-
HINTERGRUND
-
(a) Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Anmeldung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren zum Bilden einer Wechselrichterschaltung. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zum Bilden einer Kondensatormodulschaltung in einem Wechselrichter zum Betreiben eines Antriebsmotors eines Elektrofahrzeugs.
-
(b) Stand der Technik
-
Ein Hybridfahrzeug betrifft im Allgemeinen ein Fahrzeug, das durch Kombinieren von wenigstens zwei unterschiedlichen Arten von Antriebsquellen angetrieben wird. In den meisten Fällen wird das Hybridfahrzeug durch einen Motor (z. B. einen internen Verbrennungsmotor, welcher eine rotierende Kraft durch Verbrennen von Kraftstoff (z. B. fossile Brennstoffe wie zum Beispiel Benzin) erzeugt, und einem Elektromotor angetrieben wird, welcher eine rotierende Kraft mit der elektrischen Leistung einer Batterie erzeugt. Solch ein beispielhaftes Hybridfahrzeug wird typischerweise als Hybridelektrofahrzeug (HEV) bezeichnet.
-
Das Hybridfahrzeug wird angetrieben in einer Elektrofahrzeug-(electric vehicle – EV)Betriebsart, welche auf eine reine Elektrofahrzeugbetriebsart nur unter Verwendung der Leistung des Elektromotors (oder Antriebsmotors) gerichtet ist, in einer Hybridelektrofahrzeug-(hybrid electric vehicle – HEV)Betriebsart, welche eine Hilfsbetriebsart unter Verwendung der rotierenden Kraft des Antriebsmotors als eine Hilfsenergiequelle mit der Verwendung der rotierenden Kraft des Verbrennungsmotors als eine Hauptenergiequelle ist, oder in einer Rückgewinnungsbremsung-(regenerative braking – RB)Betriebsart, in welcher Bremsenergie oder die Trägheitsenergie des Fahrzeugs, die durch Bremsen oder während des Fahrens durch die Trägheit erzeugt wird, durch Leistungserzeugung des Antriebsmotors zurück gewonnen und in einer Batterie gespeichert wird.
-
Ein Hybridfahrzeug umfasst typischerweise eine Batterie (z. B. eine Hochspannungsbatterie), welche ein Laden und Entladen während eines Betriebs des Fahrzeugs wiederholt um elektrische Energie zu liefern, die zum Betreiben des Antriebsmotors benötigt wird, und einen Wechselrichter zum Drehen des Antriebsmotors durch die Energie der Batterie.
-
Die Batterie liefert eine benötigte elektrische Energie und wird mit elektrischer Energie geladen, die durch den Antriebsmotor während der Rückgewinnungsbremsung erzeugt wird, und der Wechselrichter polt die Phase des von der Batterie gelieferten elektrischen Stroms um, um den Antriebsmotor anzutreiben.
-
Der Wechselrichter ist insbesondere ein Stromrichter zum Betreiben des Antriebsmotors und zum Laden der Batterie. Der Wechselrichter wandelt den elektrischen Strom der Batterie um, um den Antriebsmotor zur Bremskraftunterstützung zu betreiben und wandelt die elektrische Energie während einer Rückgewinnungsbremsung um, um die Batterie zu laden.
-
1 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein Schaltschema zwischen einer Batterie 1, einem Wechselrichter und einem Antriebsmotor 2 darstellt. Wie in 1 gezeigt, weist der Wechselrichter ein Kondensatormodul 11 einschließlich einer Mehrzahl von Kondensatoren C auf, welche sich auf die elektromagnetische Wellenleistung (electromagnetic wave performance) wie zum Beispiel EMI beziehen. EMC und die Haltbarkeit der Batterie, ein Stellmodul 12 (power module) einschließlich einer Mehrzahl von Schaltelementen S (z. B. Isolierte Gate Bipolartransistoren (IGBTs)) zur Stromumrichtung und eine Mehrzahl von Dioden D (z. B. Freilaufdioden, FWDs), eine Steuereinheit (nicht gezeigt) zum Steuern des Motordrehmoments und der Geschwindigkeit, und Stromsensoren 13 zum Messen der U-Phase-, V-Phase- und W-Phase-Ströme, die für die Steuerung benötigt werden.
