DE102011076503A1

DE102011076503A1 - Fahrzeug-Elektriksystem und Verfahren zur Steuerung eines Wechselrichters während Motorverzögerung

Info

Publication number: DE102011076503A1
Application number: DE102011076503A
Authority: DE
Inventors: Brian A. Welchko; Konstantin S. Majarov; Silva Hiti; Steven E. Schulz; Aniket Kothari; Nicholas Kokotovich
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-01-12
Also published as: US8446113B2; CN102310784B; CN102310784A; US20110309777A1

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Betreiben eines Wechselrichters mit einer Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und einer Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen bereitgestellt, welche mit einem Elektromotor gekoppelt sind. Der Wechselrichter weist eine Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und eine Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen auf, welche mit dem Elektromotor gekoppelt sind. Es wird ein auf eine Verzögerung des Elektromotors hinweisender Zustand detektiert. Der Wechselrichter wird zwischen einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart während der Verzögerung des Elektromotors umgeschaltet. In der ersten Betriebsart ist jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen aktiviert und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinriung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen ist aktiviert und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen ist deaktiviert. In der zweiten Betriebsart ist jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen ist deaktiviert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Fahrzeug-Elektriksysteme. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Fahrzeug-Elektriksysteme und Verfahren zur Steuerung eines Wechselrichters während einer Verzögerung eines Permanentmagnet-Motors, welcher mit dem Wechselrichter verbunden ist.
Hintergrund der Erfindung
In den vergangenen Jahren haben Fortschritte in der Technologie als auch sich stetig weiter entwickelnde Geschmacksrichtungen zu wesentlichen Änderungen im Design von Automobilen geführt. Eine der Änderungen umfasst die Komplexität der elektrischen Systeme in Automobilen, insbesondere Fahrzeuge mit alternativem Antriebsmittel (oder Antrieb), welche Spannungsversorgungen verwenden, wie zum Beispiel Hybrid- und batteriegetriebene Elektro-Fahrzeuge. Solche mit alternativem Antriebsmittel versehene Fahrzeuge verwenden herkömmlicher Weise einen oder mehrere Elektromotoren, welche oftmals durch Batterien angetrieben werden, eventuell in Kombination mit einem weiteren Antrieb, um die Räder anzutreiben.
Während einer Motorverzögerung, wie zum Beispiel nach einer Kollision oder einem elektrischen Fehlzustand, ist es wünschenswert, den Motor (zum Beispiel durch Anwenden eines Motor-Bremsmoments) möglichst schnell zu verlangsamen. Das Maß an Motor-Bremsmoment, welches am Motor angewendet werden kann, wird teilweise durch die Spannung an den Elektroden der Spannungsversorgung (das heißt die DC-Verbindungsspannung) vorgegeben. Allgemein tendiert diese Spannung dazu, während einer Verzögerung des Motors größer zu werden, insbesondere wenn ein Motor-Bremsmoment angewendet wird. Falls die DC-Verbindungsspannung zu hoch wird, können einige der elektrischen Komponenten (z. B. die Wechselrichter-Schalteinrichtungen) beschädigt werden. Zusätzlich ist es aus Sicherheitsgründen wünschenswert, die DC-Verbindungsspannung relativ schnell zu reduzieren. Falls jedoch die DC-Verbindungsspannung zu schnell abfällt, kann das System die Kontrolle über die Wechselrichter-Schalteinrichtungen verlieren, welche meistens über die DC-Verbindung versorgt werden.
Dementsprechend ist es wünschenswert, ein elektrisches Fahrzeugsystem bzw. Fahrzeug-Elektriksystem und Verfahren bereitzustellen, welches eine verbesserte Handhabung der DC-Verbindungsspannung während einer Verzögerung des Motors zulässt. Weiterhin werden andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den angefügten Ansprüchen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und dem vorangegangenen technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich.
Hintergrund der Erfindung
In einer Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters mit einer Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und einer Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen bereitgestellt, welche mit einem Elektromotor gekoppelt sind. Der Wechselrichter weist eine Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und eine Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen auf, welche mit dem Elektromotor gekoppelt sind. Es wird ein auf eine Verzögerung des Elektromotors hinweisender Zustand detektiert. Der Wechselrichter wird zwischen einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart während der Verzögerung des Elektromotors umgeschaltet. In der ersten Betriebsart ist jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen aktiviert und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen ist deaktiviert, oder jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen ist aktiviert und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen ist deaktiviert. In der zweiten Betriebsart ist jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen ist deaktiviert.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters mit einer Mehrzahl von Paaren von Schalteinrichtungen bereitgestellt, wobei jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Paaren von Schalteinrichtungen eine Hoch-Schalteinrichtung und eine Niedrig-Schalteinrichtung umfasst, welche mit einem Fahrzeug-Antriebsmotor gekoppelt sind. Es wird ein auf eine Verzögerung des Fahrzeug-Antriebsmotors hinweisender Zustand detektiert. Der Wechselrichter wird zwischen einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart während der Verzögerung des Fahrzeug-Antriebsmotors umgeschaltet, falls eine Rück-Elektromotorische Kraft (EMF), welche von dem Fahrzeug-Antrieb erzeugt ist, oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts ist. In der ersten Betriebsart ist jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen aktiviert und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen ist deaktiviert, oder jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen ist aktiviert und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen ist deaktiviert. In der zweiten Betriebsart ist jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen ist deaktiviert. Jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen ist deaktiviert, falls die von dem Fahrzeug-Antriebsmotor erzeugte Rück-EMF unterhalb des vorbestimmten Schwellenwerts ist.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Fahrzeugantriebssystem bereitgestellt. Das Fahrzeugantriebssystem umfasst einen Elektromotor mit einer Mehrzahl von Wicklungen, einen Gleichstrom-zu-Wechselstrom(DC/AC)-Energiewechselrichter mit einer Mehrzahl von Paaren von Leistungsschalteinrichtungen, welche mit der Mehrzahl von Wicklungen gekoppelt sind, wobei jedes Paar von Leistungsschalteinrichtungen eine Hoch-Leistungsschalteinrichtung und eine Niedrig-Leistungsschalteinrichtung umfasst, und ein Prozessor- bzw. Bearbeitungssystem in betrieblicher Verbindung mit dem Elektromotor und dem DC/AC-Energiewechselrichter. Der Prozessor ist eingerichtet, um einen auf eine Verzögerung des Elektromotors hinweisenden Zustand zu detektieren, sowie den Wechselrichter zwischen einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart während der Verzögerung des Elektromotors umzuschalten. In der ersten Betriebsart ist jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen aktiviert und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen ist deaktiviert, oder jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen ist aktiviert und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen ist deaktiviert. In der zweiten Betriebsart ist jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen ist deaktiviert.
Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bedeuten, und
1 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Automobils gemäß einer Ausführungsform einer Ausführungsform ist;
2 ein Blockdiagramm eines Wechselrichter-Steuerungssystems in dem Automobil aus 1 ist, und zwar gemäß einer Ausführungsform;
3 ein Schema eines Energiewechselrichters, einer Spannungsversorgung sowie eines Elektromotors in dem Automobil aus 1 ist, und zwar gemäß einer Ausführungsform; und
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Wechselrichters ist, und zwar gemäß einer Ausführungsform.
Beschreibung einer beispielhaften Ausführungsform
Die folgende detaillierte Beschreibung hat lediglich beispielhaften Charakter und soll die Erfindung oder die Anwendung und Verwendungen der Erfindung nicht beschränken. Weiterhin soll es keine Beschränkung durch eine in dem vorangegangenen technischen Gebiet, Hintergrund, kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung ausdrücklich oder implizit dargestellten Theorie geben. Zusätzlich können, obwohl die hierin gezeigten schematischen Diagramme beispielhafte Anordnungen von Elementen darstellen, zusätzliche wechselwirkende Elemente, Vorrichtungen, Merkmale oder Komponenten in einer tatsächlichen Ausführungsform vorhanden sein. Es wird außerdem davon ausgegangen, dass 1 bis 4 lediglich darstellend und nicht maßstabsgetreu sind.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Merkmale, welche zusammen „verbunden” oder „gekoppelt” sind. Wie hierin verwendet, kann sich „verbunden” beziehen auf ein Element/Merkmal, welches mechanisch mit einem anderen Element/Merkmal verbunden ist (oder in direkter Kommunikation damit befindlich ist), und zwar nicht notwendiger Weise direkt. Ebenso kann sich „gekoppelt” beziehen auf ein Element/Merkmal, welches direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal verbunden ist (oder in direkter oder indirekter Kommunikation damit befindlich ist), und zwar nicht notwendiger Weise mechanisch. Jedoch wird bevorzugt, dass, obwohl zwei Elemente unten in einer Ausführungsform als „verbunden” beschrieben sein können, in alternativen Ausführungsformen ähnliche Elemente „gekoppelt” sein können und umgekehrt. Somit können, obwohl die hierin gezeigten schematischen Diagramme beispielhafte Anordnungen von Elementen zeigen, zusätzliche wechselwirkende Elemente, Vorrichtungen, Merkmale oder Komponenten in einer tatsächlichen Ausführungsform vorhanden sein.
1 bis 4 zeigen Systeme zum Betreiben eines mit einem Permanentmagnet-Elektromotor gekoppelten Wechselrichters. Der Wechselrichter weist eine Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und eine Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen auf, welche mit dem Elektromotor gekoppelt sind. Es wird ein auf eine Verzögerung des Elektromotors hinweisender Zustand detektiert. Der Wechselrichter wird zwischen einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart während der Verzögerung des Elektromotors umgeschaltet. In der ersten Betriebsart ist jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen aktiviert und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen ist deaktiviert, oder jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen ist aktiviert und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen ist deaktiviert. In der zweiten Betriebsart ist jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen ist deaktiviert.
1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs (oder „Automobils” oder „Fahrzeugantriebssystems”) 10, und zwar gemäß einer Ausführungsform. Das Automobil 10 umfasst einen Antriebsstrang 12, eine Karosserie 14, vier Räder 16 sowie ein elektronisches Steuerungssystem 18. Die Karosserie 14 ist auf dem Antriebsstrang 12 angeordnet und umfasst im Wesentlichen die anderen Komponenten des Automobils 10. Die Karosserie 14 und der Antriebsstrang 12 können zusammen einen Rahmen bilden. Die Räder 16 sind jeweils in drehbarer Weise mit dem Antriebsstrang 12 in der Nähe einer entsprechenden Ecke der Karosserie 14 gekoppelt.
Das Automobil 10 kann eines aus einer Anzahl von verschiedenen Arten von Automobilen sein, wie zum Beispiel eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen oder ein Sports Utility Vehicle (SUV), und kann zweiradgetrieben (2WD) (das heißt Hinterradantrieb oder Vorderradantrieb), vierradgetrieben (4WD) oder allradgetrieben (AWD) sein. Das Automobil 10 kann ebenso eine oder eine Kombination einer Anzahl von verschiedenen Arten von Antrieben aufweisen, wie zum Beispiel eine mit Benzin- oder Diesel-Kraftstoff betriebene Verbrennungskraftmaschine, eine „Gemischt-Kraftstoff-Fahrzeug”(FFV = Flex Fuel Vehicle)-Verbrennungskraftmaschine (das heißt eine Mischung von Benzin und Alkohol verwendend), eine Brennstoffzellen-Fahrzeug-Verbrennungskraftmaschine, eine mit einem Gasgemisch (zum Beispiel Wasserstoff und Erdgas) betriebene Verbrennungskraftmaschine, eine Verbrennungs-/Elektromotor-Hybridmaschine (das heißt, wie zum Beispiel in einem Hybrid-Elektro-Fahrzeug (HEV)), und einen Elektromotor.
Das Automobil 10 in 1 ist ein HEV, und umfasst weiterhin eine Antriebseinheit 20, eine Batterie (zum Beispiel eine Hochspannungsbatterie) 22, sowie eine Leistungselektronikanordnung (zum Beispiel einen Wechselrichter oder eine Wechselrichteranordnung) 24. Die Antriebsanordnung 20 ist mechanisch mit wenigstens einigen der Räder 16 durch Antriebswellen 26 gekoppelt und umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 28 und einen Elektromotor/Generator (oder Antriebsmotor) 30. Die Verbrennungskraftmaschine 28 und/oder der Elektromotor 30 sind derart integriert, dass ein Element davon oder beide mechanisch durch ein Getriebe (nicht dargestellt) mit den Antriebswellen 26 gekoppelt sind. Die Batterie 22 kann beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie sein und kann einen integrierten Spannungsmesser umfassen.
