DE102011003372A1 - Dual source automotive propulsion system and method of operation - Google Patents

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Abstract

Es werden Automobil-Antriebssysteme und Verfahren des Betreibens geliefert. Das Automobil-Antriebssystem beinhaltet eine erste Spannungsquelle, eine Leistungselektronikeinrichtung, welche eine Vielzahl von Leistungsschalteinrichtungen aufweist, welche an eine erste Spannungsquelle gekoppelt sind, einen elektrischen Motor, welcher eine Vielzahl von Wicklungen besitzt, welche an die Vielzahl von Leistungsschalteinrichtungen gekoppelt ist, und einen Neutralknoten, welcher die Vielzahl von Wicklungen miteinander verbindet, und eine zweite Spannungsquelle, welche an den Neutralknoten des elektrischen Motors und die erste Spannungsquelle gekoppelt ist.

Description

  • Technischer Bereich
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Automobil-Antriebssysteme. Spezieller ausgedrückt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Zwei-Quellen-Automobil-Antriebssystem und das Verfahren für das Betreiben.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In jüngsten Jahren haben Fortschritte in der Technologie ebenso wie immer sich weiterentwickelnde Geschmacksrichtungen bezüglich des Stils zu wesentlichen Veränderungen in dem Design bzw. der Gestaltung von Automobilen geführt. Eine der Veränderungen beinhaltet die Komplexität der elektrischen Systeme innerhalb der Automobile, speziell bei Fahrzeugen mit alternativem Kraftsstoff (oder Antrieb), welche Spannungsversorgungen nutzen, wie z. B. Hybrid- und batterieelektrische getriebene Fahrzeuge. Derartige Fahrzeuge mit alternativem Antrieb benützen typischerweise einen oder mehrere elektrische Motoren, welche häufig durch Batterien mit Energie versorgt werden, vielleicht in Kombination mit einem anderen Aktuator, um die Räder anzutreiben.
  • Derartige Fahrzeuge (z. B. Brennstoffzellen-Fahrzeuge) benutzen oft zwei getrennte Spannungs-quellen, wie z. B. eine Batterie und eine Brennstoffzelle, um die elektrischen Motoren mit Leistung zu versorgen, welche die Räder antreiben. Leistungselektronik (oder Leistungselektronik-Einrichtungen oder -systeme), wie z. B. Gleichstrom-zu-Gleichstrom-(DC/DC-)Wandler werden typischerweise benutzt, um die DC-Leistung von den beiden Spannungsquellen zu steuern und zu übertragen. Auch aufgrund der Tatsache, dass Automobile mit alternativem Antrieb typischerweise Gleichstrom-(DC-)Leistungsversorgungen beinhalten, werden auch Gleichstrom-zu-Wechselstrom-(DC/AC-)Wechselrichter (oder Leistungswechselrichter) geliefert, um die DC-Leistung in Wechselstrom-(AC-)Leistung zu wandeln, welche im Allgemeinen von den Motoren verlangt wird.
  • Demnach beinhalten häufig Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff zwei (oder mehr) Leistungselektronikeinrichtungen, um die Leistung zwischen zwei Spannungsquellen zu steuern und um Leistung von der Spannungsquelle zu einem oder zu mehreren elektrischen Motoren zu liefern. Da die Leistungsansprüche an elektrische Systeme in Fahrzeugen mit alternativem Kraftstoff weiterhin ansteigen, gibt es eine immer zunehmendere Notwendigkeit, den elektrischen Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit derartiger Systeme zu maximieren. Es gibt auch einen gleichbleibenden Wunsch, die Größe der Bauteile innerhalb der elektrischen Systeme zu reduzieren, um die Gesamtkosten und das Gewicht der Fahrzeuge zu minimieren.
  • Entsprechend ist es wünschenswert, ein verbessertes Automobil-Antriebssystem mit zwei Spannungsquellen und das Verfahren, um ein derartiges System zu betreiben, zu liefern. Außerdem werden andere wünschenswerte Merkmale und Charakteristika der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den angehängten Ansprüchen offensichtlich, welche in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und dem vorausgegangenen technischen Bereich und Hintergrund gegeben werden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es wird ein Automobil-Antriebssystem geliefert bzw. bereitgestellt. Das Automobil-Antriebssystem beinhaltet eine erste Spannungsquelle, eine Leistungselektronikeinrichtung, welche eine Vielzahl von Leistungsschalteinrichtungen aufweist, welche an die erste Spannungsquelle gekoppelt sind, einen elektrischen Motor, welcher eine Vielzahl von Wicklungen und einen neutralen Knoten besitzt, wobei die Vielzahl der Wicklungen an die Vielzahl der Leistungsschalteinrichtungen gekoppelt ist und der neutrale Knoten die Vielzahl von Wicklungen miteinander verbindet, und eine zweite Spannungsquelle, welche an den neutralen Knoten des elektrischen Motors und die erste Spannungsquelle gekoppelt ist.
  • Es wird ein Automobil-Antriebssystem bereitgestellt. Das Automobil-Antriebssystem beinhaltet eine erste Spannungsquelle, einen Leistungswechselrichter, welcher eine Vielzahl von Leistungsschalteinrichtungen aufweist, welche an die erste Spannungsquelle gekoppelt ist, einen elektrischen Motor, welcher eine Vielzahl von Wicklungen und einen neutralen Knoten besitzt, wobei die Vielzahl der Wicklungen an die Vielzahl der Leistungsschalteinrichtungen und den neutralen Knoten gekoppelt ist, welcher die Vielzahl der Wicklungen miteinander verbindet. Eine zweite Spannungsquelle, welche an den neutralen Knoten des elektrischen Motors und die erste Spannungsquelle gekoppelt ist, und ein Verarbeitungssystem, welches in betrieblicher Kommunikation mit den ersten und zweiten Spannungsquellen, der Vielzahl von Schalteinrichtungen und dem elektrischen Motor steht. Das Verarbeitungssystem ist konfiguriert, um einen gewünschten Leistungsfluss von der zweiten Spannungsquelle zu bestimmen, eine Gleichstrom-(DC-)Komponente basierend auf dem gewünschten Leistungsfluss zu berechnen und die Vielzahl der Schalter so zu betreiben, dass eine Wechselstrom-(AC-)Wellenform mit der berechneten Gleichstrom-(DC-)Komponente erzeugt wird.
