DE102008046301B4 - Method and system for converting DC power to AC power - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Umwandeln von Gleichstrom-Leistung (DC-Leistung) in Wechselstrom-Leistung (AC-Leistung) durch einen Impedanzwechselrichter (24), das umfasst, dass: in einer ersten Phase (a) AC-Leistung auf der Grundlage eines erstes Trägersignals (64) bereitgestellt wird; und in einer zweiten Phase (b) AC-Leistung auf der Grundlage eines zweiten Trägersignals (68), das zum ersten Trägersignal (64) phasenverschoben ist, bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase (a) und die zweite Phase (b) außerdem auf der Grundlage eines hohen Durchschuss-Modulationssignals (76) und eines niedrigen Durchschuss-Modulationssignals (78) unter Verwendung des Impedanzwechselrichters (24) erzeugt werden.A method of converting direct current (DC) power to alternating current (AC) power by an impedance inverter (24), comprising: in a first phase (a) AC power based on a first carrier signal ( 64) is provided; and in a second phase (b) AC power is provided based on a second carrier signal (68) that is out of phase with the first carrier signal (64), characterized in that the first phase (a) and the second phase (b ) are also generated based on a high shoot-through modulation signal (76) and a low shoot-through modulation signal (78) using the impedance inverter (24).

Description

  • TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Wechselrichter, und sie betrifft insbesondere Verfahren und Systeme zum Umwandeln von DC-Leistung in AC-Leistung.The present invention relates generally to inverters, and more particularly relates to methods and systems for converting DC power to AC power.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
  • In den letzten Jahren haben technologische Fortschritte sowie sich immer weiter entwickelnde Vorlieben bezüglich des Stils zu wesentlichen Veränderungen bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen geführt. Eine der Veränderungen betrifft die Komplexität der elektrischen und der Antriebssysteme in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Fahrzeugen mit alternativem Kraftstoff, wie etwa Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen. Derartige Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff verwenden typischerweise einen Elektromotor, möglicherweise in Kombination mit einem weiteren Aktuator, um die Räder anzutreiben.In recent years, advances in technology as well as ever-evolving tastes in style have resulted in significant changes in the design of automobiles. One of the changes relates to the complexity of the electric and propulsion systems in automobiles, particularly in alternative fuel vehicles such as hybrid, electric and fuel cell vehicles. Such alternative fuel vehicles typically use an electric motor, possibly in combination with another actuator, to drive the wheels.
  • Viele der elektrischen Komponenten, welche die Elektromotoren umfassen, die in derartigen Fahrzeugen verwendet werden, empfangen elektrische Leistung von Wechselstrom-Leistungsversorgungen (AC-Leistungsversorgungen). Die bei derartigen Anwendungen verwendeten Leistungsquellen (d. h. Batterien) liefern jedoch nur Gleichstromleistung (DC-Leistung). Zum Umwandeln der DC-Leistung in AC-Leistung werden daher Einrichtungen verwendet, die als Gleichrichter/Wechselrichter bekannt sind und im Folgenden nur noch als Wechselrichter bezeichnet werden, welche oft mehrere Schalter oder Transistoren verwenden, die mit verschiedenen Intervallen betrieben werden, um die DC-Leistung in AC-Leistung umzuwandeln.Many of the electrical components that comprise the electric motors used in such vehicles receive electrical power from AC power supplies. However, the power sources (i.e., batteries) used in such applications provide only DC power. To convert the DC power to AC power, therefore, what are known as rectifiers / inverters are used, hereinafter referred to as inverters, which often use multiple switches or transistors operating at different intervals around the DC Convert power to AC power.
  • In den letzten Jahren wurden Impedanzwechselrichter (Z-Source-Inverter) entwickelt, welche mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Wechselrichtern aufweisen. Aufgrund der darin enthaltenen Impedanzquelle (die z. B. eine oder mehrere Induktivitäten umfasst) weisen Impedanzwechselrichter beispielsweise die Fähigkeit zur Erzeugung einer Ausgangsspannung auf, die größer oder kleiner als die Spannung der bereitgestellten DC-Leistung ist. Jedoch bewirken herkömmliche Verfahren, wie etwa eine Pulsbreitenmodulation (PWM), die zum Steuern der Schalter in den Wechselrichtern verwendet werden, dass ein Restwelligkeitsstrom die Induktivitäten mit einer relativ niedrigen Frequenz durchquert. Als Folge müssen in derartigen Wechselrichtern sehr große und teure Induktivitäten verwendet werden, da die erforderliche Größe der Induktivitäten proportional zu der Frequenz des Restwelligkeitsstroms ist.In recent years, impedance inverters (Z source inverters) have been developed which have several advantages over conventional inverters. For example, due to the impedance source (eg, comprising one or more inductors) included therein, impedance inverters have the ability to generate an output voltage that is greater or less than the voltage of the DC power provided. However, conventional methods, such as pulse width modulation (PWM), used to control the switches in the inverters cause a ripple current to traverse the inductors at a relatively low frequency. As a result, very large and expensive inductors must be used in such inverters because the required size of the inductors is proportional to the frequency of the residual ripple current.
  • US 2005/0 174 076 A1 offenbart ein Verfahren zum Umwandeln von Gleichstrom-Leistung in Wechselstrom-Leistung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. US 2005/0174 076 A1 discloses a method of converting DC power to AC power according to the preamble of claim 1.
  • In ”Constant boost control of the Z-source inverter to minimize current ripple and voltage stress” von Miaosen Shen; Jin Wang; Joseph, A.; Fang Zheng Peng; Tolbert, L. M. und Adams, D. J., veröffentlicht 2006 in Industry Applications, IEEE Transactions, Vol. 42, Issue 3, Seite 770–778 sind zwei Verfahren zum Betreiben eines dreiphasigen Impedanzwechselrichters bzw. Z-Source-Inverters unter Verwendung einer gemeinsamen Trägerfrequenz für alle Phasen offenbart.In "Constant boost control of the Z-source inverter to minimize current ripple and voltage stress" by Miaosen Shen; Jin Wang; Joseph, A .; Fang Zheng Peng; Tolbert, LM and Adams, DJ, published in 2006 in Industry Applications, IEEE Transactions, Vol. 42, Issue 3, pages 770-778, are two methods of operating a three-phase Z-source inverter using a common carrier frequency for all Phases revealed.
  • Gajanayake C. J. et al. offenbaren in ”Four-leg parallel Z-source inverter based DG systems to enhance the grid Performance under unbalanced conditions”, European Conference of Power Electronics and Applications, 2007, Seite 1–10 parallel geschaltete Impedanzwechselrichter mit 4 Schenkeln, die durch ein Trägersignal pro Wechselrichter, ein Modulationssignal pro Phase und zwei Durchschusssignale moduliert werden.Gajanayake C.J. et al. Revealed in "Four-Leg Parallel Z-source Inverter-based DG Systems to Enhance the Grid Performance under Unbalanced Conditions", European Conference of Power Electronics and Applications, 2007, page 1-10 parallel-connected 4-arm impedance inverters, each by one carrier signal Inverter, a modulation signal per phase and two bullet signals are modulated.