In einer Ausführungsform ist das Automobil 10 ein „serielles HEV”, in welchem die Verbrennungskraftmaschine 28 nicht direkt mit dem Getriebe gekoppelt ist, sondern mit einem Generator (nicht dargestellt) gekoppelt ist, welcher verwendet wird, um den Elektromotor 30 anzutreiben. In einer weiteren Ausführungsform ist das Automobil 10 ein „Parallel-HEV”, in welchem die Verbrennungskraftmaschine 28 direkt mit dem Getriebe gekoppelt ist, und zwar beispielsweise indem der Rotor des Elektromotors 30 in drehbarer Weise mit der Antriebswelle der Verbrennungskraftmaschine 28 gekoppelt ist.
Das elektronische Steuerungssystem 18 ist in betrieblicher Verbindung mit der Antriebsanordnung 20, der Batterie 22 sowie dem Wechselrichter 24. Obwohl nicht im Detail dargestellt, umfasst das elektronische Steuerungssystem 18 verschiedene Sensoren und Fahrzeugsteuerungsmodule oder elektronische Steuerungseinheiten (ECU), wie zum Beispiel ein Wechselrichter-Steuerungsmodul, eine Motorsteuerung und eine Fahrzeugsteuerung, sowie wenigstens einen Prozessor (oder Prozessor- bzw. Bearbeitungssystem) und/oder einen Speicher mit darin (oder auf einem anderen computerlesbaren Medium) gespeicherten Anweisungen zum Ausführen der wie unten beschriebenen Prozess-Schritte und Verfahren.
Mit Bezug auf 2 ist ein Wechselrichter-Steuerungssystem 34 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Wechselrichter-Steuerungssystem 34 umfasst eine Steuerung (oder Prozessor) 36 in betrieblicher Verbindung mit einem Pulsbreitenmodulations(PWM)-Modulator 38 (oder einem Pulsbreitenmodulator) und dem Wechselrichter 24 (an einem Ausgang davon). Der PWM-Modulator 38 ist mit einem Gate-Treiber 39 gekoppelt, welcher wiederum einen mit einem Eingang des Wechselrichters 24 gekoppelten Ausgang aufweist. Der Wechselrichter 24 weist einen zweiten mit dem Motor 30 gekoppelten Ausgang auf. Die Steuerung 36 und der PWM-Modulator 38 können wie in 1 dargestellt integral mit dem elektronischen Steuerungssystem 18 ausgebildet sein.
3 zeigt in schematischer Weise die Batterie (und/oder DC-Spannungsquelle) 22, den Wechselrichter 24, sowie den Motor 30 aus 1 und 2 in detaillierterer Ansicht. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Wechselrichter 24 einen mit dem Motor 30 gekoppelten dreiphasigen Schaltkreis. Insbesondere umfasst der Wechselrichter 24 ein Schalteinrichtungs-Netzwerk mit einem ersten Eingang, welches mit der Batterie 22 (das heißt einer Spannungsquelle oder -versorgung (VDC)) gekoppelt ist, und einem mit dem Motor 30 gekoppelten Ausgang. Obwohl eine einzelne Spannungsquelle gezeigt ist, kann eine Verteiler-DC-Verbindung bzw. -Link mit zwei oder mehreren in Reihe angeordneten Quellen verwendet werden.
Der Fachmann wird bevorzugen, dass der Elektromotor 30 in einer Ausführungsform ein Permanentmagnet-Elektromotor ist und eine Stator-Anordnung 40 und eine Rotor-Anordnung 42 umfasst. Die Stator-Anordnung 40 umfasst eine Mehrzahl (zum Beispiel drei) von leitfähigen Spulen oder Wicklungen 44, 46 sowie 48, wobei jede einer der drei Phasen des Elektromotors 30 zugeordnet ist, wie allgemein bekannt ist. Die Rotoranordnung 42 umfasst eine Mehrzahl von Magneten 50 und ist in rotierbarer Weise mit der Stator-Anordnung 40 gekoppelt, wie allgemein bekannt ist. Die Magnete 50 können mehrfache (zum Beispiel sechzehn) elektromagnetische Pole umfassen, wie allgemein bekannt ist. Es wird davon ausgegangen, dass die oben dargestellte Beschreibung lediglich als ein Beispiel einer Art von zu verwendendem Elektromotor dienen soll.
Das Schalteinrichtungs-Netzwerk umfasst drei Paare von seriellen Leistungs-Schalteinrichtungen (oder Schalteinrichtungen oder Komponenten) mit antiparallelen Dioden (das heißt antiparallel zu jeder Schalteinrichtung) entsprechend jeder der Phasen des Motors 30. Jedes der Paare von seriellen Schalteinrichtungen umfasst eine erste Schalteinrichtung, oder Transistor (das heißt eine „Hoch”-Schalteinrichtung) 52, 54 sowie 56 mit einem ersten Anschluss, welcher mit einer positiven Elektrode 63 der Spannungsquelle 22 gekoppelt ist, und eine zweite Schalteinrichtung (das heißt eine „Niedrig”-Schalteinrichtung) 58, 60 sowie 62 mit einem zweiten Anschluss, welcher mit einer negativen Elektrode 65 der Spannungsquelle 22 gekoppelt ist, und mit einem ersten Anschluss, welcher mit einem zweiten Anschluss der jeweiligen ersten Schalteinrichtung 52, 54 und 56 gekoppelt ist. Somit sind der erste Anschluss der Hoch-Schalteinrichtungen 52, 54 und 56 und die zweiten Anschlüsse der Niedrig-Schalteinrichtungen 58, 60 und 62 an der DC-Verbindung der Spannungsquelle 22 angeschlossen (das heißt an den positiven und negativen Elektroden 63 und 65 der Spannungsquelle 22).
Wie allgemein bekannt ist, kann jede der Schalteinrichtungen 52–62 in der Form von individuellen Halbleitereinrichtungen ausgebildet sein, wie zum Beispiel Bipolartransistoren mit isolierter Mittelelektrode (IGBT) innerhalb integrierter Schaltkreise, welche auf Halbleiter(zum Beispiel Silizium)-Substraten (zum Beispiel ein Chip) gebildet sind. Wie dargestellt, ist eine Diode 64 in einer antiparallelen Anordnung (das heißt eine „Flyback”- oder „Freewheeling”-Diode) mit jeder der Schalteinrichtungen 52–62 verbunden. Somit kann jede der Schalteinrichtungen 52–62 und die entsprechende Diode 64 ein Schalteinrichtung-Diode-Paar oder eine solche Gruppe bilden, von denen sechs in der dargestellten Ausführungsform enthalten sind. Der Wechselrichter 24 umfasst außerdem Stromsensoren (zum Beispiel Halleffekt-Sensoren) 66, um den Stromfluss durch die Schalteinrichtungen 52–62 und/oder die Wicklungen 44, 46 und 48 zu detektieren.
