DE102014016910A1 - Verfahren zum Betreiben einer Steuervorrichtung eines elektrischen Antriebsmotors eines Fahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Steuervorrichtung (1) eines elektrischen Antriebsmotors (2) eines Fahrzeugs, wobei die Steuervorrichtung durch ein Schalten von Schaltkomponenten (T1, T2, T3, T4, T5, T6) gemäß einem Steuerschema eine Ausgangsspannung (3, 4) steuert, die in Kombination mit einem Strom (5) die elektrische Leistung des Antriebsmotors (2) bestimmt, und wobei sowohl die Ausgangsspannung (3, 4) als auch der Strom (5) zeitlich periodisch schwanken, wobei das Verfahren die Schritte des Bestimmens eines Spannungsverschiebungswinkels (6) für das Steuerschema in Bezug auf den Strom (5) in Abhängigkeit von einem Fahrzustand des Fahrzeugs, des Überprüfens, ob der definierte Spannungsverschiebungswinkel (6) größer als ein vorbestimmter Grenzwinkel ist, und wenn ja, des Änderns des Wertes des Spannungsverschiebungswinkels (6) auf den Wert des Grenzwinkels und des Anwendens des geänderten Spannungsverschiebungswinkels (6) auf das Steuerschema für die Schaltkomponenten (T1, T2, T3, T4, T5, T6), um die elektromagnetische Störung zu verringern, umfasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Steuervorrichtung eines elektrischen Antriebsmotors eines Fahrzeugs, wobei die Steuervorrichtung durch Schalten von Schaltkomponenten gemäß einem Steuerschema eine Ausgangsspannung steuert, die in Kombination mit einem Strom die elektrische Leistung des Antriebsmotors bestimmt, und wobei sowohl die Ausgangsspannung als auch der Strom zeitlich periodisch schwanken, wobei ein Wert des Spannungsverschiebungswinkels für das Steuerschema in Bezug auf den Strom in Abhängigkeit von einem Fahrzustand des Fahrzeugs bestimmt wird.
  • Heutzutage gibt es viele strombetriebene Fahrzeuge mit einem elektrischen Antriebsmotor. Dieser Motor wird normalerweise von einer Steuervorrichtung, wie einem Wechselrichter, gesteuert und umfasst aktive Schaltkomponenten, wie Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode. Es wird sehr häufig ein verallgemeinerter, unstetiger Pulsweitenmodulationsalgorithmus verwendet, um die Schaltbefehle für die Schaltkomponenten zu erzeugen. Dies führt normalerweise zu einem Steuerschema für die Schaltkomponenten, bei dem ein Spannungsverschiebungswinkel, das heißt eine Verschiebung zwischen dem Winkel der periodisch schwankenden Spannung und des periodisch schwankenden Stroms, gesteuert wird. Dies erfolgt in der Art und Weise, dass die Schaltkomponenten auf der Phase des Elektromotors mit der größten Stromstärke nicht schalten und der größte Wirkungsgrad für die Steuervorrichtung, d. h. einen Wechselrichter, erreicht werden kann.
  • Die US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2013/0088905 A1 beschreibt einen Kompensationsalgorithmus für einen Dreiphasen-Wechselrichter unter Verwendung eines Raumvektor-Pulsweitenmodulationsschemas, bei dem die Verzerrung einer Ausgangsspannung und eine Diskontinuität von Strom, wenn die Polarität von Phasenstrom umgeschaltet wird, minimiert wird. Dadurch werden Kurzschlüsse zwischen verschiedenen Schaltvorrichtungen der Steuervorrichtung, des Wechselrichters, verhindert.
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die elektromagnetische Störung einer Steuervorrichtung eines elektrischen Antriebsmotors eines Fahrzeugs zu verringern.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 vorgesehen.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 4 vorgesehen.
  • Weitere Vorteile und Ausführungsformen sind gemäß den unabhängigen Ansprüchen, der ausführlichen Beschreibung und den Figuren ausgeführt.