-
Seit kurzem wurde mit der Entwicklung von Leistungsschaltbauelementen die Ein/Aus Schaltgeschwindigkeit des Bauelements entsprechend erhöht und, da der Wechselrichter ebenso wie der Antriebsmotor auf einem Fahrzeugchassis befestigt wird, wird das Schaltrauschen über das gesamte Fahrzeug während eines Betriebs des Wechselrichters verteilt, was zu einer Auswirkung auf Fahrzeugsteuereinheiten und ferner auf die Fahrzeugfunkempfangsleistung führt. Als Folge davon wurde eine Vielfalt von Verfahren zum Verringern des Rauschens untersucht.
-
Das durch den Wechselrichter erzeugte Schaltgrauschen wird zu dem Fahrzeugchassis über eine Befestigungsklammer des Wechselrichters und über den Antriebsmotor übertragen.
-
Gemäß den Verfahren aus dem Stand der Technik zum Verringern des elektromagnetischen Schaltrauschens wird ein Neutral-Punkt eines Y-Kondensators in einem Kondensatormodul eines Wechselrichters an ein Fahrzeugchassis angeschlossen, um das Schaltrauschen zu unterdrücken.
-
In einem Beispiel eines Verfahrens zum Gebrauch des Y-Kondensators in dem Wechselrichter offenbart die
Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2002-078352 , die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin enthalten ist, ein Verfahren zum Schützen einer Wechselrichtervorrichtung, in welcher ein Y-Kondensator verwendet wird, um Gleichtaktrauschen zu beseitigen. Die
Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2001-045767 , die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin enthalten ist, offenbart eine Wechselrichtervorrichtung, in welcher ein Leckstrom durch Zuführen eines Ausgleichsstroms von einem AC Neutralpunkt eines Y-Kondensators zu einem Erdpunkt über einen Sekundärspule eines Transformators verringert wird.
U.S. Patent Nr. 7,561,389 , die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin enthalten ist, ist auf eine AC-Spannungsausgangsvorrichtung gerichtet, welche ein Rauschen unter Verwendung eines Y-Kondensators verringert.
-
2 zeigt einen beispielhaften Wechselrichter, aufweisend ein Kondensatormodul 11 einschließlich eines Glättungskondensators C3 und Y-Kondensatoren C1 und C2 und ein Stellmodul 12 als eine Schaltrauschquelle.
-
Vorzugsweise weist das Kondensatormodul 11 in dem Wechselrichter unter Verwendung der Y-Kondensatoren C1 und C2 um das Schaltrauschen zu unterdrücken die folgenden Funktionen auf.
-
Das Kondensatormodul 11 weist eine Glättungsfunktion auf, um eine rasche Schwankung einer Spannung/Stroms eines DC Eingangsanschlusses des Wechselrichters durch Absorbieren eines hohen Mischstroms zu unterdrücken, der während dem Betrieb des Wechselrichters erzeugt wird (Differentialgeräuschunterdrückung – differential mode noise suppression). Diese Glättungsfunktion wird durch den Glättungskondensator C3 ausgeführt, um zu ermöglichen, dass der Wechselrichter normal betrieben wird und insbesondere, um die Haltbarkeit einer Batterie 1 zu erhöhen.
-
Das Kondensatormodul 11 unterdrückt ebenfalls ein Gleichtaktrauschen, welches durch die Y-Kondensatoren C1 und C2 ausgeführt wird, die an den Glättungskondensator C3 parallel in dem Kondensatormodul 11 angeschlossen sind.
-
Der durch den Glättungskondensator C3 absorbierte Mischstrom ist ein hoher Strom (z. B. mehr als 50 A), welcher entsprechend durch Wärmeerzeugung in dem Glättungskondensator C3 verbraucht wird und von dem Fahrzeugchassis isoliert ist.
-
Obwohl der Strom der Schaltrauschkomponenten, der während des Betriebs des Wechselrichters erzeugt wird und durch die Y-Kondensatoren C1 und C2 in dem Kondensatormodul 11 fließt, ein extrem geringer Strom ist (z. B. weniger als 1 mA), enthält er eine Hochfrequenzkomponente, und hat somit eine bedeutsame Auswirkung auf die elektromagnetische Wellenleistung des Wechselrichters und des Fahrzeugs. Typischerweise ist die Spezifikation des Y-Kondensators festgelegt, um eine Kapazität aufzuweisen, welche eine exzellente elektromagnetische Wellenleistung von den Proben aufweist, die durch Verändern der Kapazitäten der Y-Kondensatoren hergestellt worden sind.
