DE102012213380A1 - DC-DC-Wandlersystem eines Elektrofahrzeugs und,Steuerverfahren entsprechendes Gebiet der Erfindung - Google Patents

DC-DC-Wandlersystem eines Elektrofahrzeugs und,Steuerverfahren entsprechendes Gebiet der Erfindung Download PDF

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Sung Kyu Kim
Wonkyoung Choi
Mu Shin Kwak
Suhyun Bae
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Hyundai Motor Co
Kia Corp
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Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Abstract

Beschrieben wird ein DC-DC-Wandlersystem, wobei, nach einem Berechnen von benötigten Spannungen der ersten und zweiten Motoren auf der Grundlage des Magnetflusses und der Drehzahlen der ersten und zweiten Motoren, die an Wechselrichter gelieferte Spannung durch einen als einen größeren Wert der Batteriespannung bestimmten endgültigen Spannungsbefehl und der endgültig benötigten Spannung gesteuert wird. Insbesondere wird die endgültig benötigte Spannung als ein größerer Wert der benötigten Spannungen der ersten und zweiten Motoren bestimmt

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • (a) Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleichstrom-Gleichstrom-(DC-DC)Wandlersystem eines Elektrofahrzeugs und ein entsprechendes Steuerverfahren, das eine Effizienz des Systems durch Steuern einer Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers verbessert.
  • (b) Beschreibung des Standes der Technik
  • Ein verbesserter Kraftstoffverbrauch hat sich zusammen mit verschärften Abgasvorschriften zu einer wachsenden Besorgnis bei vielen Menschen entwickelt. Als solches ist damit begonnen worden, Elektrofahrzeuge, die zumindest einen elektrisch angetriebenen Motor, als eine Alternative zu einem herkömmlichen Kraftstoff-Verbrennungsmotor umfassen, herzustellen. Solche Elektrofahrzeuge, die auch als umweltfreundliche Fahrzeuge bezeichnet werden, umfassen Brennstoffzellenfahrzeuge, hybride Elektrofahrzeuge, so genannte plug-in Elektrofahrzeuge und reine Elektrofahrzeuge, das ein Antriebsdrehmoment unter Verwendung eines Stromversorgungssystems mit einer hohen Spannung und einem hohen Strom erzeugen. Ein solches Elektrofahrzeug umfasst typischerweise einen Motor, um ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen, einen Wechselrichter, um den Betrieb des Motors zu steuern, und einen DC-DC-Wandler zum Transformieren der Batteriespannung auf ungefähr 350 V bis 450 V und zum Versorgen des Wechselrichters mit der transformierten Spannung.
  • Typischerweise wird eine Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers gemäß einem Fahrzustand eingestellt, in dem der Wechselrichter mit seiner maximalen benötigten Spannung arbeitet. Das heißt, ein solcher DC-DC-Wandler gibt immer die maximale benötigte Spannung des Wechselrichters ab. Jedoch kann die Spannung, die durch den Antriebsmotor benötigt wird, abhängig von den Fahrzuständen variieren, und somit kann durch Einstellen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers auf die maximale erforderliche Spannung ein unnötiger Energieverlust entstehen. In diesem Fall kann ein unnötiger Verlust an in der Batteriespannung gespeicherter Energie die Effizienz des elektrischen Systems des Fahrzeugs verschlechtern, was eine Verschlechterung der Kraftstoffeffizienz nach sich zieht.
  • 5 zeigt eine Kurve, die einen Energieverlust an dem Wechselrichter mit Bezug auf die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers eines herkömmlichen Elektrofahrzeugs darstellt. Unter Bezugnahme auf 5, wenn die von dem DC-DC-Wandler an den Wechselrichter ausgegebene Spannung größer wird, wird der Energieverlust an dem Wechselrichter ebenfalls größer. Durch Vergleichen eines ersten Werts, wenn die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers auf die maximale erforderliche Spannung des Wechselrichters eingestellt wird, mit einem zweiten Wert, wenn die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers auf die minimale erforderliche Spannung eingestellt wird, versteht es sich, dass der Energieverlust an dem Wechselrichter höher wird, wenn der DC-DC-Wandler auf die maximale erforderliche Spannung des Wechselrichter eingestellt wird.