Weiterhin mit Bezug auf 3 umfasst der Wechselrichter 24 außerdem eine Spannungs-Trenn-Schalteinrichtung (oder Batterie-Verbinder) 68 und einen DC-Verbindungskondensator 70. Der Batterie-Verbinder 68 kann ähnlich den Schalteinrichtungen 52–62 sein und mit dem positiven Anschluss der Spannungsquelle (das heißt der Batterie) 22 verbunden sein. In weiteren Ausführungsformen kann der Verbinder mechanisch ausgeführt sein, wie ein Relais zum Beispiel. Der DC-Verbindungskondensator 70 ist mit der DC-Verbindung des Systems verbunden (das heißt an den positiven und negativen Anschlüssen der Spannungsquelle 22).
Mit Bezug auf 1 wird das Automobil 10 während normalen Betriebs (das heißt Fahren) durch Bereitstellen von Energie bzw. Drehmoment an die Räder 16 durch die Verbrennungskraftmaschine 28 und den Elektromotor 30 in einer alternierenden Weise und/oder durch die Verbrennungskraftmaschine 28 und den Elektromotor 30 in gleichzeitiger Weise betrieben. Um den Elektromotor 30 anzutreiben, wird DC-Energie von der Batterie 22 (und, im Fall eines Brennstoffzellen-Automobils, einer Brennstoffzelle) dem Wechselrichter 24 bereitgestellt, welcher die DC-Energie in AC-Energie umwandelt, bevor die Energie an den Elektromotor 30 übertragen wird. Der Fachmann wird bevorzugen, dass die Umwandlung von DC-Energie in AC-Energie im Wesentlichen durch Betreiben (das heißt wiederholtes Schalten) der Schalteinrichtungen 52–62 im Wechselrichter 24 bei einer Betriebs-(oder Schalt-)Frequenz ausgeführt wird, wie beispielsweise 12 Kilohertz (kHz).
Mit Bezug auf 2 erzeugt die Steuerung 36 allgemein ein Pulsbreitenmodulations-(PWM)Signal zur Steuerung der Schaltaktion des Wechselrichters 24. Der Wechselrichter 24 wandelt dann das PWM-Signal in eine modulierte Spannungswellenform zum Betreiben des Motors 30 um. Das Wechselrichter-Steuerungssystem 34 aus 2 besteht aus mehreren Betriebsschritten während Normalbetriebs, einschließlich, jedoch nicht darauf begrenzt, Empfangen eines Drehmomentbefehls, Umwandeln des Drehmomentbefehls in Strombefehle auf Grundlage der aktuellen Geschwindigkeit und zur Verfügung stehender Spannung, und Ausführen einer Regelung an diesen Strombefehlen. Die Ausgabe des Stromreglers (nicht dargestellt) ist die Ausgabespannung, welche benötigt wird, um die erforderlichen Ströme zu erzeugen. Der PWM-Modulator 38 und der Gate-Treiber 39 erzeugen die notwendigen Gate-Pulse (oder Betriebszyklen), welche an den Wechselrichter 24 übermittelt werden, um den Elektromotor 30 auf die gewünschte Geschwindigkeit und/oder Drehmoment hin zu steuern.
Dem Fachmann ist bekannt, dass der Betrieb der Schalteinrichtungen 52–62 (3) einen Stromfluss durch die Wicklungen 44, 46 und 48 in dem Motor 30 verursacht. Die Wechselwirkung dieses Stromes mit den durch die Magnete 50 erzeugten Magnetfeldern verursacht eine zu erzeugende Lorenzkraft, so dass der Rotor 42 dazu gebracht wird, relativ zum Stator 40 zu rotieren.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung schaltet beim Erkennen eines Zustandes, welcher auf eine „unerwartete” Verzögerung (zum Beispiel unnormales Bremsen) des Motors 30 (und/oder des Automobils 10 insgesamt) hindeutet, der Wechselrichter 24 zwischen einer „Geschlossen”-Betriebsart und einer „Offen”-Betriebsart um. In der Geschlossen-Betriebsart sind alle Hoch-Schalteinrichtungen 52, 54 und 56 aktiviert, während alle Niedrig-Schalteinrichtungen 58, 60 und 62 deaktiviert sind. In der Offen-Betriebsart sind alle Schalteinrichtungen (sowohl Hoch als auch Niedrig) 52–62 deaktiviert. Dieser Schaltbetrieb kann die Spannung an der DC-Verbindung auf relativ schnelle kontrollierte bzw. gesteuerte Weise sinken lassen, während der Motor 30 weiterhin frei läuft (das heißt, der Rotor 42 rotiert weiterhin relativ zu dem Statur 40).
4 zeigt gemäß einer Ausführungsform ein Verfahren (und/oder System) 100 zur Steuerung des Wechselrichters 24. Das Verfahren 100 beginnt bei Schritt 102 mit dem Wechselrichter 24 (und dem Elektromotor 30) im Normalbetrieb. Bei Schritt 104 fährt, falls ein „Sofort-Abschalten”-Befehl (z. B. mit Bezug auf ein Abklemmen der Batterie und Stoppen des Motor-Betriebs) nicht empfangen wurde, der Normalbetrieb bei Schritt 106 fort. Jedoch deutet der Empfang eines solchen Befehles darauf hin, dass das Fahrzeug 10 einen Zustand detektiert hat, welcher auf eine Verzögerung des Elektromotors 30 während sonst normalen Betriebs hinweist, und dass die Beendigung des Betriebs des Motors 30 (und/oder Abklemmen der Batterie 22) bevorsteht. Der Sofort-Abschalten-Befehl kann beispielsweise dadurch ausgelöst werden, dass das Fahrzeug 10 in eine Kollision verwickelt ist (zum Beispiel durch die Fahrzeugsteuerung detektiert) oder ein elektrischer Fehlzustand vorliegt (zum Beispiel ein Wicklungs-Kurzschluss oder eine Überspannungs-Situation). Die Batterie 22 kann von dem Motor 30 getrennt werden, so dass der Motor 30 (das heißt der Rotor 42) „freiläuft” (und langsam verzögert bzw. abbremst) und/oder ein Brems-Drehmoment bzw. Motor-Bremsmoment durch den Wechselrichter 24 ausgeübt wird, um den Rotor 42 zu verzögern bzw. abzubremsen.