  • Ein Verfahren zum Betreiben von Automobil-Leistungselektronik wird bereitgestellt. Die Leistungselektronik beinhaltet eine Vielzahl von Leistungsschalteinrichtungen, welche an einen elektrischen Motor gekoppelt sind, welcher eine Vielzahl von Wicklungen besitzt, welche mit einem neutralen Knoten miteinander verbunden sind, eine erste Spannungsquelle und eine zweite Spannungsquelle, welche an den neutralen Knoten gekoppelt ist. Ein gewünschter Leistungsfluss für die zweite Spannungsquelle wird bestimmt. Eine DC-Komponente wird basierend auf dem gewünschten Leistungsfluss berechnet. Die Vielzahl der Schalteinrichtungen wird so betrieben, dass eine AC-Wellenform mit der berechneten DC-Komponente erzeugt wird, wodurch der gewünschte Leistungsfluss für die zweite Spannungsquelle erzeugt wird.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorliegende Erfindung wird hier nachfolgend in Verbindung mit den folgenden gezeichneten Figuren beschrieben, wobei ähnliche Ziffern ähnliche Elemente bezeichnen und:
  • 1 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Automobils entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 ein Blockschaltbild eines Anschlusssystems innerhalb des Automobils der 1 ist;
  • 3 eine schematische Ansicht eines Leistungswechselrichters, von zwei Spannungsversorgungen und einem elektrischen Motor innerhalb des Automobils der 1 ist;
  • 4 ein Kombinationsblockschaltbild und ein Ablaufdiagramm ist, welches ein System und/oder Verfahren zum Steuern eines Motors entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 5 eine graphische Darstellung von befohlenen Synchronrahmenströmen und erfassten Strömen ist, welche zu dem Betrieb eines elektrischen Motors entsprechend einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung gehören; und
  • 6 eine graphische Darstellung von erfassten Wicklungsströmen für den Betrieb des Motors der 5 ist.
  • Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform
  • Die folgende detaillierte Beschreibung ist von ihrer Art her nur beispielhaft und es ist nicht beabsichtigt, die Erfindung oder die Anwendung und das Gebrauchen der Erfindung einzugrenzen. Außerdem gibt es keine Absicht, an irgendwelche ausgedrückte oder beinhaltete Theorie, welche in dem vorhergehenden technischen Bereich, Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder der detaillierten folgenden Beschreibung beinhaltet ist, gebunden zu sein. Zusätzlich können, obwohl die schematischen Zeichnungen, welche hier gezeigt werden, Beispielanordnungen der Elemente zeigen, zusätzliche dazwischen liegende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Bauteile in einer aktuellen Ausführungsform vorhanden sein. Es sollte auch davon ausgegangen werden, dass die 1–6 nur erläuternd sind und nicht maßstabsgetreu gezeichnet sein können.
  • 1 bis 6 stellen ein Automobil-Antriebssystem und ein Verfahren, um ein derartiges System zu betreiben, dar. Das Automobil-Antriebssystem beinhaltet: eine erste Spannungsquelle (z. B. eine Brennstoffzelle), Leistungselektronik (z. B. einen Leistungswechselrichter), welcher eine Vielzahl von Leistungsschalteinrichtungen beinhaltet, welche an die erste Spannungsquelle gekoppelt sind, einen elektrischen Motor, welcher eine Vielzahl von Wicklungen besitzt, welche über einen neutralen Knoten miteinander verbunden und an die Vielzahl von Leistungsschalteinrichtungen gekoppelt sind, und eine zweite Spannungsquelle (z. B. eine Batterie), welche an den neutralen Knoten des elektrischen Motors und die erste Spannungsquelle gekoppelt ist. Ein Verarbeitungssystem kann auch beinhaltet sein, welches in betrieblicher Kommunikation mit den ersten und zweiten Spannungsquellen, der Vielzahl von Schalteinrichtungen und dem elektrischen Motor ist. Das Verarbeitungssystem kann so konfiguriert sein, um einen gewünschten Leistungsfluss für die zweite Spannungsquelle zu bestimmen, eine Gleichstrom-(DC-)Komponente basierend auf dem gewünschten Leistungsfluss zu berechnen und die Vielzahl der Schalter so zu betreiben, dass eine Wechselstrom-(AC-)Wellenform mit der berechneten DC-Komponente erzeugt wird.
  • 1 stellt ein Fahrzeug (oder ”Automobil”) 10 dar, entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Automobil 10 beinhaltet ein Fahrgestell 12, einen Fahrzeugaufbau 14, vier Räder 16 und ein elektrisches Steuersystem 18. Der Fahrzeugaufbau 14 ist auf dem Fahrgestell 12 angeordnet und umfasst im Wesentlichen die anderen Bauteile des Automobils 10. Der Fahrzeugaufbau 14 und das Fahrgestell 12 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 16 sind drehbar an dem Fahrgestell 12 in der Nähe jeweiliger Ecken des Fahrzeugaufbaus 14 angeordnet.
  • Das Automobil 10 kann irgendeines aus einer Anzahl von unterschiedlichen Typen von Automobilen sein, wie z. B. eine Limousine, ein Wagen, ein Lastwagen oder ein Fahrzeug für sportliche Verwendung (SUV), und kann einen Zweiradantrieb (2WD) (d. h. Hinterradantrieb oder Vorderradantrieb), einen Vierradantrieb (4WD) oder einen Allradantrieb (AWD) besitzen. Das Automobil 10 kann auch eine oder eine Kombination einer Anzahl von unterschiedlichen Typen von Maschinen (oder Aktuatoren) eingebaut haben, wie z. B. eine Verbrennungsmaschine für Benzin oder Diesel, eine Maschine für ein ”flex fuel vehicle”- bzw. ein ”Fahrzeug für flexiblen Kraftstoff” (FFV) (d. h. welches eine Mischung aus Benzin und Alkohol benutzt), eine mit einem Gasbestandteil (z. B. Wasserstoff und/oder Naturgas) als Kraftstoff betriebene Maschine, oder eine Brennstoffzelle, eine Verbrennungs-/elektrische Motor-Hybridmaschine (d. h. wie z. B. in einem hybrid-elektrischem Fahrzeug (HEV)), und einen elektrischen Motor.
  • In der beispielhaften Ausführungsform, welche in 1 dargestellt wird, ist das Automobil 10 ein Fahrzeug mit Brennstoffzelle und beinhaltet ferner eine Aktuatoranordnung 20, ein Brennstoffzellen-Leistungsmodul (FCPM) (oder erste Spannungsquelle oder -versorgung) 22, eine Batterie (oder eine zweite Spannungsquelle oder -versorgung) 24, eine Leistungselektronikanordnung (z. B. einen Gleichstrom-zu-Wechselstrom-(DC/AC-)Wechselrichter oder -Wechselrichteranordnung) 26 und einen Kühler 28. Es sollte beachtet werden, dass, in wenigstens einer Ausführungsform, das Automobil 10 keinen separaten Gleichstrom-zu-Gleichstrom-(DC/DC-)Leistungswandler beinhaltet.
  • Noch mit Bezug auf 1 beinhaltet die Aktuatoranordnung 20 einen elektrischen Motor/Generator (oder Motor) 30, welcher mit einem Getriebe so integriert ist, dass es mechanisch an wenigstens einige der Räder 17 über eine oder mehrere Antriebswellen 32 gekoppelt ist.