  • Die obige, in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient nur der Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und kann daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Fachmann in diesem Land bereits bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung ist im Bestreben gemacht worden, um ein DC-DC-Wandlersystem eines Elektrofahrzeugs bereitzustellen, welches die Vorteile einer verbesserten Effizienz und eines verbesserten Kraftstoffverbrauchs aufweist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt ein DC-DC-Wandlersystem eines Elektrofahrzeugs bereit, das zwischen einer als eine Gleichstromquelle arbeitenden Batterie und als wahlweise Motor oder Generator arbeitende erste und zweite Motoren angeordnet ist und welches umfasst: erste und zweite Wechselrichter, die dazu eingerichtet sind, den ersten bzw. zweiten Motoren Energie zuzuführen oder von den ersten bzw. zweiten Motoren Energie aufzunehmen. Ein DC-Wandler verstärkt die DC-Spannung von der Batterie und versorgt die ersten und zweiten Wechselrichter mit der verstärkten Spannung der Batterie und verstärkt die DC-Spannung von ersten und zweiten Wechselrichtern und versorgt die Batterie mit der verstärkten Spannung der ersten und zweiten Wechselrichter. Eine Steuereinheit kann dazu eingerichtet sein, die an die ersten und zweiten Wechselrichter angelegte Ausgangsspannung durch Schalten der DC-DC-Wandler nach Erzeugen eines Spannungsbefehls auf der Grundlage einer Drehmomentbefehl- und einer Strombefehl-Zuordnungstabelle zu steuern.
  • Die Steuereinheit kann den DC-DC-Wandler steuern durch: Berechnen des von den ersten und zweiten Motoren benötigten Magnetflusses gemäß dem Drehmomentbefehl; Bestimmen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers auf der Grundlage des benötigten Magnetflusses und der Drehzahlen der ersten und zweiten Motoren und der Batteriespannung; und Erzeugen eines Spannungsbefehls auf der Grundlage der bestimmten Ausgangsspannung.
  • Die Steuereinheit berechnet die benötigten Spannungen der ersten und zweiten Motoren auf der Grundlage des Magnetflusses und der Drehzahl der ersten und zweiten Motoren, bestimmt eine endgültige benötigte Spannung als einen größeren Wert der benötigten Spannungen der ersten und zweiten Motoren, und bestimmt einen endgültigen Spannungsbefehl als einen größeren Wert der Batteriespannung und die endgültig benötigte Spannung.
  • Die Steuereinheit kann umfassen: eine Umrichtersteuerung, die eingerichtet ist, um das Schalten des DC-DC-Wandlers durch Erzeugen eines Impulsbreitenmodulations-(Pulse Width Modulation – PWM)Signals gemäß. dem Drehmomentbefehl zu steuern; und eine Motorsteuerung, die eingerichtet ist, um das Schalten der ersten und zweiten Wechselrichter durch Erzeugen des PWM-Signals gemäß dem Drehmomentbefehl zu steuern.
  • Die Umrichtersteuerung kann umfassen: eine Magnetfluss-Berechnungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um einen Magnetfluss der ersten und zweiten Motoren auf der Grundlage des Drehmomentbefehls und der Temperaturen der ersten und zweiten Motoren zu berechnen; und eine Spannungsbefehl-Erzeugungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um den endgültigen Spannungsbefehl zum Steuern des DC-DC-Wandlers auf der Grundlage des benötigten Magnetflusses und der Drehzahl der ersten und zweiten Motoren und der Batteriespannung zu erzeugen.
  • Die Spannungsbefehl-Erzeugungsvorrichtung kann umfassen: Eine erste Berechnungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um einen ersten Spannungsbefehl auf der Grundlage des Magnetflusses und der Drehzahl des ersten Motors zu erzeugen; eine zweite Berechnungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um einen zweiten Spannungsbefehl auf der Grundlage des Magnetflusses und der Drehzahl des zweiten Motors zu erzeugen; und eine dritte Berechnungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um einen endgültigen Spannungsbefehl auf der Grundlage der Batteriespannung und der ersten und zweiten Spannungsbefehle, die jeweils durch die ersten und zweiten Berechnungsvorrichtungen erzeugt werden, zu erzeugen.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt ein Steuerverfahren eines DC-DC-Wandlers eines Elektrofahrzeugs bereit, umfassend: Messen eines Drehmomentbefehls, der ein Antreiben von ersten und zweiten Motoren anfordert, von Drehzahlen der ersten und zweiten Motoren, eines Magnetflusses der ersten und zweiten Motoren und einer Batteriespannung; Berechnen von benötigten Spannungen der ersten und zweiten Motoren auf der Grundlage des Magnetflusses und der Drehzahlen der ersten und zweiten Motoren; Bestimmen einer endgültig benötigten Spannung als einen größeren Wert der benötigten Spannungen der ersten und zweiten Motoren; und Bestimmen eines endgültigen Spannungsbefehls als einen größeren Wert der Batteriespannung und der endgültig benötigten Spannung.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Ausgangsspannung eines DC-DC-Wandlers eines Elektrofahrzeugs abhängig von der Batteriespannung und von Betriebszuständen von Motoren und Wechselrichtern gesteuert, und demzufolge kann ein unnötiger Leistungsverlust von Wechselrichtern minimiert werden, während die Effizienz und der Kraftstoffverbrauch verbessert werden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 stellt ein DC-DC-Wandlersystem eines Elektrofahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
  • 2 stellt ausführlich eine in 1 gezeigte Umrichtersteuerung dar.