  • Entsprechend ist es wünschenswert, ein Verfahren und System zum Umwandeln von DC-Leistung in AC-Leistung bereitzustellen, das die Verwendung kleinerer und weniger teurer Induktivitäten ermöglicht. Darüber hinaus werden weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem voranstehenden technischen Gebiet und Hintergrund offenbar werden.Accordingly, it is desirable to provide a method and system for converting DC power to AC power that enables the use of smaller and less expensive inductors. Furthermore, other desirable features and characteristics of the present invention will become apparent from the subsequent detailed description and the appended claims, taken in conjunction with the accompanying drawings and the foregoing technical field and background.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
  • Bei einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Umwandeln von Gleichstromleistung (DC-Leistung) in Wechselstrom-Leistung (AC-Leistung) durch einen Impedanzwechselrichter bereitgestellt. Eine erste Phase wird auf der Grundlage eines ersten Trägersignals erzeugt. Eine zweite Phase wird auf der Grundlage eines zweiten Trägersignals erzeugt, das zum ersten Trägersignal phasenverschoben ist. Die erste Phase der AC-Leistung und die zweite Phase der AC-Leistung werden außerdem auf der Grundlage eines hohen Durchschuss-Modulationssignals und eines niedrigen Durchschuss-Modulationssignals unter Verwendung des Impedanzwechselrichters erzeugt.In one embodiment, a method of converting DC power to AC power through an impedance inverter is provided. A first phase is generated based on a first carrier signal. A second phase is generated based on a second carrier signal that is out of phase with the first carrier signal. The first phase of the AC power and the second phase of the AC power are also generated based on a high pass modulation signal and a low pass modulation signal using the impedance inverter.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betreiben eines mehrphasigen Motors durch einen Impedanzwechselrichter mit einem Paar von Schaltern für jede Phase des Motors bereitgestellt. Ein erstes Trägersignal wird erzeugt, ein hohes Durchschuss-Modulationssignal und ein niedriges Durchschuss-Modulationssignal werden erzeugt, und ein erstes Modulationssignal wird erzeugt. Das erste Trägersignal und das erste Modulationssignal bestimmen zusammen mit dem hohen Durchschuss-Modulationssignal sowie dem niedrigen Durchschuss-Modulationssignal gemeinsam eine erste Wellenform. Ein erstes Paar der Schalter in dem Wechselrichter wird auf der Grundlage der ersten Wellenform betrieben. Ein zweites Trägersignal, das zum ersten Trägersignal phasenverschoben ist, wird erzeugt, und ein zweites Modulationssignal wird erzeugt. Das zweite Trägersignal und das zweite Modulationssignal bestimmen zusammen mit dem hohen Durchschuss-Modulationssignal sowie dem niedrigen Durchschuss-Modulationssignal gemeinsam eine zweite Wellenform. Ein zweites Paar der Schalter in dem Wechselrichter wird auf der Grundlage der zweiten Wellenform betrieben.In another embodiment, a method of operating a polyphase motor through an impedance inverter having a pair of switches for each phase of the motor is provided. A first carrier signal is generated, a high shoot-through modulation signal and a low shoot-through modulation signal are generated, and a first modulation signal is generated. The first carrier signal and the first modulation signal together with the high shoot-through modulation signal and the low shoot-through modulation signal jointly determine a first waveform. A first pair of the switches in the inverter is operated based on the first waveform. A second carrier signal out of phase with the first carrier signal is generated and a second modulation signal is generated. The second carrier signal and the second modulation signal together with the high shoot-through modulation signal and the low shoot-through modulation signal jointly determine a second waveform. A second pair of the switches in the inverter are operated based on the second waveform.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Kraftfahrzeugantriebssystem bereitgestellt. Das Kraftfahrzeugantriebssystem umfasst eine Gleichstrom-Leistungsversorgung (DC-Leistungsversorgung), einen Elektromotor, einen Impedanzwechselrichter und einen Prozessor. Die DC-Leistungsversorgung ist mit dem Elektromotor gekoppelt. Der Wechselrichter umfasst erste und zweite Paare von Schaltern und ist mit dem Elektromotor und der DC-Leistungsversorgung gekoppelt, um DC-Leistung von der DC-Leistungsversorgung zu empfangen und Wechselstrom-Leistung (AC-Leistung) an den Elektromotor zu liefern. Der Prozessor steht in wirksamer Verbindung mit dem Elektromotor, der DC-Leistungsversorgung und dem Wechselrichter. Der Prozessor ist ausgestaltet, um ein erstes Trägersignal zu erzeugen, ein hohes Durchschuss-Modulationssignal und ein niedriges Durchschuss-Modulationssignal zu erzeugen, das erste Paar von Schaltern in dem Wechselrichter auf der Grundlage des ersten Trägersignals sowie des hohen Durchschuss-Modulationssignals und des niedrigen Durchschuss-Modulationssignals zu betreiben, ein zweites Trägersignal, das zum ersten Trägersignal phasenverschoben ist, zu erzeugen, und das zweite Paar von Schaltern in dem Wechselrichter auf der Grundlage des zweiten Trägersignals sowie des hohen Durchschuss-Modulationssignals und des niedrigen Durchschuss-Modulationssignals zu betreiben.In another embodiment, a motor vehicle drive system is provided. The motor vehicle drive system includes a DC power supply (DC power supply), an electric motor, an impedance inverter, and a processor. The DC power supply is coupled to the electric motor. The inverter includes first and second pairs of switches and is coupled to the electric motor and the DC power supply to receive DC power from the DC power supply and to provide AC power to the electric motor. The processor is in effective communication with the electric motor, the DC power supply and the inverter. The processor is configured to generate a first carrier signal, generate a high shoot-through modulation signal and a low shoot-through modulation signal, the first pair of switches in the inverter based on the first carrier signal, the high pass-through modulation signal and the low pass-through Operate modulating signal, generate a second carrier signal out of phase with the first carrier signal, and operate the second pair of switches in the inverter based on the second carrier signal as well as the high pass-through modulation signal and the low pass-through modulation signal.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENDESCRIPTION OF THE DRAWINGS
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, undThe present invention will be described below in conjunction with the following drawing figures, in which like numerals denote like elements, and
  • 1 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; 1 a schematic view of an exemplary motor vehicle according to an embodiment of the present invention;
  • 2 ein Blockdiagramm eines Wechselrichtersystems in dem Kraftfahrzeug von 1 ist; 2 a block diagram of an inverter system in the motor vehicle of 1 is;
  • 3 eine schematische Ansicht eines Wechselrichters in dem Kraftfahrzeug von 1 ist; 3 a schematic view of an inverter in the motor vehicle of 1 is;
  • 4 eine graphische Veranschaulichung erster, zweiter und dritter Sätze von Träger- und Modulationssignalen zusammen mit Durchschuss-Modulationssignalen und zugehörigen Wellenformen ist, welche von dem Wechselrichtersystem von 2 erzeugt werden, um den Wechselrichter von 3 zu steuern; 4 FIG. 4 is a graphical illustration of first, second and third sets of carrier and modulation signals along with punch-through modulation signals and associated waveforms obtained by the inverter system of FIG 2 be generated to the inverter of 3 to control;
  • 5 eine graphische Veranschaulichung des ersten Satzes von Träger- und Modulationssignalen und der zugehörigen Wellenformen von 4 ist; 5 a graphical illustration of the first set of carrier and modulation signals and the associated waveforms of 4 is;
  • 6 eine graphische Veranschaulichung des zweiten Satzes von Träger- und Modulationssignalen von 4 zusammen mit zugehörigen Wellenformen ist; und 6 a graphical illustration of the second set of carrier and modulation signals of 4 along with associated waveforms; and
  • 7 eine graphische Veranschaulichung des dritten Satzes von Träger- und Modulationssignalen von 4 zusammen mit zugehörigen Wellenformen ist. 7 a graphical illustration of the third set of carrier and modulation signals of 4 along with associated waveforms is.
  • BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMDESCRIPTION OF AN EXEMPLARY EMBODIMENT
  • Die folgende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der Erfindung zu beschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch irgendeine explizite oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem voranstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden genauen Beschreibung dargestellt ist.The following detailed description is merely exemplary in nature and is not intended to limit the invention or the application and uses of the invention. Furthermore, there is no intention to be bound by any expressed or implied theory presented in the preceding technical field, background, brief summary or the following detailed description.
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Merkmale, die miteinander ”verbunden/geschaltet” oder ”gekoppelt” sind. Bei der Verwendung hierin bedeutet ”verbunden/geschaltet”, sofern es nicht ausdrücklich anderweitig angegeben ist, dass ein Element/Merkmal mit einem weiteren Element/Merkmal direkt verbunden ist (oder direkt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Gleichermaßen bedeutet ”gekoppelt”, sofern es nicht ausdrücklich anderweitig angegeben ist, dass ein Element/Merkmal mit einem weiteren Element/Merkmal direkt oder indirekt verbunden ist (oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Es sollte jedoch verstanden sein, dass, obwohl zwei Elemente nachstehend bei einer Ausführungsform als ”verbunden” beschrieben sein können, ähnliche Elemente bei alternativen Ausführungsformen ”gekoppelt” sein können und umgekehrt. Obwohl die hierin gezeigten schematischen Zeichnungen beispielhafte Anordnungen von Elementen darstellen, können daher zusätzliche dazwischenkommende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten bei einer tatsächlichen Ausführungsform vorhanden sein. Es sollte auch verstanden sein, dass 17 rein veranschaulichend sind und möglicherweise nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind.The following description refers to elements or features that are "connected / switched" or "coupled" together. As used herein, unless expressly stated otherwise, "connected / connected" means that one element / feature is directly connected to (or directly communicates with) another element / feature, and not necessarily mechanically. Likewise, unless expressly stated otherwise, "coupled" means that one element / feature is directly or indirectly connected to (or directly or indirectly communicates with) another element / feature, and not necessarily mechanically. It should be understood, however, that while two elements may be described below as being "connected" in one embodiment, similar elements may be "coupled" in alternative embodiments can and vice versa. Thus, while the schematic drawings shown herein depict example arrangements of elements, additional intervening elements, features, features, or components may be present in an actual embodiment. It should also be understood that 1 - 7 are purely illustrative and may not be drawn to scale.