  • Um die elektromagnetische Störung einer Steuervorrichtung eines elektrischen Antriebsmotors eines Fahrzeugs zu verringern, stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Steuervorrichtung zur Verfügung. Hierbei steuert die Steuervorrichtung durch Schalten von Schaltkomponenten nach einem Steuerschema eine Ausgangsspannung, die in Kombination mit einem Strom die elektrische Leistung des Antriebsmotors bestimmt, wobei sowohl die Ausgangsspannung als auch der Strom zeitlich periodisch schwanken. Das Verfahren umfasst das Bestimmen eines Wertes des Spannungsverschiebungswinkels für das Steuerschema in Bezug auf den Strom in Abhängigkeit von dem Fahrzustand des Fahrzeugs, gekennzeichnet durch ein Überprüfen, ob der definierte Spannungsverschiebungswinkel größer als ein vorbestimmter Grenzwinkel ist und, wenn dies der Fall ist, ein Ändern des Wertes des Spannungsverschiebungswinkels auf den Wert des Grenzwinkels und ein Anwenden des geänderten Spannungsverschiebungswinkels auf das Steuerschema für die Schaltkomponenten. Mit anderen Worten fügt die Erfindung nach dem Bestimmen eines Wertes eines Spannungsverschiebungswinkels gemäß dem Stand der Technik ein zusätzliches Optimierungskriterium hinzu, wie zum Beispiel die Verwendung eines Leistungsfaktorwinkels als Spannungsverschiebungswinkel. Der sich hieraus ergebende Vorteil besteht darin, dass der Spannungsverschiebungswinkel weiter optimiert wird, so dass zusätzlich zu bestehenden Optimierungsverfahren und unabhängig von diesen der Wirkungsgrad der Steuervorrichtung, ihre elektromagnetische Kompatibilität sowie die gesamte Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugs auf Grund der verringerten elektromagnetischen Störung und verringerter Oberschwingungsanteile erhöht werden.
  • Die Schaltkomponenten können ein nicht-lineares Verhalten oder einen Phasensprung in einem definierten ersten Schaltbetriebszustand nahe ihrem maximalen Widerstand und/oder in einem definierten zweiten Schaltbetriebszustand nahe ihrer maximalen Leitfähigkeit aufweisen. Der Grenzwinkel wird dann in Abhängigkeit von dem Ausmaß der ersten und/oder der zweiten Betriebszustand bestimmt. Dies führt zu der Möglichkeit, Betriebsbereiche der Schaltkomponenten mit einem nicht-linearen Verhalten oder Phasensprüngen zu vermeiden, so dass wellige Oberschwingungen, und folglich auch die elektromagnetische Störung, verringert werden.
  • Im Rahmen der Erfindung ist es möglich, dass der erste und/oder der zweite Betriebszustand durch eine minimale Schaltbefehllänge bestimmt wird, die erforderlich ist, damit die Schaltkomponenten ein nicht-lineares Verhalten oder einen Phasensprung verhindern, wobei die minimale Schaltbefehllänge einen relativen zeitlichen Umfang minpulse in Bezug auf die Gesamtzeit einer Schaltperiode der Schaltkomponenten aufweist. Also ist minpulse kleiner als 1 und größer als 0. Des Weiteren kann das Steuerschema zwischen dem aufeinander folgenden Schalten von zwei verschiedenen Schaltkomponenten, die an die gleiche Phase oder den gleichen Pol des elektrischen Antriebsmotors angeschlossen sind, eine Pause mit der relativen Länge timedead in Bezug auf die Gesamtzeit einer Schaltperiode der Schaltkomponenten aufweisen. Wieder wäre eine solche Pause kleiner als 1 und normalerweise größer als 0.
  • Dann kann, wenn die Ausgangsspannung dem Strom vorauseilt, der Grenzwinkel θlimit bestimmt werden durch
    Figure DE102014016910A1_0002
    entsprechend einer Begrenzung durch den zweiten Betriebszustand, zum Beispiel Betriebszustand 8 in 2, und durch
    Figure DE102014016910A1_0003
    entsprechend einer Begrenzung durch den ersten Betriebszustand, zum Beispiel Betriebszustand 7 in 2.
