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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Leistungswandler,
und insbesondere bezieht sie sich auf eine Fahrzeugeinrichtung oder ein
Fahrzeugsystem und einen Leistungswandler mit einer Bremsschaltung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In
den letzten Jahren führt
die Weiterentwicklungen in der Technik, sowie die sich ständig weiterentwickelnden
Geschmacksrichtungen zu grundlegenden Änderungen in der Ausbildung
von Automobilen. Eine grundlegende Änderung betrifft die Komplexität von elektrischen
Systemen innerhalb von Automobilen, insbesondere alternative Treibstoff-Fahrzeuge,
wie Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellen-Fahrzeuge. Solche alternativen
Antriebs- oder Kraftstofffahrzeuge verwenden typischerweise einen oder
mehrere Elektromotoren, unter Umständen mit anderen Betätigungsmitteln,
um die Räder
anzutreiben.
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Aufgrund
der Tatsache, dass alternative Antriebsfahrzeuge normalerweise nur
Gleichstromenergiequellen (DC) (z. B. eine Batterie) aufweisen,
ist ein Gleichstrom-Wechselstrom
(DC/AC) Wandler (oder Leistungswandler) vorgesehen, um eine Gleichstrom-(DC)-Leistung in
eine Wechselstrom-(AC)-Leistung umzuwandeln, was normalerweise von
den Motoren benötigt
wird. Solche Fahrzeuge, insbesondere Brennstoffzellenfahrzeuge,
verwenden auch oft zwei getrennte Spannungsquellen, wie eine Batterie
und eine Brennstoffzelle, um den Elektromotor zu betreiben der die
Räder antreibt.
Daher werden Leistungswandler, wie Gleichstrom-Gleichstrom-(DC/DC)-Wandler,
typischerweise auch zum Steuern und Übertragung der Energie von
den zwei Spannungsquellen verwendet.
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Die
Leistungswandler (beides Gleichstrom/Wechselstrom-Wandler und Gleichspannungswandler)
können
auch so eingesetzt werden, dass die Elektromotoren zum Bremsen und
zum Aufladen der Gleichstromenergiequellen genutzt werden können. Jedoch
können
die Spannung, die gegenüber
der Energieversorgung erzeugt wird, und der Stromfluss, der in die
Energiequellen fließt,
während starker
Bremsvorgänge
auf eine Höhe
ansteigen, die eine Beschädigung
und eine Reduzierung der Lebenszeit der Stromanschlüsse verursachen
kann. Zusätzlich
können
physikalische Eigenschaften der Leistungswandler die Strommenge
die von dem Motor fließt
begrenzen und daher die Größe der Bremskraft,
die angelegt werden kann, begrenzen. Daher sind mechanische Reibbremsen
normalerweise in solchen Fahrzeugen ebenfalls enthalten.
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Es
ist daher wünschenswert
einen Leistungswandler bereitzustellen, welcher eine verbesserte
Funktionsweise bezüglich
der zuvor beschriebenen Bremseigenschaften aufweist. Ferner werden andere
wünschenswerte
Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung deutlich aus
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in
Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen und dem vorgenannten technischen Gebiet und dem Hintergrund.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
wird eine Fahrzeugeinrichtung oder ein Fahrzeugsystem bereitgestellt.
Die Fahrzeugeinrichtung weist einen Elektromotor, eine mit dem Elektromotor
gekoppelte Gleichstrom-(DC)-Energiequelle, einen Leistungswandler,
welcher mindestens einen Umwandlungsschalter aufweist, der zwischen
dem Elektromotor und der Gleichstromenergiequelle gekoppelt ist,
und eine Bremsschaltung, die zwischen dem Elektromotor und der Gleichstromenergiequelle gekoppelt
ist, wobei die Bremsschaltung einen Bremswiderstand und einen Bremsschalter
aufweist, und eine Steuerung auf, die in betätigungsbereiter Verbindung
steht mit dem Elektromotor, der Gleichstromenergiequelle, dem mindestens
einen Umwandlungsschalter und dem Bremsschalter. Die Steuerung ist
so aufgebaut, den mindestens einen Umwandlungsschalter zu betätigen, wenn
der Elektromotor mechanisch betätigt
wird, so dass ein Strom von dem Elektromotor zu der Gleichstromenergiequelle
fließt,
um selektiv den Bremsschalter zu betätigen, wenn ein Bremsparameter
der Fahrzeugeinrichtung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt,
so dass mindestens ein Teil des Stroms von dem Elektromotor durch
den Bremswiderstand fließt.
