DE102017120425A1

DE102017120425A1 - Reservestromversorgung für eine hauptkondensatorentladung

Info

Publication number: DE102017120425A1
Application number: DE102017120425.3A
Authority: DE
Inventors: Yan Zhou; Shuitao Yang; Lihua Chen; Yuqing Tang; Hongjie Wu
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2018-03-08
Also published as: CN107791851A; US10252618B2; US20180065489A1; CN107791851B

Abstract

Ein Fahrzeug kann ein elektrisches Antriebssystem beinhalten, das Schalter beinhaltet, die Gatter aufweisen, die konfiguriert sind, um die Schalter zu steuern. Das Fahrzeug kann eine galvanische Trennungskopplung beinhalten, die eine Primärseite, die elektrisch mit einer Eingangsstromquelle verbunden ist, und eine Sekundärseite aufweist, die elektrisch mit einer Gattertreiberschaltung verbunden ist. Die Gattertreiberschaltung weist eine Steuerung auf, die konfiguriert ist, um die Gatter und eine Stromversorgungsschaltung zu betätigen, die elektrisch mit der Steuerung verbunden ist, um einen Reservestrom bereitzustellen. Die galvanische Trennungskopplung kann ein Sperrwandler sein.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Wechselrichter für elektrische Maschinen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Antriebswechselrichter für eine elektrische Maschine kann einen Hochspannungskondensator beinhalten, der mit einer positiven und negativen Schiene des Wechselrichters verbunden ist, um ein Spannungspotential über Schalter des Wechselrichters aufrechtzuerhalten. Während einer Unterbrechung kann die Zuleitung für Wechselstrom von den Wechselrichterschaltern zu dem Elektromotor unterbrochen werden. Des Weiteren kann es zu einem Stromverlust an der Gattertreibersteuerung kommen. In beiden Situationen kann der Hochspannungskondensator hohe Spannungsniveaus aufrechterhalten.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug kann ein elektrisches Antriebssystem beinhalten, das Schalter beinhaltet, die Gatter aufweisen, die konfiguriert sind, um die Schalter zu steuern. Das Fahrzeug kann eine galvanische Trennungskopplung beinhalten, die eine Primärseite, die elektrisch mit einer Eingangsstromquelle verbunden ist, und eine Sekundärseite aufweist, die elektrisch mit einer Gattertreiberschaltung verbunden ist. Die Gattertreiberschaltung weist eine Steuerung auf, die konfiguriert ist, um die Gatter und eine Stromversorgungsschaltung zu betätigen, die elektrisch mit der Steuerung verbunden ist, um einen Reservestrom bereitzustellen. Die galvanische Trennungskopplung kann ein Sperrwandler sein.
Ein Fahrzeugantriebssystem kann einen Elektromotor beinhalten. Das Fahrzeugantriebssystem kann eine Steuerung beinhalten, die programmiert ist, um als Reaktion auf eine Unterbrechung der Stromversorgung von einem Wechselrichter zu dem Elektromotor den Wechselrichter weiterhin zu schalten, um gespeicherte Energie von einem Hochspannungskondensator des Wechselrichters abzugeben, der über eine Kopplung elektromagnetisch an Schienen und einen Gattertreiber des Wechselrichters gekoppelt ist, sodass dem Schalten zugeordnete elektrische Verluste die gespeicherte Energie abführen. Die Kopplung kann einen Sperrwandler beinhalten.
