DE102017110126A1

DE102017110126A1 - Fehlerschutz für elektrische Antriebssysteme

Info

Publication number: DE102017110126A1
Application number: DE102017110126.8A
Authority: DE
Inventors: Lihua Chen; Yan Zhou; Shuitao Yang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2017-05-10
Publication date: 2017-11-23
Also published as: CN107404278B; US20170334294A1; CN107404278A; US9862276B2

Abstract

Ein Fahrzeugstromversorgungssystem umfasst eine Steuerung, die konfiguriert ist, um Befehle auszugeben, um eine ausgewählte Gruppe von Schaltern eines Umrichters zu öffnen und dann die ausgewählte Gruppe von Schaltern gemäß einem Pulsweitenmodulationssignal, das ein ansteigendes Tastverhältnis aufweist, zu betätigen, so dass in Reaktion auf einen Fehler in einem elektrischen Antriebssystem Eingangsstrom zu einer Batterie Richtung Null gesteuert wird und eine Stärke des d-Achsen-Stroms des Antriebssystems verringert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fehlerschutz für Elektromaschinen mit Dauermagneten.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Rotoren von Dauermagnet-Elektromaschinen können durch ein drehendes elektromagnetisches Feld angetrieben werden, das durch Wechselstrom, der durch Statorspulenwicklungen fließt, induziert wird. Der Wechselstrom kann über einen Umrichter, der mit einer Gleichstromquelle verbunden ist, zugeführt werden. Ungeeignete Schutzstrategien bei der Reaktion auf einen Fehler im elektrischen Antriebssystem können zu einer Entmagnetisierung der Dauermagneten, übermäßiger elektrischer Leistung des Umrichters, oder unerwünschter Rückspeisung der Batterie führen.
KURZDARSTELLUNG
Ein Kraftfahrzeug-Stromversorgungssystem kann eine Steuerung umfassen, die konfiguriert ist, um Befehle auszugeben, um eine ausgewählte Gruppe von Schaltern eines Umrichters in Reaktion auf einen Fehler in Verbindung mit dem elektrischen Antriebssystem zu öffnen. Die Steuerung kann Befehle ausgeben, um die ausgewählte Gruppe von Schaltern gemäß einem Pulsweitenmodulationssignal mit einem ansteigenden Tastverhältnis zu betätigen, so dass ein Eingangsstrom zum Umrichter Richtung Null gesteuert wird, um eine Stärke eines d-Achsen-Stroms von der Elektromaschine und eine Rückspeisung der Batterie zu vermeiden.
Das Tastverhältnis kann mit einer Rate ansteigen, die größer als das Zweifache einer grundsätzlichen Phase des Ausgangsstroms des Umrichters ist. Das Tastverhältnis kann mit einer Rate ansteigen, die geringer als das Vierfache der grundsätzlichen Phase des Ausgangsstroms ist. Die Gruppe von Schaltern kann mit einer Dreiphasenpolarität der Elektromaschine in Verbindung stehen. Die Frequenz des ansteigenden Tastverhältnisses und eine Frequenz eines Antriebssignals für den Antriebsumrichter oder die Elektromaschine können gleich sein. Das ansteigende Tastverhältnis kann auf einem Rampen- und Sägezahlsignal basieren. Das Sägezahnsignal und das Antriebssignal können gleich sein. Die Schalter können IGBT-Schalter sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Draufsicht auf ein Fahrzeugantriebssystem;
2 ist eine Draufsicht auf einen Umrichter für eine Elektromaschine eines Fahrzeugs;
3 zeigt ein Rampensignal in Kombination mit einem Sägezahnsignal, um ein ansteigendes Pulsweitenmodulationssignal zu bilden; und
4 ist ein Graph, der die Ausgabe von Untersuchungen bestimmter Bauteile während einer Motoreinschwingung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es ist versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele darstellen und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Einzelheiten von bestimmten Komponenten zu zeigen. Dementsprechend sind hierin offenbarte konkrete bauliche und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Basis, um einen Fachmann eine vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Wie der Fachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale, die dargestellt und unter Bezugnahme auf beliebige der Figuren beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, welche mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, können jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen erwünscht sein.
Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge umfassen Dauermagnetantriebsmotoren, um das Fahrzeug anzutreiben. Dauermagnete sind üblicherweise um den Rotor einer Elektromaschine eingebettet. Die von dem Stator induzierten Magnetfelder sind den Magnetfeldern des Rotors entgegengesetzt und werden verwendet, um den Rotor in Bezug auf den Stator zu drehen. Der Stator weist einen Kern auf, der aus einem Elektrostahl oder einem Material mit einer hohen relativen magnetischen Permeabilität gebildet ist. Eine Vielzahl von Schlitzen ist entlang eines Innendurchmessers des Stators verteilt. Jeder ist so bemessen, um Stromleiter aufzunehmen, die elektrischen Strom transportieren können. Die Stromleiter sind um Zähne gewickelt, die von den Schlitzen gebildet werden, um Wicklungen zu bilden. Die Wicklungen können angeordnet sein, um drei einzelne Phasen zu unterstützen, um das erzeugte Magnetfeld zu verbessern. Die Fahrzeuge erzeugen Wechselstrom durch Umrichten von Gleichstrom. Der Gleichstrom kann von Batterien oder Kondensatoren bereitgestellt werden.
Die Umrichter können Wechselstrom in drei Phasen erzeugen, um das drehende Magnetfeld, das von dem Stator induziert wird, für eine bessere Leistung zu glätten. Die Dreiphasen-Umrichter erfordern üblicherweise sechs Schalter. Diese Schalter können IGBT-Schalter (insulated-gate bipolar transistor / Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode) sein. Die Schalter sind in drei Gruppen, eine für jede Phase, eingeteilt. Jede Gruppe weist einen positiven und einen negativen Schalter auf, um den positiven oder negativen Anteil des Wechselsignals zu erzeugen. Die Schalter können somit aufgrund der Polarität des Signals, das jeder erzeugt, als entweder obere oder untere Schalter bezeichnet werden.
Sinusförmiger Wechselstrom wird durch die Schalter auf Grundlage eines Pulsweitenmodulation-(PWM)Signals erzeugt. Das Tastverhältnis des PWM-Signals imitiert die Größe des erwünschen Sinussignals. Die Schalter werden gemäß dem PWM-Signal eingeschaltet, um den Gleichstrom einer Quelle (z. B. einer Batterie) in Wechselstrom umzuwandeln, der verwendet wird, um das Magnetfeld zu induzieren.
Während des Betriebs kann ein Fehler in der Elektromaschine auftreten und eine Sicherheitsabschaltung der Maschine aus verschiedenen Gründen erfordern. Ein Statorfehler kann einen Leerlaufzustand oder einen Kurzschluss an einer der Statorwicklungen verursachen. Schwingungen oder Störungen können Unregelmäßigkeiten im Stator/Rotor-Luftspalt verursachen. Lager- oder Getriebefehler können zu einer erforderlichen Sicherheitsabschaltung der Maschine führen. Ein Fehler, ein Kurzschluss oder ein Übergang erfordern alle eine Sicherheitsabschaltung der Maschine. Andere Fehler können einen Ausfall von Sensoren, lose Kontakte der Stecker, Resolverfehler, Softwarefehler oder Hardwarefehler umfassen. Die Steuerung kann ausgelegt sein, um die Maschine sicher abzuschalten. Da Elektromaschinen normalerweise keine herkömmlichen Bremsen aufweisen, ist ein Problem beim Abschalten einer Elektromaschine das Rückspeisen des Umrichters oder der Batterie. Wenn ein Fehler erfasst wird, kann die Steuerung eine Gruppe der Umrichterschalter schließen, um Strom zur Elektromaschine zu verbinden. Diese Schutzstrategie verhindert die Rückspeisung, verursacht aber als Folge einen starken negativen d-Achsen-Strom an der Dreiphasenmaschine. Starke negative d-Achsen-Ströme können die Dauermagneten des Rotors entmagnetisieren.