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Es
wird eine Fahrzeugantriebseinrichtung oder Fahrzeugantriebssystem
bereitgestellt. Die Fahrzeugantriebseinrichtung weist einen Elektromotor
auf, welcher einen Stator und einen Rotor aufweist, eine Gleichstromenergiequelle,
die mit dem Elektromotor gekoppelt ist, einen Leistungswandler, der
eine Vielzahl von Umwandlungsschalterpaaren aufweist, die zwischen dem
Elektromotor und der Gleichstromenergiequelle gekoppelt sind, und
eine Bremsschaltung, die einen Bremswiderstand und einen Bremsschalter
aufweist, und eine Steuerung, die in Betätigungsverbindung oder bedienbereiter
Verbindung steht mit dem Elektromotor, der Gleichstromenergiequelle,
den Umwandlungsschalterpaaren und dem Bremsschalter. Die Steuerung
ist so ausgebildet, dass sie die Umwandlungsschalterpaare betätigt, wenn
der Rotor mechanisch relativ zu dem Stator gedreht wird, so dass
ein Drehmoment auf den Rotor ausgeübt wird und ein Strom von dem
Elektromotor zu der Gleichstromenergiequelle fließt, wobei
das Drehmoment entgegengesetzt ist zu der Drehung des Elektromotors
relativ zu dem Stator, und selektiv den Bremsschalter betätigt, wenn
ein Bremsparameter der Fahrzeugantriebseinrichtung einen vorbestimmten
Schwellenwert überschreitet,
so dass mindestens ein Teil des Stroms von dem Elektromotor durch
den Bremswiderstand fließt.
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Es
wird ein Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugleistungswandlers bereitgestellt.
Der Fahrzeugleistungswandler weist mindestens einen Umwandlungsschalter
und eine Bremsschaltung auf, die zwischen dem Elektromotor und der
Gleichstromenergiequelle gekoppelt ist. Die Bremsschaltung weist einen
Bremswiderstand und einen Bremsschalter auf. Der mindestens eine
Umwandlungsschalter wird betätigt,
wenn der Elektromotor mechanisch betätigt wird, so dass ein Strom
von dem Elektromotor zu der Gleichstromenergiequelle fließt. Ein
für den Bremsparameter
kennzeichnendes Signal wird erhalten. Der Bremsschalter wird selektiv
betätigt,
wenn der Bremsparameter einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet,
so dass mindestens ein Teil des Stroms von dem Elektromotor durch
den Bremswiderstand fließt.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden in Verbindung mit den folgenden
gezeichneten Figuren beschrieben, wobei gleiche Nummern gleiche Elemente
bezeichnen, und
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1 eine
schematische Ansicht eines Beispiels eines Automobils darstellt,
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung;
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2 ein
Blockdiagramm eines Spannungsquellen-Umwandler-Systems darstellt
innerhalb des Automobils aus 1;
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3 eine
schematische Ansicht eines Wandlers zeigt innerhalb des Automobils
aus 1; und
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4 eine
Querschnitts-Seitenansicht einer Wandleranordnung zeigt gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
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Die
folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich von beispielhafter
Natur und nicht dazu gedacht die Erfindung oder die Anwendung und
Verwendungen der Erfindung zu beschränken. Ferner ist es nicht beabsichtigt
an eine genannte oder implizierte Theorie, in dem vorliegenden technischen
Gebiet, an den Hintergrund und kurze Zusammenfassung oder die folgende
detaillierte Beschreibung gebunden zu sein.
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Die
folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Merkmale die
miteinander ”verbunden” oder ”gekoppelt” sind.