  • Der Grenzwinkel θlimit muss beide Begrenzungen erfüllen, um ein nicht-lineares Verhalten komplett zu vermeiden.
  • Wenn die Ausgangsspannung dem Strom nacheilt, kann der Grenzwinkel θlimit bestimmt werden durch
    Figure DE102014016910A1_0004
    entsprechend einer Begrenzung durch den zweiten Betriebszustand, zum Beispiel Betriebszustand 8 in 2, und durch
    Figure DE102014016910A1_0005
    entsprechend einer Begrenzung durch den ersten Betriebszustand, zum Beispiel Betriebszustand 7 in 2.
  • Der Grenzwinkel θlimit muss beide Begrenzungen erfüllen, um ein nicht-lineares Verhalten komplett zu vermeiden.
  • Hier ist der Modulationsindex
    Figure DE102014016910A1_0006
    wobei V1st der Spitzenwert einer Ausgangsspannungsgrundschwingung und VDC eine Gleichstrombatteriespannung ist. Insbesondere kann der Spannungsverschiebungswinkel auf einen herkömmlichen Leistungsfaktorwinkel eingestellt werden, wenn er nicht den Grenzwinkel übersteigt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Grenzwinkel an spezifische Kennzeichen der Schaltkomponenten angepasst ist, die für die Steuervorrichtung verwendet werden, nämlich die minimale Schaltbefehllänge und die Pause, die zwischen zwei aufeinander folgenden Schaltbefehlen von Schaltkomponenten nötig ist, die an die gleiche Phase des Elektromotors angeschlossen sind, und dass er an verschiedene Situationen angepasst ist, die in Abhängigkeit des Fahrzustands des Fahrzeugs auftreten können. Das bedeutet, dass die elektromagnetische Störung für jede Situation und jede Schaltkomponente so weit wie möglich reduziert wird. Außerdem können die Grenzwinkel im Voraus berechnet werden, so dass die Steuervorrichtung sehr schnell arbeiten kann und sehr wenig Rechenkapazität erforderlich ist, um den korrekten Grenzwinkel zur Verfügung zu stellen.
  • Des Weiteren ist eine Steuervorrichtung eines elektrischen Antriebsmotors eines Fahrzeugs Teil der Erfindung. Hierbei ist die Steuervorrichtung dafür konfiguriert, eine Ausgangsspannung zu steuern, die in Kombination mit einem Strom die elektrische Leistung des Antriebsmotors definiert, wobei sowohl die Ausgangsspannung als auch der Strom zeitlich schwanken, mit Schaltkomponenten, die dafür konfiguriert sind, durch die Steuervorrichtung gemäß einem Steuerschema geschaltet zu werden, und die Steuervorrichtung ist des Weiteren dafür konfiguriert, einen Wert eines Spannungsverschiebungswinkels in Bezug auf den Strom zu bestimmen. Es ist wichtig, dass die Steuervorrichtung dafür konfiguriert ist, den Spannungsverschiebungswinkel auf einen Wert eines vorbestimmten Grenzwinkels zu ändern, wenn der definierte Spannungsverschiebungswinkel größer ist als der Wert des Grenzwinkels, und dass die Steuervorrichtung dafür konfiguriert ist, den geänderten Spannungsverschiebungswinkel auf das Steuerschema für die Schaltkomponenten anzuwenden.
  • Die Steuervorrichtung kann ein Dreiphasen-Wechselrichter sein. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Erfindung auf genormte Steuervorrichtungen und Motoren angewendet werden kann, bei denen drei Phasen Stand der Technik sind.
  • Des Weiteren können die Schaltkomponenten Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode oder gekoppelte Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode sein, wodurch die Umsetzung der Erfindung auf kostengünstige Weise ermöglicht wird. Da die Bipolartransistoren mit isolieter Gate-Elektrode mit hoher Frequenz geschaltet werden können, ist der Betriebszustand, bei dem ein nicht-lineares Schalten erfolgt, unbedeutend und die elektromagnetische Störung kann mit einer relativ kleinen Änderung des Spannungsverschiebungswinkels der Verfahren des Stands der Technik verringert werden.