Anstelle einer Schließung einer Gruppe von Schaltern kann eine weitere Schutzstrategie beinhalten, dass alle Schalter geöffnet werden. Das Öffnen aller Schalter verringert die Stärke des negativen d-Achsen-Stroms. Diese offene Konfiguration jedoch veranlasst die Elektromaschine, wie eine Ladevorrichtung für die Batterie zu wirken, da Strom von der Elektromaschine durch die Dioden des Umrichters fließt. Unter bestimmten Bedingungen ist die Batterie möglicherweise nicht in der Lage, diesen Ladestrom aufzunehmen. Zum Beispiel kann die Batterie einen hohen Ladezustand aufweisen.
Anstelle einer Öffnung aller Schalter oder eines Kurzschließens einer Gruppe von Schaltern kann die Steuerung alle Schalter öffnen, sobald eine Fehlerbedingung erfasst wird. Die Steuerung kann die Einschaltdauer allmählich erhöhen, so dass alle Schalter eine einander ergänzende Einschaltdauer von 50 % erreichen. Dies bedeutet, dass die oberen und unteren Schalter zusammenwirken, um einen vollständig kurzgeschlossenen Zustand zu erreichen. Dieses Steuerschema erfordert jedoch, dass alle Schalter verwendet werden, und eine Querleitung der oberen und unteren Schalter muss begrenzt werden, indem die Unterbrechungszeit des PWM-Signals angepasst wird. Die Verwendung aller Schalter kann einen Ausfall des Systems verursachen, wenn einer der Schalter nicht funktionsfähig ist und zusätzliche Berechnungen erfordert, um die Unterbrechungszeit zu bestimmen.
Um die Verwendung aller Schalter zu beseitigen, kann ein einfacheres Steuerschema implementiert werden. Zum Beispiel können nur die oberen Schalter oder die unteren Schalter progressiv angesteuert geschlossen werden, indem das Rampensignal angepasst wird. Die oberen oder unteren Schalter erzeugen jeweils die positiven und negativen Anteile des Wechselsignals. Das Öffnen aller Schalter erfordert, dass alle Schalter ordnungsgemäß funktionieren. Das Steuersystem kann so verändert werden, dass es auf Grundlage eines empfangenen Signals, das eine Schalterfehlfunktion anzeigt, nur die oberen oder unteren Schalter öffnet. Diese Kombination aus einigen der Schalter wird über das PWM-Signal ausgelöst und so gestaffelt, dass der von der Maschine erzeugte und von der Batterie empfangene Strom Null erreicht. Eine Kombination von Schaltern kann verwendet werden, um den negativen d-Achsen-Strom zu begrenzen und den von den Batterien empfangenen negativen Strom zu verringern. Die Steuerung kann konfiguriert sein, um die Gate-Treiber zu überwachen, um eine Fehlfunktion der IGBT-Schalter zu erkennen. Die Schalter können auch andere Arten von Feldeffekt- oder Bipolartransistoren sein.
1 zeigt ein elektrifiziertes Fahrzeug 112, das als ein Plugin-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) bezeichnet werden kann. Ein Plugin-Hybrid-Elektrofahrzeug 112 kann eine oder mehrere Elektromaschine(n) 114 umfassen, die mit einem Hybridgetriebe 116 gekoppelt ist bzw. sind. Die Elektromaschine 114 kann als Motor oder Generator betrieben werden. Zusätzlich ist das Hybridgetriebe 116 mechanisch mit einem (Verbrennungs-)Motor 118 gekoppelt. Das Hybridgetriebe 116 ist ebenfalls mechanisch mit einer Antriebswelle 120 gekoppelt, die mechanisch mit den Rädern 122 gekoppelt ist. Die Elektromaschinen 114 können einen Antrieb oder eine Verlangsamung bereitstellen, wenn der Motor 118 ein- oder ausgeschaltet wird. Die Elektromaschinen 114 können außerdem als Generatoren wirken und eine vorteilhafte Kraftstoffeinsparung bereitstellen, indem Energie, die normalerweise als Wärme in einem Reibungsbremssystem verloren ginge, zurückgewonnen wird. Die Elektromaschinen 114 können außerdem die Emissionen des Fahrzeugs verringern, indem der Motor 118 mit effizienteren Drehzahlen arbeiten kann und das Hybrid-Elektrofahrzeug 112 in einem elektrischen Modus betrieben werden kann, bei dem der Motor 118 bei bestimmten Bedingungen abgeschaltet ist. Ein elektrifiziertes Fahrzeug 112 kann auch ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) sein. Bei einer BEV-Ausgestaltung ist der Motor 118 unter Umständen nicht vorhanden. Bei anderen Ausgestaltungen kann das elektrifizierte Fahrzeug 112 ein Vollhybrid-Elektrofahrzeug (FHEV) ohne Plugin-Fähigkeit sein.