Wie hier verwendet, kann ”verbunden” sich auf
ein Element/Merkmal beziehen, das mechanisch mit einem anderen Element/Merkmal
verbunden ist (oder direkt mit diesem kommuniziert) aber nicht notwendigerweise
direkt verbunden ist. Vergleichsweise kann ”gekoppelt” sich auf ein Element/Merkmal
beziehen, das direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal
verbunden ist (oder direkt oder indirekt mit diesem kommuniziert) aber
nicht notwendigerweise mechanisch verbunden ist. Es soll jedoch
so verstanden werden, dass obgleich zwei Elemente im Folgenden,
in einer Ausführungsform,
als ”verbunden” beschrieben
sind, in einer alternativen Ausführungsform ähnliche
Elemente ”gekoppelt” sind und
umgekehrt. Obwohl die schematischen Diagramme hierin beispielhafte
Anordnungen von Elementen zeigen, können zusätzlich eingreifende Elemente,
Vorrichtungen, Merkmale oder Komponenten in den aktuellen Ausführungsformen
vorgesehen sein.
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Ferner
kann auf verschiedene Komponenten und Merkmale, wie sie hier beschrieben
sind, mit speziellen zahlenmäßigen Beschreibern
Bezug genommen werden, wie das erste, zweite, dritte usw. ebenso
wie mit Positions- und/oder Winkelbeschreibern, wie horizontal und
vertikal. Solche Beschreiber werden jedoch nur für beschreibende Zwecke genutzt
in Bezug auf Zeichnungen und sollen nicht als beschränkend ausgelegt
werden, da die verschiedenen Komponenten in anderen Ausführungsformen umgeordnet
werden können.
Es ist des Weiteren so zu verstehen, dass die 1–4 lediglich
illustrativ und nicht maßstäblich sind.
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Die 1 bis 4 stellen
eine Fahrzeugeinrichtung oder ein Fahrzeugsystem dar. Die Fahrzeugeinrichtung
weist einen Elektromotor, eine Gleichstromenergiequelle (z. B. eine
Batterie) gekuppelt mit dem Elektromotor, einen Leistungswandler (z.
B. einen Wandler) und eine Steuerungseinrichtung auf. Der Leistungswandler
weist wenigstens einen Umwandlungsschalter auf, der zwischen dem Elektromotor
und dem Gleichstromanschluss gekoppelt ist und eine Bremsschaltung,
die zwischen dem Elektromotor und der Gleichstromenergiequelle gekoppelt
ist. Die Bremsschaltung weist eine Bremswiderstandseinheit und einen
Bremsschalter auf. Die Steuerungseinrichtung steht in einer bedienbereiten oder
betätigenden
Verbindung mit dem Elektromotor, der Gleichstromenergiequelle, dem
mindestens einen Umwandlungsschalter und dem Bremsschalter. Die
Steuerungseinrichtung ist ausgebildet, um den mindestens einen Umwandlungsschalter
zu betätigen,
wenn der Elektromotor mechanisch betätigt wird, so dass ein Strom
von dem Elektromotor zu der Gleichstromenergiequelle fließt und selektiv
den Bremsschalter betätigt,
wenn ein Bremsparameter des Fahrzeugsystems einen vorbestimmten
Schwellenwert überschreitet
(z. B. ein Netzspannung einer Batterie), so dass mindestens ein
Teil des Stroms von dem Elektromotor durch die Bremswiderstandseinheit
fließt.
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1 zeigt
ein Fahrzeug (oder ”Automobil”) 10 gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung. Das Automobil 10 weist ein Fahrgestell 12,
eine Karosserie 14, vier Räder 16 und ein elektronisches
Steuerungssystem 18 auf. Die Karosserie 14 ist
auf dem Fahrgestell 12 angeordnet und umschließt im Wesentlichen
die anderen Komponenten des Automobils 10. Die Karosserie 14 und
das Fahrgestell 12 können
zusammen einen Rahmen bilden. Die Räder 16 sind jeweils
drehbar an das Fahrgestell 12, in der Nähe der entsprechenden Ecken
der Karosserie 14, gekoppelt.