  • Wie gezeigt wird, sind das FCPM 22 und die Batterie 24 in betrieblicher Verbindung und/oder elektrisch mit dem elektronischen Steuersystem 18 und der Leistungselektronikanordnung 26 verbunden. Obwohl nicht dargestellt, beinhaltet das FCPM 22 in einer Ausführungsform, neben anderen Bauteilen, eine Brennstoffzelle, welche eine Anode, eine Kathode, einen Elektrolyten und einen Katalysator besitzt. Wie allgemein verstanden wird, führt die Anode oder die negative Elektrode Elektronen, welche z. B. aus Wasserstoffmolekülen freigesetzt sind, so dass sie in einer externen Schaltung benutzt werden können. Die Kathode oder positive Elektrode führt die Elektronen von der externen Schaltung zu dem Katalysator zurück, wo sie mit den Wasserstoffionen und dem Sauerstoff rekombinieren können, um Wasser zu bilden. Der Elektrolyt oder die Protonenaustauschmembran führt nur positiv geladene Ionen, während die Elektronen blockiert werden, während der Katalysator die Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff erleichtert. Die Batterie 24 ist beispielsweise eine Hochspannungs-Lithiumionenbatterie, wie dies allgemein verstanden wird.
  • Der Kühler 28 ist mit dem Rahmen an einem äußeren Teil davon verbunden, und obwohl nicht im Detail dargestellt, beinhaltet er viele Kühlkanäle darin, welche eine Kühlflüssigkeit (d. h. Kühlmittel), wie z. B. Wasser und/oder Ethylglycol (d. h. ”Antigefriermittel”), enthalten, und ist mit der Aktuatoranordnung 20 und der Leistungselektronikanordnung 26 gekoppelt. In der dargestellten Ausführungsform empfängt die Leistungselektronikanordnung 26 das Kühlmittel und teilt sich dieses mit dem elektrischen Motor 30. Jedoch können andere Ausführungsformen getrennte Kühlmittel für die Leistungselektronikanordnung 26 und den elektrischen Motor 30 benutzen. Der Kühler 28 kann in ähnlicher Weise mit der Leistungselektronikanordnung und/oder dem elektrischen Motor 30 verbunden sein.
  • Das elektronische Steuersystem 18 ist in betrieblicher Verbindung mit der Aktuatoranordnung 20, der FCPM 22, der Batterie 24 und der Leistungselektronikanordnung 26. Obwohl nicht im Detail gezeigt, beinhaltet das elektronische Steuersystem 18 verschiedene Sensoren und Automobilsteuermodule oder elektronische Steuereinheiten (ECUs), wie z. B. ein Wechselrichtersteuermodul, ein Motorsteuerglied und ein Fahrzeugsteuerglied und wenigstens einen Prozessor (oder ein Verarbeitungssystem) und/oder einen Speicher, welcher Instruktionen besitzt, die darauf gespeichert sind (oder in einem anderen von einem Computer lesbaren Medium), um die Prozesse und Verfahren auszuführen, wie dies nachfolgend beschrieben wird.
  • Mit Bezug auf 2 wird ein Wechselrichtersteuersystem (oder elektrisches Antriebssystem) 34 entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Steuersystem 34 beinhaltet ein Steuerglied 36 in betrieblicher Verbindung mit einer Pulsbreiten-Modulations-(PWM-)Einheit (oder einem Pulsbreitenmodulationsglied) 38 und der Leistungselektronikanordnung 26 (an einem Ausgang derselben). Das PWM-Modulationsglied 38 ist an ein Gate-Treiberglied 39 gekoppelt, welches umgekehrt einen Eingang besitzt, welcher an einen Eingang der Leistungselektronikanordnung 26 gekoppelt ist. Die Leistungselektronikanordnung 26 besitzt einen zweiten Ausgang, welcher an den Motor 30 gekoppelt ist. Das Steuerglied 36 und das PWM-Modulationsglied 38 können integral mit dem elektronischen Steuersystem 18 verbunden sein, welches in 1 gezeigt wird.
  • 3 stellt schematisch das FCPM 22, die Leistungselektronikanordnung (oder den Wechselrichter) 26 und den Motor 30 der 1 und 2 in größerem Detail dar. Die Leistungselektronikanordnung 26 beinhaltet eine Dreiphasenschaltung, welche an den Motor 30 gekoppelt ist. Spezieller ausgedrückt, der Wechselrichter 26 beinhaltet ein Schaltnetz, welches an den FCPM 22 (d. h. eine erste Spannungsquelle (VDCI)), die Batterie 24 (d. h. eine zweite Spannungsquelle (VDC2)) und den Motor 30 gekoppelt ist.
  • Wie von einem Fachmann gewürdigt werden wird, ist der elektrische Motor 30 in einer Ausführungsform ein elektrischer Permanentmagnetmotor (jedoch können andere Arten von elektrischen Motoren mit einer neutralen Verbindung in anderen Ausführungsformen benutzt werden) und beinhaltet eine Statoranordnung 40 (welche leitende Spulen oder Wicklungen beinhaltet) und eine Rotoranordnung 42 (welche einen ferromagnetischen Kern und/oder Magnete beinhaltet) ebenso wie ein Getriebe und eine Kühlflüssigkeit (nicht gezeigt). In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet die Statoranordnung 40 eine Vielzahl (z. B. drei) leitende Spulen oder Wicklungen 44, 46 und 48, von welchen jede mit einer der drei Phasen des elektrischen Motors 30 verbunden ist, wie dies allgemein verstanden wird, und einen Neutralknoten 49, welcher die Wicklungen 44, 46 und 48 miteinander verbindet. Der Neutralknoten 49 kann so ausgelegt sein, dass eine elektrische Verbindung über eine externe Wand des Motors 30 hergestellt werden kann.
  • Die Rotoranordung 42 beinhaltet eine Vielzahl von Magneten 50 und ist drehbar an die Statoranordnung 40 gekoppelt, wie dies allgemein verstanden wird. Die Magnete 50 können viele elektromagnetische Pole (z. B. sechzehn Pole) beinhalten. Es sollte davon ausgegangen werden, dass die oben gelieferte Beschreibung als Beispiel eines Typs von elektrischem Motor geliefert wird, welcher benutzt werden kann.
  • Das Schaltnetz weist drei Paare (a, b und c) der Serienleistungsschalteinrichtungen (oder Schalter) 52–62 mit antiparallelen Dioden 64 (d. h. antiparallel zu jedem Schalter) auf, entsprechend zu jeder der Phasen des Motors 30. Jedes der Paare der Serienschalter weist erste und zweite Schalter oder Transistoren auf.
  • Der erste Schalter in jedem Paar (d. h. ein ”hoher” Schalter) 52, 54 und 56 besitzt einen ersten Anschluss (oder Drain), welcher an eine positive Elektrode des FCPM 22 gekoppelt ist. Der zweite Schalter in jedem Paar (d. h. ein ”niedriger” Schalter) 58, 60 und 62 besitzt einen zweiten Anschluss (oder Quelle), welcher bzw. welche an eine negative Elektrode des FCPM 22 gekoppelt ist, und einen ersten Anschluss, welcher an einen zweiten Anschluss des jeweiligen ersten Schalters 52, 54 und 56 über einen Transistorknoten 66 so gekoppelt ist, dass die ersten und zweiten Schalter in jedem Paar in Reihe verbunden sind.