  • 1 bis 7 veranschaulichen ein Verfahren und System zum Umwandeln von Gleichstrom-Leistung (DC-Leistung) in Wechselstrom-Leistung (AC-Leistung). Eine erste Phase der AC-Leistung wird auf der Grundlage eines ersten Trägesignals erzeugt. Eine zweite Phase der AC-Leistung wird auf der Grundlage eines zweiten Trägersignals erzeugt. Bei einer Ausführungsform umfasst das Erzeugen der ersten Phase, dass ein erster Satz von Schaltern in einem Wechselrichter auf der Grundlage des ersten Trägersignals betrieben wird, und das Erzeugen der zweiten Phase umfasst, dass ein zweiter Satz von Schaltern in dem Wechselrichter auf der Grundlage des zweiten Trägersignals betrieben wird. 1 to 7 illustrate a method and system for converting DC power into AC power. A first phase of the AC power is generated based on a first carry signal. A second phase of the AC power is generated based on a second carrier signal. In one embodiment, generating the first phase comprises operating a first set of switches in one inverter based on the first carrier signal, and generating the second phase comprises selecting a second set of switches in the inverter based on the second Carrier signal is operated.
  • 1 veranschaulicht ein Fahrzeug 10 oder ”Kraftfahrzeug” gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst ein Chassis 12, eine Karosserie 14, vier Räder 16 und ein elektronisches Steuerungssystem (oder eine elektronische Steuerungseinheit (ECU)) 18. Die Karosserie 14 ist auf dem Chassis 12 angeordnet und umhüllt im Wesentlichen die anderen Komponenten des Kraftfahrzeugs 10. 1 illustrates a vehicle 10 or "motor vehicle" according to an embodiment of the present invention. The car 10 includes a chassis 12 , a body 14 , four wheels 16 and an electronic control system (or electronic control unit (ECU)) 18 , The body 14 is on the chassis 12 arranged and enveloped substantially the other components of the motor vehicle 10 ,
  • Die Karosserie 14 und das Chassis 12 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 16 sind in der Nähe einer jeweiligen Ecke der Karosserie 14 mit dem Chassis 12 jeweils drehbar gekoppelt.The body 14 and the chassis 12 can together form a framework. The wheels 16 are near a respective corner of the body 14 with the chassis 12 each rotatably coupled.
  • Das Kraftfahrzeug 10 kann ein beliebiger einer Anzahl verschiedener Typen von Kraftfahrzeugen sein, wie z. B. eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen oder ein Sportnutzfahrzeug (SUV), und kann ein Zweiradantrieb (2WD), (d. h. Heckantrieb oder Frontantrieb), ein Vierradantrieb (4WD) oder ein Allradantrieb (AWD) sein. Das Fahrzeug 10 kann auch einen beliebigen oder eine Kombination aus einer Anzahl verschiedener Typen von Maschinen (oder Aktuatoren) enthalten, wie z. B. eine benzin- oder diesel-gespeiste Brennkraftmaschine, die Maschine eines ”Fahrzeugs mit flexiblem Kraftstoff” (FFV, FFV von flex fuel vehicle) (d. h., die eine Mischung aus Benzin und Alkohol verwendet), eine mit einem gasförmigen Gemisch (z. B. Wasserstoff und/oder Erdgas) gespeiste Maschine, oder eine Brennstoffzelle, eine hybride Brennkraft/Elektromotormaschine und einen Elektromotor.The car 10 can be any of a number of different types of motor vehicles, such. A sedan, station wagon, truck or sport utility vehicle (SUV), and may be a two-wheel drive (2WD), (ie rear-wheel drive or front-wheel drive), a four-wheel drive (4WD) or an all-wheel drive (AWD). The vehicle 10 may also include any or a combination of a number of different types of machines (or actuators), such as: As a gasoline or diesel-fueled internal combustion engine, the engine of a "flexible fuel vehicle" (FFV, FFV flex fuel vehicle) (ie, which uses a mixture of gasoline and alcohol), one with a gaseous mixture (eg. As hydrogen and / or natural gas) powered machine, or a fuel cell, a hybrid combustion engine / electric motor and an electric motor.
  • Bei der in 1 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist das Kraftfahrzeug 10 ein Hybridfahrzeug und umfasst ferner eine Aktuatoranordnung (oder einen Antriebsstrang) 20, eine Batterie 22, einen Wechselrichter (oder Inverter) 24 und einen Radiator 26. Die Aktuatoranordnung 20 umfasst eine Brennkraftmaschine 28 und ein Elektromotor/Generator(oder Motor)-System (oder -Anordnung) 30. Bei einer Ausführungsform umfasst das Elektromotorsystem 30 einen oder mehrere sinusförmig gewickelte, dreiphasige Wechselstrom-Motoren/Generatoren (AC-Motoren/Generatoren) (oder Motoren) (z. B. Permanentmagnet oder Induktion), wie sie häufig bei Kraftfahrzeugen verwendet werden (z. B. Fahrantriebssteuerungssysteme und dergleichen). Wie der Fachmann feststellt, umfasst jeder der Elektromotoren eine Statoranordnung (welche leitfähige Spulen umfasst), eine Rotoranordnung (welche einen ferromagnetischen Kern umfasst) und ein Kühlfluid (d. h. ein Kühlmittel). Die Statoranordnung und/oder die Rotoranordnung in den Elektromotoren kann mehrere (z. B. sechzehn) elektromagnetische Pole umfassen, wie allgemein verstanden wird.At the in 1 Illustrated exemplary embodiment is the motor vehicle 10 a hybrid vehicle and further includes an actuator assembly (or drivetrain) 20 , a battery 22 , an inverter (or inverter) 24 and a radiator 26 , The actuator assembly 20 includes an internal combustion engine 28 and an electric motor / generator (or engine) system (or assembly) 30 , In one embodiment, the electric motor system comprises 30 one or more sinusoidally wound, three-phase AC (AC) motor / generators (or motors) (eg, permanent magnet or induction) commonly used in motor vehicles (eg, traction control systems, and the like). As those skilled in the art will appreciate, each of the electric motors includes a stator assembly (which includes conductive coils), a rotor assembly (which includes a ferromagnetic core), and a cooling fluid (ie, a coolant). The stator assembly and / or the rotor assembly in the electric motors may comprise multiple (e.g., sixteen) electromagnetic poles, as is commonly understood.
  • Immer noch mit Bezug auf 1 und wie nachstehend genauer beschrieben wird, sind die Brennkraftmaschine 28 und das Elektromotorsystem 30 derart zusammengebaut, dass beide mit wenigstens einigen der Räder 16 durch eine oder mehrere Antriebswellen 32 mechanisch gekoppelt sind. Der Radiator 26 ist mit dem Rahmen an einem äußeren Abschnitt davon verbunden und umfasst, obwohl es nicht im Detail veranschaulicht ist, mehrere Kühlkanäle dort hindurch, welche ein Kühlfluid (d. h. ein Kühlmittel) enthalten, wie etwa Wasser und/oder Ethylenglykol (d. h. ”Frostschutz”), und ist mit der Maschine 28 und dem Wechselrichter 24 gekoppelt. Wieder mit Bezug auf 1 empfängt bei der dargestellten Ausführungsform der Wechselrichter 24 ein Kühlmittel und teilt dieses mit dem Elektromotor 30. Der Radiator 26 kann auf ähnliche Weise mit dem Wechselrichter 24 und/oder dem Elektromotor 30 verbunden sein.Still referring to 1 and as will be described in more detail below, are the internal combustion engine 28 and the electric motor system 30 assembled so that both with at least some of the wheels 16 by one or more drive shafts 32 mechanically coupled. The radiator 26 is connected to the frame at an outer portion thereof and, although not illustrated in detail, includes a plurality of cooling passages therethrough containing a cooling fluid (ie, a coolant) such as water and / or ethylene glycol (ie, "antifreeze"); and is with the machine 28 and the inverter 24 coupled. Again with respect to 1 receives the inverter in the illustrated embodiment 24 a coolant and shares this with the electric motor 30 , The radiator 26 can work in a similar way with the inverter 24 and / or the electric motor 30 be connected.
  • Das elektronische Steuerungssystem 18 steht in wirksamer Verbindung mit der Aktuatoranordnung 20, der Batterie 22 und dem Wechselrichter 24. Obwohl es nicht im Detail gezeigt ist, umfasst das elektronische Steuerungssystem 18 verschiedene Sensoren und Kraftfahrzeugsteuerungsmodule oder elektronische Steuerungseinheiten (ECUs), wie etwa ein Wechselrichtersteuerungsmodul und einen Fahrzeugcontroller, und mindestens einen Prozessor und/oder einen Speicher, welcher darin (oder in einem anderen computerlesbaren Medium) gespeicherte Anweisungen umfasst, um die Prozesse und Verfahren wie nachstehend beschrieben auszuführen.The electronic control system 18 is in effective communication with the actuator assembly 20 , the battery 22 and the inverter 24 , Although not shown in detail, the electronic control system includes 18 various sensors and vehicle control modules or electronic control units (ECUs), such as an inverter control module and a vehicle controller, and at least one processor and / or memory that includes instructions stored therein (or in other computer readable medium) about the processes and methods as follows described perform.