  • Durch Betrachten der folgenden ausführlichen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen können die Lehren der vorliegenden Erfindung leicht verstanden werden, und zumindest einige zusätzliche spezifische Einzelheiten werden offenbar. Dabei zeigen:
  • 1 einen Schaltplan einer Steuervorrichtung mit einem Elektromotor gemäß dem Stand der Technik;
  • 2 eine Darstellung typischer Arbeitszyklus-Kennlinien einer Schaltkomponente des Stands der Technik;
  • 3 ein Diagramm einer Kurve einer Ausgangsspannung und eines Stroms über der Zeit gemäß dem Stand der Technik; und
  • 4 ein Diagramm einer Kurve einer Ausgangsspannung und eines Stroms über der Zeit gemäß einer Implementierung der Erfindung.
  • In den Figuren sind die gleichen Elemente oder Elemente mit der gleichen Funktion mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • 1 zeigt einen Schaltplan einer Steuervorrichtung des Stands der Technik mit einem Elektromotor 2. Hier ist die Steuervorrichtung 1 ein Dreiphasen-Wechselrichter, der über drei Phasen A, B und C an den Elektromotor 2 angeschlossen ist. Die sechs Schaltkomponenten T1 bis T6 sind zum Beispiel Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs). Idealerweise sind Schaltbefehle für zwei Schaltkomponenten T1 bis T6, die an die gleiche Phase A, B, C oder den Pol des Elektromotors 2 angeschlossen sind, komplementär. Somit wird, sobald eine Schaltkomponente T1, T3, T5 geöffnet wird, die entsprechende zweite Schaltkomponente T2, T4, T6 sofort geschlossen. Da die meisten Schaltkomponenten T1 bis T6, insbesondere wenn es sich um IGBTs handelt, keine idealen Schalter sind, kann ihre begrenzte Schaltgeschwindigkeit einen Kurzschluss des Gleichspannungs-Zwischenkreises verursachen. Das bedeutet, dass eine Schaltkomponente T2, T4, T6 eingeschaltet ist, während die entsprechende Schaltkomponente T1, T3, T5 nicht vollständig ausgeschaltet ist. In diesem Fall wird die Hochspannungsbatterie 10 zwischen positiv und negativ kurzgeschlossen und ein enormer Strom fließt durch die Schaltkomponenten T1 bis T6. Um dieses Problem zu vermeiden, wird eine Pause, eine sogenannte Totzeit, zwischen den Schaltbefehlen von zwei der entsprechenden Schaltkomponenten T1 bis T6 eingefügt. Während der Totzeit werden beide Schaltkomponenten T1 bis T6, die an die gleiche Phase A, B, C angeschlossen sind, in einem Aus-Zustand betrieben. Des Weiteren ist z. B. bei Verwendung von IGBTs als Schaltkomponenten T1 bis T6 eine minimale Impulsbegrenzung oder eine minimale Impulslänge erforderlich. Dies ist so, da das vollständige Ein- oder Ausschalten eines IGBT nicht garantiert werden kann, wenn der Schaltbefehl kleiner als der minimale Impuls ist. Das bedeutet, dass eine maximale Frequenz besteht und ein vollständiges Ein- oder Ausschalten eines IGBT nur garantiert werden kann, wenn die Schaltfrequenz kleiner als die maximale Frequenz ist. Dies ist auch in 2 veranschaulicht.