  • 3 stellt ausführlich eine in 2 gezeigt Spannungsbefehl-Erzeugungsvorrichtung dar.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren eines DC-DC-Wandlers eines Elektrofahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 5 zeigt einen Graph, der einen Leistungsverlust an dem Wechselrichter mit Bezug auf die Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers eines herkömmlichen Elektrofahrzeugs darstellt.
  • Bezugszeichenliste
    • 101
    der erste Motor
    102
    der zweite Motor
    103
    der erste Wechselrichter
    104
    der zweite Wechselrichter
    105
    DC-DC-Wandler
    106
    Batterie
    200
    Steuereinheit
    210
    Umrichtersteuerung
    220
    Motorsteuerung
    211
    Magnetfluss-Berechnungsvorrichtung
    212
    Spannungsbefehl-Erzeugungsvorrichtung
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachfolgend wird, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Wie der Fachmann erkennen kann, können die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene unterschiedliche Arten verändert werden, ohne von dem Geist oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • Die Zeichnungen und die Beschreibung sollen als veranschaulichend und nicht als einschränkend angesehen werden. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Elemente in der gesamten Beschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Anordnungen werden zum besseren Verständnis der Beschreibung willkürlich angegeben und die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise auf die Zeichnungen beschränkt.
  • Es versteht sich, dass der Ausdruck ”Fahrzeug” oder ”Fahrzeug-” oder andere gleichlautende Ausdrücke wie sie hierin verwendet werden, alle Hybrid-Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie zum Beispiel Personenkraftwagen einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwägen, verschiedene Nutzungsfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielfalt von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen einschließen, und Hybridfahrzeuge des Serien- und Parallel-Typs, semi-elektrische Fahrzeuge, Plug-In-Hybrid-Elektrofahrzeuge, Wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und weitere Fahrzeuge mit alternativem Kraftstoff umfassen (beispielsweise Kraftstoff, der von anderen Quellen als Erdöl gewonnen wird). Wie hierin Bezug genommen wird, stellt ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug dar, das zwei oder mehr Antriebsquellen aufweist, wie zum Beispiel sowohl Benzin-angetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
  • Darüber hinaus kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nichtflüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium ausgeführt werden, das ablauffähige Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor, eine Steuerung oder dergleichen ausgeführt werden. Beispiele von computerlesbaren Speichermedien umfassen in nicht einschränkender Weise ROM, RAM, Compact-Disc(CD)-ROMs, Magnetbänder, Floppydisks, Flash-Laufwerke, Smart Cards und optische Datenspeichervorrichtungen. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann ebenfalls in netzgekoppelten Computersystemen dezentral angeordnet sein, so dass das computerlesbare Medium in einer verteilten Art und Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. durch einen Server oder ein Netzwerk. Zusätzlich dazu, obwohl das Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer Steuereinheit beschreiben wird, um das obige Verfahren durchzuführen, versteht es sich, dass die obigen Verfahren ebenfalls durch eine Mehrzahl von Steuereinheiten, Steuerungen oder dergleichen durchgeführt werden können.
  • 1 stellt ein DC-DC-Wandlersystem eines Elektrofahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Unter Bezugnahme auf 1 umfasst ein DC-DC-Wandlersystem eines Elektrofahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen ersten Motor 101, einen zweiten Motor 102, einen ersten Wechselrichter 103, einen zweiten Wechselrichter 104, einen DC-DC-Wandler 105, eine Batterie 106 und eine Steuereinheit 200.
  • Der erste Motor 101 kann ein Dreiphasen-Wechselstrom-(AC)Motor sein. Der erste Motor 101 kann als ein Motor arbeiten, um einen Verbrennungsmotor 111 zu starten und kann ebenfalls als ein Generator arbeiten, wenn der Verbrennungsmotor 111 nach dem Starten läuft.
  • Um den Verbrennungsmotor 111 zu starten, wird der erste Motor 101 durch eine von dem ersten Wechselrichter 103 gelieferte Dreiphasen-Wechselspannung angetrieben. Wenn der Verbrennungsmotor 111 läuft, erzeugt der erste Motor 101 eine Dreiphasen-Wechselspannung und gibt die erzeugte Spannung an den ersten Wechselrichter 103 aus.