  • Noch mit Bezug auf 3 ist die positive Elektrode der Batterie 24 mit dem Neutralknoten 49 des elektrischen Motors 30 verbunden, und die negative Elektrode der Batterie 24 ist mit dem Drain der zweiten Schalter 59, 60 und 62 verbunden, ebenso wie die negative Elektrode des FCPM 22.
  • Wie allgemein verstanden wird, kann jeder der Schalter 52–62 in der Form von individuellen Halbleitereinrichtungen sein, wie z. B. isolierte Gate-Bipolar-Transistoren (IGBTs) innerhalb der integrierten Schaltungen, welche auf den Halbleiter (z. B. Silicium-)Substraten (z. B. Chip) gebildet sind. Wie gezeigt wird, ist jede der Dioden 64 in einer antiparallelen Konfiguration (d. h. einer ”Sperr”- oder ”Freilauf”-Diode) an einen jeweiligen Schalter 52–62 angeschlossen. Demnach können die Schalter 52–62 und die jeweilige Diode 64 so verstanden werden, dass sie ein Schalt-Diodenpaar oder einen -satz bildet, von denen sechs in der gezeigten Ausführungsform gebildet sind.
  • Noch mit Bezug auf 3 beinhaltet der Wechselrichter 26 und/oder der Motor 30 auch eine Vielzahl von Stromsensoren 68, von denen jeder so konfiguriert ist, dass er den Stromfluss durch eine jeweilige Windung 44, 46 und 48 des Motors 30 und/oder durch die jeweiligen Schalter 52. 62 oder Dioden 64) und den Neutralknoten 49 detektiert. In einer Ausführungsform sind die Stromsensoren 66 Hall-Effekt-Sensoren. Obwohl jede der Wicklungen 44, 46 und 48 gezeigt werden, dass sie einen dazugehörigen Stromsensor 68 besitzen, ist davon auszugehen, dass in einigen Ausführungsformen wenigstens eine der Wicklungen 44, 46 und 48 oder der Neutralknoten 49 keinen derartigen Stromsensor haben können.
  • Während des Normalbetriebs (d. h. während des Fahrens), mit Bezug auf 1, wird das Automobil 10 durch das Liefern von Leistung an die Räder 16 mit dem elektrischen Motor 30 betrieben, welcher Leistung von der FCPM 22 und der Batterie 24 in einer alternierenden Weise und/oder mit der FCPM 22 und der Batterie 24 gleichzeitig empfängt. Um den Motor 30 anzutreiben, wird DC- bzw. Gleichstromleistung von der FCPM 22 und der Batterie 24 an die Leistungselektronikanordnung 26 geliefert, welche die DC- bzw. Gleichstromleistung in eine AC- bzw. Wechselstromleistung wandelt, wie dies allgemein in der Fachwelt verstanden wird. Wie nachfolgend beschrieben wird, wenn der Motor keine Maximalleistung, welche von der FCPM 22 ausgegeben wird, erfordert, kann die zusätzliche Leistung von der FCPM 22 benutzt werden, um die Batterie 24 aufzuladen. Wenn der Motor 30 sowohl die Maximalleistung, welche aus der FCPM 22 ausgegeben wird, als auch die Leistung von der Batterie 24 erfordert, kann die Leistung von der Batterie 24 in Kombination mit dem FCPM 22 benutzt werden, um den Motor 30 zu betreiben. Wie von einem Fachmann gewürdigt werden wird, wird die Wandlung der DC-Leistung in AC-Leistung im Wesentlichen durch das Betreiben (d. h. wiederholtes Schalten) der Transistoren innerhalb des Wechselrichters 26 bei einer Betriebs-(oder Schalt-)Frequenz, wie z. B. 12 Kilohertz (kHz), durchgeführt.
  • Mit Bezug auf 2 produziert das Steuerglied 36 im Allgemeinen ein Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Signal, um die Schaltaktion der Leistungselektronik 26 zu steuern. Die Leistungselektronik 26 wandelt dann das PWM-Signal in eine modulierte Spannungswellenform um, um den Motor 30 zu betreiben. Das Wechselrichtersteuersystem 34 der 2 liefert viele Operationen, wobei Normal- oder Vorwärtsbetrieb beinhaltet sind, jedoch nicht auf diese begrenzt ist, das Empfangen eines Drehmomentbefehls, das Wandeln des Drehmomentsbefehls in Strombefehle, basierend auf der vorhandenen Geschwindigkeit und der verfügbaren Spannung, und das Durchführen der Regelung an diesen Strombefehlen.
  • Das Ausgangssignal des Stromreguliergliedes (nicht gezeigt) ist die Ausgangsspannung, welche benötigt wird, um die erforderlichen Ströme zu erzeugen. Die PWM-Einheit 38 und das Gate-Treiberglied 39 erzeugt die notwendigen Gate-Pulse bei einem speziellen Tastgrad, welche zu dem Wechselrichter 26 gesendet werden, um den elektrischen Motor 30 bei der gewünschten Geschwindigkeit und/oder Drehmoment zu steuern. Zusätzliche Berücksichtigungen können durch den Vorwärtssteuerpfad angewendet werden, wie z. B. Systemtemperaturen, -eingrenzungen und zusätzliche Kommunikation oder Rückkopplung an die Gesamtsystemsteuerung bezüglich des Betriebsstatus und der Verfügbarkeit.
  • Entsprechend einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung liefert die Leistungselektronikeinrichtung 26 Leistung an den elektrischen Motor 30 aus der Brennstoffzelle 22 und der Batterie 24, während sie auch den Leistungsfluss zwischen der Brennstoffzelle 22 und der Batterie 24 steuert. Demnach funktioniert in einer Ausführungsform eine einzelne Leistungselektronikeinrichtung (z. B. der Wechselrichter 26) sowohl als ein DC/AC-Wechselrichter als auch als ein DC/DC-Wandler. Wie im größeren Detail nachfolgend beschrieben wird, wird dies im Allgemeinen durch Betreiben der Leistungsschalteinrichtung innerhalb des Wechselrichters 26 in einer derartigen Weise betrieben, dass eine AC-Wellenform erzeugt wird, welche veranlasst, dass Leistung von der DC-Verbindung an den elektrischen Motor 30 zu liefern ist. Um den Leistungsfluss zwischen der Brennstoffzelle 22 und der Batterie 24 zu steuern, wird die AC-Wellenform mit einer DC-Komponente erzeugt (d. h. einem verhältnismäßig konstanten Stromversatz). Der Wert dieses Versatzes basiert auf dem gewünschten Stromfluss zu (d. h. zu oder von) der Batterie 24.