  • 2 zeigt eine Darstellung von typischen Arbeitszyklus-Kennlinien einer Schaltkomponente des Stands der Technik, wie eines IGBT. Hier stellt die Y-Achse die tatsächliche Leitfähigkeit der Schaltkomponente T1 bis T6 dar, und die X-Achse stellt die gewünschte Leitfähigkeit der Schaltkomponente T1 bis T6 gemäß dem Schaltbefehl dar. Die gestrichelte Kurve 11 stellt die Kennlinien einer idealen Schaltkomponente T1 bis T6 dar. Hier handelt es sich um eine im Wesentlichen lineare Kennlinie, wobei die erreichte Leitfähigkeit genau der gewünschten Leitfähigkeit, das heißt dem Schaltbefehl, entspricht. Die Kurve 12 zeigt eine realistische Kennlinie der Schaltkomponente T1 bis T6. Während die erreichte Leitfähigkeit weitgehend der gewünschten Leitfähigkeit entspricht, gibt es zwei Betriebszustände, einen ersten Schaltbetriebszustand 7 nahe dem maximalen Widerstand der Schaltkomponente und einen zweiten Schaltbetriebszustand 8 nahe der maximalen Leitfähigkeit der Schaltkomponente, bei denen sich die erreichte und die gewünschte Leitfähigkeit unterscheiden und die Schaltkomponente eine grundlegend nicht-lineare Kennlinie aufweist. Es kann auch ein Phasensprung auftreten, wie er hier gezeigt ist. Diese beiden Schaltbetriebszustände 7, 8 werden auch als Totzonen 13 bezeichnet. Wenn sich also der Schaltbefehl in dem ersten oder dem zweiten Betriebszustand 7, 8 in der Totzone 13 befindet, unterscheidet sich die tatsächlich erreichte Leitfähigkeit von der gewünschten Leitfähigkeit. Das heißt, dass in dem Bereich der Totzone Oberschwingungsanteile in der Ausgangsspannung der Steuervorrichtung 1, insbesondere, wenn ein Phasensprung vorliegt, stark ansteigen werden. In einem Fahrzeug führt dies zu einem Problem mit elektromagnetischen Störungen, zu einem geringen Wirkungsgrad des Systems, einer geringen Wirtschaftlichkeit des Kraftstoffverbrauchs sowie zu anderen Nachteilen. Sowohl der erste als auch der zweite Betriebszustand 7, 8, die Totzonen 13, rühren von der Totzeit und der minimalen Impulsbegrenzung her. Das heißt, nahe der maximalen und der minimalen Leitfähigkeit der Schaltkomponente T1 bis T6 liegt die Schaltfrequenz insbesondere eines IGBT oberhalb der maximalen Schaltfrequenz, bei der ein vollständiges Ein- oder Abschalten des IGBT garantiert werden kann. Also arbeitet der IGBT auf Grund der minimalen Impulsbegrenzung nicht mehr ordnungsgemäß. Insbesondere wenn entsprechende Schaltkomponenten T1 bis T6, z. B. gekoppelte IGBTs, gemäß einem Steuerschema betrieben werden, wobei zwei entsprechende Schaltkomponenten T1 bis T6, die an die gleiche Phase A, B, C des Elektromotors angeschlossen sind, abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, ergibt dies eine weitere Einschränkung. Offensichtlich ist dann die Schaltfrequenz zwischen den beiden entsprechenden Schaltkomponenten auch durch die vorstehend erläuterte Totzeit begrenzt. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Totzeit und die minimale Impulsbegrenzung zu den Totzonen 13 am oberen und unteren Ende des Arbeitszyklus der Schaltkomponenten T1 bis T6 führen, die nahe an der maximalen und minimalen Leitfähigkeit der Schaltkomponente T1 bis T6 liegen.