  • Der zweite Motor 102 ist ein Dreiphasen-Wechselstrommotor, der ein Antriebsrad 112 antreibt, und erzeugt ein Antriebsdrehmoment durch eine Dreiphasen-Wechselspannung, die von dem zweiten Wechselrichter 104 geliefert wird. Der zweite Motor 102 arbeitet ebenfalls als ein Generator bei einem regenerativen Bremsvorgang des Elektrofahrzeugs. In diesem Fall erzeugt der zweite Motor 102 eine Dreiphasen-Wechselspannung und gibt die erzeugte Spannung an den zweiten Wechselrichter 104 aus.
  • Der erste Motor 101 kann Dreiphasenspulen in Y-Verbindung als Statorspulen umfassen. Die Enden der Dreiphasenspulen der U-Phase, V-Phase und W-Phase sind miteinander verbunden, um einen Sternpunkt zu bilden, und die anderen Enden der U-Phase, V-Phase und W-Phase sind mit entsprechenden Zweigen des ersten Wechselrichters 103 verbunden.
  • Der zweite Motor 102 umfasst Dreiphasenspulen in Y-Verbindung als Statorspulen. Die Enden der Dreiphasenspulen der U-Phase, V-Phase und W-Phase sind miteinander verbunden, um einen Sternpunkt zu bilden, und die anderen Enden der U-Phase, V-Phase und W-Phase sind mit entsprechenden Zweigen des zweiten Wechselrichters 104 verbunden.
  • Der erste Wechselrichter 103 transformiert in Erwiderung auf ein durch die Steuereinheit 200 angelegtes Impulsbreitenmodulations-(PWM)Signal die DC-Spannung der Batterie 106, die an dem DC-DC-Wandler 105 verstärkt und von diesem geliefert wird, in die Dreiphasen-Wechselspannung, und versorgt dann den ersten Motor 101 mit der transformierten Spannung als eine Antriebsspannung.
  • Der zweite Wechselrichter 104 transformiert in Erwiderung auf ein durch die Steuereinheit 200 angelegtes Impulsbreitenmodulations-(PWM)Signal die DC-Spannung der Batterie 106, die an dem DC-DC-Wandler 105 verstärkt und von diesem geliefert wird, in die Dreiphasen-Wechselspannung, und versorgt dann den zweiten Motor 102 mit der transformierten Spannung als eine Antriebsspannung.
  • Der erste Wechselrichter 103 umfasst in Reihe geschaltete Leistungsschaltungselemente, d. h., U-Phasen-Zweige Sau und Sau', V-Phasen-Zweige Sav and Sav', und W-Phasen-Zweige Saw and Saw'. Die Leistungsschaltungselemente des ersten Wechselrichters 103 können ein NPN-Transistor, Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) sein.
  • Der zweite Wechselrichter 104 umfasst in Reihe geschaltete Leistungsschaltungselemente, d. h., U-Phasen-Zweige Sbu und Sbu', V-Phasen-Zweige Sbv and Sbv', und W-Phasen-Zweige Sbw and Sbw'. Die Leistungsschaltungselemente des zweiten Wechselrichters 104 können ein NPN-Transistor, Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) sein.
  • Der DC-DC-Wandler 105 ist zwischen der Batterie 106 und den ersten und zweiten Wechselrichtern 103 und 104 angeordnet. Gemäß dem durch die Steuereinheit 200 angelegten PWM-Laststeuersignal verstärkt der DC-DC-Wandler 105 die von der Batterie 106 gelieferte Gleichspannung auf einen vorbestimmten Spannungspegel und gibt die verstärkte Spannung an die ersten und zweiten Wechselrichter 103 und 104 aus. Darüber hinaus verstärkt der DC-DC-Wandler 105 gemäß dem durch die Steuereinheit 200 angelegten PWM-Laststeuersignal die von dem ersten Wechselrichter 103 oder dem zweiten Wechselrichter 104 gelieferte Gleichspannung und liefert die verstärkte Spannung an die Batterie 106 als eine Ladespannung.
  • Der DC-DC-Wandler 105 kann mit beiden Enden der Batterie 106 durch z. B. ein Hauptrelais (nicht gezeigt) verbunden sein. Der DC-DC-Wandler 105 kann erste und zweite Leistungsschaltungselemente S1 and S2, und einen Glättungskondensator Cbc umfassen. Die ersten und zweiten Leistungsschaltungselemente S1 und S2 sind in Reihe mit einem Zwischenkreiskondensator (DC-link-Kondensator) Cdc geschaltet, und der Glättungskondensator Cbc ”glättet” die Spannungsschwankung der Batterie 106.