  • Mit Bezug auf 2 ist ein Spannungszwischenkreisumrichtersystem (oder Elektroantriebssystem) 34 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Spannungszwischenkreisumrichtersystem 34 umfasst einen Controller 36, den mit einem Ausgang des Controllers 36 gekoppelten Wechselrichter 24, den mit einem ersten Ausgang des Wechselrichters 24 gekoppelten Motor 30 und einen Modulator 38, der einen Eingang aufweist, der mit einem zweiten Ausgang des Wechselrichters 24 gekoppelt ist, und der einen Ausgang aufweist, der mit einem Eingang des Controllers 36 gekoppelt ist. Der Controller 36 und der Modulator 38 können mit dem in 1 gezeigten elektronischen Steuerungssystem 18 zusammengebaut sein. Regarding 2 is a voltage source inverter system (or electric drive system) 34 according to an exemplary embodiment of the present invention. The voltage source inverter system 34 includes a controller 36 connected to an output of the controller 36 coupled inverter 24 connected to a first output of the inverter 24 coupled engine 30 and a modulator 38 having an input connected to a second output of the inverter 24 coupled and having an output connected to an input of the controller 36 is coupled. The controller 36 and the modulator 38 can with the in 1 shown electronic control system 18 be assembled.
  • 3 veranschaulicht den Wechselrichter 24 von 1 und 2 genauer. Der Wechselrichter 24 umfasst eine dreiphasige Schaltung, die mit dem Motor 30 gekoppelt ist. Insbesondere umfasst der Wechselrichter 24 ein Schalternetzwerk mit einem ersten Eingang, der mit einer Spannungsquelle Vdc (z. B. der Batterie 22) gekoppelt ist, und einem Ausgang, der mit dem Motor 30 gekoppelt ist. Obwohl eine einzige Spannungsquelle gezeigt ist, kann eine verteilte Gleichstromverbindung (DC-Verbindung) mit zwei seriellen Quellen verwendet werden. 3 illustrates the inverter 24 from 1 and 2 more accurate. The inverter 24 includes a three-phase circuit connected to the motor 30 is coupled. In particular, the inverter includes 24 a switch network having a first input connected to a voltage source V dc (eg, the battery 22 ), and an output connected to the engine 30 is coupled. Although a single voltage source is shown, a distributed DC (DC) connection can be used with two serial sources.
  • Das Schalternetzwerk umfasst drei Paare (a, b und c) serieller Schalter mit antiparallelen Dioden (d. h. antiparallel zu jedem Schalter), welche jeder der Phasen entsprechen. Jedes der Paare serieller Schalter umfasst einen ersten Schalter oder Transistor (d. h. einen ”hohen” Schalter) 40, 42 und 44 mit einem ersten Anschluss, der mit einer positiven Elektrode der Spannungsquelle 22 gekoppelt ist, und einen zweiten Schalter (d. h. einen ”niedrigen” Schalter) 46, 48 und 50 mit einem zweiten Anschluss, der mit einer negativen Elektrode der Spannungsquelle 22 gekoppelt ist, und mit einem ersten Anschluss, der mit einem zweiten Anschluss des jeweiligen ersten Schalters 40, 42 und 44 gekoppelt ist.The switch network includes three pairs (a, b, and c) of serial switches with anti-parallel diodes (ie, antiparallel to each switch) corresponding to each of the phases. Each of the pairs of serial switches includes a first switch or transistor (ie, a "high" switch). 40 . 42 and 44 with a first terminal connected to a positive electrode of the voltage source 22 coupled, and a second switch (ie a "low" switch) 46 . 48 and 50 with a second connector connected to a negative electrode of the voltage source 22 coupled to a first terminal connected to a second terminal of the respective first switch 40 . 42 and 44 is coupled.
  • Bei einer Ausführungsform ist der Wechselrichter 24 ein Impedanzwechselrichter (Z-Source-Inverter), wie allgemein verstanden wird, und umfasst eine Impedanzquelle 52, die zwischen die Batterie 22 und das erste, zweite und dritte Paar von Schaltern gekoppelt ist, welche eine induktive Komponente (oder mindestens eine Induktivität) und eine kapazitive Komponente (oder mindestens einen Kondensator) umfasst. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst die induktive Komponente eine aufgeteilte Induktivität mit einem ersten induktiven Abschnitt 54 und einem zweiten induktiven Abschnitt 56, die jeweils eine erste und zweite Seite aufweisen. Der erste induktive Abschnitt 54 ist zwischen die ersten Schalter 40, 42 und 44 und die positive Elektrode der Batterie 22 geschaltet. Der zweite induktive Abschnitt 56 ist zwischen die zweiten Schalter 46, 48 und 50 und den negativen Anschluss der Batterie 22 geschaltet.In one embodiment, the inverter is 24 an impedance inverter (Z source inverter), as is generally understood, and includes an impedance source 52 between the battery 22 and the first, second and third pairs of switches are coupled, which comprises an inductive component (or at least one inductance) and a capacitive component (or at least one capacitor). In the illustrated embodiment, the inductive component comprises a split inductor having a first inductive portion 54 and a second inductive section 56 each having a first and second side. The first inductive section 54 is between the first switches 40 . 42 and 44 and the positive electrode of the battery 22 connected. The second inductive section 56 is between the second switches 46 . 48 and 50 and the negative connection of the battery 22 connected.
  • Die kapazitive Komponente umfasst einen ersten Kondensator 58 und einen zweiten Kondensator 60, die mit dem ersten und zweiten induktiven Abschnitt 54 und 56 in einer ”X”-Konfiguration verbunden sind. Das heißt, dass der erste Kondensator 58 einen ersten Anschluss, der mit der ersten Seite des ersten induktiven Abschnitts 54 verbunden ist, und einen zweiten Anschluss aufweist, der mit der zweiten Seite des zweiten induktiven Abschnitts 56 verbunden ist. Der zweite Kondensator 60 weist einen ersten Anschluss, der mit der zweiten Seite des ersten induktiven Abschnitts 54 verbunden ist, und einen zweiten Anschluss auf, der mit der ersten Seite des zweiten induktiven Abschnitts 56 verbunden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform umfasst der Wechselrichter 24 auch einen zusätzlichen Schalter 62, welcher den Schaltern 4050 ähneln kann, und verwendet wird, um zu ermöglichen, dass an einer Wechselrichterseite des DC-Busses eine höhere Spannung aufrechterhalten wird.The capacitive component comprises a first capacitor 58 and a second capacitor 60 connected to the first and second inductive section 54 and 56 in an "X" configuration. That is, the first capacitor 58 a first terminal connected to the first side of the first inductive section 54 is connected, and having a second terminal which is connected to the second side of the second inductive portion 56 connected is. The second capacitor 60 has a first terminal connected to the second side of the first inductive section 54 and a second terminal connected to the first side of the second inductive section 56 connected is. In the illustrated embodiment, the inverter includes 24 also an additional switch 62 which the switches 40 - 50 and is used to allow a higher voltage to be maintained on an inverter side of the DC bus.
  • In Übereinstimmung mit Aspekten dieser speziellen Erfindung und noch mit Bezug auf 1 wird das Fahrzeug 10 im Betrieb betrieben, indem Leistung an die Räder 16 von der Brennkraftmaschine 28 und der Elektromotoranordnung 30 abwechselnd und/oder von der Brennkraftmaschine 28 und der Elektromotoranordnung 30 gleichzeitig geliefert wird. Um die Elektromotoranordnung 30 mit Leistung zu versorgen, wird DC-Leistung von der Batterie 22 an den Wechselrichter 24 geliefert, welcher die DC-Leistung in AC-Leistung umwandelt, bevor die Leistung an den Elektromotor 30 gesandt wird. Wie der Fachmann feststellt, wird die Umwandlung von DC-Leistung in AC-Leistung im Wesentlichen durch ein Betreiben (d. h. wiederholtes Schalten) der Schalter 4050 in dem Wechselrichter 24 mit einer ”Schaltfrequenz”, wie z. B. 12 Kilohertz (kHz), ausgeführt.In accordance with aspects of this particular invention and still referring to 1 becomes the vehicle 10 operated in operation, adding power to the wheels 16 from the internal combustion engine 28 and the electric motor assembly 30 alternately and / or from the internal combustion engine 28 and the electric motor assembly 30 delivered simultaneously. To the electric motor assembly 30 to power, DC power is taken from the battery 22 to the inverter 24 which converts the DC power into AC power before the power to the electric motor 30 is sent. As those skilled in the art will appreciate, the conversion of DC power to AC power essentially occurs by operating (ie, repeatedly switching) the switches 40 - 50 in the inverter 24 with a "switching frequency", such. B. 12 kilohertz (kHz) executed.