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Das
Automobil 10 kann jedes von mehreren verschiedenen Automobil-Typen
sein, wie zum Beispiel eine Limousine, ein Kombiwagen, ein Lastwagen
oder ein Geländewagen
(SUV) und kann einen Zweiradantrieb (2WD) (d. h., einen Hinterradantrieb oder
einen Vorderradantrieb), einen Vierradantrieb (4WD), oder einen
Allradantrieb (AWD) aufweisen. Das Automobil 10 kann ebenso
einen oder eine Kombination von verschiedenen Motortypen aufweisen, wie
zum Beispiel einen gasbetriebenen oder dieselbetriebenen Verbrennungsmotor,
einen sog. ”flex
fuel vehicle” (FFV)
Motor (d. h. die Verwendung einer Mischung aus Gas und Alkohol),
einen Gaskomponenten-Kraftstoffmotor (z. B. Wasserstoff und/oder
Erdgas), einem aus einer Kombination aus einem Verbrennungsmotor
und einem Elektromotor bestehenden hybriden Antrieb (d. h. ein Hybrid-Elektro-Fahrzeug
(HEV)) und einen Elektromotor.
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In
dem Ausführungsbeispiel,
wie es in 1 gezeigt ist, ist das Automobil 10 ein
Hybrid-Elektrofahrzeug
(HEV) und weist weiter eine Betätigungsanordnung 20,
eine Batterie (oder eine Hochspannungs-Gleichstromenergiequelle) 22,
eine Leistungswandleranordnung (z. B. einen Wandler oder eine Wandleranordnung) 24 und
einen Kühler 26 auf.
Die Betätigungsanordnung 20 weist
einen Verbrennungsmotor 28 und einen Elektromotor/Generator (oder
Motor) 30 auf. Wie einem Fachmann allgemein bekannt ist,
weist der Elektromotor 30 ein Getriebe auf und obgleich
es nicht dargestellt ist, weist er außerdem eine Statoranordnung
(einschließlich
leitender Spulen), eine Rotoranordnung (einschließlich eines
ferromagnetischen Kerns) und eine Kühlflüssigkeit (d. h. Kühlmittel)
auf. Innerhalb des Elektromotors 30 können, wie allgemein bekannt,
die Statoranordnung und/oder die Rotoranordnung eine Vielzahl von
elektromagnetischen Polen (z. B. sechzehn Pole) aufweisen.
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Weiter
Bezug nehmend auf 1, sind der Verbrennungsmotor 28 und/oder
der Elektromotor 30 so integriert, dass einer oder beide
mechanisch mit mindestens einem der Räder 16, durch eine
oder mehrere Antriebswellen 32, gekoppelt sind. In einer Ausführungsform
ist das Automobil 10 ein ”Serien HEV” in welchem ein Verbrennungsmotor
bzw. eine Brennkraftmaschine 28 nicht direkt mit dem Getriebe gekoppelt
ist aber mit einem Generator (nicht dargestellt) gekoppelt ist,
welcher verwendet wird, um den Elektromotor 30 anzutreiben.
In einer anderen Ausführungsform
ist das Automobil 10 ein ”Parallel HEV” in welchem
der Verbrennungsmotor oder die Brennkraftmaschine 28 direkt
mit dem Getriebe gekoppelt ist, beispielsweise indem der Rotor des
Elektromotors 30 drehbar mit der Antriebswelle des Verbrennungsmotors 28 gekoppelt
ist.
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Der
Kühler 26 ist
mit dem Rahmen an einem Außenabschnitt
davon verbunden und obwohl es nicht im Detail dargestellt ist, enthält er eine
Vielzahl von Kühlkanälen welche
eine Kühlflüssigkeit
(d. h. Kühlmittel)
wie Wasser und/oder Ethylenglykol (d. h. ”Frostschutzmittel”) enthalten,
und ist mit dem Motor 28 und dem Wandler oder Umrichter 24 gekoppelt. Obwohl
die Diskussion weiter unten sich auf einen Gleichstrom-Wechselstrom-(DC/AC)-Wandler
(d. h. eine DC zu AC Wandler) als eine Leistungswandleranordnung 24 bezieht,
ist es so zu verstehen, dass es für den Fachmann offensichtlich
ist, dass in anderen Ausführungsformen
Aspekte der vorliegenden Erfindung zusammen mit einem Gleichstrom-Gleichstrom-(DC/DC)-Wandler
oder Konverter verwendet werden können.