Bei Schritt 108 wird die Gegen-Elektromotorische Kraft (EMF), auch als Rück-EMF bekannt, welche durch das Drehen des Elektromotors erzeugt wird, mit einem oberen vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Der obere Rück-EMF-Schwellenwert kann beispielsweise zwischen 400 und 450 Volt liegen. Falls die gemessene Rück-EMF geringer als (oder nicht größer als) der obere Schwellenwert ist, fährt das Verfahren bei Schritt 110 fort.
Bei Schritt 110 wird die gemessene Rück-EMF mit einem unteren vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Der untere Rück-EMF-Schwellenwert kann beispielsweise zwischen 50 und 60 Volt liegen. Falls die gemessene Rück-EMF größer als der untere Schwellenwert ist, fährt das Verfahren bei Schritt 112 fort. Bei Schritt 112 schaltet das Wechselrichter-Steuerungsmodul in wiederholter Weise den Wechselrichter 24 zwischen ersten und zweiten Betriebsarten um.
Die erste Betriebsart ist eine „Kurzgeschlossen” bzw. „Kurz”-Betriebsart, bei welcher alle Hoch-Schalteinrichtungen 52, 54, und 56 aktiviert sind (bzw. geschlossen oder eingeschaltet), während alle Niedrig-Schalteinrichtungen 58, 60, und 62 deaktiviert sind (bzw. offen oder ausgeschaltet), oder alle Niedrig-Schalteinrichtungen 58, 60, und 62 sind aktiviert, während alle Hoch-Schalteinrichtungen 52, 54, und 56 deaktiviert sind. Die zweite Betriebsart ist eine „Offen”-Betriebsart, bei welcher alle Schalteinrichtungen 52–62, sowohl Hoch als auch Niedrig, deaktiviert sind.
In einer Ausführungsform wird dieses Umschalten zwischen erster Betriebsart und zweiter Betriebsart derart ausgeführt, dass der Wechselrichter 24 zu 90% der Zeit in der ersten Betriebsart ist und zu etwa 10% in der zweiten Betriebsart ist. Beispielsweise können die Hoch-Schalteinrichtungen 52, 54, und 56 mit einem 90%-Betriebszyklus synchronisiert sein, während die Niedrig-Schalteinrichtungen 58, 60, und 62 bei einem 0%-Betriebszyklus betrieben werden können. Der resultierende Wechselrichter 24-Betrieb wird zu 90% der Zeit eine Kurzgeschlossen-Betriebsart und für die verbleibenden 10% der Zeit eine Offen-Betriebsart sein.
Der bei Schritt 112 in Gang gesetzte Wechselrichter 24-Betrieb verursacht, dass die Rück-EMF als auch die DC-Verbindungsspannung allmählich abnimmt, während weiterhin eine ausreichende Spannung bereitgestellt wird, um die Schalteinrichtungen 52–62 zu betreiben.
Wenn die Rück-EMF unter den unteren Schwellenwert (bei Schritt 110) fällt, fährt das verfahren 100 bei Schritt 114 fort. Bei Schritt 114 wird eine Offen-Betriebsart, ähnlich der oben beschriebenen, durch den Wechselrichter 24 ausgeführt. Sobald die Rück-EMF unter den unteren Schwellenwert gefallen ist, hält die Offen-Betriebsart die DC-Verbindungsspannung aufrecht, so dass die Schalteinrichtungen 52–62, als auch die anderen Komponenten, immer noch betrieben werden können. Das Verfahren 100 endet bei Schritt 116 beispielsweise damit, dass die Rotation des Elektromotors 30 durch Reibung und/oder ein angelegtes Bremsdrehmoment stoppt.
Nochmals mit Bezug auf Schritt 108, nach Empfang des Sofort-Abschalten-Befehls fährt das Verfahren 100, falls die gemessene oder abgeschätzte Rück-EMF über dem oberen Schwellenwert ist, fort bei Schritt 118. Bei Schritt 118 wird bestimmt, ob der Batterie-Verbinder 68 geschlossen bzw. eingeschaltet ist (d. h. ob die Batterie 22 weiterhin mit den Schalteinrichtungen 52–62 verbunden ist). Insbesondere wird in einer Ausführungsform bestimmt, ob ein Signal empfangen wird, welches darauf hindeutet, dass der Batterie-Verbinder 68 geschlossen ist. In anderen Ausführungsformen kann eine Spannungsmessung verwendet werden.
Falls der Batterie-Verbinder 68 geschlossen ist, fährt das Verfahren 100 fort bei Schritt 120. Bei Schritt 120 wird der Wechselrichter 24 zwischen ersten und zweiten Betriebsarten umgeschaltet, ähnlich denen mit Bezug auf Schritt 112 beschriebenen. Jedoch kann bei Schritt 120, um die DC-Verbindungsspannung mit erhöhter Rate zu vermindern, der Wechselrichter 24 bei einem erhöhten Zeitanteil von etwa 20% in der zweiten Offen-Betriebsart betrieben werden (so dass er zu 80% der Zeit in der ersten Betriebsart ist).
Falls der Batterie-Verbinder 68 bei Schritt 118 nicht geschlossen ist, dann fährt das Verfahren bei Schritt 122 fort. Bei Schritt 122 schaltet das Wechselrichter-Steuerungs-Modul in wiederholter Weise des Wechselrichters 24 zwischen einer dritten und vierten Betriebsart um. Das Betriebsarten-Umschalten kann praktisch bedeuten, dass ein etwa 50%-Betriebszyklus an jeder Schalteinrichtung 52–62 derart in synchronisierter Weise ausgeübt wird, dass der Wechselrichter 24 zwischen Ausüben von „Hoch-Kurz” und „Niedrig-Kurz” am Motor 30 wechselt. Insbesondere sind in der dritten Betriebsart alle Hoch-Schalteinrichtungen 52–56 aktiviert, während alle Niedrig-Schalteinrichtungen 58–62 deaktiviert sind. In der vierten Betriebsart sind alle Niedrig-Schalteinrichtungen 58–62 aktiviert, während alle Hoch-Schalteinrichtungen 52–56 deaktiviert sind. Wie in 4 dargestellt, kehrt das Verfahren 100 von Schritt 120 zurück zu Schritt 108.
