DE102017108396A1 - Fehlerabschaltsteuerung einer elektrischen maschine in einem fahrzeug oder anderen gleichstromdrehmomentsystemen - Google Patents

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Wei D. Wang
Brian A. Welchko
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Wesley G. Zanardelli
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Abstract

Ein Drehmomentsystem beinhaltet eine Gleichstromkomponente, eine mehrphasige elektrische Maschine, ein Schützpaar, ein Leistungswechselrichtermodul (PIM) und eine Steuerung. Das PIM verbindet sich über das Schützpaar mit der Stromversorgungsvorrichtung und verbindet sich direkt mit der elektrischen Maschine. Die Steuerung führt ein Verfahren aus, um eine Fehlerreaktion unter einem Fehlerzustand zu steuern, die zum Öffnen des Schützpaares und einem Mehrphasen-Kurzschlusszustand führt. Die Steuerung berechnet eine Gegen-EMK der elektrischen Maschine und überträgt Schaltsteuersignale an Halbleiterschalter des PIM, um vom Mehrphasen-Kurzschlusszustand zu einem Mehrphasen-Öffnungszustand zu wechseln, nur wenn die berechnete Gegen-EMK niedriger als ein kalibrierter Wert ist und ein Spannungsanstieg auf einer DC-Seite des PIM niedriger als ein kalibrierter Spannungsanstieg ist. Das Fahrzeug beinhaltet die DC-Stromversorgung, Straßenräder, elektrische Maschine, PIM und Steuerung.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine automatische Abschaltsteuerung als Reaktion auf einen Fehler eines geöffneten Schützes in einem Fahrzeug oder einem anderen Gleichstromdrehmomentsystem (DC).
  • HINTERGRUND
  • Ein elektrifizierter Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs mit Batterien, eines Antriebsaggregats oder eines anderen Drehmomentsystems beinhaltet typischerweise mindestens eine elektrische Hochspannungsmaschine. Die elektrische Maschine gewinnt elektrische Energie von einer Gleichspannungsversorgung (DC), wie beispielsweise einem Akku oder einer Brennstoffzelle. Die stromführende elektrische Maschine kann, wenn sie als elektrischer Fahrmotor oder eine Motor-/Generatoreinheit ausgeführt wird, ein Motordrehmoment an verschiedene Radsätze eines Zahnradgetriebes liefern. Ein Hochsetzsteller kann in einigen Konstruktionen verwendet werden, um die Batterieausgangsspannung auf einen Pegel zu erhöhen, der für die Verwendung durch die elektrische Maschine geeignet ist.
  • Eine elektrische Maschine des Typs, der typischerweise in Drehmoment erzeugenden Hochspannungssystemen verwendet wird, ist typischerweise als eine mehrphasige Vorrichtung verkörpert, und daher ist eine DC-Ausgangsspannungsumwandlung der Gleichstromvorrichtung erforderlich. Aus diesem Grund ist ein Leistungswechselrichtermodul oder PIM mit Halbleiterschaltern, z. B. IGBTs oder MOSFETs, zwischen der DC-Stromversorgung und der elektrischen Maschine elektrisch verbunden. Die Halbleiterschalter werden automatisch über Schaltsignale eines Motorreglers gesteuert. Der Betrieb der PIM wandelt letztlich die verstärkte DC-Ausgangsspannung in eine AC-Ausgangsspannung um, die dann auf die einzelnen Phasenwicklungen der elektrischen Maschine angewendet wird. Die stromführende elektrische Maschine erzeugt ein Motordrehmoment, das zum Antreiben des Systems oder zum Aufladen der verschiedenen Zellen des Akkupacks in Abhängigkeit der Konfiguration des Antriebsstrangs und der Betriebsart geeignet ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Hierin wird ein Gleichstromdrehmomentsystem (DC) offenbart, das eine Gleichstromversorgung, eine mehrphasige elektrische Maschine mit einer Ausgangswelle und ein Leistungswechselrichtermodul (PIM) aufweist, das im elektrischen Sinne über ein Schützpaar selektiv mit der Gleichstromversorgung und direkt mit der elektrischen Maschine und einer Steuerung verbunden ist. Die Steuerung ist programmiert, um eine robustere Abschaltmethodik als Reaktion auf einen vorbestimmten Fehlerzustand bereitzustellen.