Ein Fahrzeugantriebssystem kann einen Elektromotor beinhalten. Das Fahrzeugantriebssystem kann eine Steuerung beinhalten, die programmiert ist, um als Reaktion auf eine Unterbrechung der Stromversorgung eines Gattertreibers des Wechselrichters den Wechselrichter weiterhin zu schalten, um gespeicherte Energie von einem Hochspannungskondensator des Wechselrichters abzugeben, der über eine Kopplung elektromagnetisch an Schienen und einen Gattertreiber des Wechselrichters gekoppelt ist, sodass dem Elektromotor zugeordnete induktive Verluste die gespeicherte Energie abführen. Die Kopplung kann einen Sperrwandler beinhalten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Übersicht eines Fahrzeugs, das einen Wechselrichter und einen Elektromotor aufweist;
2 ist ein Wechselrichter für ein Fahrzeug;
3 ist ein galvanischer Trennungs- und Spannungswandler für einen Gattertreiber und eine Steuerplatine;
4 ist ein Graph, der eine Spannungsverringerung eines Kondensators zeigt; und
5 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerungsreaktion auf ein Stromunterbrechungsereignis zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hierin sind Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Dabei versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, welche in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt werden, um Ausführungsformen herzustellen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
1 zeigt ein Elektrofahrzeug 112, das als ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug (PHEV) bezeichnet werden kann. Ein Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug 112 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 114 umfassen, die mechanisch mit einem Hybridgetriebe 116 gekoppelt sind. Die elektrischen Maschinen 114 können dazu in der Lage sein, als Elektromotor oder Generator zu arbeiten. Außerdem ist das Hybridgetriebe 116 mechanisch mit einem Motor 118 gekoppelt. Das Hybridgetriebe 116 ist auch mechanisch mit einer Antriebswelle 120 gekoppelt, die mechanisch mit den Rädern 122 gekoppelt ist. Die elektrischen Maschinen 114 können Antriebs- und Abbremsfähigkeit bereitstellen, wenn der Motor 118 an- oder ausgeschaltet wird. Die elektrischen Maschinen 114 können auch als Generatoren fungieren und können Kraftstoffverbrauchvorteile bereitstellen, indem Energie rückgewonnen wird, die normalerweise als Hitze in einem Reibungsbremssystem verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 114 können auch Fahrzeugemissionen reduzieren, indem ermöglicht wird, dass der Motor 118 bei effizienteren Geschwindigkeiten arbeitet, und ermöglicht wird, dass das Hybrid-Elektrofahrzeug 112 in Elektrobetrieb betrieben wird, wobei der Motor 118 unter bestimmten Bedingungen aus ist. Ein Elektrofahrzeug 112 kann auch ein Batterieelektrofahrzeug (BEV) sein. In einer BEV-Konfiguration ist der Motor 118 möglicherweise nicht vorhanden. In anderen Konfigurationen kann das Elektrofahrzeug 112 ein volles Hybrid-Elektrofahrzeug (FHEV) ohne Plug-in-Fähigkeit sein.
Eine Antriebsbatterie oder ein Batteriepack 124 speichert Energie, die von den elektrischen Maschinen 114 verwendet werden kann. Das Fahrzeugbatteriepack 124 kann einen Hochspannungsgleichstromausgang (DC-Ausgang) bereitstellen. Die Antriebsbatterie 124 kann elektrisch mit einem oder mehreren elektronischen Leistungsmodulen 126 gekoppelt sein. Ein oder mehrere Schütze 142 können die Antriebsbatterie 124 von anderen Komponenten isolieren, wenn sie geöffnet sind, und die Antriebsbatterie 124 mit anderen Komponenten verbinden, wenn sie geschlossen sind. Das elektronische Leistungsmodul 126 ist auch elektronisch mit den elektrischen Maschinen 114 gekoppelt und stellt die Möglichkeit bereit, Energie bidirektional zwischen der Antriebsbatterie 124 und den elektrischen Maschinen 114 zu übertragen. Beispielsweise kann eine Antriebsbatterie 124 eine Gleichstromspannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 114 mit einem 3-Phasen-Wechselstrom (AC) arbeiten können, um zu funktionieren. Das elektronische Leistungsmodul 126 kann die Gleichstromspannung in einen 3-Phasen-Wechselstrom umwandeln, um die elektrischen Maschinen 114 zu betreiben. In einem Regenerativmodus kann das elektronische Leistungsmodul 126 den 3-Phasen-Wechselstrom von den elektrischen Maschinen 114, die als Generatoren fungieren, in die Gleichstromspannung umwandeln, die mit der Antriebsbatterie 124 kompatibel ist.