In einer Ausführungsform wird dieses Schalten bei der Schaltfrequenz (zum Beispiel 12 kHz) ausgeführt, so dass die Zeit, während welcher der Wechselrichter 24 in der dritten Betriebsart ist, ungefähr gleich der Zeit in der vierten Betriebsart ist (das heißt 50%-Betriebszyklus). Dieser Schaltvorgang kann die Spannung an der DC-Verbindung reduzieren oder regeln, welche sonst unerwünscht hoch werden kann, während der Motor 30 weiterhin abbremst bzw. verzögert. Die Reduktion bzw. Steuerung der DC-Verbindungsspannung kann teilweise durch die dem Betrieb der Schalteinrichtungen 52–62 innewohnenden „Schaltverluste” verursacht werden, wie dem Fachmann bekannt ist.
Ein Totzeit-Kompensationsalgorithmus kann an dem Schaltbetrieb ausgeübt werden, um die Reduktionsrate der DC-Verbindungsspannung weiterhin zu erhöhen oder sonstwie anzupassen. Wie allgemein bekannt ist, werden Totzeit-Kompensationsalgorithmen während Normal-, Aktiv-Betrieb der Fahrzeugantriebsmotoren verwendet, um die relativen Verzögerungen im Stromfluss zu kompensieren, welche durch die Zeit verursacht werden, welche die Schalteinrichtungen (zum Beispiel Schalteinrichtungen 52–62) benötigen, um zwischen Betriebszuständen zu wechseln. In einer Ausführungsform kann der Totzeit-Kompensationsalgorithmus den Schaltbetrieb während einer Verzögerung derart anpassen, dass die Betriebszyklen sowohl der Hoch-Schalteinrichtungen 52–56 als auch der Niedrig-Schalteinrichtungen 58–62 beispielsweise zwischen 47% und 53% variieren (wobei immer noch etwa eine 50/50-Aufteilung zwischen den ersten und zweiten Betriebsarten aufrechterhalten wird). Das Verfahren kann enden, wenn beispielsweise die DC-Verbindungsspannung unter einen vorbestimmten Schwellenwert reduziert ist, wie z. B. 70 Volt, oder wenn der Motor aufhört zu drehen.
Ein Vorteil des oben beschriebenen Systems und Verfahrens ist, dass die DC-Verbindungsspannung während einer Verzögerung des Motors geregelt werden kann. Als ein Ergebnis kann ein Brems-Drehmoment bzw. Motor-Bremsmoment immer noch auf den Motor ausgeübt werden, während die DC-Verbindungsspannung noch bei einem gewünschten Niveau reduziert wird. Zusätzlich wird vermieden, dass die DC-Verbindungsspannung zu schnell abfällt, so dass die Wechselrichter-Schalteinrichtungen steuerbar sind, während der Motor noch freiläuft.
Weitere Ausführungsformen können von den DC/AC-Wechselrichtern verschiedene Quellen-Einrichtungen verwenden, wie zum Beispiel DC/DC-Energieumwandler, und von Elektromotoren verschiedene Lasteinrichtungen, wie zum Beispiel Batterien (zum Beispiel Lithium-Ionen-Batterien). Das oben beschriebene System kann in von Automobilen verschiedenen Systemen implementiert werden, wie zum Beispiel bei Wasser- bzw. Luftfahrt-Fahrzeugen. Der Elektromotor und der Energiewechselrichter können verschiedene Anzahlen von Phasen aufweisen, wie zum Beispiel zwei oder vier. Andere Arten von Energiequellen können verwendet werden, wie zum Beispiel Stromquellen und Lasten einschließlich Dioden-Gleichrichter, Thyristor-Umwandler, Brennstoffzellen, Spulen, Kondensatoren und/oder jede Kombination davon. Es wird darauf hingewiesen, dass die oben bereitgestellten numerischen Bereiche lediglich als Beispiele dienen sollen und nicht die Verwendung des oben beschriebenen Systems beschränken sollen.
Während wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorangegangenen detaillierten Beschreibung dargestellt worden ist, wird bevorzugt, dass eine große Anzahl von Variationen existiert. Es wird außerdem bevorzugt, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen lediglich Beispiele sind, und den Umfang, Anwendbarkeit oder Konfiguration der Erfindung in keiner Weise beschränken sollen. vielmehr soll die vorangegangene detaillierte Beschreibung dem Fachmann eine hilfreiche Anleitung zur Ausführung der beispielhaften Ausführungsform oder beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es soll angenommen werden, dass verschiedene Änderungen hinsichtlich Funktion und Anordnung der Elemente vorgenommen werden können, ohne den Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren rechtlicher Äquivalente davon enthalten ist, zu verlassen.
Weitere Ausführungsformen

1. Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters mit einer Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und einer Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen, welche mit einem Elektromotor gekoppelt sind, wobei das Verfahren umfasst: Detektieren eines Zustandes, welcher auf eine Verzögerung des Elektromotors hinweist; und Umschalten des Wechselrichters zwischen einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart während der Verzögerung des Elektromotors, wobei in der ersten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen deaktiviert ist, oder jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert ist, und in der zweiten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen deaktiviert ist.
2. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei das Umschalten des Wechselrichters zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart nur auftritt, falls eine Rück-Elektromotorische Kraft (EMF), welche durch den Elektromotor während der Verzögerung des Elektromotors erzeugt wird, über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
3. Verfahren nach Ausführungsform 2, weiterhin umfassend Deaktivieren jeder Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und jeder Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen, falls die Rück-EMF, welche durch den Elektromotor während der Verzögerung des Elektromotors erzeugt wird, unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
4. Verfahren nach Ausführungsform 3, wobei der vorbestimmte Schwellenwert ein unterer Rück-EMF-Schwellenwert ist.
5. Verfahren nach Ausführungsform 4, weiterhin umfassend Empfangen eines Signals, welches darauf hinweist, ob oder ob nicht die Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und die Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen elektrisch mit einer Batterie verbunden sind.