  • Die Batterie 106, die die Gleichstromquelle speichert, ist vorzugsweise eine Hochspannungsbatterie, die mit einer Mehrzahl von Einheitszellen gebildet ist. Die Batterie 106 kann z. B. als Nickel-Wasserstoff-, Lithium-Ionen-Akku und/oder Kondensator mit großer Kapazität ausgebildet sein. Die in der Batterie 106 gespeicherte Gleichspannung kann vorzugsweise durch den DC-DC-Wandler 105 verstärkt und an den ersten Motor 101 oder den zweiten Motor 102 angelegt werden.
  • Gemäß einem durch eine vorgeschaltete Steuerung angelegten Drehmomentbefehl erzeugt die Steuereinheit 200 ein PWM-Signal zum Schalten des DC-DC-Wandlers 105 auf der Grundlage von vorbestimmten Daten einer Strombefehl-Zuordnungstabelle und schaltet somit die ersten und zweiten Leistungsschaltungselemente S1 und S2. Demzufolge wird die von der Batterie 106 gelieferte Spannung auf einen vorbestimmten Pegel verstärkt und die verstärkte Spannung wird an die ersten und zweiten Wechselrichter 103 und 104 angelegt, nachdem sie vorübergehend in dem Zwischenkreis-Kondensator Cdc gespeichert wird.
  • Darüber hinaus erzeugt die Steuereinheit 200 gemäß einem durch eine vorgeschaltete Steuerung angelegten Drehmomentbefehl ein PWM-Signal zum Steuern eines Schaltens der ersten und zweiten Wechselrichter 103 und 104, um die Spannung von dem DC-DC-Wandler 105 in eine Dreiphasen-Wechselspannung umzuwandeln und um den ersten Motor 101 oder den zweiten Motor 102 anzutreiben.
  • Während dem Steuern eines Schaltens des DC-DC-Wandlers 105 und der ersten und zweiten Wechselrichter 103 und 104 misst die Steuereinheit 200 Informationen in Hinblick auf die Ausgangsspannung Vb und den Ausgangsstrom Ib der Batterie 106, die Spannung Vdc, die an dem Zwischenkreiskondensator Cdc des DC-DC-Wandlers 105 geladen wird, Antriebsströme, die an entsprechende Phasen der ersten und zweiten Motoren 101 und 102 eingespeist werden, und die Temperatur der ersten und zweiten Motoren 101 und 102, und moduliert das PWM-Signal zum Schalten des DC-DC-Wandlers 105 und das PWM-Signal zum Schalten der ersten und zweiten Wechselrichter 103 und 104.
  • Wenn ein Drehmomentbefehl von einer vorgeschalteten Steuerung empfangen wird, berechnet die Steuereinheit 200 einen von den ersten und zweiten Motoren 101 und 102 benötigten Magnetfluss auf der Grundlage von vorbestimmten Daten einer Strombefehl-Zuordnungstabelle und bestimmt eine Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers 105 auf der Grundlage des von den ersten und zweiten Motoren 101 und 102 benötigten Magnetflusses und der Drehzahl und der Batteriespannung Vb. Da die Steuereinheit 200 ein PWM-Signal gemäß der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers 105 erzeugt und die ersten und zweiten Leistungsschaltungselemente S1 und S2 des DC-DC-Wandlers 105 schaltet, kann der Leistungsverlust der ersten und zweiten Wechselrichter 103 und 104 minimiert werden und die Ausgangsspannung kann eine optimale Effizienz aufweisen.
  • Wie oberhalb beschrieben, kann die Steuereinheit 200 die von den ersten und zweiten Wechselrichtern 103 und 104 benötigte Spannung aus dem von den ersten und zweiten Motoren 101 und 102 benötigten Magnetfluss und der Drehzahl bestimmen. Die Steuereinheit 200 kann eine Umrichtersteuerung 210 und eine Motorsteuerung 220 umfassen. Die Umrichtersteuerung 210 kann eingerichtet sein, um ein PWM-Signal gemäß einem durch eine vorgeschaltete Steuerung angelegten Drehmomentbefehl zu erzeugen, und ein Schalten des DC-DC-Wandlers 105 durch das PWM-Signal zu steuern. Die Motorsteuerung 220 kann eingerichtet sein, um ein PWM-Signal gemäß einem durch eine vorgeschaltete Steuerung angelegten Drehmomentbefehl zu erzeugen, und ein Schalten der ersten und zweiten Wechselrichter 103 und 104 zu steuern.