-
Jedoch werden die Kapazitäten der Y-Kondensatoren C1 und C2 durch einen experimentellen Versuch festgelegt, nicht durch eine Analyse und ein Vorhersageverfahren (forecasting method). Daher führt es zu einem beträchtlichen Verlust von Arbeitskräften und Zeit, und ziehen beträchtliche Kosten nach sich um die Proben herzustellen.
-
Ferner kann das während des Betriebs des Wechselrichters erzeugte Schaltrauschen zu dem Antriebsmotor 2 übertragen werden, und das zu dem Antriebsmotor 2 übertragene Schaltrauschen wird zu dem Fahrzeugchassis übertragen, um auf diese Weise die Probleme aufgrund des Schaltrauschens zu verursachen. Jedoch hat es den Anschein, dass es keine Lösung für das Schaltrauschen gibt, das zu dem Antriebsmotor 2 übertragen wird.
-
Demzufolge bleibt im Stand der Technik eine Notwendigkeit für Kondensatormodulschaltungen in einem Wechselrichter zum Betreiben eines Antriebsmotors eines Elektrofahrzeugs bestehen.
-
Die obige in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und kann daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Fachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ANMELDUNG
-
Die vorliegende Erfindung beschreibt Verfahren zum Bilden einer Kondensatormodulschaltung in einem Wechselrichter zum Betreiben eines Antriebsmotors eines Elektrofahrzeugs, welche das während eines Betriebs des Wechselrichters erzeugte Schaltrauschen wirksam verringern können. Die vorliegende Erfindung kann in bevorzugten Ausführungsformen insbesondere die Probleme lösen, welche beträchtliche Kosten und Arbeitskräfte der Verfahren aus dem Stand der Technik benötigen.
-
In bevorzugten Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden einer Kondensatormodulschaltung bereit, aufweisend einen Y-Kondensator, um ein Schaltrauschen in einem Wechselrichter zum Betreiben eines Antriebsmotors eines Elektrofahrzeugs zu unterdrücken, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: (a) Bilden eines Kondensatormoduls durch Vorherbestimmen der Kapazität des Y-Kondensators und Messen tatsächlicher Spannungs- oder Stromwellenformen von dem Y-Kondensator; (b) Extrahieren und Separieren unabhängiger und detaillierter Frequenzkomponenten durch Filtern der Spannungs- oder Stromwellenformen mit Bezug auf Frequenzbänder und Bilden einer parallelen Ersatzschaltung einschließlich eines Impedanzwiderstands, eines Induktors und eines Kondensators an jeder der separierten Frequenzkomponenten; (c) Bestimmen eines Werts jedes Elements durch Vergleichen von Simulationswellenformen, die durch sequentielles Ändern des Werts jedes Elements (Widerstand, Induktivität und Kapazität) in der parallelen Ersatzschaltung erhalten werden, mit den tatsächlich gemessenen Spannungs- oder Stromwellenformen; und (d) Bilden eines tatsächlichen Kondensatormoduls unter Verwendung des Y-Kondensators, aufweisend die festgelegte Kapazität wenn eine parallele Impedanzersatzschaltung einschließlich der Elemente, die die festgelegten Werte aufweisen, endgültig vervollständigt ist.
-
Weitere Ausgestaltungen und bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend erläutert.
-
Es ist selbstverständlich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie z. B. Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeugen und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in Hybridelektrofahrzeuge, Wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
-
Die obigen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich oder ausführlich dargelegt in den beigefügten Zeichnungen, welche enthalten sind und einen Teil der Beschreibung bilden und der vorliegenden ausführlichen Beschreibung, welche zusammen dazu dienen, durch Beispiele die Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die obigen und weiteren Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlich mit Bezug auf deren bestimmte beispielhafte Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, welche nachfolgend lediglich der Veranschaulichung dienen und somit für die vorliegende Erfindung nicht einschränkend sind, und wobei:
-
1 zeigt ein schematisches Diagramm, das ein Schaltschema zwischen einer Batterie, einem Wechselrichter und einem Antriebsmotor in einem typischen Hybridfahrzeug darstellt;
-
2 zeigt ein Diagramm, das ein Aufbau eines Kondensatormoduls einschließlich eines Glättungskondensators und eines Y-Kondensators in einem typischen Wechselrichter darstellt;
-
3 zeigt ein Diagramm, das ein Schaltungsbildungsverfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Schaltungsbildungsverfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
-
5 zeigt ein Diagramm, das den Aufbau eines Kondensatormoduls aus dem Stand der Technik und den eines Kondensatormoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vergleicht.