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Weiter
Bezug nehmend auf die in 1 gezeigte Ausführungsform,
enthält
das Automobil 10 auch ein Benutzereingabesystem 34 und
eine Beschleunigungsaufnehmeranordnung 36, von denen beide
mit dem Rahmen verbunden sind und in bedienbereiter Verbindung mit
dem elektronischen Steuersystem 18 stehen. Das Benutzereingabesystem 34 weist
mehrere Benutzereingabeeinrichtungen auf, wie das Lenkrad 38 und
das Bremspedal 40 neben anderen Einrichtungen. In einer
Ausführungsform
ist ein Drucksensor 42 mit dem Bremspedal 40 gekoppelt
und ausgebildet eine Kraft zu erfassen mit der das Bremspedal 40 niedergedrückt wird,
wobei er ein entsprechendes Signal erzeugt und an das elektronische
Steuersystem 18 sendet. Obwohl es nicht im Detail dargestellt
ist, weist die Beschleunigungsaufnehmeranordnung 36 einen
oder mehrere Beschleunigungsaufnehmer (z. B. mikroelektromechanische Systeme
(MEMS) Vorrichtungen) auf, die ausgebildet sind, um Beschleunigungen
(und Verzögerungen) des
Automobils 10 entlang verschiedener Achsen (z. B., Höhe (engl.
yaw), Breite und Länge)
zu erfassen und entsprechende Signale dieser Beschleunigungen zu
erzeugen.
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Bezug
nehmend auf 2 ist ein Wechselrichter mit
U-Zwischenkreis (oder elektrisches Antriebssystem) 44 gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Wechselrichter mit U-Zwischenkreis 44 weist
eine Steuerung 46 in bedienbereiter Verbindung mit einem
Pulsweiten-Modulations (Pulse Width Modulation (PWM) Modulator 48 (oder
ein Pulsweiten-Modulator) und einem Wandler 24 (an einem
Ausgang davon) auf. Der PWM-Modulator 48 ist
mit einem Steuerelement-Antrieb 50 (engl. gate driver)
gekoppelt, welcher wiederum einen Eingang aufweist, der mit einem
Eingang des Wandlers 24 gekoppelt ist. Der Wandler 24 weist einen
zweiten Ausgang auf, der mit dem Motor 30 gekoppelt ist.
Die Steuerung 46, der PWM-Modulator 48 und der
Steuerelement-Antrieb 50 können integral mit dem Steuerungssystem 18,
wie es in 1 gezeigt ist, ausgebildet sein.
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3 stellt
schematisch einen Wandler 24 gemäß 1 und 2 in
größerem Detail
dar. Der Wandler 24 weist einen Drehstromkreis auf, der
mit dem Motor 30 gekoppelt ist. Genauer gesagt weist der
Wandler 24 ein Schalternetz (engl. switch network) auf,
mit einem ersten Eingang, der mit einer Spannungsquelle Vdc (z. B. die Batterie 22) gekoppelt ist,
und einem Ausgang, der mit dem Motor 30 gekoppelt ist.
Obwohl eine einzige Spannungsquelle gezeigt ist kann ein dezentralisierter
Gleichspannungszwischenkreis mit zwei Serien- oder Reihenquellen verwendet
werden.
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Das
Schalternetz weist drei Paare (a, b und c) von Serien-Schaltern
(d. h., Umwandlungsschalter) mit antiparallelen Dioden 51 (d.
h. antiparallel zu jedem Schalter) auf, entsprechend jeder der (z.
B. drei) Phasen des Motors 30. Jedes der Paare von Serien-Schaltern
weist einen ersten Schalter oder Transistor (d. h. einen ”Hoch”-Schalter) 52, 54 und 56 mit
einem ersten Anschluss auf, der mit einer positiven Elektrode (oder
ersten Anschluss) 58 der Spannungsquelle 22 gekoppelt
ist, und einen zweiten Schalter (d. h. ”Tief” Schalter) 60, 62 und 64 der
einen zweiten Anschluss aufweist, der mit einer negativen Elektrode
(oder zweiten Anschluss) 66 der Spannungsquelle 22 gekoppelt
ist, und einen ersten Anschluss der mit einem zweiten Anschluss
des entsprechenden ersten Schalters 52, 54 und 56 gekoppelt
ist. Wie allgemein bekannt ist, kann jeder der Schalter 52, 54, 56, 60, 62 und 64 in
der Form von einzelnen Halbleitervorrichtungen, wie isolierten Bipolar-Transistoren
mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) innerhalb einer integrierten
Halbleiterschaltung, auf einem Substrat (z. B. Platte) eines Halbleiters
(z. B. Silizium) ausgebildet sein.