  • Wieder mit Bezug auf 2 erzeugt der Controller 36 allgemein Pulsbreitenmodulationssignale (PWM-Signale) zur Steuerung der Schaltaktion des Wechselrichters 24. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erzeugt der Controller 36 vorzugsweise stetige PWM-Signale (CPWM-Signale), bei denen jeder obere und untere Schalter während eines Abschnitts jedes Schaltzyklus des Wechselrichters 24 leitet. Der Wechselrichter 24 wandelt dann die PWM-Signale in eine modulierte Spannungswellenform um, um den Motor 30 zu betreiben.Again with respect to 2 the controller generates 36 In general, pulse width modulation (PWM) signals for controlling the switching action of the inverter 24 , In a preferred embodiment, the controller generates 36 preferably continuous PWM signals (CPWM signals), in which each upper and lower switch during a portion of each switching cycle of the inverter 24 passes. The inverter 24 then converts the PWM signals into a modulated voltage waveform around the motor 30 to operate.
  • 4 veranschaulicht in graphischer Form die PWM-Signale, die von dem Controller 36 (und/oder dem Modulator 38) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für den Betrieb der Schalter 4050 erzeugt werden. Wie gezeigt ist, werden drei separate Trägersignale und drei separate Modulationssignale erzeugt, jedes für ein jeweiliges Paar der Schalter (a, b und c), die in 3 gezeigt sind. Insbesondere erzeugt der Controller 36 (und/oder der Modulator 38) ein erstes Trägersignal 64, ein erstes Modulationssignal 66, ein zweites Trägersignal 68, ein zweites Modulationssignal 70, ein drittes Trägersignal 72 und ein drittes Modulationssignal 74. Erfindungsgemäß erzeugt der Controller 36 auch ein hohes Durchschuss-Modulationssignal 76 und niedriges Durchschuss-Modulationssignal 78. 4 illustrates in graphical form the PWM signals provided by the controller 36 (and / or the modulator 38 ) according to an embodiment of the present invention for the operation of the switches 40 - 50 be generated. As shown, For example, three separate carrier signals and three separate modulation signals are generated, each for a respective pair of switches (a, b, and c) incorporated in 3 are shown. In particular, the controller generates 36 (and / or the modulator 38 ) a first carrier signal 64 , a first modulation signal 66 , a second carrier signal 68 , a second modulation signal 70 , a third carrier signal 72 and a third modulation signal 74 , The controller generates according to the invention 36 also a high shoot-through modulation signal 76 and low shoot-through modulation signal 78 ,
  • Wie nachstehend genauer beschrieben wird, kann jeder Satz aus einem Trägersignal und einem Modulationssignal zusammen mit den Durchschuss-Modulationssignalen 76 und 78 kombiniert werden, um eine ”hohe” Wellenform 80 und eine ”niedrige” Wellenform 82 zu erzeugen. Es wird angemerkt, dass die Wellenformen 80 und 82, die in 4 gezeigt sind, dem ersten Trägersignal 64 und dem ersten Modulationssignal 66 entsprechen. Wie der Fachmann feststellt, erhöhen die drei separaten Sätze aus Trägersignalen und Modulationssignalen die Frequenz des Restwelligkeitsstroms, der durch die induktive Komponente in dem Wechselrichter 24 fließt, wie durch den Restwelligkeitsstrom 84 angezeigt ist, der auch in 4 dargestellt ist.As will be described in greater detail below, each set may be comprised of a carrier signal and a modulation signal along with the shoot-through modulation signals 76 and 78 combined to form a "high" waveform 80 and a "low" waveform 82 to create. It is noted that the waveforms 80 and 82 , in the 4 are shown, the first carrier signal 64 and the first modulation signal 66 correspond. As those skilled in the art will appreciate, the three separate sets of carrier signals and modulation signals increase the frequency of the residual ripple current flowing through the inductive component in the inverter 24 flows, as by the ripple current 84 is displayed, which is also in 4 is shown.
  • Der Klarheit halber veranschaulichen 5, 6 und 7 auf graphische Weise jeweils nur einen Satz der Träger- und Modulationssignale zusätzlich zu den Durchschuss-Modulationssignalen 76 und 78 zusammen mit den zugehörigen Wellenformen. 5 zeigt das erste Trägersignal 64 und das erste Modulationssignal 66. Wie aus 5 ersichtlich ist, befindet sich die hohe Wellenform 80 in einem ”hohen” oder ”eingeschalteten” Zustand, wenn das erste Modulationssignal 66 eine Amplitude aufweist, die größer als das erste Trägersignal 64 ist, und/oder immer dann, wenn das erste Trägersignal 64 über die Durchschuss-Trägersignale 76 und 78 hinausreicht. Die in 5 gezeigte hohe Wellenform 80 wird verwendet, um den ersten oder hohen Schalter 40 in dem ersten Paar (a) von Schaltern in dem Wechselrichter 24 zu steuern. Die niedrige Wellenform 82 befindet sich in einem hohen oder eingeschalteten Zustand, wenn das erste Modulationssignal 66 eine Amplitude aufweist, die kleiner als das erste Trägersignal 64 ist und/oder immer dann, wenn das erste Trägersignal 64 über die Durchschuss-Trägersignale 76 und 78 hinausreicht. Die in 5 gezeigte niedrige Wellenform 82 wird verwendet, um den zweiten oder niedrigen Schalter 46 in dem ersten Paar (a) von Schaltern in dem Wechselrichter 24 zu steuern.For the sake of clarity, illustrate 5 . 6 and 7 in a graphical manner, only one set of the carrier and modulation signals in addition to the shoot-through modulation signals 76 and 78 along with the associated waveforms. 5 shows the first carrier signal 64 and the first modulation signal 66 , How out 5 is apparent, there is the high waveform 80 in a "high" or "on" state when the first modulation signal 66 has an amplitude greater than the first carrier signal 64 is, and / or whenever the first carrier signal 64 via the bullet carrier signals 76 and 78 extends. In the 5 shown high waveform 80 is used to switch the first or high 40 in the first pair (a) of switches in the inverter 24 to control. The low waveform 82 is in a high or on state when the first modulation signal 66 has an amplitude smaller than the first carrier signal 64 is and / or whenever the first carrier signal 64 via the bullet carrier signals 76 and 78 extends. In the 5 shown low waveform 82 is used to switch the second or low 46 in the first pair (a) of switches in the inverter 24 to control.
  • 6 zeigt das zweite Trägersignal 68 und das zweite Modulationssignal 70. Auf eine Weise, die der voranstehend beschriebenen ähnelt, werden aus dem zweiten Trägersignal 68 und dem zweiten Modulationssignal 70 zusammen mit den Durchschuss-Trägersignalen 76 und 78 eine hohe Wellenform 86 und eine niedrige Wellenform 88 gebildet. Die in 6 gezeigte hohe Wellenform 86 wird verwendet, um den ersten Schalter 42 in dem zweiten Paar (b) von Schaltern in dem Wechselrichter 24 zu steuern, und die in 6 gezeigte niedrige Wellenform 88 wird verwendet, um den zweiten Schalter 48 in dem zweiten Paar (b) von Schaltern in dem Wechselrichter 24 zu steuern. 6 shows the second carrier signal 68 and the second modulation signal 70 , In a manner similar to that described above, the second carrier signal becomes 68 and the second modulation signal 70 along with the shot-through carrier signals 76 and 78 a high waveform 86 and a low waveform 88 educated. In the 6 shown high waveform 86 is used to switch first 42 in the second pair (b) of switches in the inverter 24 to control, and in 6 shown low waveform 88 is used to switch the second 48 in the second pair (b) of switches in the inverter 24 to control.