-
Die in den Zeichnungen dargestellten Bezugszeichen umfassen einen Bezug auf die folgenden Elemente wie sie ferner unterhalb erläutert werden:
| 1: | Batterie | 2: | Antriebsmotor |
| 11: | Kondensatormodul | 12: | Stellmodul |
-
Es ist zu beachten, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabgerecht sind und eine etwas vereinfachte Darstellung von verschiedenen bevorzugten Merkmalen darstellen, welche die Grundsätze der Erfindung veranschaulichen. Die spezifischen Konstruktionsmerkmale der vorliegenden Erfindung wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z. B. spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Einbauorten, und Formen werden zum Teil durch die eigens dafür vorgesehene Anmeldung und der Arbeitsumgebung bestimmt.
-
In den Figuren beziehen sich die Bezugszeichen überall in den einzelnen Figuren der Zeichnungen auf die gleichen oder äquivalenten Teile der vorliegenden Erfindung.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
-
Wie hierin beschrieben umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden einer Kondensatormodulschaltung einschließlich eines Y-Kondensators, um ein Schaltrauschen in einem Wechselrichter zum Betreiben eines Antriebsmotors eines Elektrofahrzeugs zu unterdrücken, wobei das Verfahren die Schritte aufweist zum (a) Bilden eines Kondensatormoduls, (b) Extrahieren und Separieren unabhängiger und detaillierter Frequenzkomponenten, (c) Bestimmen eines Werts von jedem Element, und (d) Bilden eines tatsächlichen Kondensatormoduls.
-
In einer Ausführungsform wird das Kondensatormodul durch Vorbestimmen der Kapazität eines Y-Kondensators und Messen einer tatsächlicher Spannungs- oder Stromwellenformen des Y-Kondensators gebildet.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird das Extrahieren und Separieren unabhängiger und detaillierter Frequenzkomponenten durch Filtern der Spannungs- oder Stromwellenformen mit Bezug auf Frequenzbänder und Bilden einer parallelen Ersatzschaltung einschließlich eines Impedanzwiderstands, eines Induktors und eines Kondensators an jeder der separierten Frequenzkomponenten ausgeführt.
-
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Bestimmen des Werts von jedem Element durch Vergleichen von Simulationswellenformen bestimmt, die durch sequentielles Verändern des Werts jedes Elements (Widerstand, Induktivität und Kapazität) in der parallelen Ersatzschaltung mit den tatsächlich gemessenen Spannungs- oder Stromwellenformen erhalten.
-
In noch einer weiteren Ausführungsform wird das Kondensatormodul unter Verwendung des Y-Kondensators gebildet, der eine bestimmte Kapazität aufweist wenn eine parallele Impedanzersatzschaltung einschließlich der die bestimmten Werte aufweisenden Elemente vervollständigt ist.
-
Nachfolgend wird nun ausführlich auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wobei deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind und unterhalb beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, ist es zu beachten, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu vorgesehen ist, die Erfindung auf jene beispielhafte Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegensatz dazu ist die Erfindung dazu vorgesehen, nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen abzudecken, sondern ebenso verschiedenste Alternativen, Abänderungen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche innerhalb des Geistes und des Umfangs der Erfindung wie sie in den beigefügten Ansprüchen bestimmt ist, umfasst sein können.
-
In bevorzugten Ausführungsformen stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bilden einer Wechselrichterschaltung zum Betreiben eines Antriebsmotors eines umweltfreundlichen Fahrzeugs wie zum Beispiel eines Hybridfahrzeugs bereit. Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung vorzugsweise ein Verfahren zum Bilden einer Kondensatormodulschaltung mit Y-Kondensatoren zum Unterdrücken des elektromagnetischen Wellenrauschens eines Wechselrichters, und insbesondere des Schaltrauschens bereit, das durch ein Stellmodul während eines Betriebs des Wechselrichters erzeugt wird.