  • In einer besonderen exemplarischen Ausführungsform ist die Steuerung programmiert, um in Bezug auf das Gleichstromdrehmomentsystem als Reaktion auf eine vorgegebene Fehlerbedingung eine Steuerungsaktion auszuführen, die aus einem Ausgangspunkt des vorliegenden Ansatzes bei der Öffnung des Schützpaares und einem mehrphasigen Kurzschlusszustand der Halbleiterschalter des PIM resultiert. Die Steuerungsaktion beinhaltet das Berechnen einer gegenelektromotorischen Kraft (Gegen-EMK) der elektrischen Maschine und das Übertragen von Schaltsteuersignalen an die Halbleiterschalter, um nur dann von der mehrphasigen Kurzschlussbedingung zu einer mehrphasigen Öffnungsbedingung überzugehen, wenn die berechnete Gegen-EMK kleiner als ein kalibrierter Wert ist und der Spannungsanstieg auf einer DC-Seite des PIM kleiner als ein Schwellenspannungsanstieg ist.
  • Es ist auch ein Fahrzeug offenbart, das die Gleichstromversorgung, einen Satz von Straßenrädern, eine dreiphasige elektrische Maschine, das Schützpaar, die PIM und die Steuerung, die vorstehend erwähnt wurde, beinhaltet. Die elektrische Maschine weist eine Ausgangswelle auf, die betreibbar ist, um ein Ausgangsdrehmoment auf die Straßenräder zu übertragen, um dadurch die Straßenräder zu fahren und das Fahrzeug anzutreiben.
  • Ein Verfahren zum Steuern des Gleichstrom-Drehmomentsystems beinhaltet das Erfassen des vorbestimmten Fehlerzustands über die Steuerung, das Berechnen der Gegen-EMK der elektrischen Maschine und das Übertragen von Umschaltsteuersignalen von der Steuerung zu den Halbleiterschaltern der PIM, um dadurch vom Dreiphasen-Kurzschlusszustand zu einem Dreiphasen-Öffnungszustand nur dann zu gelangen, wenn die berechnete gegenelektromotorische Kraft kleiner als der kalibrierte Wert ist und der Spannungsanstieg auf einer DC-Seite des PIM kleiner als ein Schwellenspannungsanstieg ist.
  • Die vorstehend beschriebene Zusammenfassung soll nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung repräsentieren. Vielmehr veranschaulicht die vorstehende Zusammenfassung lediglich einige der neuartigen Aspekte und Merkmale, wie hierin dargelegt. Die vorstehend aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen und der Arten zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen leicht ersichtlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Gleichstrom-Drehmomentsystems in Form eines exemplarischen Fahrzeugs, das ein Leistungswechselrichtermodul (PIM) und eine Logik-programmierte Steuerung aufweist, zum Ausführen eines Fehlerabschaltverfahrens eines geöffneten Schütz, wie hierin dargelegt.
  • 2 ist ein Schaltplan, der den Betrieb des PIM als Teil der vorliegenden Methodik beschreibt.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das eine exemplarische Ausführungsform des hierin offenbarten Fehlerabschaltverfahrens eines geöffneten Schütz darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin sich in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten beziehen, ist ein Gleichstrom-gespeistes (DC) Drehmomentsystem 10 in 1 schematisch in Form eines nicht einschränkenden exemplarischen Kraftfahrzeugs gezeigt, das z. B. Straßenränder 12 in Rollkontakt mit einer Straßenoberfläche 13 aufweist. Während das hierin angesprochene Steuerungsproblem bei Straßenfahrzeugen oder anderen angetriebenen Systemen am häufigsten vorkommt, wobei Geräusche, Vibrationen oder Schwingungen von einem Bediener während eines Abwurfmanövers bei hoher Geschwindigkeit wahrnehmbar sind, ist der Ansatz nicht auf den Einsatz in Kraftfahrzeugen beschränkt. Stationäre Antriebsaggregate, Geräte und andere Fahrzeuge, wie beispielsweise Boote, Züge oder Flugzeuge, die eine elektrische Maschine 14 benutzen, können davon profitieren, und daher kann der Begriff „Gleichstromdrehmomentsystem” für derartige Systeme gelten. Zur veranschaulichenden Konsistenz wird jedoch das Gleichstromdrehmomentsystem 10 nachfolgend als ein Kraftfahrzeug beschrieben, ohne den Umfang der Offenbarung auf eine derartige Ausführungsform zu beschränken.