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Weiter
Bezug nehmend auf 3 weist der Wandler 24 gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Bremsschaltung 68 auf.
Die Bremsschaltung 68 weist einen ersten Zweig oder Teilabschnitt 70 und
einen zweiten Zweig oder Teilabschnitt 72 auf, welche parallel über den
ersten und zweiten Anschluss 58 und 66 mit der
Spannungsquelle 22 (d. h. über einen Gleichspannungszwischenkreis)
gekoppelt sind. Der erste Zweig 70 weist einen Bremswiderstand 74 und
einen in Serie geschalteten Bremsschalter 76 auf. Wie weiter
unten beschrieben wird, ist der Bremswiderstand 74 in einer
Ausführungsform
ein flüssigkeitsgekühlter Widerstand.
Der Bremsschalter 76 kann ein IGBT sein, ähnlich denen die
als Schalter 52, 54, 56, 60, 62 und 64 in
dem Schalternetz des Wandlers 24 verwendet werden aber
keine Diode aufweisen. Der zweite Zweig 72 der Bremsschaltung 68 weist
einen Elektrolytkondensator 78 auf.
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4 stellt
eine Wandleranordnung 24 dar, gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung. Bezug nehmend auf 4 enthält der Wandler 24 neben anderen
Komponenten auch ein Gehäuse
(nicht dargestellt), einen Träger 80,
der mit dem Gehäuse
verbunden und/oder in dem Gehäuse
angeordnet ist, einen Modulstapel 82 und einen Zerstäuber 84.
Das Gehäuse
kann aus einem geformten Kunststoffmaterial gebildet sein und eine
Modulkammer umschließen,
die den Modulstapel 82 und den Zerstäuber 84 umschließt. Der
Träger 80 kann
aus Metall, wie Aluminium, hergestellt sein und einen Rahmen um
verschiedene andere Komponenten des Wandlers 24 bilden,
obwohl dies nicht dargestellt ist, wie die Kondensatoranordnung,
die einen Satz oder Sätze
von leitenden, zueinander beabstandeten Platten aufweist, die zu
Spulen gewunden sind, und einen Kondensator bilden oder eine Vielzahl
von Kondensatoren, wie allgemein bekannt ist.
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Der
Modulstapel 82 ist mit dem Träger 80 verbunden und
weist ein direkt, oder doppelt gebondetes Kupfersubstrat (Direct
Copper Bonded DBC) 86 auf und eine elektronische Komponente
oder mikroelektronische Form (engl. die) 88. Die DBC Substrate 86 enthalten
einen Keramikkern 90 und zwei Kupferschichten 92 auf
gegenüberliegenden
Seiten (d. h. der oberen und unteren) des Keramikkerns (90).
Die mikroelektronische Form 88 weist ein Halbleitersubstrat
(z. B. Siliziumsubstrat) 94 auf, mit einer darauf ausgebildeten
integrierten Schaltung, welche einen oder mehrere der Schalter innerhalb
des Wandlers 24 (3) aufweist.
Die mikroelektronische Form 88 ist auf der Kupferschicht 92 auf
der Oberseite des Keramikkerns 90 auf dem DBC Substrat 86 mit
Lötmittel 96 befestigt.
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Der
Zerstäuber 84 (d.
h., ein Kühlungsmechanismus)
ist mit dem Gehäuse
verbunden und über
dem Modulstapel 82 angeordnet und insbesondere über der
mikroelektronischen Form 88. Der Zerstäuber 84 weist eine
Düse 98 auf,
die direkt auf die mikroelektronische Form 88 gerichtet
ist und durch eine Reihe von Fluidleitungen in Fluidverbindung mit dem
Kühler 26 ist,
wie in 1 gezeigt ist. Obwohl nicht speziell dargestellt,
ist in einer Ausführungsform der
Bremswiderstand 74 (3) innerhalb
einer der Fluidleitungen positioniert.