-
In bevorzugten Ausführungsformen kann das Schaltungsbildungsverfahren der vorliegenden Erfindung in geeigneter Weise eine Kondensatormodulschaltung bilden, welche das durch den Wechselrichter erzeugte Schaltrauschen entsprechend verringern kann.
-
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen wird gemäß dem Schaltungsbildungsverfahren der vorliegenden Erfindung ein Simulationsanalyse- und Vorhersageverfahren in geeigneter Weise angewandt, um die Kapazitäten von Elementen zu bestimmen, welche vorzugsweise ein Kondensatormodul bilden, wie zum Beispiel Y-Kondensatoren zum Verringern des Schaltrauschens. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen überwindet die vorliegende Erfindung die Probleme der experimentellen Verfahren aus dem Stand der Technik, welche beträchtliche Kosten und Arbeitskräfte benötigen um Proben herzustellen. In besonders bevorzugten Ausführungsformen wird ein Impedanzanpassungsverfahren zum Verringern des Schaltrauschen (d. h. elektromagnetisches Wellengeräusch) in geeigneter Weise angewandt.
-
3 zeigt ein Diagramm, das ein Schaltungsbildungsverfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Schaltungsbildungsverfahren gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. 5 zeigt ein Diagramm, das den Aufbau eines Kondensatormoduls aus dem Stand der Technik und den eines Kondensatormoduls gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vergleicht.
-
Gemäß bevorzugten beispielhaften Ausführungsformen zeigt 3 den Aufbau eines Kondensatormoduls 11 in einem Wechselrichter und den Aufbau einer Ersatzschaltung mit dämpfender Impedanz, die mit Bezug auf die Frequenzkomponenten des Schaltrauschens während des Analyseprozesses erhalten wird.
-
Um das Schaltrauschen zu verringern, das durch ein Stellmodul 12 einschließlich einer Mehrzahl von Schaltelementen S (z. B. IGBTs) und einer Mehrzahl von Dioden D während des Betriebes des Wechselrichters erzeugt wird, wird vorzugsweise der Neutralpunkt der Y-Kondensatoren C1 und C2 in geeigneter Weise mit einem Fahrzeugchassis verbunden. Obwohl die vorliegende Erfindung ebenso ein Bestimmen optimaler Kapazitäten der Y-Kondensatoren C1 und C2 bezweckt, werden die Kapazitäten der Y-Kapazität vorzugsweise durch ein Simulationsanalyse- und Vorhersageverfahren bestimmt, während die benötigten Kosten und Arbeitskräfte entsprechend verringert werden, und vorzugsweise nicht durch ein Verfahren aus dem Stand der Technik, in welchem die Kapazitäten der Y-Kondensatoren durch einen Test bestimmt werden (das heißt, eine Mehrzahl von Kondensatormodulproben werden entsprechend hergestellt und durch Verändern der Kapazität des Y-Kondensators getestet).
-
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird die Glättungsimpedanz ebenso wie die Kapazitäten der Y-Kondensatoren C1 und C2 analysiert und simuliert, um ferner eine Dämpfungsimpedanzschaltung (bezeichnet durch Z in 5) bereitzustellen, die in geeigneter Weise mit einem Dämpfungswiderstand R, einen Induktor L oder dergleichen, falls notwendig eingerichtet ist, in welcher eine optimale Dämpfungsimpedanzschaltung Z basierend auf den Kapazitäten der Y-Kondensatoren C1 und C2 eingerichtet ist, die durch die Simulation bestimmt werden.
-
Vorzugsweise wird in bestimmten beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ferner die Dämpfungsimpedanzschaltung Z vorgesehen, die mit dem Dämpfungswiderstand oder dem Induktor basierend auf den bestimmten Kapazitäten der Y-Kondensatoren C1 und C2 eingerichtet ist, in welcher der Widerstand des Dämpfungswiderstandes und die Induktivität des Induktors gemäß den Kapazitäten der Y-Kondensatoren C1 und C2 während der Simulation entsprechend bestimmt werden.
-
Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, wenn das durch das Stellmodul 12 während des Betriebs des Wechselrichters erzeugte Schaltrauschen zu dem Fahrzeugchassis durch die Y-Kondensatoren C1 und C2 des Kondensatormoduls 11 entsprechend übertragen wird, fließt ein relativ geringer Schaltstrom durch die Y-Kondensatoren C1 und C2 und dieser Strom enthält ein Oberschwingungsfrequenzrauschen.