Eine Antriebsbatterie oder ein Akkusatz 124 speichert Energie, die von den Elektromaschinen 114 genutzt werden kann. Der Fahrzeugakkusatz 124 kann eine Ausgabe von Hochspannungs-Gleichstrom (DC) bereitstellen. Die Antriebsbatterie 124 kann elektrisch mit einem oder mehreren Leistungselektronikmodul(en) 126 gekoppelt sein. Ein oder mehrere Kontaktschalter 142 können im geöffneten Zustand die Antriebsbatterie 124 von anderen Bauteilen isolieren und im geschlossenen Zustand die Antriebsbatterie 124 mit anderen Bauteilen verbinden. Das Leistungselektronikmodul 126 ist ebenfalls elektrisch mit den Elektromaschinen 114 verbunden und stellt eine Fähigkeit zur bidirektionalen Übertragung von Energie zwischen der Antriebsbatterie 124 und den Elektromaschinen 114 bereit. Zum Beispiel kann eine Antriebsbatterie 124 eine Gleichstromspannung bereitstellen, während die Elektromaschinen 114 mit einem Dreiphasen-Wechselstrom (AC) arbeiten, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 126 kann die Gleichstromspannung in einen Dreiphasen-Wechselstrom umwandeln, um die Elektromaschinen 114 zu betreiben. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungsstrommodul 126 den Dreiphasen-Wechselstrom von den Elektromaschinen 114, die als Generatoren wirken, in Gleichstromspannung umwandeln, die mit der Antriebsbatterie 124 kompatibel ist.
Das Fahrzeug 112 kann einen variablen Spannungswandler (VVC) 152 umfassen, der elektrisch zwischen die Antriebsbatterie 124 und das Leistungsstrommodul 126 geschaltet ist. Der VVC 152 kann ein DC/DC-Verstärkungswandler sein, der konfiguriert ist, um die von der Antriebsbatterie 124 bereitgestellte Spannung zu erhöhen oder zu verstärken. Durch Erhöhen der Spannung können die Stromanforderungen sinken, was zu einer Verringerung der Verkabelungsgröße für das Leistungselektronikmodul 126 und die Elektromaschinen 114 führt. Weiterhin können die Elektromaschinen 114 mit einem besseren Wirkungsgrad und geringeren Verlusten betrieben werden.
Zusätzlich zur Bereitstellung von Energie für den Antrieb kann die Antriebsbatterie 124 Energie für andere elektrische Systeme des Fahrzeugs bereitstellen. Das Fahrzeug 112 kann ein DC/DC-Wandlermodul 128 umfassen, der die Hochspannungs-Gleichstromausgabe der Antriebsbatterie 124 in eine Niederspannungs-Gleichstromversorgung umwandelt, die mit den Niederspannungs-Fahrzeuglasten kompatibel ist. Ein Ausgang des DC/DC-Wandlermoduls 128 kann elektrisch mit einer Hilfsbatterie 130 (z. B. einer 12V-Batterie) gekoppelt sein, um die Hilfsbatterie 130 aufzuladen. Die Niederspannungssysteme können elektrisch mit der Hilfsbatterie 130 gekoppelt sein. Eine oder mehrere elektrische Last(en) 146 kann bzw. können mit dem Hochspannungsbus gekoppelt sein. Die elektrischen Lasten 146 können eine zugehörige Steuerung aufweisen, die die elektrischen Lasten 146 in geeigneter Weise betätigt und steuert. Beispiele für elektrische Lasten 146 können ein Gebläse, ein elektrisches Heizungselement und/oder ein Klimaanlagenverdichter sein.