  • Das System 10 beinhaltet eine DC-Stromversorgung 16, die hierin als exemplarisches Batteriepack (B) dargestellt ist, das aber als Brennstoffzelle verkörpert sein kann, die selektiv mit einem Wechselrichtermodul (PIM) 18 auf einer DC-Seite des PIM 18 über einen Gleichspannungsbus 17 und ein Schützpaar 25 verbunden ist, d. h. mechanische Hochspannungsschalter, die zum Trennen der Gleichstromversorgung 16 vom Rest des Systems 10 betreibbar sind, wenn sie in einen offenen Zustand gesetzt werden. Der PIM 18 ist wiederum über einen Wechselstrom-Spannungsbus 19 (AC) direkt mit einer mehrphasigen elektrischen Maschine (ME) 14 verbunden. Das PIM 18 beinhaltet eine Vielzahl von Halbleiterschaltern 21, deren Öffnungs-/Schließzustände über Schaltsteuersignale (Pfeil CCo) von einer Steuerung (C) 50, wie beispielsweise einem Motorsteuerungsmodul des in der Technik bekannten Typs gesteuert werden. Die Schaltsteuerung des PIM 18 wandelt einen DC-Spannungsausgang von der Gleichstromversorgung 16 in einen AC-Spannungsausgang um, der für die Stromversorgung der elektrischen Maschine 14 oder mehrerer derartiger Maschinen geeignet ist. Halbleiterschalttechniken, wie beispielsweise Pulsbreitenmodulation (PWM) und zugehörige IGBT-, MOSFET- oder Thyristor-Halbleiterschalter-Konstruktionen sind im Stand der Technik gut bekannt, und daher wird eine ausführliche Beschreibung der Schalttechniken und der verschiedenen möglichen Ausführungsformen der zugrunde liegenden Halbleiterstruktur zur veranschaulichenden Einfachheit weggelassen.
  • Die elektrische Maschine 14 von 1 kann als ein Permanentmagnet (PM) Maschinentyp verkörpert sein. So kann beispielsweise die elektrische Maschine 14 eine dreiphasige synchrone elektrische Maschine sein. Die elektrische Maschine 14 beinhaltet eine Ausgangswelle 20, die ein Motorausgangsdrehmoment (Pfeil TM) überträgt, um ein angetriebenes Element oder eine Last zu versorgen, um beispielsweise die Straßenräder 12 in der exemplarischen Ausführungsform des Fahrzeugs von 1 zu drehen, um das Fahrzeug anzutreiben.
  • Die Steuerung 50 beinhaltet einen Prozessor P und einen Speicher M. Der Speicher M beinhaltet einen greifbaren, nichtflüchtigen Speicher, z. B. einen Nur-Lese-Speicher, ob optisch, magnetisch, Flash-Speicher oder andere. Die Steuerung 50 beinhaltet auch ausreichende Mengen Direktzugriffsspeicher, einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher und dergleichen sowie einen Hochgeschwindigkeitstakt, eine Analog-zu-Digital und eine Digital-zu-Analog-Schaltung und Eingabe-/Ausgabeschaltungen und Vorrichtungen sowie entsprechende Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen. Der Speicher (M) ist programmiert und die Steuerung 50 ist ansonsten in geeigneter Weise in Hardware konfiguriert, um den Schaltvorgang des PIM 18 zu steuern.
  • Zusätzlich zu beliebigen anderen regelmäßigen und laufenden Schaltsteuerungsoperationen, die während des Betriebs des Systems 10 durchgeführt werden, in dem keine Fehler vorhanden sind, empfängt die Steuerung 50 ein Eingangssignal (Pfeil CCI), das einen vorbestimmten Fehlerzustand als Teil des Verfahrens 100 anzeigt. Die Steuerung 50 ist programmiert, um eine Logik auszuführen, die das Verfahren 100 verkörpert, von dem ein Beispiel in 3 gezeigt und nachfolgend beschrieben ist, um das System 10 kontrolliert abzuschalten, wenn die Eingangssignale (Pfeil CCI) das Vorhandensein der vorgegebenen Fehlerbedingung anzeigen, wie nachfolgend erläutert.