  • 3 zeigt ein Diagramm der Kurven der Ausgangsspannungen 3, 4 und des Stroms 5 über der Zeit gemäß dem Stand der Technik. Hier sind der Strom 5, die Ausgangsspannung 4 und eine modifizierte Ausgangsspannung 3 sowie eine Ausgangsspannungsgrundschwingung 9 in willkürlichen Einheiten von 0 bis 1 über der Zeit gezeigt, wobei die Zeit in Grad angezeigt ist, das heißt, als Winkel des Stroms 5. Der Strom 5 einer Phase A, B, C des Elektromotors 2 hat in dem gezeigten Beispiel eine einfache Sinusform. 3 zeigt zwei seiner Arbeitszyklen, das heißt ihren Verlauf von 0° bis 720°. Die Ausgangsspannungsgrundschwingung 9 ist auch angezeigt. Sie hat ebenfalls eine Sinusform mit der gleichen Frequenz wie der Strom 5. Des Weiteren ist die Ausgangsspannung 4 einer der Schaltkomponenten T1 bis T6 gezeigt. Außerdem ist eine alternative Ausgangsspannung 3 für genau die gleiche Schaltkomponente gezeigt, die sich leicht von der ersten Ausgangsspannung 4 unterscheidet. Dieser Unterschied beruht auf einem Algorithmus für die Totzeitkompensation, der nicht Teil der Erfindung ist. Er zeigt jedoch, dass die vorliegende Erfindung mit anderen Algorithmen kombiniert werden kann, um die Leistung einer Steuervorrichtung für einen Elektromotor zu verbessern. In dem vorliegenden Beispiel würde die Ausgangsspannung der Schaltkomponente, die der Schaltkomponente entspricht, deren Ausgangsspannung in dem Diagramm gezeigt ist, eine Ausgangsspannung mit umgekehrtem Verlauf haben. Ihre Ausgangsspannung wäre nämlich 1 minus der in dem Diagramm gezeigten Ausgangsspannung 3, 4. Des Weiteren sind der erste Betriebszustand 7 und der zweite Betriebszustand 8 gezeigt, wobei die Schaltkomponenten T1 bis T6 ein nicht-lineares, also nicht gewünschtes Verhalten zeigen. Sie reichen von etwa 0% bis 5% und 95% bis 100% der Ausgangsspannung 3, 4 der Schaltkomponenten T1 bis T6. Daher treten, wenn die Ausgangsspannung 3, 4 unter 5% fällt oder über 95% steigt, ein nicht-lineares Verhalten der Schaltkomponenten und folglich eine elektromagnetische Störung und Verzerrung auf.
  • In 3 ist die Ausgangsspannung 3, 4 in Bezug auf den Strom 5 verschoben, so dass ein Spannungsverschiebungswinkel 6 definiert wird. In dem vorliegenden Beispiel beträgt dieser Spannungsverschiebungswinkel 6 30°. Dies ist der gleiche Wert wie der Leistungsfaktorwinkel, somit wird die Schaltkomponente entweder auf 0% oder 100% geschaltet, wenn die Ausgangsspannungsgrundschwingung 9 auf ihrem Spitzenwert liegt. Dies ist der herkömmliche Ansatz, wobei der Schaltverlust des IGBT minimiert wird. Wie wir jedoch bei 30° und 390° sehen, kann ein großer Spannungsverschiebungswinkel 6 dazu führen, dass die Ausgangsspannung 3, 4 bzw. der Schaltbefehl den zweiten Schaltbetriebszustand 8 erreicht und somit zu einer elektromagnetischen Störung führt. In einem anderen Beispiel könnte ein großer Spannungsverschiebungswinkel 6 auch zu einer Ausgangsspannung 3, 4 in dem ersten Betriebszustand 7 mit ähnlichen Folgen führen.