Das elektrifizierte Fahrzeug 112 kann konfiguriert sein, um die Antriebsbatterie 124 von einer externen Stromquelle 136 wiederaufzuladen. Die externe Stromquelle 136 kann eine Verbindung mit einer Steckdose sein. Die externe Stromquelle 136 kann mit einer Ladevorrichtung oder einer elektrischen Fahrzeugversorgungsausrüstung (EVSE) 138 gekoppelt sein. Die externe Stromquelle 136 kann ein Stromverteilungsnetzwerk oder -gitter sein, wie es von einem Stromversorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Die EVSE 138 kann eine Schaltung und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von Energie zwischen der Stromquelle 136 und dem Fahrzeug 112 zu regeln und zu verwalten. Die externe Stromquelle 136 kann einen Gleichstrom oder Wechselstrom für die EVSE 138 bereitstellen. Die EVSE 138 kann einen Ladeverbinder 140 aufweisen, der in einen Ladeanschluss 134 des Fahrzeugs 112 eingesteckt werden kann. Der Ladeanschluss 134 kann jede Art von Anschluss sein, der konfiguriert ist, um Leistung von der EVSE 138 zum Fahrzeug 112 zu übertragen. Der Ladeanschluss 134 kann elektrisch mit einer Ladevorrichtung oder einem bordeigenen Leistungsumwandlungsmodul 132 gekoppelt sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann die von der EVSE 138 zugeführte Leistung anpassen, um der Antriebsbatterie 124 die geeigneten Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann mit der EVSE 138 über eine Schnittstelle verbunden sein, um die Abgabe von Leistung zum Fahrzeug 112 zu koordinieren. Ein Verbinder 140 der EVSE kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Vertiefungen des Ladeanschlusses 134 zusammenpassen. Alternativ können verschiedene Bauteile, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben wurden, Leistung unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung übertragen.
Eine oder mehrere Radbremse(n) 144 können bereitgestellt sein, um das Fahrzeug 112 abzubremsen und eine Bewegung des Fahrzeugs 112 zu verhindern. Die Radbremsen 144 können hydraulisch betätigt werden, elektrisch betätigt werden, oder eine Kombination daraus aufweisen. Die Radbremsen 144 können ein Teil eines Bremssystems 150 bilden. Das Bremssystem 150 kann weitere Bauteile umfassen, um die Radbremsen 144 zu betätigen. Der Einfachheit halber zeigt die Figur eine einzelne Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und einer der Radbremsen 144. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und den anderen Radbremsen 144 ist unausgesprochen enthalten. Das Bremssystem 150 kann eine Steuerung umfassen, um das Bremssystem 150 zu überwachen und zu koordinieren. Das Bremssystem 150 kann die Bauteile der Bremse überwachen und die Radbremsen 144 steuern, um das Fahrzeug zu verlangsamen. Das Bremssystem 150 kann auf Befehle vom Fahrer reagieren und kann auch autonom arbeiten, um Merkmale wie Stabilitätssteuerung zu implementieren. Die Steuerung des Bremssystems 150 kann ein Verfahren zum Aufbringen einer erforderlichen Bremskraft implementieren, wenn diese von einer anderen Steuerung oder Unterfunktion angefordert wird.