  • Das Schützpaar 25 öffnet sich gewöhnlich automatisch, wenn das Gleichstromdrehmomentsystem 10 ausgeschaltet wird, was bewirkt, dass die Gleichstromversorgung 16 vollständig vom Rest des Systems 10 getrennt wird. Selten kann es jedoch dazu kommen, dass sich das Schützpaar 25 während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs der elektrischen Maschine 14 als Reaktion auf bestimmte elektrische Fehler, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf einen Hochspannungsfehler, Stuck-Open-Zustand des Schützpaares 25 oder ein beliebiges anderes Ereignis, in dem das Schützpaar 25 während des Betriebs des Systems 10 befohlen oder gezwungen wird, zu öffnen. Wenn dies bei höheren Drehzahlen der elektrischen Maschine 14 auftritt, wie zum Beispiel beim Fahren des Fahrzeugs von 1, befiehlt die Steuerung 50 den Eintritt in das, was in der Technik als ein Mehrphasen-Kurzschlusszustand bekannt ist, der typischerweise ein Dreiphasen-Kurzschlusszustand ist. In einem derartigen Zustand werden alle Halbleiterschalter 21 des PIM 18 in den geschlossenen Zustand befohlen. Wenn typischerweise das Schützpaar 25 geöffnet wird, verbleibt die elektrische Maschine 14 in einem Mehrphasen-Kurzschlusszustand, um zu vermeiden, dass Spannungsspitzen auf dem Gleichspannungsbus 17 induziert werden. Bei einer Fahrzeuganwendung fällt das Fahrzeug bis zur Drehzahl Null ab, da die Energie der DC-Stromversorgung 16 nicht mehr verfügbar ist, um die Umdrehung der elektrischen Maschine 14 zu versorgen.
  • Wenn sich die Drehzahl der elektrischen Maschine 14 reduziert, kann eventuell ein relativ hohes negatives Drehmoment durch die elektrische Maschine 14 erzeugt werden. Dies kann im Leerlaufbereich dazu führen, dass Geräusche, Vibrationen oder Schwingungen auftreten, wodurch eine Mehrphasen-Öffnungszustand ein idealeres Steuerergebnis während des Niedrigdrehzahlbetriebs ist. Jedoch besteht beim willkürlichen Übergang in den Mehrphasen-Öffnungszustand die Gefahr, einen Überspannungsfehler aufgrund eines induktiven Rückschlags der elektrischen Maschine 14 auszulösen. Daher kann durch die Verwendung des Verfahrens 100 die Steuerung 50 gewährleisten, dass ein derartiger Übergang vom Mehrphasen-Kurzschlusszustand in einen geöffneten Zustand zu einem vorbestimmten Zeitpunkt stattfindet. Um den Übergang zu befehlen, überträgt die Steuerung 50 die Schaltsteuersignale (Pfeil CCo) zu den Halbleiterschaltern 21 des PIM 18. Diese Steuerungsaktion wird nun unter weiterer Bezugnahme auf 2 beschrieben.
  • 2 zeigt anhand eines schematischen Schaltplans 15 die elektrischen Komponenten von 1, die von der Steuerung 50 als Teil des Verfahrens 100 gesteuert bzw. bewertet werden. Die DC-Stromversorgung 16 liefert eine DC-Ausgangsspannung (VDC), wie vorstehend erwähnt, die bei herkömmlichen Ausführungsformen von Fahrzeugantrieben typischerweise eine relativ hohe Spannung von 300 VDC oder mehr ist. Das Schützpaar 25, welches schematisch als ein einziges Schütz 25 auf dem schematischen Gleichspannungsbus 17 dargestellt ist, öffnet sich, um die DC-Stromversorgung elektrisch zu trennen. Das PIM 18 von 1 beinhaltet auch einen DC-Zwischenkreiskondensator 24, der parallel zu den Halbleiterschaltern 21 ist und eine Kapazität von (CL) aufweist. Jeder der Halbleiterschalter 21 ist in 2 als exemplarische IGBT-Vorrichtung dargestellt, ohne die Konfiguration auf ein derartiges Schaltungsdesign zu beschränken. Ein Spannungssensor 30V kann mit dem Gleichspannungsbus 17 verbunden sein und konfiguriert sein, um eine DC-Zwischenkreisspannung über dem DC-Zwischenkreiskondensator 24 zu messen, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 erläutert wird.