Das Fahrzeug 112 kann einen variablen Spannungswandler (VVC) 152 beinhalten, der elektrisch zwischen der Antriebsbatterie 124 und dem elektronischen Leistungsmodul 126 gekoppelt ist. Der VVC 152 kann ein Gleichstromabwärtswandler sein, der konfiguriert ist, um die Spannung, die von der Antriebsbatterie 124 bereitgestellt ist, zu erhöhen oder zu steigern. Durch Erhöhen der Spannung kann der Strombedarf gesenkt werden, was zu einer Reduktion der Kabelgröße für das elektronische Leistungsmodul 126 und die elektrischen Maschinen 114 führt. Ferner können die elektrischen Maschinen 114 mit besserer Effizienz und geringeren Verlusten betrieben werden.
Neben dem Bereitstellen von Antriebsenergie kann die Antriebsbatterie 124 Energie für weitere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Das Fahrzeug 112 kann ein Gleichspannungswandlermodul 128 beinhalten, das den Hochspannungsgleichstromausgang der Antriebsbatterie 124 in eine Niederspannungsgleichstromversorgung umwandelt, die mit Niederspannungsfahrzeugladungen kompatibel ist. Ein Ausgang des Gleichstromwandlermoduls 128 kann elektrisch mit einer Hilfsbatterie 130 (z. B. einer 12-V-Batterie) gekoppelt sein, um die Hilfsbatterie 130 aufzuladen. Die Niederspannungssysteme können elektrisch mit der Hilfsbatterie 130 gekoppelt sein. Eine oder mehrere elektrische Lasten 146 können mit dem Hochspannungsbus gekoppelt sein. Die elektrischen Lasten 146 können eine zugeordnete Steuerung aufweisen, welche die elektrischen Lasten 146 gegebenenfalls betreibt und steuert. Bespiele für elektrische Lasten 146 können ein Gebläse, ein elektrisches Heizelement und/oder ein Klimakompressor sein.
Das Elektrofahrzeug 112 kann konfiguriert sein, um die Antriebsbatterie 124 von einer externen Stromquelle 136 aus aufzuladen. Die externe Stromquelle 136 kann eine Verbindung zu einer Steckdose sein. Die externe Stromquelle 136 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder Elektrofahrzeugversorgungsgerät (EVSE) 138 gekoppelt sein. Die externe Stromquelle 136 kann ein elektrisches Stromversorgungsnetz sein, wie es von einem elektrischen Versorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Das EVSE 138 kann eine Schaltung und Steuerungen bereitstellen, um die Übertragung von Energie zwischen der Stromquelle 136 und dem Fahrzeug 112 zu regulieren und zu verwalten. Die externe Stromquelle 136 kann dem EVSE 138 elektrische Energie als Gleichstrom oder Wechselstrom bereitstellen. Das EVSE 138 kann einen Ladestecker 140 zum Einstecken in einen Ladeport 134 des Fahrzeugs 112 aufweisen. Der Ladeport 134 kann jede Art von Port sein, der konfiguriert ist, um Strom von dem EVSE 138 an das Fahrzeug 112 zu übertragen. Der Ladeport 134 kann elektrisch mit einem Ladegerät oder einem fahrzeugseitigen Leistungsumwandlungsmodul 132 gekoppelt sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann die Leistung konditionieren, die von dem EVSE 138 zugeführt wird, um der Antriebsbatterie 124 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 132 kann mit dem EVSE 138 kommunizieren, um die Stromabgabe an das Fahrzeug 112 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 140 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeports 134 zusammenpassen. Alternativ können verschiedene Komponenten, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben sind, Leistung unter Verwendung von drahtloser induktiver Kopplung übertragen.
Eine oder mehrere Radbremsen 144 können bereitgestellt sein, um das Fahrzeug 112 abzubremsen und eine Bewegung des Fahrzeugs 112 zu verhindern. Die Radbremsen 144 können hydraulisch betätigt, elektrisch betätigt oder eine Kombination davon sein. Die Radbremsen 144 können ein Teil einer Bremsanlage 150 sein. Die Bremsanlage 150 kann weitere Komponenten beinhalten, um die Radbremsen 144 zu betreiben. Der Einfachheit halber zeigt die Figur eine einzige Verbindung zwischen der Bremsanlage 150 und einer der Radbremsen 144. Eine Verbindung zwischen der Bremsanlage 150 und den weiteren Radbremsen 144 wird impliziert. Die Bremsanlage 150 kann eine Steuerung beinhalten, um die Bremsanlage 150 zu überwachen und zu koordinieren. Die Bremsanlage 150 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 144 zum Fahrzeugabbremsen steuern. Die Bremsanlage 150 kann auf Fahrerbefehle reagieren und kann auch autonom arbeiten, um Funktionen, wie etwa Stabilitätskontrolle, umzusetzen. Die Steuerung der Bremsanlage 150 kann ein Verfahren zum Anwenden einer angeforderten Bremskraft umsetzen, wenn dies von einer weiteren Steuerung oder einer Unterfunktion angefordert wird.