  • 7 zeigt das dritte Trägersignal 72 und das dritte Modulationssignal 74. Auf eine Weise, die der voranstehend beschriebenen ähnelt, werden aus dem dritten Trägersignal 72 und dem dritten Modulationssignal 74 gemeinsam mit den Durchschuss-Trägersignalen 76 und 78 eine hohe Wellenform 90 und eine niedrige Wellenform 92 gebildet. Die in 7 gezeigte hohe Wellenform 90 wird verwendet, um den ersten Schalter 44 in dem dritten Paar (c) von Schaltern in dem Wechselrichter 24 zu steuern, und die in 7 gezeigte niedrige Wellenform 92 wird verwendet, um den zweiten Schalter 50 in dem dritten Paar (c) von Schaltern in dem Wechselrichter 24 zu steuern. 7 shows the third carrier signal 72 and the third modulation signal 74 , In a manner similar to that described above, the third carrier signal becomes 72 and the third modulation signal 74 together with the bullet carrier signals 76 and 78 a high waveform 90 and a low waveform 92 educated. In the 7 shown high waveform 90 is used to switch first 44 in the third pair (c) of switches in the inverter 24 to control, and in 7 shown low waveform 92 is used to switch the second 50 in the third pair (c) of switches in the inverter 24 to control.
  • Wie allgemein verstanden wird, bestimmen die Wellenformen 80, 82, 86, 88, 90 und 92 sowie der entsprechende Betrieb der Schalter die Ausgangsspannungen der verschiedenen Schenkel des Wechselrichters 24 und somit die Spannungen, die an die Wicklungen in dem Motor 30 angelegt werden. Der Betrieb jedes Paars von Schaltern (a, b und c) erzeugt daher eine jeweilige Phase der AC-Leistung, die an den Motor 30 gesandt wird.As is generally understood, the waveforms determine 80 . 82 . 86 . 88 . 90 and 92 as well as the corresponding operation of the switches the output voltages of the various legs of the inverter 24 and thus the voltages applied to the windings in the motor 30 be created. The operation of each pair of switches (a, b and c) therefore generates a respective phase of the AC power applied to the motor 30 is sent.
  • Ein Vorteil des voranstehend beschriebenen Verfahrens und Systems besteht darin, dass die Frequenz des Restwelligkeitsstroms in der induktiven Komponente in dem Wechselrichter aufgrund der separaten und überlappten Trägersignale, die verwendet werden, um jedes Paar von Schaltern (oder jede Phase des Motors) zu betreiben, erhöht wird. Bei einer Ausführungsform, die einen dreiphasigen Motor verwendet, wird die Frequenz des Restwelligkeitsstroms im Vergleich zu einer Verwendung eines einzigen Trägersignals für alle drei Phasen (24 kHz oder das zweifache der Trägerfrequenz von 12 kHz) verdreifacht (z. B. auf 72 kHz). Daher kann die Größer der induktiven Komponente in dem Wechselrichter verringert werden (z. B. auf 1/3 der benötigten Größe, wenn ein einziges Trägersignal verwendet wird).An advantage of the above-described method and system is that the frequency of the residual ripple current in the inductive component in the inverter increases due to the separate and overlapped carrier signals used to drive each pair of switches (or each phase of the motor) becomes. In one embodiment using a three-phase motor, the frequency of the residual ripple current is tripled (eg, to 72 kHz) for all three phases (24 kHz or twice the carrier frequency of 12 kHz) compared to using a single carrier signal. Therefore, the magnitudes of the inductive component in the inverter can be reduced (eg, to 1/3 of the required size if a single carrier signal is used).
  • Andere Ausführungsformen können das voranstehend beschriebene Verfahren und System bei Implementierungen verwenden, die sich nicht in Kraftfahrzeugen befinden, wie etwa Wasserfahrzeugen und Flugzeugen. Der Elektromotor und der Wechselrichter können andere Phasenzahlen aufweisen, wie etwa zwei oder vier. Es können andere Formen von Leistungsquellen verwendet werden, wie etwa Stromquellen und Lasten, welche Diodengleichrichter, Thyristorwandler, Brennstoffzellen, Induktivitäten, Kondensatoren und/oder eine beliebige Kombination daraus umfassen.Other embodiments may use the method and system described above in implementations that are not in automobiles, such as watercraft and airplanes. The electric motor and the inverter may have other phase numbers, such as two or four. Other forms of power sources may be used, such as current sources and loads, including diode rectifiers, thyristor converters, fuel cells, inductors, capacitors, and / or any combination thereof.
  • Obwohl mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der voranstehenden genauen Beschreibung dargestellt wurde, ist festzustellen, dass eine große Anzahl an Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind, und nicht dazu gedacht sind, den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken. Stattdessen wird die voranstehende genaue Beschreibung Fachleuten eine brauchbare Anleitung zur Implementierung der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es sollte verstanden sein, dass in der Funktion und Anordnung von Elementen verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren juristischen Äquivalenten offengelegt ist.Although at least one exemplary embodiment has been presented in the foregoing detailed description, it should be understood that a large number of variations exist. It is also to be understood that the exemplary embodiment or exemplary embodiments are only examples, and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration of the invention in any way. Instead, the foregoing detailed description will provide those skilled in the art with a useful guide for implementing the exemplary embodiment or the exemplary embodiment or exemplary embodiments. It should be understood that various changes may be made in the function and arrangement of elements without departing from the scope of the invention as disclosed in the appended claims and their legal equivalents.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Umwandeln von Gleichstrom-Leistung (DC-Leistung) in Wechselstrom-Leistung (AC-Leistung) durch einen Impedanzwechselrichter (24), das umfasst, dass: in einer ersten Phase (a) AC-Leistung auf der Grundlage eines erstes Trägersignals (64) bereitgestellt wird; und in einer zweiten Phase (b) AC-Leistung auf der Grundlage eines zweiten Trägersignals (68), das zum ersten Trägersignal (64) phasenverschoben ist, bereitgestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Phase (a) und die zweite Phase (b) außerdem auf der Grundlage eines hohen Durchschuss-Modulationssignals (76) und eines niedrigen Durchschuss-Modulationssignals (78) unter Verwendung des Impedanzwechselrichters (24) erzeugt werden.Method for converting direct current power (DC power) into alternating current power (AC power) through an impedance inverter ( 24 ), comprising: in a first phase (a) AC power based on a first carrier signal ( 64 ) provided; and in a second phase (b) AC power based on a second carrier signal ( 68 ) to the first carrier signal ( 64 ) is phase-shifted, characterized in that the first phase (a) and the second phase (b) are also based on a high punch-through ( 76 ) and a low shoot-through modulation signal ( 78 ) using the impedance inverter ( 24 ) be generated.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erzeugen der ersten Phase (a) umfasst, dass ein erster Satz von Schaltern (40, 46) in dem Impedanzwechselrichter (24) auf der Grundlage des ersten Trägersignals (64) und des hohen Durchschuss-Modulationssignals (76) sowie des niedrigen Durchschuss-Modulationssignals (78) betrieben wird, und das Erzeugen der zweiten Phase (b) umfasst, dass ein zweiter Satz von Schaltern (42, 48) in dem Wechselrichter (24) auf der Grundlage des zweiten Trägersignals (68) und des hohen Durchschuss-Modulationssignals (76) sowie des niedrigen Durchschuss-Modulationssignals (78) betrieben wird.The method of claim 1, wherein generating the first phase (a) comprises that a first set of switches ( 40 . 46 ) in the impedance inverter ( 24 ) based on the first carrier signal ( 64 ) and the high pass-through modulation signal ( 76 ) as well as the low shoot-through modulation signal ( 78 ), and generating the second phase (b) comprises that a second set of switches ( 42 . 48 ) in the inverter ( 24 ) based on the second carrier signal ( 68 ) and the high pass-through modulation signal ( 76 ) as well as the low shoot-through modulation signal ( 78 ) is operated.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst, dass: das erste (64) und zweite Trägersignal (68) erzeugt werden; ein erstes Modulationssignal (66) erzeugt wird, und wobei der Betrieb des ersten Satzes von Schaltern (40, 46) ferner auf dem ersten Modulationssignal (66) basiert; und ein zweites Modulationssignal (70) erzeugt wird, und wobei der Betrieb des zweiten Satzes von Schaltern (42, 48) ferner auf dem zweiten Modulationssignal (70) basiert.The method of claim 2, further comprising: the first ( 64 ) and second carrier signal ( 68 ) be generated; a first modulation signal ( 66 ), and wherein the operation of the first set of switches ( 40 . 46 ) on the first modulation signal ( 66 ) based; and a second modulation signal ( 70 ) and the operation of the second set of switches ( 42 . 48 ) further on the second modulation signal ( 70 ).
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das erste Trägersignal (64) und das erste Modulationssignal (66) und das hohe Durchschuss-Modulationssignal (76) sowie das niedrige Durchschuss-Modulationssignal (78) gemeinsam eine erste Wellenform (80, 82) bestimmen, und wobei der Betrieb des ersten Satzes von Schaltern (40, 46) ferner auf der ersten Wellenform (80, 82) basiert.Method according to claim 3, wherein the first carrier signal ( 64 ) and the first modulation signal ( 66 ) and the high punch-through modulation signal ( 76 ) as well as the low shoot-through modulation signal ( 78 ) share a first waveform ( 80 . 82 ) and wherein the operation of the first set of switches ( 40 . 46 ) further on the first waveform ( 80 . 82 ).