  • Die Halbleiterschalter 21 können drei oder mehr Halbleiterschaltelemente 28 beinhalten, d. h. Schaltpaare, ob sie zusammen oder getrennt untergebracht sind und jeweils ein Paar der Halbleiterschalter 21 aufweisen, die ansonsten in der Technik als obere und untere Schalter bekannt sind. In einem typischen Drehstromsystem ist jedes Halbleiterelement 28 auf einem jeweiligen Phasenschenkel mit Phasenspannungen Va, Vb und Vc angeordnet, die das elektrische Potenzial über jedem Phasenschenkel anzeigen und somit an jeder der drei verschiedenen Phasenwicklungen 14W der elektrischen Maschine 14 abgegeben wird, wie gezeigt in 1. Entsprechende Phasenströme Ia, Ib, Ic über den AC-Spannungsbus 19 können an zwei oder drei der jeweiligen Phasenschenkel gemessen werden, z. B. an oder vor den Phasenwicklungen 14W, unter Verwendung eines jeweiligen Stromsensors 30I. Als Teil des Verfahrens 100 kann die Steuerung 50 die gemessenen Phasenströme Ia, Ib, Ic zusätzlich zu den Eingangssignalen (Pfeil CCI) wie vorstehend erwähnt, empfangen. Letztlich werden die Schaltsteuersignale (Pfeil CCo) die einzelnen Halbleiterschalter 21 nach Bedarf ein- oder ausschalten, z. B. mit entweder allen oberen oder allen unteren Schaltern, die in einem Dreiphasen-Kurzschlusszustand geschlossen sind, und alle oberen und unteren Schalter, die in einem Dreiphasen-Öffnungszustand geöffnet sind, wobei der Zeitpunkt des Übergangs zum Dreiphasen-Öffnungszustand über das Verfahren 100 bestimmt wird.
  • Unter Bezugnahme auf 3, beginnt das Verfahren 100 (*) als Reaktion auf einen vorbestimmten vorgegebenen Fehlerzustand. Wie zuvor ausgeführt, ist der vorbestimmte Fehlerzustand einer, der letztlich zu einer befohlenen Öffnung des Schützpaares 25 und zum Einleiten eines Mehrphasen-Kurzschlusszustands führt. Ein derartiger Fehlerzustand kann der Steuerung 50 über eine (nicht gezeigte) Mastersteuerung, z. B. ein Hybridsteuerungsmodul, in einer Ausführungsform des Fahrzeugs, in welcher die Steuerung 50 als Motorsteuerungsmodul verkörpert ist, gemeldet werden. Exemplarische Fehlerzustände beinhalten einen Stuck-Open Fehlerzustand des Schützpaares 25, einen Hochspannungsfehler, der das Öffnen des Schützpaares 25 erfordert, oder ein beliebiges Schwellenereignis, in dem die Öffnung des Schützpaares 25 befohlen wird.
  • Das Verfahren 100 fährt mit Schritt S102 fort, wobei die Steuerung 50 bestimmt, ob das Schützpaar 25 der 1 und 2 geöffnet befohlen oder geöffnet ist, entweder über den Empfang einer Steuerungsnachricht oder durch direkte Messung. Das Verfahren 100 fährt mit Schritt S104 fort, wenn das Schützpaar 25 zum Öffnen befohlen wurde, und alternativ zu Schritt S103, wenn das Schützpaar 25 geschlossen bleibt.