  • Wie in 2 gezeigt, umfasst die Umrichtersteuerung 210 eine Magnetfluss-Berechnungsvorrichtung 211 und eine Spannungsbefehl-Erzeugungsvorrichtung 212. Die Magnetfluss-Berechnungsvorrichtung 211 berechnet den Magnetfluss λmag_MG1 und λmag_MG2 der ersten und zweiten Motoren 101 und 102 auf der Grundlage eines Drehmomentbefehls, der einen Fahrzustand eines Fahrzeugs darstellt, und Temperaturen der ersten und zweiten Motoren 101 und 102 unter Verwendung von vorbestimmten Daten einer Strombefehl-Zuordnungstabelle.
  • Die Spannungsbefehl-Erzeugungsvorrichtung 212 kann einen ersten Spannungsbefehl auf der Grundlage des durch die Magnetfluss-Berechnungsvorrichtung 211 gelieferten Magnetflusses λmag_MG1 und der Drehzahl des ersten Motors 101, und einen zweiten Spannungsbefehl auf der Grundlage des durch die Magnetfluss-Berechnungsvorrichtung 211 gelieferten Magnetflusses λmag_MG2 und der Drehzahl des zweiten Motors 102 erzeugen. Dann erzeugt die Spannungsbefehl-Erzeugungsvorrichtung 212 ein PWM-Signal durch Bestimmen eines endgültigen Spannungsbefehls zum Schalten des DC-DC-Wandlers 105 auf der Grundlage des ersten Spannungsbefehls, des zweiten Spannungsbefehls und der Spannung der Batterie 106.
  • Wie in 3 gezeigt, umfasst die Spannungsbefehl-Erzeugungsvorrichtung 212 eine erste Berechnungsvorrichtung 212-1, eine zweite Berechnungsvorrichtung 212-2 und eine dritte Berechnungsvorrichtung 212-3. Die erste Berechnungsvorrichtung 212-1 erzeugt den ersten Spannungsbefehl auf der Grundlage des Magnetflusses λmag_MG1 und der Drehzahl des ersten Motors 101. Die zweite Berechnungsvorrichtung 212-2 erzeugt den zweiten Spannungsbefehl auf der Grundlage des Magnetflusses λmag_MG2 und der Drehzahl des zweiten Motors 102. Die dritte Berechnungsvorrichtung 212-3 erzeugt den endgültigen Spannungsbefehl zum Steuern eines Schaltens des DC-DC-Wandlers 105 auf der Grundlage der Spannung der Batterie und der ersten und zweiten Spannungsbefehle, die jeweils an den ersten und zweiten Berechnungsvorrichtungen 212-1 und 212-2 erzeugt werden. Ein Betrieb eines DC-DC-Wandlers 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend ausführlich beschrieben.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren eines DC-DC-Wandlers eines Elektrofahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Unter Bezugnahme auf 4, wenn ein Elektrofahrzeug in Schritt S101 Betrieb steht, misst die Steuereinheit 200 die Drehzahl ωrpm_MG1 und den Magnetfluss λmag_MG1 des ersten Motors 101, die Drehzahl ωrpm_MG2 und den Magnetfluss λmag_MG2 des zweiten Motors 102 und die Spannung VBatt der Batterie 106.
  • Dann berechnet die Steuereinheit 200 in Schritt S102 eine benötigte Spannung V* DC_MG1 des ersten Motors 101 auf der Grundlage des Magnetflusses λmag_MG1 und einer normalisierten Drehzahl kMG1 des ersten Motors 101. Die normalisierte Drehzahl kMG1 des ersten Motors 101 kann in einfacher Weise durch einen Fachmann auf der Grundlage der Drehzahl ωrpm_MG1 des ersten Motors 101 erhalten werden, zum Beispiel durch Multiplizieren eines Proportionalkoeffizienten mit der Drehzahl.
  • Und in Schritt S103 berechnet die Steuereinheit 200 eine benötigte Spannung V* DC_MG2 des zweiten Motors 102 auf der Grundlage des Magnetflusses λmag_MG2 und einer normalisierten Drehzahl kMG2 des zweiten Motors 102. Die normalisierte Drehzahl kMG2 des zweiten Motors 102 kann in einfacher Weise durch einen Fachmann auf der Grundlage der Drehzahl ωrpm_MG2 des zweiten Motors 102 erhalten werden, zum Beispiel durch Multiplizieren eines Proportionalkoeffizienten mit der Drehzahl.
  • Wenn die benötigte Spannung V* DC_MG1 des ersten Motors 101 und die benötigte Spannung V* DC_MG2 des zweiten Motors 102 in den Schritten S102 und S103 berechnet werden, bestimmt die Steuereinheit 212, ob die benötigte Spannung V* DC_MG1 des ersten Motors 101 größer als die benötigte Spannung V* DC_MG2 des zweiten Motors 102 in Schritt S104 ist. Wenn die benötigte Spannung V* DC_MG1 des ersten Motors 101 größer als die benötigte Spannung V* DC_MG2 des zweiten Motors 102 ist, bestimmt die Steuereinheit 200 in Schritt S105 die endgültig benötigte Spannung VDC_MG als die benötigte Spannung V* DC_MG1 des ersten Motors 101.