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das zweite Trägersignal (68) und das zweite Modulationssignal (70) und das hohe Durchschuss-Modulationssignal (76) sowie das niedrige Durchschuss-Modulationssignal (78) gemeinsam eine zweite Wellenform (86, 88) bestimmen, und wobei der Betrieb des zweiten Satzes von Schaltern (42, 48) ferner auf der zweiten Wellenform (86, 88) basiert.Method according to claim 4, wherein the second carrier signal ( 68 ) and the second modulation signal ( 70 ) and the high punch-through modulation signal ( 76 ) as well as the low shoot-through modulation signal ( 78 ) share a second waveform ( 86 . 88 ) and wherein the operation of the second set of switches ( 42 . 48 ) on the second waveform ( 86 . 88 ).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, das ferner umfasst, dass: ein drittes Trägersignal (72) erzeugt wird; und eine dritte Phase (c) auf der Grundlage des dritten Trägersignals (72) und des hohen Durchschuss-Modulationssignals (76) sowie des niedrigen Durchschuss-Modulationssignals (78) erzeugt wird.The method of claim 5, further comprising: a third carrier signal ( 72 ) is produced; and a third phase (c) based on the third carrier signal (c) 72 ) and the high pass-through modulation signal ( 76 ) as well as the low shoot-through modulation signal ( 78 ) is produced.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Erzeugen der dritten Phase (c) umfasst, dass ein dritter Satz von Schaltern (44, 50) in dem Impedanzwechselrichter (24) auf der Grundlage des dritten Trägersignals (72) und des hohen Durchschuss-Modulationssignals (76) sowie des niedrigen Durchschuss-Modulationssignals (78) betrieben wird.The method of claim 6, wherein generating the third phase (c) comprises a third set of switches ( 44 . 50 ) in the impedance inverter ( 24 ) based on the third carrier signal ( 72 ) and the high pass-through modulation signal ( 76 ) as well as the low shoot-through modulation signal ( 78 ) is operated.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst, dass ein drittes Modulationssignal (74) erzeugt wird, wobei das dritte Trägersignal (72) und das dritte Modulationssignal (74) zusammen mit dem hohen Durchschuss-Modulationssignal (76) sowie dem niedrigen Durchschuss-Modulationssignal (78) gemeinsam eine dritte Wellenform (90, 92) bestimmen, und wobei der Betrieb des dritten Satzes von Schaltern (44, 50) ferner auf der dritten Wellenform (90, 92) basiert.A method according to claim 7, further comprising that a third modulation signal ( 74 ), the third carrier signal ( 72 ) and the third modulation signal ( 74 ) together with the high shoot-through modulation signal ( 76 ) as well as the low shoot-through modulation signal ( 78 ) share a third waveform ( 90 . 92 ) and wherein the operation of the third set of switches ( 44 . 50 ) further on the third waveform ( 90 . 92 ).
  9. Verfahren zum Betreiben eines mehrphasigen Motors (30) durch einen Impedanzwechselrichter (24) mit einem Paar von Schaltern (40, 46; 42, 48; 44, 50) für jede Phase (a, b, c) des Motors (30), wobei das Verfahren umfasst, dass: ein erstes Trägersignal (64) erzeugt wird; ein hohes Durchschuss-Modulationssignal (76) und ein niedriges Durchschuss-Modulationssignal (78) erzeugt werden; ein erstes Modulationssignal (66) erzeugt wird, wobei das erste Trägersignal (64) und das erste Modulationssignal (66) zusammen mit dem hohen Durchschuss-Modulationssignal (76) sowie dem niedrigen Durchschuss-Modulationssignal (78) gemeinsam eine erste Wellenform (80, 82) bestimmen; ein erstes Paar (40, 46) der Schalter in dem Wechselrichter (24) auf der Grundlage der ersten Wellenform (80, 82) betrieben wird; ein zweites Trägersignal (68) erzeugt wird, das zum ersten Trägersignal (64) phasenverschoben ist; ein zweites Modulationssignal (70) erzeugt wird, wobei das zweite Trägersignal (68) und das zweite Modulationssignal (70) zusammen mit dem hohen Durchschuss-Modulationssignal (76) sowie dem niedrigen Durchschuss-Modulationssignal (78) gemeinsam eine zweite Wellenform (86, 88) bestimmen; und ein zweites Paar (42, 48) der Schalter in dem Wechselrichter (24) auf der Grundlage der zweiten Wellenform (86, 88) betrieben wird.Method for operating a multiphase motor ( 30 ) through a Impedance inverter ( 24 ) with a pair of switches ( 40 . 46 ; 42 . 48 ; 44 . 50 ) for each phase (a, b, c) of the engine ( 30 ), the method comprising: a first carrier signal ( 64 ) is produced; a high shoot-through modulation signal ( 76 ) and a low shoot-through modulation signal ( 78 ) be generated; a first modulation signal ( 66 ), the first carrier signal ( 64 ) and the first modulation signal ( 66 ) together with the high shoot-through modulation signal ( 76 ) as well as the low shoot-through modulation signal ( 78 ) share a first waveform ( 80 . 82 ) determine; a first pair ( 40 . 46 ) the switch in the inverter ( 24 ) based on the first waveform ( 80 . 82 ) is operated; a second carrier signal ( 68 ) generated to the first carrier signal ( 64 ) is out of phase; a second modulation signal ( 70 ), the second carrier signal ( 68 ) and the second modulation signal ( 70 ) together with the high shoot-through modulation signal ( 76 ) as well as the low shoot-through modulation signal ( 78 ) share a second waveform ( 86 . 88 ) determine; and a second pair ( 42 . 48 ) the switch in the inverter ( 24 ) based on the second waveform ( 86 . 88 ) is operated.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst, dass: ein drittes Trägersignal (72) erzeugt wird; ein drittes Modulationssignal (74) erzeugt wird, wobei das dritte Trägersignal (72) und das dritte Modulationssignal (74) zusammen mit dem hohen Durchschuss-Modulationssignal (76) sowie dem niedrigen Durchschuss-Modulationssignal (78) gemeinsam eine dritte Wellenform (90, 92) bestimmen; und das dritte Paar (44, 50) der Schalter in dem Wechselrichter (24) auf der Grundlage der dritten Wellenform (90, 92) betrieben wird.The method of claim 9, further comprising: a third carrier signal ( 72 ) is produced; a third modulation signal ( 74 ), the third carrier signal ( 72 ) and the third modulation signal ( 74 ) together with the high shoot-through modulation signal ( 76 ) as well as the low shoot-through modulation signal ( 78 ) share a third waveform ( 90 . 92 ) determine; and the third pair ( 44 . 50 ) the switch in the inverter ( 24 ) based on the third waveform ( 90 . 92 ) is operated.
  11. Kraftfahrzeugantriebssystem, das umfasst: einen Elektromotor (30); eine mit dem Elektromotor (30) gekoppelte Gleichstrom-Leistungsversorgung (DC-Leistungsversorgung) (22); einen Impedanzwechselrichter (24), der erste (40, 46) und zweite (42, 48) Paare von Schaltern umfasst und mit dem Elektromotor (30) und der DC-Leistungsversorgung (22) gekoppelt ist, um DC-Leistung von der DC-Leistungsversorgung (22) zu empfangen und Wechselstromleistung (AC-Leistung) an den Elektromotor (30) zu liefern; und einen Prozessor (36) in wirksamer Verbindung mit dem Elektromotor (30), der DC-Leistungsversorgung (22) und dem Wechselrichter (24), wobei der Prozessor (36) ausgestaltet ist, um: ein erstes Trägersignal (64) zu erzeugen; ein hohes Durchschuss-Modulationssignal (76) und ein niedriges Durchschuss-Modulationssignal (78) zu erzeugen; das erste Paar von Schaltern (40, 46) in dem Wechselrichter (24) auf der Grundlage des ersten Trägersignals (64) sowie des hohen Durchschuss-Modulationssignals (76) und des niedrigen Durchschuss-Modulationssignals (78) zu betreiben; ein zweites Trägersignal (68) zu erzeugen, das zum ersten Trägersignal (64) phasenverschoben ist; und das zweite Paar von Schaltern (42, 48) in dem Wechselrichter (24) auf der Grundlage des zweiten Trägersignals (68) sowie des hohen Durchschuss-Modulationssignals (76) und des niedrigen Durchschuss-Modulationssignals (78) zu betreiben.A motor vehicle drive system comprising: an electric motor ( 30 ); one with the electric motor ( 30 ) coupled DC power supply (DC power supply) ( 22 ); an impedance inverter ( 24 ), the first ( 40 . 46 ) and second ( 42 . 48 ) Comprises pairs of switches and with the electric motor ( 30 ) and the DC power supply ( 22 ) to supply DC power from the DC power supply ( 22 ) and AC power (AC power) to the electric motor ( 30 ) to deliver; and a processor ( 36 ) in operative communication with the electric motor ( 30 ), the DC power supply ( 22 ) and the inverter ( 24 ), the processor ( 36 ) is configured to: a first carrier signal ( 64 ) to create; a high shoot-through modulation signal ( 76 ) and a low shoot-through modulation signal ( 78 ) to create; the first pair of switches ( 40 . 46 ) in the inverter ( 24 ) based on the first carrier signal ( 64 ) as well as the high pass-through modulation signal ( 76 ) and the low shoot-through modulation signal ( 78 ) to operate; a second carrier signal ( 68 ) to the first carrier signal ( 64 ) is out of phase; and the second pair of switches ( 42 . 48 ) in the inverter ( 24 ) based on the second carrier signal ( 68 ) as well as the high pass-through modulation signal ( 76 ) and the low shoot-through modulation signal ( 78 ) to operate.