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Mit
Bezug auf die 1, 2 und 3 wird
im Betrieb das Automobil 10 betätigt, indem eine Antriebsleistung
(d. h. ein positives Drehmoment) an die Räder 16 bereitgestellt
wird, abwechselnd durch den Verbrennungsmotor 28 und den
elektrischen Motor 30 und/oder gleichzeitig durch den Verbrennungsmotor 28 und
den elektrischen Motor 30 (d. h. „Motor Modus”). Um den
Elektromotor 30 anzutreiben, wird ein Gleichstrom von der
Batterie 22 (und in dem Fall eines Brennstoffzellen-Fahrzeugs,
von der Brennstoffzelle) an den Wandler 24 bereitgestellt,
welcher den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt bevor die Antriebsleistung
an den Elektromotor 30 geleitet wird. Wie dem Fachmann
allgemein bekannt ist, wird die Umwandlung des Gleichstroms in Wechselstrom im
Wesentlichen durch das Betätigen
der Umwandlungsschalter 52, 54, 56, 60, 62 und 64 innerhalb
des Wandlers 24 bei einer „Schaltfrequenz” (FSW),
von beispielsweise 12 Kilohertz (kHz) durchgeführt. Im Allgemeinen produziert
die Steuerung 46 ein pulsweiten-moduliertes Signal (PWM)
zum Steuern der Schalteraktionen des Wandlers 24. In einer
bevorzugten Ausführungsform
produziert die Steuerung ein diskontinuierliches PWM (DPWM) Signal
mit einem einzelnen Null-Vektor der jedem der Schaltzyklen des Wandlers 24 zugeordnet
ist. Der Wandler 24 konvertiert das PWM Signal in eine
modulierte Spannungswellenform zum Betätigen des Motors 30 was bewirkt,
dass der Motor 30 magnetisch betätigt wird (oder „motorisiert”) wie allgemein
bekannt ist.
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Wie
dem Fachmann bekannt ist, kann, zusätzlich zu dem Bereitstellen
einer Antriebsleistung an die Räder 16,
während
der Motor 30 mechanisch durch die Räder 16 (d. h. die
Bewegung des Fahrzeugs 10) betätigt wird, der Motor 30 dazu
verwendet werden, ein „negatives” Drehmoment
an die Räder 16 (d.
h. ein Drehmoment in der entgegen gesetzten Richtung zu dem positiven
Drehmoment) zu übertragen,
welches zum Bremsen (d. h. zum Verlangsamen des Automobils 10)
und zum Aufladen der Batterie 22 genutzt werden kann. Ein
Benutzer kann den „Bremsmodus” (oder
Regenerationsmodus) des Betriebs des Wandlers 24 und/oder
des Motors 30 aktivieren, durch Ausüben von Druck auf das Bremspedal 40,
welches ein geeignetes Signal an das elektronische Steuerungssystem 18 sendet.
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In
einer ähnlichen
Weise in welcher ein positives Drehmoment an die Räder 16 bereitgestellt wird,
verursacht die Steuerung 46 ein negatives Drehmoment, welches
an die Räder 16 übertragen wird,
durch Bestimmen eines gewünschten
Motorstroms und das Berechnen der Spannung über die Windungen des Elektromotors 30,
der die gewünschten
Ströme
bereitstellt. Wie allgemein bekannt ist, sind während des Motor-Betriebsmodus
die Motorspannung und der Strom im Wesentlichen bezüglich des
synchronen Bezugssystems ausgerichtet (d. h. entlang der d-Achse
und q-Achse). Während
des Brems-Betriebsmodus sind die Motorspannung und der Strom jedoch
im Wesentlichen entgegensetzt (d. h. um 180° versetzt). Da die Umwandlungsschalter und
die Dioden innerhalb des Wandlers 24 jeweils dem Strom
erlauben nur in eine Richtung zu fließen, fließt der größte Teil des Stroms durch die
Umwandlungsschalter während
des Motorbetriebs, während der
größte Teil
des Stroms durch die Dioden während des
Bremsmodus fließt.