  • Schritt S103 beinhaltet das Ausführen von Standardsteuerungsaktionen, die geschwindigkeitsabhängige Aktionen beinhalten können, um einen Mehrphasen-Kurzschlusszustand oder einen geöffneten Zustand zu befehlen. Wenn das Schützpaar 25 geschlossen bleibt, kann die DC-Stromversorgung 16 der 1 und 2 überschüssige Energie absorbieren, und somit ist das hierin angesprochene Schwingungsproblem nicht vorhanden. Das Verfahren 100 ist somit im Falle von Fehlerzuständen bei geschlossenen Schützen vollständig (**), wobei eine andere Logik derartige Fehler außerhalb des Umfangs dieser Offenbarung anvisiert.
  • Schritt S104 beinhaltet das Bestimmen, ob Umstände eine sofortige oder aggressivere Steuerungsaktion gewährleisten. So kann beispielsweise die Steuerung 50 als Teil der Eingangssignale (Pfeil CCI) eine Nachricht anzeigen oder empfangen, eine Meldung, die eine Auswirkung eines Schwellenereignisses oder andere Fehlerzustände mit hoher Priorität anzeigt, die eine sofortige Steuerungsaktion erfordern. In einem derartigen Fall geht das Verfahren 100 zu Schritt S105 über. Das Verfahren 100 geht zu Schritt S106 über, wenn keine sofortige Steuerungsaktion erforderlich ist.
  • Bei Schritt S106 fährt die Steuerung 50 mit dem vorliegenden Verfahren 100 fort, indem bestimmt wird, ob eine Drehzahl der elektrischen Maschine 14 niedriger als eine maximal zulässige Drehzahl ist. Während der Schritt S106 die Messung der Drehzahl der elektrischen Maschine 14 mit sich bringen kann, beispielsweise durch Abschätzen der Drehzahl unter Verwendung einer elektrischen Frequenz der elektrischen Maschine 14. Der Zweck des Schrittes S106 ist es, zu bestimmen, ob die elektrische Maschine 14 in der Vorbereitung für den Übergang zu einem Mehrphasen-Öffnungszustand ausreichend verlangsamt hat. Wenn die elektrische Maschine 14 auch bei hoher Drehzahl relativ zu einem Drehzahlschwellenwert bleibt, geht das Verfahren 100 zu Schritt S107 über. Andernfalls fährt das Verfahren 100 mit Schritt S108 fort.
  • Schritt S107 beinhaltet das Verbleiben im Mehrphasen-Kurzschlusszustand und Wiederholen des Schrittes S106.
  • Bei Schritt S108 berechnet die Steuerung 50 aus 1 und 2 eine gegenelektromotorische Kraft (EMK) der elektrischen Maschine 14 oder einen „induktiven Rückschlag”. Wie im Stand der Technik bekannt ist, ist die in der elektrischen Maschine 14 befindliche Energie mit dem Schützpaar 25 in einem geöffneten Zustand gleich der Energie, die im Zwischenkreiskondensator 24 enthalten ist von 2. Dieses Verhältnis kann wie folgt dargestellt werden: 1 / 2LI2 = 1 / 2CL(VCF 2 – VCI 2) wobei L die Induktivität der elektrischen Maschine 14 ist, die ein bekannter/kalibrierter Wert ist und I ist der gemessene Phasenstrom. CL ist die kalibrierte Zwischenkreiskapazität und VCF und VCI sind die jeweiligen endgültigen und anfänglichen Zwischenkreisspannungen über dem Zwischenkreiskondensator 24.
  • Steuerung-vorgesehene d-Achsen und q-Achsen aktuelle Befehle werden der elektrischen Maschine 14 zur Verfügung gestellt, wie dies im Stand der Technik von Motorsteuerungen bekannt ist. Unter Dreiphasen-Kurzschlusszuständen ist der elektrische Strom in erster Linie der d-Achsenstrom, und somit kann die vorstehend erwähnte Gleichung reduziert werden, auf Folgendes:
    Figure DE102017108396A1_0002
    mit allen im Speicher (M) der Steuerung 50 gemessenen oder kalibrierten/gespeicherten Werte reduziert werden.
  • Unter Verwendung der vorstehenden Gleichung kann die Steuerung 50 die endgültige Zwischenkreisspannung VCF wie folgt lösen oder vorhersagen:
    Figure DE102017108396A1_0003
  • Dieser Wert wird dann vorübergehend im Speicher (M) gespeichert, wenn das Verfahren 100 mit Schritt S110 fortfährt.