  • 4 stellt ein Motor-(oder Drehmoment-)Steuersystem (und/oder -verfahren) 100 dar, entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System beinhaltet einen Strombefehlsblock 102, einen Stromsteuerkreis 104 und ein Stromüberwachungsglied 106. Wie von einem Fachmann gewürdigt werden wird, kann das Steuersystem 100 in einer Ausführungsform innerhalb des elektronischen Steuersystems 18 implementiert sein (d. h. in Form von Instruktionen, welche auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert sind oder als ”Software”), speziell einem Wechselrichtersteuermodul innerhalb des elektronischen Steuersystems 18. Jedoch können in anderen Ausführungsformen Teile des Steuersystems 100 als Hardware implementiert sein, wie z. B. eine Schaltung, welche diskrete elektronische Bauteile benutzt.
  • Wie gezeigt wird, empfängt das Steuersystem 100 als Eingangssignal (d. h. von verschiedenen anderen Untersystemen und Sensoren im Automobil 10) einen Drehmomentbefehl (T*), Wicklungsströme (Ia, Ib, IC) (wie sie von drei der Stromsensoren 68, welche oben beschrieben sind) gemessen werden), verfügbare Spannungen von den ersten und zweiten Spannungsquellen (Vdc1, Vdc2), die Winkelgeschwindigkeit des Motors (ωr) (oder des Rotors innerhalb des Motors), die Winkelposition des Motors (θr) und einen erforderlichen (oder gewünschten) Leistungsfluss zwischen den ersten und zweiten Spannungsquellen (P*dc) (z. B. basierend auf den Spannungen von zwei Spannungsversorgungsgeräten und dem Drehmomentbefehl).
  • Wie gezeigt wird, werden der Drehmomentbefehl, der gewünschte Leistungsfluss, die verfügbaren Spannungen der zwei Spannungsquellen 22 und 24 und die Winkelgeschwindigkeit des Motors an den Strombefehlsblock 102 gesendet. Der Strombefehlsblock 102 benutzt beispielsweise eine Look-up- bzw. Verweistabelle, welche auf einem von einem computerlesbaren Medium gespeichert ist, innerhalb des Elektroniksteuersystems 18, um befohlene Synchronrahmenströme (I*q, I*d, I*0) zu erzeugen, wie von einem Fachmann geschätzt werden wird. Die Synchronrahmenströme werden an den Stromsteuerkreis 104 gesendet.
  • Innerhalb des Stromsteuerkreises 104 werden die Synchronrahmenströme (I*q, I*d, I*0) durch jeweilige Summierschaltungen (oder Summierglieder) 108, 110 und 112 empfangen, von welchen jedes einen erfassten synchronen Rahmenstrom (Iq, Id, I0) von dem jeweiligen befohlenen Strom subtrahiert. Die Differenzen zwischen den befohlenen und abgetasteten synchronen Rahmenströmen (d. h. die Fehler) werden an die jeweiligen Proportional-Integral-(PI-)Steuerglieder 114, 116 und 118 gesendet.
  • Wie von einem Fachmann geschätzt werden wird, sind die PI-Steuerglieder 114, 116 und 118 Rückkopplungsbauteile, welche einen gemessenen Wert (oder ein Ausgangssignal) von einem Vorgang oder einem anderen Gerät (z. B. Summiergliedern 108, 110 und 112) hernehmen und ihn mit einem eingestellten oder Referenz-Wert vergleichen. Die Differenz (oder das ”Fehler”-Signal) wird dann benutzt, um ein Eingangssignal für den Vorgang einzustellen, um das Ausgangssignal auf dessen gewünschten Referenzwert zu bringen. Die PI-Steuerglieder 114, 116 und 118 können einen proportionalen und einen integralen Term beinhalten. Der proportionale Term wird benutzt, um für den ”sofortigen” oder gegenwärtigen Fehler zu stehen, welcher mit einer Konstanten multipliziert wird. Der integrale Term integriert den Fehler über eine Zeitperiode und multipliziert die integrierte Summe mit einer anderen Konstante.
  • Demnach empfangen die PI-Steuerglieder 114, 116 und 118 den gegenwärtigen Stromfehler aus den Summmierschaltungen 108, 110 und 112 und erzeugen Signale, welche repräsentativ für eine Kombination des gegenwärtigen Stromfehlers und des Stromfehlers über eine Zeitperiode hinweg sind. Das Ausgangssignal der PI-Steuerglieder 114 und 116 (zugehörig zu I*q und I'd) werden an die Summierschaltungen 120 und 122 jeweils gesendet, welche auch, in einer Ausführungsform, Entkopplungsspannungs-/Vorwärtsregelungsterme (ωrψ*d + I*qRs, –ωrψ*q + I*dRs) empfangen. Die Summierschaltungen 120 und 122 addieren die Ausgangssignale der PI-Steuerglieder 114 und 116 an die jeweiligen Entkopplungsspannungen und senden die Ausgangssignale, welche befohlene Synchronrahmenspannungen (V*q, V*d) sind, an den Synchron-zu-Stationär-Referenzrahmen-(d. h. dq0-bis-abc-)Wandlungsblock 124. Wie von einem Fachmann gewürdigt werden wird, wird das Ausgangssignal des PI-Steuergliedes 118 an den Wechselrichterblock 124 gesendet, ohne durch eine Summierschaltung bearbeitet zu werden. Wie gewöhnlich verstanden wird, empfängt der Referenzrahmen-Wandlungsblock 124 auch die Winkelgeschwindigkeit und die Position des Motors 30 und erzeugt befohlene stationäre Spannungen (V*a, V*b, V*c), von welchen jede einer der drei Phasen des Motors 30 oder zwei der Phasen und dem Neutralknoten 49 entspricht.
  • Obwohl nicht explizit gezeigt wird, werden die befohlenen Stationärspannungen dann in Taktzyklen (Da, Db, Dc) durch beispielsweise das Wechselrichtersteuermodul innerhalb des elektronischen Steuersystems 18 gewandelt. Die Tastgrade werden dann benutzt (z. B. durch die PWM-Einheit 38 und den Gate-Treiber 39, wie oben beschrieben), um die Schalter 52–62 innerhalb des Wechselrichters 26 zu betreiben, um den Motor 30 zu betreiben.
  • Noch mit Bezug auf 4 beinhaltet das Stromüberwachungsglied 106 einen Stationär-zu-Synchron-Referenzrahmen-(d. h. abc-bis-dq0-)Wandlungsblock (auch gezeigt mit Bezug auf die Ziffer 106). Der Referenzrahmen-Wandlungsblock 106 empfängt abgetastete Ströme (Ia, Ib, Ic) von den Stromsensoren 68, welche den drei Wicklungsströmen oder zwei der Wicklungsströme und dem Stromfluss durch den Neutralknoten 49 entsprechen. Der Wandlungsblock 106 empfängt auch die Winkelgeschwindigkeit und die Winkelposition des Motors 30 und erzeugt die abgetasteten synchronen Rahmenströme (Iq, Id, I0), welche von dem Stromsteuerkreis 104 benutzt werden, wie oben beschrieben.