Als Ergebnis wird eine Spannung über
den Gleichspannungszwischenkreis während des Bremsmodus erzeugt,
der verursacht, dass ein Strom in die Batterie 22 fließt während ein
negatives Drehmoment an die Räder 16 angelegt
wird, infolgedessen das Automobil 10 verlangsamt wird.
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Während des
Bremsbetriebsmodus überwacht
die elektronische Steuerungseinrichtung 18 ein oder mehrere
Bremsparameter, wie die Gleichspannungszwischenkreis-Spannung, den
Druck der auf das Bremspedal 40 ausgeübt wird und/oder die Beschleunigung
oder Verzögerung,
die von der Beschleunigungsaufnehmeranordnung 36 erfasst
wird. Wenn ein oder mehrere (oder eine Kombination) der Bremsparameter
einen vorbestimmten Schwellenwert überschreiten, kann angenommen
werden, dass das Automobil einen starken Bremsvorgang erfährt, so
dass das Automobil 10 schnell abbremst oder ein Benutzer
versucht, das Fahrzeug schnell abzubremsen.
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Während eines
solchen Ereignisses kann die Gleichspannungszwischenkreis-Spannung
wesentlich erhöht
werden und eine große
Strommenge in die Batterie 22 fließen.
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Als
Antwort auf das Erfassen, dass die Bremsparameter den Schwellenwert überschreiten, aktiviert
das elektronische Steuerungssystem den Bremsschalter 76 unter
Verwendung von PWM Steuerung. Wenn der Bremsschalter aktiviert ist
(d. h. geschlossen ist) fließt
Strom von dem Motor 30 in den ersten Zweig oder Teilabschnitt 70 der
Bremsschaltung 68 und wird von dem Bremswiderstand 74 abgeführt bzw.
umgewandelt. Als Resultat wird die Gleichspannungszwischenkreis-Spannung
reduziert, was die Batterie 22 davor schützt überladen
zu werden und erlaubt, dass zusätzlicher
Strom von dem Motor 30 fließt, so dass ein negatives Drehmoment,
das an die Räder 16 angelegt
wird, erhöht
werden kann, was es ermöglicht,
dass das Automobil 10 schneller abgebremst werden kann
und es dem Automobil 10 erlaubt, dass es keine zusätzlichen
konventionellen Reibungsbremsen für die Räder 16 benötigt.
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Bezug
nehmend auf 4, wird während des Betriebs eine dielektrische
Kühlungsflüssigkeit auf
die mikroelektronische Form 88 abgegeben, um Wärme davon
abzuführen.
Die Flüssigkeit
kann dann in dem Kühler
(1) durch die Fluidleitungen zirkuliert werden.
Mehr noch kann, da der Bremswiderstand 74 in einer Ausführungsform
innerhalb einer der Fluidleitungen positioniert ist, das Kühlungsfluid außerdem Wärme von
dem Bremswiderstand 74 abführen. Infolgedessen wird die
Strommenge, die von dem Bremswiderstand 74 abgeführt werden
kann, erhöht
und ferner wird das negative Drehmoment erhöht, das an die Räder 16 angelegt
werden kann, während
die Gleichspannungszwischenkreis-Spannung auf einem gewünschten
Level gehalten werden kann.
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Während mindestens
ein Ausführungsbeispiel
in der vorgenannten detaillierten Beschreibung dargestellt wurde,
kann davon ausgegangen werden, dass eine Vielzahl von Variationen
existieren. Es kann davon ausgegangen werden, dass das Ausführungsbeispiel
oder die Ausführungsbeispiele
nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind den Schutzumfang,
die Anwendbarkeit oder den Aufbau der Erfindung in irgendeiner Weise
zu beschränken.
Mehr noch will die vorgenannte detaillierte Beschreibung dem Fachmann
einen geeigneten Plan zum Implementieren des Ausführungsbeispiels
oder der Ausführungsbeispiele
bereitstellen. Es ist so zu verstehen, dass verschiedene Änderungen
in der Funktion und in der Anordnung der Elemente durchgeführt werden
können,
ohne von dem Schutzumfang, wie in den beigefügten Ansprüchen, und den rechtlichen Äquivalenten
abzuweichen.