Elektronikmodule in dem Fahrzeug 112 können über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerk(e) kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Vielzahl von Kanälen für die Kommunikation umfassen. Ein Kanal des Fahrzeugnetzwerks kann ein serieller Bus, wie ein CAN-Bus (Controller Area Network), sein. Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerks kann ein Ethernet-Netzwerk umfassen, definiert durch die 802er Normenfamilie des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können separate Verbindungen zwischen Modulen umfassen und können Leistungssignale von der Hilfsbatterie 130 umfassen. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Zum Beispiel können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuersignale über CAN oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann alle Hardware- und Softwarekomponenten umfassen, die zur Übertragung von Signalen und Daten zwischen Modulen beitragen. Das Fahrzeugnetzwerk ist in 1 nicht gezeigt, aber es kann impliziert werden, dass das Fahrzeugnetzwerk mit jedem Elektronikmodul, das in dem Fahrzeug 112 vorhanden ist, verbunden sein kann. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) 148 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Bezugnehmend auf 2 ist ein Leistungselektronikmodul 126 gezeigt, das eine Gleichstromquelle Vbatt 124 aufweist, die eine Elektromaschine M, 114, mit Strom versorgt. Ein Umrichterschaltkreis 202 ist gezeigt, der eine Vielzahl von IGBT oder anderen Schaltern aufweist, die verwendet werden, um ein Wechselsignal für den Motor zu erzeugen. Wie gezeigt, weist der Umrichter eine Gruppe von oberen Schaltern 204 und unteren Schaltern 206 auf. Die Schalter sind in Phasengruppen 208, 210 und 212 aufgeteilt. Phase A ist der Schaltergruppe 208 zugeordnet; Phase B ist der Schaltergruppe 210 zugeordnet; und Phase C ist der Schaltergruppe 212 zugeordnet. Jeder der oberen Schalter 204 stellt eine positive Polarität für seine zugehörige Phase bereit. Jeder der unteren Schalter 206 stellt eine negative Polarität für seine zugehörige Phase bereit. Jeder der Schalter ist mit einer antiparallelen Diode gekoppelt, um bei Bedarf Rückstrom zu leiten. Eine Steuerung steuert jeden der Schalter unter Verwendung eines PWM-Signals, um einen sinusförmigen Dreiphasenstrom für die Statorwicklungen zu erzeugen. Auch wenn ein Dreiphasensystem gezeigt ist, zieht diese Offenbarung Maschinen in Betracht, die mit weniger oder mehr als drei Phasen arbeiten.
Bezugnehmend auf 3 ist nun ein Verfahren 300 zum Erzeugen eines PWM-Signals 302 mit einem ansteigenden Tastverhältnis gezeigt. Ein Rampensignal 304 wird mit einem Dreiecks- oder Sägezahnsignal 306 kombiniert, um ein PWM-Signal mit einem ansteigenden Tastverhältnis zu erzeugen. Das Tastverhältnis kann mit einer Rampenrate erhöht werden, die vorzugsweise das Dreifache der grundsätzlichen Phase des Ausgangsstroms des Umrichters ist. Die Rampendauer kann ebenfalls zwischen einem Bereich des Zweifachen und des Vierfachen der grundsätzlichen Phase des Ausgangsstroms des Umrichters liegen. Die Rampendauer kann desto näher am Vierfachen der grundsätzlichen Phase des Ausgangsstroms des Umrichters liegen, je näher die Elektromaschine ihrer maximalen Umdrehungszahl pro Minute kommt. Wenn die Rampendauer zu kurz ist, weist der negative d-Achsen-Strom mehr Überschwingen auf, was nicht erwünscht ist. Wenn die Rampendauer zu lang ist, arbeitet der Motor über einen längeren Zeitraum als Generator, was nicht erwünscht ist. Das Rampensignal und das daraus entstehende Pulsweitenmodulationssignal können sowohl durch Hardware oder Software implementiert sein. Zum Beispiel kann die Software in der Steuerung konfiguriert sein, um das passende PWM-Signal auszugeben. Die Software in der Steuerung kann das gleiche Sägezahnsignal verwenden, das verwendet wird, um die Dreiphasen-Sinussignale zu erzeugen.
Die Einfachheit des Schutzschemas ermöglicht eine Hardwareimplementierung des gesamten Systems. Das Rampensignal und das Sägezahlsignal können integrierte Schaltungen sein, die durch Auslöserrelais ausgelöst werden. Um alle Motordrehzahlen abzudecken, kann die niedrigste Motordrehzahl für die Rampenrate verwendet werden. Zusätzliche Rampenraten können verwendet werden, wenn die Motordrehzahl bestimmte Schwellenwerte durchschreitet. Zum Beispiel kann die Rampenrate, sobald der Motor eine Drehzahl von 1500 Umdrehungen pro Minute erreicht hat, auf das Dreifache der Rotordrehzahl festgelegt werden.