  • Bei Schritt S110 vergleicht die Steuerung 50 als nächstes die berechnete Gegen-EMK, d. h. die endgültige Zwischenkreisspannung VCF auf einen kalibrierten Wert oder Schwellwert und vergleicht einen Spannungsanstieg auf der DC-Seite des PIM 18 mit einem kalibrierten Spannungsanstieg. Schritt S107 wird nur ausgeführt, wenn die berechnete Gegen-EMK den kalibrierten Schwellenwert überschreitet und der Spannungsanstieg auf der DC-Seite des PIM 18 niedriger ist als der kalibrierte Spannungsanstieg. Schritt S112 wird alternativ ausgeführt.
  • Schritt S112 beinhaltet das Ausführen einer Steuerungsaktion in Bezug auf das Gleichstromdrehmomentsystem 10 von 1. Insbesondere überträgt die Steuerung 50 der 1 und 2 die Schaltsteuersignale (Pfeil CCo) zu den Halbleiterschaltern 21 der 1 und 2, um einen Übergang zu bewirken, der von einem Mehrphasen-Kurzschlusszustand zu einem Mehrphasen-Öffnungszustand auftritt. Da diese Steuerungsaktion nur dann befohlen wird, wenn die berechnete Gegen-EMK niedriger als ein kalibrierter Wert ist, wie vorstehend erwähnt, wird ein induktiver Rückschlag minimiert und Überspannungsfehler, die den Zwischenkreiskondensator 24 von 2 möglicherweise überladen könnten, werden weitgehend vermieden.
  • Diese Offenbarung kann in vielen verschiedenen Formen verkörpert sein. Zu Zwecken der vorliegenden ausführlichen Beschreibung, soweit nicht ausdrücklich dementiert: beinhaltet die Singularform die Pluralform und umgekehrt; die Wörter „und” und „oder” sind beide verbindend und trennend; das Wort „alle” bedeutet „alle und jegliche”; das Wort „jegliche” bedeutet „alle und jegliche”; und die Wörter „einschließlich” und „umfassend” bedeuten „einschließlich ohne Einschränkung.” Darüber hinaus können beispielsweise Wörter wie „etwa”, „fast”, „wesentlich”, „ungefähr” und dergleichen, hierin im Sinne von „bei, nahe oder nahezu”, oder „innerhalb 3–5 % von” oder „innerhalb akzeptabler Herstellungstoleranzen” oder jegliche logische Kombination davon verwendet werden.
  • Während die besten Arten zur Durchführung der Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, werden Fachleute, die mit der Technik vertraut sind, auf die sich diese Offenbarung bezieht, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims (10)

  1. Gleichstromdrehmomentsystem (DC), umfassend: eine DC-Stromversorgung; eine mehrphasige elektrische Maschine mit einer Abtriebswelle, die zum Übertragen eines Ausgangsdrehmoments betreibbar ist; einen Gleichspannungsbus; einen Wechselspannungsbus (AC); ein Schützpaar; ein Leistungswechselrichtermodul (PIM) mit einer Vielzahl von Halbleiterschaltern, worin das PIM selektiv über das Schützpaar und den Gleichspannungsbus mit der DC-Stromversorgung verbunden ist und direkt über den Wechselspannungsbus mit der elektrischen Maschine verbunden ist; und eine Steuerung, die programmiert ist, um eine Steuerwirkung in Bezug auf das Drehmomentsystem als Reaktion auf einen vorbestimmten Fehlerzustand auszuführen, worin der vorbestimmte Fehlerzustand zu einer Öffnung des Schützpaares und einem Mehrphasen-Kurzschlusszustand führt, die Steuerungsaktion beinhaltend: das Berechnen einer gegenelektromotorischen Kraft der elektrischen Maschine; und das Übertragen von Schaltsteuersignalen an die Halbleiterschalter zum Übergang vom Mehrphasen-Kurzschlusszustand zu einem Mehrphasen-Öffnungszustand nur dann, wenn die berechnete gegenelektromotorische Kraft niedriger als ein kalibrierter Wert ist und ein Spannungsanstieg auf einer DC-Seite des PIM niedriger als ein kalibrierter Spannungsanstieg ist.