  • 4 zeigt ein Diagramm der Kurven der Ausgangsspannungen 3, 4 und des Stroms 5 über der Zeit gemäß einer Implementierung der Erfindung. Das Gezeigte entspricht im Wesentlichen dem in 3 Gezeigten, jedoch mit einem wichtigen Unterschied. In diesem Beispiel wird der Spannungsverschiebungswinkel 6 von 30°, wie in 3, auf 15° verkleinert. Das bedeutet, dass die Schaltkomponente entweder auf 100% oder auf 0% ihrer Ausgangsspannung 3, 4 geschaltet wird, bevor die Ausgangsspannungsgrundschwingung 9 ihren Spitzenwert erreicht. Das heißt, dass der Spannungsverschiebungswinkel 6 begrenzt ist. Diese Begrenzung kann auch für verschiedene Lastbedingungen berechnet werden. Folglich erreichen die Ausgangsspannungen 3, 4 in dem vorliegenden Beispiel nicht den zweiten Betriebszustand 8. In ähnlicher Weise könnte verhindert werden, dass die Ausgangsspannungen 3, 4 den ersten Betriebszustand 7 erreichen, z. B. für eine andere Schaltkomponente. Also kann hier die elektromagnetische Störung verringert werden, und die Ausgangsspannung 3, 4 der Schaltkomponente T1 bis T6 befindet sich nur in dem ersten oder in dem zweiten Betriebszustand 7, 8, wenn sie auf 0% oder auf 100% ihrer Leitfähigkeit geschaltet wird. Da die Grenze für den Spannungsverschiebungswinkel 6, der notwendig ist, um zu verhindern, dass die Ausgangsspannung 3, 4 den ersten und den zweiten Betriebszustand 7, 8 erreicht, berechnet werden kann, kann dieser Ansatz mit herkömmlichen Ansätzen kombiniert werden. Wenn also zum Beispiel der Leistungsfaktorwinkel kleiner als der Grenzwinkel ist, kann der Spannungsverschiebungswinkel 6 der gleiche bleiben wie der Leistungsfaktorwinkel. Andernfalls kann der Winkel der Ausgangsspannung 3, 4 begrenzt werden.
  • Die vorstehende Offenbarung wurde nur angegeben, um die Erfindung zu veranschaulichen und soll nicht als einschränkend angesehen werden. Da der Fachmann Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen, die den Geist und den Rahmen der Erfindung umfassen, ableiten kann, ist die Erfindung so auszulegen, dass sie all das, was innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche und Äquivalente hiervon liegt, umfasst.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Steuervorrichtung
    2
    Elektromotor
    3
    Ausgangsspannung
    4
    Ausgangsspannung
    5
    Strom
    6
    Spannungsverschiebungswinkel
    7
    erster Betriebszustand
    8
    zweiter Betriebszustand
    9
    Ausgangsspannungsgrundschwingung
    10
    Hochspannungsbatterie
    11
    Kurve
    12
    Kurve
    13
    Totzone
    A, B, C
    Phase
    T1, T2, T3, T4, T5, T6
    Schaltkomponente

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Steuervorrichtung (1) eines elektrischen Antriebsmotors (2) eines Fahrzeugs, wobei die Steuervorrichtung durch ein Schalten von Schaltkomponenten (T1, T2, T3, T4, T5, T6) gemäß einem Steuerschema eine Ausgangsspannung (3, 4) steuert, die in Kombination mit einem Strom (5) die elektrische Leistung des Antriebsmotors (2) bestimmt, und wobei sowohl die Ausgangsspannung (3, 4) als auch der Strom (5) zeitlich periodisch schwanken, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Bestimmen eines Wertes eines Spannungsverschiebungswinkels (6) für das Steuerschema in Bezug auf den Strom (5) in Abhängigkeit von einem Fahrzustand des Fahrzeugs; gekennzeichnet durch – das Überprüfen, ob der definierte Spannungsverschiebungswinkel (6) größer als ein vorbestimmter Grenzwinkel ist; – wenn der definierte Spannungsverschiebungswinkel (6) größer als der vorbestimmte Grenzwinkel ist, Ändern des Wertes des Spannungsverschiebungswinkels (6) auf den Wert des Grenzwinkels; und – Anwenden des geänderten Spannungsverschiebungswinkels (6) auf das Steuerschema für die Schaltkomponenten (T1, T2, T3, T4, T5, T6).