  • Die Tastgrade, welche durch das Steuersystem 100 (und/oder das Wechselrichtersteuermodul) erzeugt werden, werden benutzt, um die Schalter 52–62 so zu betätigen, dass die AC-Wellenform, welche erzeugt wird, eine DC-Komponente (d. h. einen Nicht-Null-Durchschnitt-Strom oder einen Null-Sequenz-Strom) beinhaltet, abhängig von dem gewünschten Leistungsfluss (P*dc). In einer Ausführungsform, wenn der gewünschte Leistungsfluss Leistung involviert hat, welche zu der zweiten Spannungsquelle 24 fließt, ist die DC-Komponente positiv, und wenn der gewünschte Leistungsfluss Leistung involviert hat, welche von der zweiten Spannungsquelle 24 fließt, ist die DC-Komponente negativ.
  • Wie von einem Fachmann gewürdigt werden wird, wenn die zweite Spannungsquelle 24 eine Batterie ist, kann sie in der Lage sein, regenerative Leistung von der ersten Spannungsquelle 22 zu erhalten, und/oder der Motor 30 (d. h. die zweite Spannungsquelle 24) kann wieder aufgeladen werden. Wenn die erste Spannungsquelle 22 eine Brennstoffzelle ist, kann sie nicht in der Lage sein, wiederaufgeladen zu werden. Jedoch, wenn die erste Spannungsquelle 22 auch eine Batterie ist (d. h. beide Spannungsquellen 22 und 24 sind Batterien), kann sie auch in der Lage sein, wiederaufgeladen zu werden. Ein Fachmann wird auch würdigen, dass die DC-Komponente der Wellenform (oder der Null-Sequenz-Strom) keine Auswirkung auf den Betrieb des Motors 30 besitzen kann und dass dieser im Wesentlichen nur zu einer Übertragung der Leistung zwischen den ersten und zweiten Spannungsquellen 22 und 24 führen kann.
  • 5 und 6 stellen graphisch verschiedene betriebsmäßige Ströme entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. In 5 werden drei befohlene Synchron-Rahmenströme mit den Referenzziffern 200, 202 und 204 gezeigt, entsprechend zu I*q, I*d und I*0, und drei resultierende abgetastete Ströme 206, 208 und 210, entsprechend jeweils zu Iq, Id und I0. 6 zeigt drei Wicklungs- oder Phasenströme 212, 214 und 216 (d. h. Ia, Ib und Ic), welche von dem Betrieb, welcher in 5 wiedergegeben ist, resultieren. Wie in beiden 5 und 6 offensichtlich wird, ist eine negative DC-Komponente über den Strömen überlagert, was zu einer DC-Komponente 218 von ungefähr –250 A führt. Wie oben beschrieben wird, führt eine negative DC-Komponente zu einem Leistungsfluss von, im Gegensatz dazu, der zweiten Spannungsquelle 24.
  • Da die einzelne Elektronikeinrichtung (z. B. der Leistungswechselrichter) in der Lage ist, eine Leistung an den elektrischen Motor aus den zwei Spannungsquellen zu liefern ebenso wie den Leistungsfluss zwischen den beiden Spannungsquellen zu steuern, gibt es keine Notwendigkeit für eine zusätzliche Leistungselektronikeinrichtung, wie z. B. einen DC/DC-Leistungswandler. Als Ergebnis wird das Antriebssystem vereinfacht, da weniger Bauteile benötigt werden, wodurch die Kosten abnehmen, das Gewicht reduziert wird, die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit verbessert werden und die Wartung vereinfacht wird. Ein anderer Vorteil besteht darin, da das System in der Wirkung die Wicklungen des elektrischen Motors als den ”schaltenden Induktor bzw. Induktionsspule” nutzt, dass keine zusätzliche Induktionsspule notwendig ist, was auch weiter die Anzahl der Teile reduziert, da kein zusätzliches Kühlsystem erforderlich ist, um eine schaltende Induktionsspule zu kühlen.
  • Andere Ausführungsformen können das Verfahren und System, welches oben beschrieben ist, nutzen, wie z. B. hybridelektrische Fahrzeuge, wobei die erste Spannungsquelle der Ausgang des Generators ist, welcher durch eine Wärmemaschine angetrieben ist. Das Ausgangssignal des Generators kann von AC nach DC gleichgerichtet werden, wobei eine Leistungselektronikeinrichtung benutzt wird. In einer derartigen Ausführungsform kann die zweite Spannungsquelle eine Batterie sein, um Regenerationsenergie aufzunehmen und Leistung zu ersetzen, wenn dies erforderlich ist. Das Verfahren und System, welches oben beschrieben ist, kann in anderen Systemen als in Automobile implementiert werden, wie z. B. bei Wasserfahrzeugen oder Luftfahrzeugen. Der elektrische Motor und der Leistungswechselrichter können unterschiedliche Nummern oder Phasen besitzen, wie z. B. zwei oder vier. Andere Formen von Leistungsquellen können benutzt werden, wie z. B. Stromquellen und Lasten bzw. Belastungen, wobei Diodengleichrichter, Thyristor-Wandler, Induktionsspulen, Kondensatoren und/oder irgendeine Kombination derselben benutzt werden können.
  • Während wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorausgegangenen detaillierten Beschreibung präsentiert wurde, sollte gewürdigt werden, dass eine große Anzahl von Variationen existiert. Es sollte auch gewürdigt werden, dass die beispielhafte Ausführungsform oder beispielhafte Ausführungsformen nur Beispiele sind und es nicht beabsichtigt ist, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der Erfindung in irgendeiner Weise einzugrenzen. Vielmehr wird die vorausgegangene detaillierte Beschreibung Fachleuten eine bequeme Anleitung für das Implementieren der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen geben. Es sollte davon ausgegangen werden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und der Anordnung der Elemente durchgeführt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den angehängten Ansprüchen und den rechtlichen Äquivalenten davon veröffentlicht ist.
  • Weitere Ausführungsformen
    • 1. Automobil-Antriebssystem, welches aufweist: eine erste Spannungsquelle; eine Leistungselektronikeinrichtung, welche eine Vielzahl von Leistungsschalteinrichtungen aufweist, welche an die erste Spannungsquelle gekoppelt sind; einen elektrischen Motor, welcher eine Vielzahl von Wicklungen und einen Neutralknoten aufweist, wobei die Vielzahl der Wicklungen an die Vielzahl der Leistungsschalteinrichtungen und den Neutralknoten gekoppelt ist, welcher die Vielzahl der Wicklungen miteinander verbindet; und eine zweite Spannungsquelle, welche an den Neutralknoten des elektrischen Motors und die erste Spannungsquelle gekoppelt ist.
    • 2. Automobil-Antriebssystem nach Ausführungsform 1, wobei die Leistungselektronikeinrichtung ein Gleichstrom-zu-Wechselstrom-(DC/AC-)Leistungswechselrichter ist, welcher eine Vielzahl von Paaren von Transistoren aufweist.