  2. Gleichstromdrehmomentsystem nach Anspruch 1, worin die mehrphasige elektrische Maschine eine elektrische Permanentmagnet Maschine ist.
  3. Gleichstromdrehmomentsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend ein angetriebenes Element oder eine Last, die mit der Abtriebswelle verbunden sind.
  4. Gleichstromdrehmomentsystem nach Anspruch 1, worin jeder Halbleiterschalter der Vielzahl von Halbleiterschaltern ein IGBT ist.
  5. Gleichstromdrehmomentsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Zwischenkreiskondensator in elektrischer Parallele zu der Vielzahl von Halbleiterschaltern und einen Spannungssensor, der konfiguriert ist, um eine Zwischenkreisspannung über dem Zwischenkreiskondensator zu messen, worin die Steuerung zum Empfangen der gemessenen Spannung und zum Berechnen der Gegen-EMK unter Verwendung der empfangenen Zwischenkreisspannung betreibbar ist.
  6. Gleichstromdrehmomentsystem nach Anspruch 5, worin die Steuerung einen Speicher beinhaltet, der mit einem Satz von kalibrierten Werten programmiert ist, einschließlich einer Induktivität der elektrischen Maschine und einer Zwischenkreiskapazität des Zwischenkreiskondensators, und worin die Steuerung zum Berechnen der Gegen-EMK unter Verwendung des Satzes von kalibrierten Werten betreibbar ist.
  7. Verfahren zur Steuerung eines Gleichstromdrehmomentsystems als Reaktion auf einen vorbestimmten Fehlerzustand, worin das Drehmomentsystem eine DC-Stromversorgung, ein mit der DC-Stromversorgung über ein Schützpaar und einen Gleichstrombus verbundenes Leistungswechselrichtermodul (PIM) und eine mit dem PIM über einen AC-Spanungsbus verbundene elektrische Maschine beinhaltet und worin der vorbestimmte Fehlerzustand ein Fehler ist, der zu einer Öffnung des Schützpaares und einem Dreiphasen-Kurzschlusszustand führt, das Verfahren umfassend: das Erfassen des vorbestimmten Fehlerzustands über eine Steuerung; das Berechnen einer gegenelektromotorischen Kraft der elektrischen Maschine; und das Übertragen von Schaltsteuersignalen von der Steuerung zu einer Vielzahl von Halbleiterschaltern des PIM, um dadurch vom Dreiphasen-Kurzschlusszustand zu einem Dreiphasen-Öffnungszustand nur dann zu gelangen, wenn die berechnete gegenelektromotorische Kraft niedriger als ein kalibrierter Wert ist und ein Spannungsanstieg auf einer DC-Seite des PIM niedriger als ein kalibrierter Spannungsanstieg ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, worin das System einen Zwischenkreiskondensator in elektrischer Parallelschaltung zu der Vielzahl von Halbleiterschaltern und einen Spannungssensor beinhaltet, der konfiguriert ist, um eine Zwischenkreisspannung über dem Zwischenkreiskondensator zu messen, worin das Berechnen einer gegenelektromotorischen Kraft der elektrischen Maschine die Berechnung der Gegen-EMK unter Verwendung der gemessenen Zwischenkreisspannung beinhaltet.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, worin die Steuerung einen Speicher beinhaltet, der mit einem Satz von kalibrierten Werten programmiert ist, einschließlich einer Induktivität der elektrischen Maschine und einer Zwischenkreiskapazität des Zwischenkreiskondensators, und worin das Berechnen der Gegen-EMK das Lösen einer Funktion beinhaltet, die den Satz von kalibrierten Werten beinhaltet.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, worin die Funktion Folgendes ist:
    Figure DE102017108396A1_0004
    wobei VCF die Gegen-EMK ist, Ld ist eine d-Achsen-basierte Induktivität der elektrischen Maschine, Id ist ein d-Achsen-basierter Strom der elektrischen Maschine, CL ist die DC-Verbindungskapazität und VCI ist die die Zwischenkreisspannung zu Beginn des Übergangs.
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