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schaltkomponenten (T1, T2, T3, T4, T5, T6) ein nicht-lineares Verhalten oder einen Phasensprung in einem definierten ersten Schaltbetriebszustand (7) nahe ihrem maximalen Widerstand und/oder in einem definierten zweiten Schaltbetriebszustand (8) nahe ihrer maximalen Leitfähigkeit aufweisen und der Grenzwinkel in Abhängigkeit von dem Umfang des ersten und/oder des zweiten Betriebszustands (7, 8) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei – der erste und/oder der zweite Betriebszustand (7, 8) durch eine minimale Schaltbefehllänge bestimmt wird, die für die Schaltkomponenten (T1, T2, T3, T4, T5, T6) notwendig ist, um ein nicht-lineares Verhalten oder einen Phasensprung zu verhindern, wobei die minimale Schaltbefehllänge einen relativen zeitlichen Umfang minpulse in Bezug auf die Gesamtzeit einer Schaltperiode der Schaltkomponenten hat; und – das Steuerschema eine Pause mit der relativen Länge timedead in Bezug auf die Gesamtzeit einer Schaltperiode der Schaltkomponenten (T1, T2, T3, T4, T5, T6) zwischen dem aufeinander folgenden Schalten von zwei Schaltkomponenten (T1, T2, T3, T4, T5, T6), die an die gleiche Phase (A, B, C) oder den Pol des elektrischen Antriebsmotors (2) angeschlossen sind, umfasst; und – wenn die Ausgangsspannung (3, 4) dem Strom (5) vorauseilt, der Grenzwinkel θlimit bestimmt wird durch 1 – minpulse ≥ 1 – (2/sqrt(3))·m·cos(θlimit) – 90° + 150°), entsprechend einer Begrenzung durch den zweiten Betriebszustand, und minpulse ≤ – (2/sqrt(3))·m·cos(θlimit + 90° + 150°), entsprechend einer Begrenzung durch den ersten Betriebszustand, und – wenn die Ausgangsspannung (3, 4) dem Strom (5) nacheilt, der Grenzwinkel θlimit bestimmt wird durch 1 – minpulse – 2·timedead ≥ 1 + (2/sqrt(3))·m·cos(θlimit + 90° + 30°), entsprechend einer Begrenzung durch den zweiten Betriebszustand, und minpulse + 2·timedead ≤ 0 + (2/sqrt(3))·m·cos(θlimit – 90° + 30°), entsprechend einer Begrenzung durch den ersten Betriebszustand, und – der Modulationsindex m = (3·V1st/2·VDC) ist, wobei V1st der Spitzenwert einer Ausgangsspannungsgrundschwingung (9) und VDC eine Gleichstrombatteriespannung ist, und insbesondere der Spannungsverschiebungswinkel (6) auf einen herkömmlichen Leistungsfaktorwinkel eingestellt werden kann, wenn er nicht den Grenzwinkel θlimit übersteigt.
  4. Steuervorrichtung (1) eines elektrischen Antriebsmotors (2) eines Fahrzeugs, wobei die Steuervorrichtung (1) dafür konfiguriert ist, eine Ausgangsspannung (3, 4) zu steuern, die in Kombination mit einem Strom (5) die elektrische Leistung des Antriebsmotors (2) definiert, wobei sowohl die Ausgangsspannung (3, 4) als auch der Strom (5) zeitlich schwanken, mit Schaltkomponenten (T1, T2, T3, T4, T5, T6), die dafür konfiguriert sind, von der Steuervorrichtung (1) gemäß einem Steuerschema geschaltet zu werden, und wobei die Steuervorrichtung (1) dafür konfiguriert ist, einen Wert eines Spannungsverschiebungswinkels (6) in Bezug auf den Strom (5) zu bestimmen, wobei – die Steuervorrichtung (1) dafür konfiguriert ist, den Spannungsverschiebungswinkel (6) auf einen Wert eines vorbestimmten Grenzwinkels zu ändern, wenn der definierte Spannungsverschiebungswinkel (6) größer als der Wert des Grenzwinkels ist, – die Steuervorrichtung (1) dafür konfiguriert ist, den geänderten Spannungsverschiebungswinkel (6) auf das Steuerschema für die Schaltkomponenten (T1, T2, T3, T4, T5, T6) anzuwenden.
  5. Steuervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Steuervorrichtung (1) ein Dreiphasen-Wechselrichter ist.
  6. Steuervorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Schaltkomponenten (T1, T2, T3, T4, T5, T6) Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode oder gekoppelte Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117970106A (zh) * 2024-03-28 2024-05-03 比亚迪股份有限公司 电机异常检测方法、存储介质、控制器及车辆

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