-
Demzufolge werden unter Berücksichtigung des in dem Schaltstrom enthaltenen harmonischen Frequenzrauschens unabhängige und detaillierte Frequenzkomponenten von den Strom- oder Spannungswellenformen entsprechend extrahiert, welche von den Y-Kondensatoren tatsächlich gemessen werden, um eine Ersatzschaltung zu bilden, und während welcher eine Dämpfungswiderstandskomponente veränderlich auf der Schaltung reflektiert wird, um einen Dämpfungswiderstand zu erhalten, der den Schaltrauschstrom minimiert.
-
Der oberhalb beschriebene Prozess wird ausführlich mit Bezug auf 3 und 4 unterhalb beschrieben.
-
In einer beispielhaften Ausführungsform wird in Schritt 1 das Kondensatormodul 11 wie in 3 gezeigt durch Vorherbestimmen der Kapazitäten der Y-Kondensatoren C1 und C2 entsprechend gebildet, und die tatsächlichen Spannungs- oder Stromwellenformen werden von den vorherbestimmten Y-Kondensatoren C1 und C2 entsprechend gemessen. Vorzugsweise können die tatsächlichen Spannungs- oder Stromwellenformen von den Y-Kondensatoren gemessen werden, von welchen die Kapazitäten nicht verändert werden, oder sowohl die Spannungs- als auch die Stromwellenformen können entsprechend gemessen werden.
-
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform werden in Schritt 2 die Frequenzkomponenten von den tatsächlich gemessenen Spannungs-/Stromwellenformen in geeigneter Weise extrahiert und separiert. Vorzugsweise werden zu dieser Zeit ein Filtern der Frequenz und eine Resonanzfrequenzanalyse in geeigneter Weise durchgeführt, um die tatsächlich gemessenen Spannungs-/Stromwellenformen mit Bezug auf die Frequenzbänder zu filtern, um auf diese Weise unabhängige und detaillierte Frequenzkomponenten zu extrahieren und zu separieren. Demzufolge ist es möglich, die Frequenzkomponenten von den tatsächlich gemessenen Spannungs-/Stromwellenformen unter Verwendung eines Filters entsprechend zu extrahieren und zu separieren, der lediglich eine Frequenzkomponente eines bestimmten Frequenzbandes durchlässt, d. h. ein schneller Fouriertransformierter (FFT) Bandpassfilter. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen, zum Beispiel wie in 4 gezeigt, zeigt 4 Beispiele von fc1, fc2 und fc3, welche die detaillierten Frequenzkomponenten darstellen, die von den tatsächlich gemessenen Stromwellenformen extrahiert und separiert sind. Vorzugsweise wenn die Separation mit Bezug auf die Frequenzkomponenten in der oberhalb beschriebenen Weise gemacht wird, wird eine parallele Ersatzschaltung einschließlich Widerständen R1, R2 und R3, Induktoren L1, L2 und L3, Kondensatoren C1, C2 und C3 und eines Dämpfungsimpedanzwiderstandes Rd mit Bezug auf jede der separierten Frequenzkomponenten entsprechend gebildet.
-
In noch weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird nachfolgend in Schritt 3 die Dämpfungsimpedanz in geeigneter Weise analysiert und simuliert. Die Simulation wird vorzugsweise durch Verändern der Impedanz in solch einer Weise durchgeführt, um die Werte der entsprechenden Elemente, d. h. die Widerstände der Widerstände R1, R2, R3, R4 und Rd und die Induktivitäten der Induktoren L1, L2 und L3 in der in Schritt 2 gebildeten parallelen. Ersatzschaltung zu ändern. Ferner werden dann die in jedem Schritt erhaltenen Simulationswellenformen mit den in Schritt 2 erhaltenen tatsächlichen Spannungs- oder Stromwellenformen verglichen, um auf diese Weise eine optimale Spezifikation von jedem Element zu bestimmen.