  • Wenn die benötigte Spannung V* DC_MG2 des zweiten Motors 102 größer als die benötigte Spannung V* DC_MG1 des ersten Motors 101 ist, bestimmt die Steuereinheit 200 in Schritt S106 die endgültig benötigte Spannung VDC_MG als die benötigte Spannung V* DC_MG2 des zweiten Motors 102. Das heißt, durch die Schritte S104, S105, und S106 wird die endgültig benötigte Spannung VDC_MG als ein größerer Wert der benötigten Spannungen V* DC_MG1 and V* DC_MG2 der ersten und zweiten Motoren 101 und 102 bestimmt. Dann bestimmt die Steuereinheit 200 in Schritt S107, ob solch eine bestimmte endgültig benötigte Spannung VDC_MG größer als die Spannung VBatt der Batterie 106 ist.
  • Wenn die Spannung VBatt der Batterie 106 größer als die endgültig benötigte Spannung VDC_MG ist, bestimmt die Steuereinheit 200 in Schritt S108 den endgültigen Spannungsbefehl V* DC_CMD zum Steuern eines Schaltens des DC-DC-Wandlers 105 als die Spannung VBatt der Batterie 106. Wenn die endgültig benötigte Spannung VDC_MG größer als die Spannung VBatt der Batterie 106 ist, bestimmt die Steuereinheit 200 in Schritt S109 den endgültigen Spannungsbefehl V* DC_CMD zum Steuern eines Schaltens des DC-DC-Wandlers 105 als die endgültig benötigte Spannung VDC_MG. Das heißt, durch die Schritte S107, S108, and S109 wird der endgültige Spannungsbefehl V* DC_CMD zum Steuern eines Schaltens des DC-DC-Wandlers 105 als ein größerer Wert der endgültig benötigten Spannung VDC_MG und der Spannung VBatt der Batterie 106 bestimmt.
  • Dann erzeugt die Steuereinheit 210 ein PWM-Signal zum Ausgeben von solch einem bestimmten endgültigen Spannungsbefehl V* DC_CMD und betreibt die ersten und zweiten Leistungsschaltungselemente S1 und S2 des DC-DC-Wandlers 105, um die durch die Batterie 106 gelieferte Spannung zu verstärken, wobei die verstärkte Spannung an die ersten und zweiten Wechselrichter 103 und 104 angelegt wird. Demzufolge, da die an die ersten und zweiten Wechselrichter 103 und 104 gelieferte Spannung den tatsächlichen Kenndaten von Wechselrichtern und Motoren und den tatsächlichen Batteriespannungskennlinien folgt, wird der Spannungsverlust minimiert, während die Effizienz und der Kraftstoffverbrauch verbessert werden.
  • Während diese Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben worden ist, was gegenwärtig als praktische Ausführungsbeispiele erachtet werden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegensatz dazu vorgesehen ist, um verschiedene Abänderungen und äquivalente Anordnungen abzudecken, die innerhalb des Geistes und dem Umfang der beigefügten Ansprüche umfasst sind.

Claims (8)

  1. DC-DC-Wandlersystem eines Elektrofahrzeugs, wobei das DC-DC-Wandlersystem zwischen einer als eine Gleichstromquelle arbeitenden Batterie und wahlweise als Motor beziehungsweise Generator arbeitende erste und zweite Motoren angeordnet ist, wobei das DC-DC-Wandlersystem aufweisend: erste und zweite Wechselrichter, die dazu eingerichtet sind, den ersten bzw. zweiten Motoren Energie zuzuführen oder von den ersten bzw. zweiten Motoren Energie aufzunehmen; einen DC-Wandler, der dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung aus der Batterie zu verstärken und an die ersten und zweiten Wechselrichter mit der verstärkten Spannung der Batterie zu versorgen, und eine Gleichspannung von den ersten und zweiten Wechselrichtern zu verstärken und die Batterie mit der verstärkten Spannung der ersten und zweiten Wechselrichter zu versorgen; und eine Steuereinheit, die dazu eingerichtet ist, um eine an die ersten und zweiten Wechselrichter gelieferte Ausgangsspannung durch Schalten des DC-DC-Wandlers nach Erzeugen eines Spannungsbefehls auf der Grundlage einer Drehmomentbefehl- und einer Strombefehl-Zuordnungstabelle zu steuern.
