, und eine Motorsteuerung, die so konfiguriert ist, dass sie Schalter des Motorwechselrichters moduliert, so dass eine Generatorphasenfrequenz unabhängig von einer Motorphasenfrequenz ist.
Antriebsstrang nach Anspruch 6, wobei die Generatorphasenfrequenz wenigstens doppelt so hoch ist wie die Motorphasenfrequenz.
Antriebsstrang nach Anspruch 6, wobei die Motorphasenfrequenz wenigstens doppelt so hoch ist wie die Generatorphasenfrequenz und der Strom von der ersten Klemme der Traktionsbatterie zu dem Motor fließt.
Antriebsstrangsteuerverfahren umfassend: in einem Antriebsmodus, Leiten von Strom von einer Batterie an eine erste neutrale Klemme einer ersten elektrischen Maschine und eine zweite neutrale Klemme einer zweiten elektrischen Maschine; Modulieren eines ersten Satzes Schalter eines ersten Wechselrichters so, dass sie eine Busspannung ausgeben; und Modulieren eines zweiten Satzes Schalter eines zweiten Wechselrichters so, dass sie eine zweite Busspannung ausgeben, die sich von der ersten Busspannung unterscheidet.
Antriebsstrangsteuerverfahren nach Anspruch 9 zudem umfassend, in einem Auflademodus, das Leiten von Strom von der ersten neutralen Klemme und der zweiten neutralen Klemme an eine Batterie.
Antriebsstrangsteuerverfahren nach Anspruch 10, wobei das Modulieren des ersten Satzes Schalter des ersten Wechselrichters darin besteht, dass Strom von der Batterie zu der ersten elektrischen Maschine fließt, um eine Antriebskraft bereitzustellen.
Antriebsstrangsteuerverfahren nach Anspruch 10, wobei das Modulieren des ersten Satzes Schalter bei einer ersten Frequenz und das Modulieren des zweiten Satzes Schalter bei einer zweiten Frequenz erfolgen, die mehr als doppelt so hoch wie die erste Frequenz ist.
Antriebsstrangsteuerverfahren nach Anspruch 9 zudem umfassend, in einer gemischten Betriebsart, das Leiten von Strom von der ersten Klemme zu der Batterie und der zweiten neutralen Klemme.
Antriebsstrangsteuerverfahren nach Anspruch 13, wobei das Modulieren des ersten Satzes Schalter des ersten Wechselrichters darin besteht, dass Strom von der Batterie zu der ersten elektrischen Maschine fließt, um eine Antriebskraft bereitzustellen.
Antriebsstrangsteuerverfahren nach Anspruch 13, wobei das Modulieren des ersten Satzes Schalter bei einer ersten Frequenz und das Modulieren des zweiten Satzes Schalter bei einer zweiten Frequenz erfolgen, die weniger als die Hälfte der ersten Frequenz beträgt.