  12. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 11, wobei der Prozessor (36) ferner ausgestaltet ist, um: ein erstes Modulationssignal (66) zu erzeugen, wobei das erste Trägersignal (64) und das erste Modulationssignal (66) zusammen mit dem hohen Durchschuss-Modulationssignal (76) sowie dem niedrigen Durchschuss-Modulationssignal (78) gemeinsam eine erste Wellenform (80, 82) bestimmen und der Betrieb des ersten Paars von Schaltern (40, 46) ferner auf der ersten Wellenform (80, 82) basiert; und ein zweites Modulationssignal (70) zu erzeugen, wobei das zweite Trägersignal (68) und das zweite Modulationssignal (70) zusammen mit dem hohen Durchschuss-Modulationssignal (76) sowie dem niedrigen Durchschuss-Modulationssignal (78) gemeinsam eine zweite Wellenform (86, 88) bestimmen und der Betrieb des zweiten Paars von Schaltern (42, 48) ferner auf der zweiten Wellenform (86, 88) basiert.Motor vehicle drive system according to claim 11, wherein the processor ( 36 ) is further configured to: a first modulation signal ( 66 ), the first carrier signal ( 64 ) and the first modulation signal ( 66 ) together with the high shoot-through modulation signal ( 76 ) as well as the low shoot-through modulation signal ( 78 ) share a first waveform ( 80 . 82 ) and the operation of the first pair of switches ( 40 . 46 ) further on the first waveform ( 80 . 82 ) based; and a second modulation signal ( 70 ), the second carrier signal ( 68 ) and the second modulation signal ( 70 ) together with the high shoot-through modulation signal ( 76 ) as well as the low shoot-through modulation signal ( 78 ) share a second waveform ( 86 . 88 ) and the operation of the second pair of switches ( 42 . 48 ) on the second waveform ( 86 . 88 ).
  13. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 12, wobei der Elektromotor (30) ein mehrphasiger Elektromotor (30) ist und wobei jedes der ersten (40, 46) und zweiten (42, 48) Paare von Schaltern in dem Wechselrichter (24) jeweiligen ersten und zweiten Phasen des Elektromotors (30) zugeordnet ist.Motor vehicle drive system according to claim 12, wherein the electric motor ( 30 ) a polyphase electric motor ( 30 ) and wherein each of the first ( 40 . 46 ) and second ( 42 . 48 ) Pairs of switches in the inverter ( 24 ) respective first and second phases of the electric motor ( 30 ) assigned.
  14. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 13, wobei der Elektromotor (30) ein dreiphasiger Elektromotor (30) ist und wobei der Wechselrichter (24) ferner ein drittes Paar von Schaltern (44, 50) umfasst, das einer dritten Phase des Elektromotors (30) zugeordnet ist.Motor vehicle drive system according to claim 13, wherein the electric motor ( 30 ) a three-phase electric motor ( 30 ) and wherein the inverter ( 24 ) a third pair of switches ( 44 . 50 ), which is a third phase of the electric motor ( 30 ) assigned.
  15. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 14, wobei der Prozessor (36) ferner ausgestaltet ist, um: ein drittes Trägersignal (72) zu erzeugen; und das dritte Paar von Schaltern (44, 50) auf der Grundlage des dritten Trägersignals (72) sowie des hohen Durchschuss-Modulationssignals (76) und des niedrigen Durchschuss-Modulationssignals (78) zu betreiben.A motor vehicle drive system according to claim 14, wherein the processor ( 36 ) is further configured to: a third carrier signal ( 72 ) to create; and the third pair of switches ( 44 . 50 ) based on the third carrier signal ( 72 ) as well as the high pass-through modulation signal ( 76 ) and the low shoot-through modulation signal ( 78 ) to operate.
  16. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 15, wobei der Prozessor (36) ferner ausgestaltet ist, um ein drittes Modulationssignal (74) zu erzeugen, wobei das dritte Trägersignal (72) und das dritte Modulationssignal (74) zusammen mit dem hohen Durchschuss-Modulationssignal (76) sowie dem niedrigen Durchschuss-Modulationssignal (78) gemeinsam eine dritte Wellenform (90, 92) bestimmen und der Betrieb des dritten Paars von Schaltern (44, 50) ferner auf der dritten Wellenform (90, 92) basiert. Motor vehicle drive system according to claim 15, wherein the processor ( 36 ) is further configured to provide a third modulation signal ( 74 ), the third carrier signal ( 72 ) and the third modulation signal ( 74 ) together with the high shoot-through modulation signal ( 76 ) as well as the low shoot-through modulation signal ( 78 ) share a third waveform ( 90 . 92 ) and the operation of the third pair of switches ( 44 . 50 ) further on the third waveform ( 90 . 92 ).
  17. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 16, wobei der Wechselrichter (24) ferner eine Impedanzquelle (52) umfasst, die zwischen die DC-Leistungsquelle (22) und das erste (40, 46), zweite (42, 48) und dritte (44, 50) Paar von Schaltern geschaltet ist.Motor vehicle drive system according to claim 16, wherein the inverter ( 24 ) an impedance source ( 52 ) between the DC power source ( 22 ) and the first ( 40 . 46 ), second ( 42 . 48 ) and third ( 44 . 50 ) Pair of switches is switched.
  18. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 17, wobei die Impedanzquelle (52) mindestens eine Induktivität (54, 56) und mindestens einen Kondensator (58, 60) umfasst.Motor vehicle drive system according to claim 17, wherein the impedance source ( 52 ) at least one inductance ( 54 . 56 ) and at least one capacitor ( 58 . 60 ).
  19. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 18, wobei die mindestens eine Induktivität (54, 56) eine geteilte Induktivität umfasst, die erste (54) und zweite (56) induktive Abschnitte mit ersten und zweiten Seiten aufweist, und der mindestens eine Kondensator (58, 60) erste (58) und zweite (60) Kondensatoren umfasst, wobei der erste Kondensator (58) einen ersten Anschluss, der mit der ersten Seite des ersten induktiven Abschnitts (54) verbunden ist, und einen zweiten Anschluss aufweist, der mit der zweiten Seite des zweiten induktiven Abschnitts (56) verbunden ist, und der zweite Kondensator (60) einen ersten Anschluss, der mit der zweiten Seite des ersten induktiven Abschnitts (54) verbunden ist, und einen zweiten Anschluss aufweist, der mit der ersten Seite des zweiten induktiven Abschnitts (56) verbunden ist.Motor vehicle drive system according to claim 18, wherein the at least one inductance ( 54 . 56 ) comprises a split inductance, the first ( 54 ) and second ( 56 ) has inductive sections with first and second sides, and the at least one capacitor ( 58 . 60 ) first ( 58 ) and second ( 60 ) Capacitors, wherein the first capacitor ( 58 ) has a first terminal connected to the first side of the first inductive section ( 54 ) and a second terminal connected to the second side of the second inductive section ( 56 ), and the second capacitor ( 60 ) has a first terminal connected to the second side of the first inductive section ( 54 ) and a second terminal connected to the first side of the second inductive section ( 56 ) connected is.
  20. Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 19, wobei das erste (40, 46), zweite (42, 48) und dritte (44, 50) Paar von Schaltern mehrere Transistoren umfassen.A motor vehicle drive system according to claim 19, wherein the first ( 40 . 46 ), second ( 42 . 48 ) and third ( 44 . 50 ) Pair of switches comprise a plurality of transistors.
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