6. Verfahren nach Ausführungsform 5, weiterhin umfassend ein Umschalten des Wechselrichters zwischen einer dritten Betriebsart und einer vierten Betriebsart, falls die Rück-EMF, welche durch den Elektromotor während der Verzögerung des Elektromotors erzeugt wurde, oberhalb eines höheren Rück-EMF-Schwellenwertes ist und das empfangene Signal anzeigt, dass die Mehrzahl der Hoch-Schalteinrichtungen und die Mehrzahl der Niedrig-Schalteinrichtungen elektrisch nicht mit der Batterie verbunden sind, und in der dritten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen deaktiviert ist, und in der vierten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert ist.
7. Verfahren nach Ausführungsform 6, weiterhin umfassend ein Umschalten des Wechselrichters zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart, falls die Rück-EMF, welche durch den Elektromotor während der Verzögerung des Elektromotors erzeugt wurde, oberhalb eines höheren Rück-EMF-Schwellenwertes ist und das empfangene Signal anzeigt, dass die Mehrzahl der Hoch-Schalteinrichtungen und die Mehrzahl der Niedrig-Schalteinrichtungen elektrisch nicht mit der Batterie verbunden sind.
8. Verfahren nach Ausführungsform 6, wobei die Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und die Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen gemeinsam eine Mehrzahl von Paaren von Schalteinrichtungen umfassen, wobei jedes Paar von Schalteinrichtungen eine Schalteinrichtung aus der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und eine Schalteinrichtung aus der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen umfasst.
9. Verfahren nach Ausführungsform 6, wobei jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss umfasst, wobei in jedem Paar von Schalteinrichtungen von der Mehrzahl von Paaren von Schalteinrichtungen der zweite Anschluss der entsprechenden Hoch-Schalteinrichtung mit dem ersten Anschluss der entsprechenden Niedrig-Schalteinrichtung verbunden ist.
10. Verfahren nach Ausführungsform 6, wobei der Wechselrichter und der Elektromotor derart eingerichtet sind, dass das Umschalten des Wechselrichters zwischen der ersten und der zweiten Betriebsart einen Spannungsabfall an den ersten Anschlüssen von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und an den zweiten Anschlüssen von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen verursacht.
11. Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters mit einer Mehrzahl von Paaren von Schalteinrichtungen, wobei jedes Paar von der Mehrzahl von Paaren von Schalteinrichtungen eine Hoch-Schalteinrichtung und eine Niedrig-Schalteinrichtung umfasst, welche mit einem Fahrzeug-Antriebsmotor gekoppelt sind, wobei das Verfahren umfasst: Detektieren eines auf eine Verzögerung des Fahrzeug-Antriebsmotors hinweisenden Zustandes; Umschalten des Wechselrichters zwischen einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart während der Verzögerung des Fahrzeugantriebs-Motors, falls die Rück-EMF, welche durch den Elektromotor während der Verzögerung des Elektromotors erzeugt wurde, oberhalb eines vorbestimmten Rück-EMF-Schwellenwertes ist, wobei in der ersten Betriebsart jede Schalteinrichtung von den Hoch-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von den Niedrig-Schalteinrichtungen deaktiviert ist, oder jede Schalteinrichtung von den Niedrig-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von den Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert ist, und in der zweiten Betriebsart jede Schalteinrichtung von den Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert ist und jede Schalteinrichtung von den Niedrig-Schalteinrichtungen deaktiviert ist.
12. Verfahren nach Ausführungsform 11, wobei der vorbestimmte Schwellenwert ein unterer Rück-EMF-Schwellenwert ist und weiterhin unfassend ein Empfangen eines Signals, welches darauf hinweist, ob oder ob nicht die Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und die Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen elektrisch mit einer Batterie verbunden sind.
13. verfahren nach Ausführungsform 12, weiterhin umfassend ein Umschalten des Wechselrichters zwischen einer dritten Betriebsart und einer vierten Betriebsart, falls die Rück-EMF, welche durch den Fahrzeug-Antriebs-Motor erzeugt wurde, oberhalb eines höheren Rück-EMF-Schwellenwertes ist und das empfangene Signal anzeigt, dass die Mehrzahl der Hoch-Schalteinrichtungen und die Mehrzahl der Niedrig-Schalteinrichtungen elektrisch nicht mit der Batterie verbunden sind, wobei der höhere Rück-EMF-Schwellenwert größer als der untere Rück-EMF-Schwellenwert ist, und in der dritten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen deaktiviert ist, und in der vierten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert ist.
14. Verfahren nach Ausführungsform 13, weiterhin umfassend ein Umschalten des Wechselrichters zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart, falls die Rück-EMF, welche durch den Fahrzeug-Antriebs-Motor erzeugt wurde, oberhalb eines höheren Rück-EMF-Schwellenwertes ist und das empfangene Signal anzeigt, dass die Mehrzahl der Hoch-Schalteinrichtungen und die Mehrzahl der Niedrig-Schalteinrichtungen elektrisch mit der Batterie verbunden sind
15. Verfahren nach Ausführungsform 14, wobei jede Schalteinrichtung von den Hoch-Schalteinrichtungen und jede Schalteinrichtung von den Niedrig-Schalteinrichtung einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss umfasst, und wobei innerhalb jedes Paares von der Mehrzahl von Paaren von Schalteinrichtungen der zweite Anschluss der entsprechenden Hoch-Schalteinrichtung mit dem ersten Anschluss der entsprechenden Niedrig-Schalteinrichtung verbunden ist, und wobei der Wechselrichter und der Fahrzeug-Antriebsmotor derart eingerichtet sind, dass das umschalten des Wechselrichters zwischen den ersten und zweiten Betriebsarten eine Abnahme einer Spannung an den ersten Anschlüssen der Hoch-Schalteinrichtungen von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und an den zweiten Anschlüssen der Niedrig-Schalteinrichtungen von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen verursacht.
16. Fahrzeugantriebssystem, umfassend: einen Elektromotor mit einer Mehrzahl von Wicklungen; einen Gleichstrom-zu-Wechselstrom(DC/AC)-Energiewechselrichter mit einer Mehrzahl von Paaren von Leistungsschalteinrichtungen, welche mit der Mehrzahl von Wicklungen gekoppelt sind, wobei jedes Paar von Leistungsschalteinrichtungen eine Hoch-Leistungsschalteinrichtung und eine Niedrig-Leistungsschalteinrichtung umfasst; ein Prozessorsystem in betrieblicher Kommunikation mit dem Elektromotor und dem DC/AC-Energiewechselrichter, wobei das Prozessorsystem dazu eingerichtet ist einen auf eine Verzögerung des Elektromotors hinweisenden Zustand zu detektieren; und den Wechselrichter zwischen einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart während der Verzögerung des Elektromotors umzuschalten, wobei in der ersten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen deaktiviert ist, oder jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert ist, und in der zweiten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen aktiviert ist.