Elektronische Module im Fahrzeug 112 können über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Vielzahl von Kommunikationskanälen beinhalten. Ein Kanal des Fahrzeugnetzwerks kann ein serieller Bus, wie etwa ein Controller Area Network (CAN), sein. Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerks kann ein Ethernetnetzwerk beinhalten, das von der Normengruppe des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802 definiert ist. Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen beinhalten und können Stromsignale von der Hilfsbatterie 130 beinhalten. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks übertragen werden. Beispielsweise können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuerungssignale über ein CAN oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann beliebige Hardware- und Software-Komponenten beinhalten, die eine Übertragung von Signalen und Daten zwischen Modulen unterstützen. Das Fahrzeugnetzwerk ist in 1 nicht gezeigt, es kann jedoch impliziert werden, dass das Netzwerk mit jedem elektronischen Modul verbunden werden kann, das in dem Fahrzeug 112 vorhanden ist. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) 148 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Das elektronische Leistungsmodul kann eine Vielzahl von Schaltern beinhalten, um einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umzuwandeln. Die Schalter können Halbleiter sein. Die Schalter können eine beliebige Art von Halbleiterschaltern sein. Die Schalter können Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) sein. Die Schalter können ein Gatter, einen Emitter und einen Kollektor aufweisen. Zwischen dem Emitter und dem Kollektor kann ein Potential durch eine Gleichspannungsquelle auf Schienen oder Bussen erzeugt werden, die mit jeder Halbbrücke des Wechselrichters verbunden sind. Die Gleichspannungsquelle kann in einer Batterie gespeichert sein oder bei Bedarf generiert werden. Die Gleichspannungsquelle kann durch einen Hochspannungskondensator aufrechterhalten werden. Der Hochspannungskondensator kann konfiguriert sein, um Schwingungen in der Quellspannung und Schwankungen, die durch das Schalten hervorgerufen werden, auszugleichen.
Die Gatter der Schalter können durch einen Gattertreiber an einer Gattertreiberplatine angetrieben werden. Die Gattertreiberplatine kann konfiguriert sein, um Strom von mehreren Quellen zu empfangen. Eine dieser Quellen kann eine 12-Volt-Stromversorgung sein. Die 12-Volt-Stromversorgung kann eine Stromversorgung sein, die von einem Gleichstrom-Bus mit höherer Spannung heruntertransformiert wurde. Die Gattertreiberplatine kann außerdem Strom von dem Hochspannungskondensator empfangen. Der Hochspannungskondensator kann elektromagnetisch an die Gattertreiberplatine gekoppelt sein und das Gatter antreiben. Die elektromagnetische Kopplung kann eine galvanische Trennung sein. Die galvanische Trennung kann als ein Sperrwandler, eine optische Trennung oder ein anderes Mittel der galvanischen Trennung ausgebildet sein.
In dem Fall, dass eine der Stromversorgungen verloren geht, kann die Gattertreiberplatine automatisch von einer Stromversorgung zu der anderen schalten. Beide der Stromversorgungen können konfiguriert sein, um der Gattertreiberplatine Strom bereitzustellen, sodass ein Verlust durch Stromumschaltung nicht erforderlich ist.
Mit der vorangehend erwähnten Konfiguration ist die Gattertreiberplatine konfiguriert, um Gattern des Wechselrichters Strom bereitzustellen, wenn der Hochspannungskondensator unter Strom steht. Wenn eine Ableitung der in dem Kondensator gespeicherten Energien erforderlich ist, kann die Gattertreiberplatine die Gatter des Wechselrichters weiterhin schalten und die in dem Kondensator gespeicherte Energie durch die Schalter an die Wicklungen des Elektromotors ableiten.