    • 3. Automobil-Antriebssystem nach Ausführungsform 2, wobei jedes der Vielzahl von Paaren von Transistoren einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor aufweist, wobei der erste Transistor und der zweite Transistor jedes aus der Vielzahl der Paare von Transistoren in Reihe angeschlossen ist.
    • 4. Automobil-Antriebssystem nach Ausführungsform 3, wobei jeder erste Transistor und jeder zweite Transistor eine Quelle und einen Drain aufweist und die erste Spannungsquelle und die zweite Spannungsquelle jeweils einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist.
    • 5. Automobil-Antriebssystem nach Ausführungsform 4, wobei der erste Anschluss der zweiten Spannungsquelle an den Neutralknoten des elektrischen Motors gekoppelt ist.
    • 6. Automobil-Antriebssystem nach Ausführungsform 5, wobei der zweite Anschluss der zweiten Spannungsquelle an den Drain des zweiten Transistors in jedem aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren gekoppelt ist.
    • 7. Automobil-Antriebssystem nach Ausführungsform 6, wobei der Drain des ersten Transistors und die Quelle des zweiten Transistors für jedes aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren über einen Transistorknoten miteinander verbunden sind und wobei jede aus der Vielzahl der Wicklungen an den Transistor gekoppelt ist, wobei die ersten und zweiten Transistoren eines jeweiligen aus der Vielzahl der Paare von Transistoren miteinander verbunden sind.
    • 8. Automobil-Antriebssystem nach Ausführungsform 7, wobei der erste Anschluss der ersten Spannungsquelle an den Drain des ersten Transistors in jedem aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren gekoppelt ist.
    • 9. Automobil-Antriebssystem nach Ausführungsform 8, wobei der zweite Anschluss der ersten Spannungsquelle an den Drain des zweiten Transistors in jedem aus der Vielzahl von Paaren der Transistoren gekoppelt ist.
    • 10. Automobil-Antriebssystem nach Ausführungsform 1, welches ferner ein Verarbeitungssystem aufweist, welches in betrieblicher Kommunikation mit den ersten und zweiten Spannungsquellen, der Leistungselektronikeinrichtung und dem elektrischen Motor ist, wobei das Bearbeitungssystem konfiguriert ist, um: einen gewünschten Leistungsfluss für die zweite Spannungsquelle zu bestimmen, eine Gleichstrom-(DC-)Komponente basierend auf dem gewünschten Leistungsfluss zu berechnen; und die Vielzahl der Schalter so zu betreiben, dass eine Wechselstrom-(AC-)Wellenform mit der berechneten Gleichstrom-(DC-)Komponente erzeugt wird.
    • 11. Automobil-Antriebssystem, welches aufweist: eine erste Spannungsquelle; einen Leistungswechselrichter, welcher eine Vielzahl von Leistungsschalteinrichtungen aufweist, welche an die erste Spannungsquelle gekoppelt ist; einen elektrischen Motor, welcher eine Vielzahl von Wicklungen und einen Neutralknoten aufweist, wobei die Vielzahl der Wicklungen an die Vielzahl von Leistungsschalteinrichtung gekoppelt ist und der Neutralknoten die Vielzahl von Wicklungen miteinander verbindet; eine zweite Spannungsquelle, welche an den Neutralknoten des elektrischen Motors und die erste Spannungsquelle gekoppelt ist; und ein Verarbeitungssystem, welches in betrieblicher Kommunikation mit den ersten und zweiten Spannungsquellen, der Vielzahl von Schalteinrichtungen und dem elektrischen Motor ist, wobei das Verarbeitungssystem konfiguriert ist, um: einen gewünschten Leistungsfluss für die zweite Spannungsquelle zu bestimmen, eine Gleichstrom-(DC-)Komponente basierend auf dem gewünschten Leistungsfluss zu berechnen; und die Vielzahl von Schaltern so zu betreiben, dass eine Wechselstrom-(AC-)Wellenform mit der berechneten Gleichstrom-(DC-)Komponente erzeugt wird.
    • 12. Automobil-Antriebssystem nach Ausführungsform 11, wobei die Vielzahl der Leistungsschalteinrichtungen eine Vielzahl von Paaren von Transistoren aufweist und jedes aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor aufweist, wobei der erste Transistor und der zweite Transistor eines jeden aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren in Reihe angeschlossen ist.
    • 13. Automobil-Antriebssystem nach Ausführungsform 12, wobei jeder erste Transistor und jeder zweite Transistor eine Quelle und einen Drain aufweist und wobei die erste Spannungsquelle und die zweite Spannungsquelle jeweils einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist.
    • 14. Automobil-Antriebssystem nach Ausführungsform 13, wobei der erste Anschluss der zweiten Spannungsquelle an den Neutralknoten des elektrischen Motors gekoppelt ist, der zweite Anschluss der zweiten Spannungsquelle an den Drain des zweiten Transistors in jedem aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren gekoppelt ist, der Drain des ersten Transistors und die Quelle des zweiten Transistors für jedes aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren über einen Transistorknoten miteinander verbunden ist, jede aus der Vielzahl von Wicklungen an den Transistorknoten gekoppelt ist, wobei die ersten und zweiten Transistoren eines jeden aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren miteinander verbunden sind und der erste Anschluss der ersten Spannungsquelle an den Drain des ersten Transistors in jedem aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren gekoppelt ist und der zweite Anschluss der ersten Spannungsquelle an den Drain des zweiten Transistors in jedem aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren gekoppelt ist.
    • 15. Automobil-Antriebssystem nach Ausführungsform 11, wobei die erste Spannungsquelle eine Brennstoffzelle ist und die zweite Spannungsquelle eine Batterie ist.
    • 16. Verfahren zum Betreiben von Automobil-Leistungselektronik, welche eine Vielzahl von Leistungsschalteinrichtungen aufweist, welche an einen elektrischen Motor koppeln, welcher eine Vielzahl von Wicklungen aufweist, welche über einen Neutralknoten miteinander verbunden sind, eine erste Spannungsquelle und eine zweite Spannungsquelle, welche an den Neutralknoten gekoppelt ist, wobei das Verfahren aufweist: Bestimmen eines gewünschten Leistungsflusses für die zweite Spannungsquelle; Berechnen einer Gleichstrom-(DC-)Komponente, basierend auf dem gewünschten Leistungsfluss; und Betreiben der Vielzahl von Schalteinrichtungen in der Weise, dass eine Wechselstrom-(AC-)Wellenform mit der berechneten Gleichstrom-(DC-)Komponente erzeugt wird, wobei der gewünschte Leistungsfluss für die zweite Spannungsquelle verursacht wird.