-
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen sind die Simulationswellenformen die Spannungs- oder Stromwellenformen, welche von der parallelen Ersatzschaltung entsprechend erhalten werden können, die mit den Elementen R1 bis R3 und L1 bis L3 gebildet werden, die spezifische während der Simulation bestimmte Widerstände und Induktivitäten aufweisen. Vorzugsweise werden diese Simulationswellenformen mit den tatsächlich gemessenen Wellenformen Schritt für Schritt durch Verändern der Werte der entsprechenden Elemente in der Ersatzschaltung (Widerstände und Induktivitäten) entsprechend verglichen, um im Wesentlichen die gleichen Simulationswellenformen wie die tatsächlichen Wellenformen zu erhalten, und die Werte der Elemente in der Ersatzschaltung, die die auf diese Weise erhaltenen Simulationswellenformen aufweisen, werden letztendlich bestimmt.
-
Demzufolge wird als Ergebnis in den Schritten 3 und 4 die endgültige Ersatzschaltung des Kondensatormoduls vervollständigt, in welcher die endgültig bestimmten Werte der Elemente entsprechend reflektiert werden.
-
In weiteren beispielhaften Ausführungsformen wird in den Schritten 3 und 4 die endgültige Ersatzschaltung durch vorzugsweises Verändern des Widerstandes oder der Induktivität in der Simulationsschaltung (d. h. parallelen Ersatzschaltung) in der oberhalb beschriebenen Weise vervollständigt, um im Wesentlichen die gleichen Simulationswellenformen wie die tatsächlich gemessenen Wellenformen zu erhalten und zu dieser Zeit kann die Simulation durch Verändern der Kapazitäten der Y-Kondensatoren C1 und C2 durchgeführt werden.
-
Vorzugsweise wenn die endgültige Ersatzschaltung in den Schritten 3 und 4 vervollständigt ist, wird ein tatsächliches Kondensatormodul basierend auf der endgültigen, Ersatzschaltung hergestellt.
-
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen sind in den oberhalb beschriebenen Schritten der vorliegenden Erfindung die Kapazitäten der Y-Kondensatoren C1 und C2 des tatsächlichen Kondensatormoduls 11, die in Schritt 1 gebildet werden, die Werte die ein Designer kennt, und die unbekannten Werte sind die Impedanzwerte des Kondensatormoduls, d. h. die Widerstände und Induktivitäten. Um die unbekannten Werte zu erhalten werden daher die tatsächlichen Spannungs- und Stromwellenformen entsprechend gemessen und die Simulationsschaltung (parallele Ersatzschaltung), und die Widerstände und Induktivitäten in der Simulationsschaltung werden entsprechend eingestellt um die Werte der Elemente in der Simulationsschaltung zu bestimmen, die im Wesentlichen die gleichen Simulationswellenformen wie die tatsächlich gemessenen Wellenformen erhalten kann.
-
Vorzugsweise wenn die Simulationsschaltung, die das tatsächliche System simuliert, in der oberhalb beschriebenen Weise vervollständigt wird, wird das tatsächliche Kondensatormodul unter Verwendung der Kapazitäten der Y-Kondensatoren in geeigneter Weise hergestellt, die basierend auf der Impedanz bestimmt werden, in welchem der Designer die Dämpfungsimpedanzschaltung Z addiert, die mit den Widerständen und Induktoren eingerichtet ist, die die Widerstände und Induktivitäten aufweist, die durch das Analyse- und Vorhersageverfahren durch die Simulation bestimmt werden, um das Schaltrauschen entsprechend zu minimieren und die elektromagnetische Wellenleistung zu verbessern.
-
Vorzugsweise wird in dem oberhalb beschriebenen Prozess, wenn die Kapazitäten der Y-Kondensatoren C1 und C2 entsprechend verändert werden um die endgültigen Spezifikationen der Kondensatoren zu bestimmen, das Kondensatormodul 11 unter Verwendung der Y-Kondensatoren C1 und C2 hergestellt, die die veränderten Kapazitäten aufweisen. Vorzugsweise werden in dem Fall der Widerstände und Induktoren der Dämpfungsimpedanzschaltung Z ihre Widerstände und Induktivitäten basierend auf den somit bestimmten Kapazitäten der Y-Kondensatoren C1 und C2 entsprechend bestimmt, um die Dämpfungsimpedanzschaltung Z einzurichten.
-
Vorzugsweise kann die Dämpfungsimpedanzschaltung Z unter Verwendung der Widerstände und/oder der Induktoren entsprechend eingerichtet werden.