  2. DC-DC-Wandlersystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit den DC-DC-Wandler steuert durch: Berechnen des von den ersten und zweiten Motoren benötigten Magnetflusses gemäß dem Drehmomentbefehl; Bestimmen der Ausgangsspannung des DC-DC-Wandlers auf der Grundlage des benötigten Magnetflusses und der Drehzahlen der ersten und zweiten Motoren und der Batteriespannung; und Erzeugen des Spannungsbefehls auf der Grundlage der bestimmten Ausgangsspannung.
  3. DC-DC-Wandlersystem nach Anspruch 2, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die benötigten Spannungen der ersten und zweiten Motoren auf der Grundlage des Magnetflusses und der Drehzahl der ersten und zweiten Motoren zu berechnen, eine endgültig benötigte Spannung als einen größeren Wert der benötigten Spannungen der ersten und zweiten Motoren zu bestimmen, und einen endgültigen Spannungsbefehl als einen größeren Wert der Batteriespannung und die endgültig benötigte Spannung zu bestimmen.
  4. DC-DC-Wandlersystem nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit aufweist: eine Umrichtersteuerung, die dazu eingerichtet ist, ein Schalten des DC-DC-Wandlers durch Erzeugen eines Impulsbreitenmodulations-(PWM)Signals gemäß dem Drehmomentbefehl zu steuern; und eine Motorsteuerung, die dazu eingerichtet ist, das Schalten der ersten und zweiten Wechselrichter durch Erzeugen des PWM-Signals gemäß dem Drehmomentbefehl zu steuern.
  5. DC-DC-Wandlersystem nach Anspruch 4, wobei die Umrichtersteuerung aufweist: eine Magnetfluss-Berechnungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen Magnetfluss der ersten und zweiten Motoren auf der Grundlage des Drehmomentbefehls und der Temperaturen der ersten und zweiten Motoren zu berechnen; und eine Spannungsbefehl-Erzeugungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, den endgültigen Spannungsbefehl zu erzeugen, um den DC-DC-Wandler auf der Grundlage des benötigten Magnetflusses und der Drehzahlen der ersten und zweiten Motoren und der Batteriespannung zu steuern.
  6. DC-DC-Wandlersystem nach Anspruch 4, wobei die Spannungsbefehl-Erzeugungsvorrichtung aufweist: eine erste Berechnungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen ersten Spannungsbefehl auf der Grundlage des Magnetflusses und der Drehzahl des ersten Motors zu erzeugen; eine zweite Berechnungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen zweiten Spannungsbefehl auf der Grundlage des Magnetflusses und der Drehzahl des zweiten Motors zu erzeugen; und eine dritte Berechnungsvorrichtung, die eingerichtet ist, um einen endgültigen Spannungsbefehl auf der Grundlage der Batteriespannung und der ersten und zweiten Spannungsbefehle, die jeweils durch die ersten und zweiten Berechnungsvorrichtungen erzeugt werden, zu erzeugen.
  7. Steuerverfahren eines DC-DC-Wandlers eines Elektrofahrzeugs, aufweisend: Messen eines Drehmomentbefehls mittels einer Steuereinheit, welches ein Antreiben der ersten und zweiten Motoren, der Drehzahlen der ersten und zweiten Motoren, eines Magnetflusses der ersten und zweiten Motoren und einer Batteriespannung anfordert; Berechnen von benötigten Spannungen der ersten und zweiten Motoren durch die Steuereinheit auf der Grundlage des Magnetflusses beziehungsweise der Drehzahlen der ersten und zweiten Motoren; Bestimmen einer endgültig benötigten Spannung durch die Steuereinheit als einen größeren Wert der benötigten Spannungen der ersten und zweiten Motoren; und Bestimmen eines endgültigen Spannungsbefehls mittels der Steuereinheit als einen größeren Wert der Batteriespannung und der endgültig benötigten Spannung.
  8. Nichtflüchtiges, computerlesbares Medium, das Programmbefehle umfasst, die durch einen Prozessor oder einen Controller ausgeführt werden, das computerlesbare Medium aufweist: Programmbefehle, die einen Drehmomentbefehl, der ein Antreiben von ersten und zweiten Motoren anfordert, Drehzahlen der ersten und zweiten Motoren, einen Magnetfluss der ersten und zweiten Motoren und eine Batteriespannung messen; Programmbefehle, die benötigte Spannungen der ersten und zweiten Motoren auf der Grundlage des Magnetflusses bzw. der Drehzahlen der ersten und zweiten Motoren berechnen; Programmbefehle, die eine endgültig benötigte Spannung als einen größeren Wert der benötigten Spannungen der ersten und zweiten Motoren bestimmen; und Programmbefehle, die einen endgültigen Spannungsbefehl als einen größeren Wert der Batteriespannung und die endgültig benötigte Spannung bestimmen.
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