    • 17. Verfahren nach Ausführungsform 16, welches ferner aufweist: Überwachen des Stromflusses durch wenigstens eine aus der Vielzahl von Wicklungen; Überwachen des Stromflusses durch den Neutralknoten; und Justieren bzw. Einstellen des Betreibens der Vielzahl von Leistungsschalteinrichtungen, basierend auf dem überwachten Strom durch die wenigstens einigen aus der Vielzahl der Wicklungen und dem Neutralknoten.
    • 18. Verfahren nach Ausführungsform 17, wobei die Vielzahl der Leistungsschalteinrichtungen eine Vielzahl von Paaren von Transistoren aufweist und jedes aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor aufweist, wobei der erste Transistor und der zweite Transistor eines jeden aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren in Reihe geschaltet ist.
    • 19. Verfahren nach Ausführungsform 18, wobei jeder erste Transistor und jeder zweite Transistor eine Quelle und einen Drain aufweist, und wobei die erste Spannungsquelle und die zweite Spannungsquelle jeweils einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweisen, und wobei der erste Anschluss der zweiten Spannungsquelle an den Neutralknoten des elektrischen Motors gekoppelt ist, der zweite Anschluss der zweiten Spannungsquelle an den Drain des zweiten Transistors in jedem aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren gekoppelt ist, der Drain des ersten Transistors und die Quelle des zweiten Transistors für jedes aus der Vielzahl von Paaren der Transistoren über einen Transistorknoten miteinander verbunden sind, jede aus der Vielzahl von Wicklungen an den Transistorknoten gekoppelt ist, wobei die ersten und zweiten Transistoren eines jeweiligen aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren miteinander verbunden sind und der erste Anschluss der ersten Spannungsquelle an den Drain des ersten Transistors in jedem aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren gekoppelt ist und der zweite Anschluss der ersten Spannungsquelle an den Drain des zweiten Transistors in jedem aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren gekoppelt ist.
    • 20. Verfahren nach Ausführungsform 19, wobei die erste Spannungsquelle eine Brennstoffzelle ist und die zweite Spannungsquelle eine Batterie ist.

Claims (10)

  1. Automobil-Antriebssystem, welches aufweist: eine erste Spannungsquelle; eine Leistungselektronikeinrichtung, welche eine Vielzahl von Leistungsschalteinrichtungen aufweist, welche an die erste Spannungsquelle gekoppelt sind; einen elektrischen Motor, welcher eine Vielzahl von Wicklungen und einen Neutralknoten aufweist, wobei die Vielzahl der Wicklungen an die Vielzahl der Leistungsschalteinrichtungen und den Neutralknoten gekoppelt ist, welcher die Vielzahl der Wicklungen miteinander verbindet; und eine zweite Spannungsquelle, welche an den Neutralknoten des elektrischen Motors und die erste Spannungsquelle gekoppelt ist.
  2. Automobil-Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Leistungselektronikeinrichtung ein Gleichstrom-zu-Wechselstrom-(DC/AC-)Leistungswechselrichter ist, welcher eine Vielzahl von Paaren von Transistoren aufweist.
  3. Automobil-Antriebssystem nach Anspruch 2, wobei jedes der Vielzahl von Paaren von Transistoren einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor aufweist, wobei der erste Transistor und der zweite Transistor jedes aus der Vielzahl der Paare von Transistoren in Reihe angeschlossen ist.
  4. Automobil-Antriebssystem nach Anspruch 3, wobei jeder erste Transistor und jeder zweite Transistor eine Quelle und einen Drain aufweist und die erste Spannungsquelle und die zweite Spannungsquelle jeweils einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist.
  5. Automobil-Antriebssystem nach Anspruch 4, wobei der erste Anschluss der zweiten Spannungsquelle an den Neutralknoten des elektrischen Motors gekoppelt ist und/oder wobei der zweite Anschluss der zweiten Spannungsquelle an den Drain des zweiten Transistors in jedem aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren gekoppelt ist.
  6. Automobil-Antriebssystem nach Anspruch 5, wobei der Drain des ersten Transistors und die Quelle des zweiten Transistors für jedes aus der Vielzahl von Paaren von Transistoren über einen Transistorknoten miteinander verbunden sind und wobei jede aus der Vielzahl der Wicklungen an den Transistor gekoppelt ist, wobei die ersten und zweiten Transistoren eines jeweiligen aus der Vielzahl der Paare von Transistoren miteinander verbunden sind.
  7. Automobil-Antriebssystem nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, welches ferner ein Verarbeitungssystem aufweist, welches in betrieblicher Kommunikation mit den ersten und zweiten Spannungsquellen, der Leistungselektronikeinrichtung und dem elektrischen Motor ist, wobei das Bearbeitungssystem konfiguriert ist, um: einen gewünschten Leistungsfluss für die zweite Spannungsquelle zu bestimmen, eine Gleichstrom-(DC-)Komponente basierend auf dem gewünschten Leistungsfluss zu berechnen; und die Vielzahl der Schalter so zu betreiben, dass eine Wechselstrom-(AC-)Wellenform mit der berechneten Gleichstrom-(DC-)Komponente erzeugt wird.
  8. Automobil-Antriebssystem nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, wobei die Leistungselektronikeinrichtung ein Leistungswechselrichter ist, ferner ein Verarbeitungssystem aufweist, welches in betrieblicher Kommunikation mit den ersten und zweiten Spannungsquellen, der Vielzahl von Schalteinrichtungen und dem elektrischen Motor ist, wobei das Verarbeitungssystem konfiguriert ist, um: einen gewünschten Leistungsfluss für die zweite Spannungsquelle zu bestimmen, eine Gleichstrom-(DC-)Komponente basierend auf dem gewünschten Leistungsfluss zu berechnen; und die Vielzahl von Schaltern so zu betreiben, dass eine Wechselstrom-(AC-)Wellenform mit der berechneten Gleichstrom-(DC-)Komponente erzeugt wird.
  9. Automobil-Antriebssystem nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, wobei die erste Spannungsquelle eine Brennstoffzelle ist und die zweite Spannungsquelle eine Batterie ist.
  10. Verfahren zum Betreiben von Automobil-Leistungselektronik, speziell eines Automobil-Antriebssystems nach einem der Ansprüche 1–9, welches eine Vielzahl von Leistungsschalteinrichtungen aufweist, welche an einen elektrischen Motor koppeln, welcher eine Vielzahl von Wicklungen aufweist, welche über einen Neutralknoten miteinander verbunden sind, eine erste Spannungsquelle und eine zweite Spannungsquelle, welche an den Neutralknoten gekoppelt sind, wobei das Verfahren aufweist: Bestimmen eines gewünschten Leistungsflusses für die zweite Spannungsquelle; Berechnen einer Gleichstrom-(DC-)Komponente, basierend auf dem gewünschten Leistungsfluss; und Betreiben der Vielzahl von Schalteinrichtungen in der Weise, dass eine Wechselstrom-(AC-)Wellenform mit der berechneten Gleichstrom-(DC-)Komponente erzeugt wird, wobei der gewünschte Leistungsfluss für die zweite Spannungsquelle verursacht wird.
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