-
Demzufolge bildet die vorliegende Erfindung das Kondensatormodul 11 durch Bestimmen der Kapazitäten und Induktoren der Widerstände und Induktoren durch das Impedanzanpassungsverfahren, in welchem unabhängige und detaillierte Frequenzkomponenten entsprechend extrahiert werden, um eine parallele Ersatzschaltung zu bilden und die Impedanz der parallelen Ersatzschaltung wird entsprechend verändert, um im Wesentlichen die gleichen Simulationswellenformen wie die tatsächlich gemessenen Wellenformen zu erhalten, und nicht durch die Nachprüfung der elektromagnetischen Wellenleistung aus dem Stand der Technik durch einen Test. Da die Dämpfungsimpedanzschaltung Z, welche den Schaltrauschstrom minimiert, dazu addiert wird, ist es ferner möglich, eine verbesserte elektromagnetische Wellenleistung und Rauschverringerungsleistung zu erreichen, und zur gleichen Zeit, um die Kapazitäten der Y-Kondensatoren C1 und C2 viel einfacher zu bestimmen.
-
Gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen und Bezug nehmend auf 5, werden in dem Fall des Standes der Technik (a) lediglich die Kapazitäten der Kondensatoren C1 und C2 während der Bildung eines Kondensatormoduls 11 zum Verbessern der elektromagnetischen Wellenleistung bestimmt, und dadurch wird lediglich die Magnitude des Schaltrauschens verringert. Ferner ist es notwendig, die Kapazitäten der Kondensatoren C1 und C2 unter Verwendung vieler Proben experimentell zu bestimmen, und dadurch werden die Arbeitskräfte und Herstellkosten entsprechend erhöht.
-
Im Gegensatz dazu wird in dem Fall der vorliegenden Erfindung (b) die Dämpfungsimpedanz ebenso wie die Kapazitäten der Kondensatoren C1 und C2 während der Bildung des Kondensatormoduls 11 zum Verbessern der elektromagnetischen Wellenleistung entsprechend analysiert und simuliert, und eine Dämpfungsimpedanzschaltung Z wird zu dem Kondensatormodul 11 basierend auf den Ergebnissen dazu addiert. Demzufolge ist es möglich, die Magnitude des Rauschens zu verringern und die Frequenz zu steuern.
-
Vorzugsweise ist die Steuerung der Magnitude des Rauschens und der Steuerung möglich durch entsprechendes Einstellen der Kapazitäten der Y-Kondensatoren C1 und C2 des Kondensatormoduls 11 und der Widerstände und Induktivitäten der Elemente (zum Beispiele Widerstände, Induktoren etc.) der Dämpfungsimpedanzschaltung Z und entsprechendes Anordnen der entsprechenden Elemente in der Dämpfungsimpedanzschaltung Z.
-
Wie hierin beschrieben ist es gemäß den Verfahren zum Bilden der Kondensatormodulschaltung der vorliegenden Erfindung möglich, das durch das Stellmodul während des Betriebs des Wechselrichters erzeugte Schaltrauschen zu verringern. Ferner stellt die vorliegende Erfindung Verfahren bereit, die weniger Kosten und Arbeitskräfte benötigen um die Proben herzustellen, als jene die im Stand der Technik beschrieben sind.
-
Ferner kann in Verbindung mit der Verringerung des Schaltrauschens des Wechselrichter als eine elektromagnetische Wellenrauschquelle in elektrischen Fahrzeugen wie zum Beispiel in Hybridfahrzeugen, obwohl die Verfahren aus dem Stand der Technik lediglich die Magnitude des Stroms und der Spannung verringern können, die durch die Y-Kondensatoren fließen, die vorliegende Erfindung die Frequenz ebenso wie die Magnitude des Rauschens durch die Analyse der Rauschkomponenten steuern.
-
Die Erfindung wurde ausführlich mit Bezug auf deren bevorzugte Ausführungsformen beschrieben. Jedoch ist dabei zu berücksichtigen, dass durch den Fachmann Änderungen in diesen Ausführungsformen gemacht werden können, ohne von den Grundsätzen und dem Geist der Erfindung abzuweichen, wobei der Umfang der Erfindung in den beigefügten Ansprüchen und ihren Äquivalenten bestimmt ist.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2002-078352 [0011]
- JP 2001-045767 [0011]
- US 7561389 [0011]