Bezugnehmend auf 4 zeigt nun ein Graph 400 mindestens eine erwartete Reaktion nach Anwendung der offenbarten Verfahren. Das Diagramm 402 umfasst eine Untersuchung der Elektromaschine, die den d-Achsen-Strom 404 anzeigt, der den erwarteten negativen Strom nach einem Fehler, Ausfall oder Kurzschluss zeigt. Der d-Achsen-Strom 404 hält einen Pegel über der Linie 406, was anzeigt, dass der maximale negative d-Achsen-Strom –250 A beträgt. Diagramm 408 umfasst eine Untersuchung der Elektromaschine, die den Batterieeingangsstrom 410 während des gleichen Fehlerereignisses anzeigt. Der maximale Ladezeitraum beträgt nur drei Millisekunden. Der Batterieeingangsstrom 410 fällt nicht unter die Stromlinie 412. Diagramm 414 umfasst eine Elektromaschinenuntersuchung des Steuersignals, das an eine der Gruppen von Schaltern, positiv oder negativ, gesendet wird, einschließlich des steigenden PWM-Signals 416. Die Rampe beginnt bei t0 und endet bei t1 418.
Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen so beschrieben sein können, dass sie Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen auf dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt sind, wird ein durchschnittlicher Fachmann erkennen, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erreichen, welche von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Zu diesen Attributen können gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Kosten über die Lebensdauer hinweg, Marktgängigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik beschrieben werden, liegen somit nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

802er Normenfamilie des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) [0023]

Claims

Fahrzeug-Stromversorgungssystem, umfassend: eine Steuerung, die konfiguriert ist, um in Reaktion auf einen Fehler in einem elektrischen Antriebssystem Befehle auszugeben, um eine ausgewählte Gruppe von Schaltern eines Umrichters zu öffnen und dann die ausgewählte Gruppe von Schaltern gemäß einem Pulsweitenmodulationssignal, das ein ansteigendes Tastverhältnis aufweist, zu betätigen, so dass Eingangsstrom zu einer Batterie Richtung Null gesteuert wird und eine Stärke des d-Achsen-Stroms des Antriebssystems verringert wird.
System nach Anspruch 1, wobei das Tastverhältnis für eine Dauer, die länger als das Zweifache einer grundsätzlichen Phase des Ausgangsstroms des Umrichters ist, ansteigt.
System nach Anspruch 2, wobei das Tastverhältnis für eine Dauer, die kürzer als das Vierfache der grundsätzlichen Phase des Ausgangsstroms ist, ansteigt.
System nach Anspruch 1, wobei die Gruppe von Schaltern mit einer Dreiphasenpolarität einer Elektromaschine in Verbindung steht.
System nach Anspruch 4, wobei eine Frequenz des ansteigenden Tastverhältnisses und eine Frequenz eines Antriebssignals für das elektrische Antriebssystem gleich sind.
System nach Anspruch 5, wobei das ansteigende Tastverhältnis auf einem Rampen- und Sägezahlsignal basiert.
System nach Anspruch 6, wobei das Sägezahnsignal und das Antriebssignal gleich sind.
System nach Anspruch 1, wobei die ausgewählte Gruppe von Schaltern IGBT-Schalter sind.
Verfahren zum Steuern eines Fahrzeug-Stromversorgungssystems, umfassend: durch eine Steuerung, in Reaktion auf Empfangen einer Anzeige eines Fehlers in einem elektrischen Antriebssystem, Öffnen einer ausgewählten Gruppe von Schaltern eines Umrichters und dann Betätigen der ausgewählten Gruppe von Schaltern gemäß einem Pulsweitenmodulationssignal, das ein ansteigendes Tastverhältnis aufweist, so dass Eingangsstrom zu einer Batterie Richtung Null gesteuert wird und eine Stärke des d-Achsen-Stroms des Antriebssystems verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Tastverhältnis für eine Dauer, die länger als das Zweifache einer grundsätzlichen Phase des Ausgangsstroms des Umrichters ist, ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Tastverhältnis für eine Dauer, die kürzer als das Vierfache der grundsätzlichen Phase des Ausgangsstroms ist, ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Gruppe von Schaltern mit einer Dreiphasenpolarität einer Elektromaschine in Verbindung steht.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine Frequenz des ansteigenden Tastverhältnisses und eine Frequenz eines Antriebssignals für das elektrische Antriebssystem gleich sind.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das ansteigende Tastverhältnis auf einem Rampen- und Sägezahlsignal basiert.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Sägezahnsignal und das Antriebssignal gleich sind.