17. Fahrzeugantriebssystem nach Ausführungsform 16, wobei das Prozessorsystem derart eingerichtet ist, dass das Umschalten des Betriebes von dem DC/AC-Energiewechselrichter zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart t nur auftritt, falls eine Rück-Elektromotorische Kraft (EMF), welche durch den Elektromotor während der Verzögerung des Elektromotors erzeugt wird, über einem vorbestimmten ersten Schwellenwert liegt.
18. Fahrzeugantriebssystem nach Ausführungsform 17, wobei das Prozessorsystem weiterhin eingerichtet ist, jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen zu deaktivieren, falls die Rück-EMF, welche durch den Elektromotor während der Verzögerung des Elektromotors erzeugt wurde, unterhalb des ersten vorbestimmten Rück-EMF-Schwellenwertes ist.
19. Fahrzeugantriebssystem nach Ausführungsform 17, weiterhin umfassend eine Batterie und wobei das Prozessorsystem weiterhin eingerichtet ist, den DC/AC-Leistungswechselrichter zwischen einer dritten Betriebsart und einer vierten Betriebsart umzuschalten, falls die Rück-EMF, welche durch den Elektromotor während der Verzögerung des Elektromotors erzeugt ist, oberhalb eines zweiten vorbestimten Schwellenwertes ist und die Batterie elektrisch mit der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen verbunden ist, wobei der zweite vorbestimmte Schwellenwert größer als der erste vorbestimmte Schwellenwert ist, und in der dritten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen deaktiviert ist, und in der vierten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert ist.
20. Fahrzeug-Antriebssystem nach Ausführungsform 19, wobei der DC/AC-Energiewechselrichter weiterhin eine Mehrzahl von Dioden umfasst, wobei die Mehrzahl von Dioden in einer antiparallelen Konfiguration mit einer entsprechenden Schalteinrichtung von den Hoch-Leistungsschalteinrichtungen und den Niedrig-Leistungsschalteinrichtungen von der Mehrzahl von Paaren von Leistungsschalteinrichtungen angeordnet ist.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Wechselrichters mit einer Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und einer Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen, welche mit einem Elektromotor gekoppelt sind, wobei das Verfahren umfasst: Detektieren eines Zustandes, welcher auf eine Verzögerung des Elektromotors hinweist und Umschalten des Wechselrichters zwischen einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart während der Verzögerung des Elektromotors, wobei in der ersten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen deaktiviert ist, oder jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert ist, und in der zweiten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen deaktiviert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Umschalten des Wechselrichters zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart nur auftritt, falls eine Rück-Elektromotorische Kraft (EMF), welche durch den Elektromotor während der Verzögerung des Elektromotors erzeugt wird, über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin umfassend Deaktivieren jeder Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und jeder Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen, falls die Rück-EMF, welche durch den Elektromotor während der Verzögerung des Elektromotors erzeugt wird, unter einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der vorbestimmte Schwellenwert ein unterer Rück-EMF-Schwellenwert ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin umfassend Empfangen eines Signals, welches darauf hinweist, ob oder ob nicht die Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und die Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen elektrisch mit einer Batterie verbunden sind.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin umfassend ein Umschalten des Wechselrichters zwischen einer dritten Betriebsart und einer vierten Betriebsart, falls die Rück-EMF, welche durch den Elektromotor während der Verzögerung des Elektromotors erzeugt wurde, oberhalb eines höheren Rück-EMF-Schwellenwertes ist und das empfangene Signal anzeigt, dass die Mehrzahl der Hoch-Schalteinrichtungen und die Mehrzahl der Niedrig-Schalteinrichtungen elektrisch nicht mit der Batterie verbunden sind, und in der dritten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen deaktiviert ist, und in der vierten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, weiterhin umfassend ein Umschalten des Wechselrichters zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart, falls die Rück-EMF, welche durch den Elektromotor während der Verzögerung des Elektromotors erzeugt wurde, oberhalb eines höheren Rück-EMF-Schwellenwertes ist und das empfangene Signal anzeigt, dass die Mehrzahl der Hoch-Schalteinrichtungen und die Mehrzahl der Niedrig-Schalteinrichtungen elektrisch mit der Batterie verbunden sind.
Fahrzeugantriebssystem, umfassend: einen Elektromotor mit einer Mehrzahl von Wicklungen; einen Gleichstrom-zu-Wechselstrom(DC/AC)-Energiewechselrichter mit einer Mehrzahl von Paaren von Leistungsschalteinrichtungen, welche mit der Mehrzahl von Wicklungen gekoppelt sind, wobei jedes Paar von Leistungsschalteinrichtungen eine Hoch-Leistungsschalteinrichtung und eine Niedrig-Leistungsschalteinrichtung umfasst; ein Prozessorsystem in betrieblicher Kommunikation mit dem Elektromotor und dem DC/AC-Energiewechselrichter, wobei das Prozessorsystem dazu eingerichtet ist einen auf eine Verzögerung des Elektromotors hinweisenden Zustand zu detektieren; und den Wechselrichter zwischen einer ersten Betriebsart und einer zweiten Betriebsart während der Verzögerung des Elektromotors umzuschalten, wobei in der ersten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen deaktiviert ist, oder jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen aktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert ist, und in der zweiten Betriebsart jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen deaktiviert ist und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen aktiviert ist.
Fahrzeugantriebssystem nach Anspruch 8, wobei das Prozessorsystem derart eingerichtet ist, dass das Umschalten des Betriebes von dem DC/AC-Energiewechselrichter zwischen der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart t nur auftritt, falls eine Rück-Elektromotorische Kraft (EMF), welche durch den Elektromotor während der Verzögerung des Elektromotors erzeugt wird, über einem vorbestimmten ersten Schwellenwert liegt.
Fahrzeugantriebssystem nach Anspruch 9, wobei das Prozessorsystem weiterhin eingerichtet ist, jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Hoch-Schalteinrichtungen und jede Schalteinrichtung von der Mehrzahl von Niedrig-Schalteinrichtungen zu deaktivieren, falls die Rück-EMF, welche durch den Elektromotor während der Verzögerung des Elektromotors erzeugt wurde, unterhalb des ersten vorbestimmten Rück-EMF-Schwellenwertes ist.