Eine elektrische Verbindung mit dem Elektromotor kann unterbrochen werden. Während der Unterbrechung kann der Kondensator durch ein Schalten der Gatter abgeleitet werden. Durch Umschalten der Gatter wird in dem Kondensator gespeicherte Energie durch Wärme abgeleitet. Die generierte Wärme kann den Halbleiterschaltern durch eine Wärmesenke entzogen werden. Eine erhöhte Schaltfrequenz erhöht die durch den Schalter abgeleitete Energie. Aus diesem Grund kann die Schaltfrequenz während einer Unterbrechung erhöht werden, um die in dem Kondensator gespeicherte Energie so schnell wie möglich abzuleiten. Die Schaltfrequenz kann außerdem eingestellt werden, um sicherzustellen, dass die Schalter einen Temperaturschwellenwert nicht überschreiten. Die Steuerung kann die Temperatur der Schalter überwachen und die Schaltfrequenz anpassen, um eine Temperatur unter dem Schwellenwert aufrechtzuerhalten. In dem Fall, dass die Stromverbindung zwischen dem Wechselrichterausgang und dem Elektromotor unterbrochen wird und die Stromversorgung der 12-Volt-Gattertreiberplatine verloren geht, kann die Konfiguration den Strom von dem Kondensator durch Umschalten der Gatter der Schalter mit einer Gattertreiberplatine ableiten, die durch in dem Kondensator gespeicherte Energie angetrieben wird.
Nun unter Bezugnahme auf 2 ist ein elektronisches Leistungsmodul 126 gezeigt, das eine Gleichstromquelle V_batt 124 aufweist, die eine elektrische Maschine, M, 114 antreibt. Es ist eine Wechselrichterschaltung 200 gezeigt, die eine Vielzahl von Schaltern 202A, 202B, 204A, 204B, 206A, 206B aufweist, die verwendet wird, um ein alternierendes Signal für den Elektromotor 114 zu generieren. Wie gezeigt, weist der Wechselrichter einen Satz von oberen Schaltern 202A, 204A, 206A und unteren Schaltern 202B, 204B, 206B auf. Die Schalter sind in Phasengruppen 202A–B, 204A–B, 206A–B aufgeteilt. Jeder von den oberen Schaltern 204 stellt eine positive Polarität für seine jeweilige Phase bereit. Jeder von den unteren Schaltern 206 stellt eine negative Polarität für seine jeweilige Phase bereit. Jeder von den Schaltern ist mit einer Antiparalleldiode gekoppelt, um gegebenenfalls einen Rückstromfluss zu leiten. Eine Steuerung steuert jeden von den Schaltern unter Verwendung eines PWM-Signals, um einen dreiphasigen sinusförmigen Strom für die Statorwicklungen zu erzeugen, und wird hierbei durch den Gattertreiber angetrieben. Obwohl diese Offenbarung als ein dreiphasiges System gezeigt ist, werden hierbei Maschinen berücksichtigt, die in mehr oder weniger als drei Phasen betrieben werden.
Das elektronische Leistungsmodul 126 kann außerdem einen Hochspannungshauptkondensator 214 beinhaltet, der konfiguriert ist, um die Spannung der Gleichstromschienen oder -busse 216, 218 zu glätten und schaltungsbezogene Schwankungen zu absorbieren. Jeder der Schalter 202A, 202B, 204A, 204B, 206A, 206B weist Gatter 208A, 208B, 210A, 210B, 212A, 212B auf, die konfiguriert sind, um einen Stromfluss zu ermöglichen. Die in dem Kondensator verbleibende Ladung 214 kann erforderlich sein, um bis zu einem vorbestimmtem Wert abgeleitet zu werden. Die in dem Kondensator verbleibende Ladung 214 kann durch den Elektromotor 114 abgeleitet werden. Der vorbestimmte Wert kann weit unter der normalen Betriebsspannung liegen. Der vorbestimmte Wert kann bei 60 Volt liegen. Die in dem Kondensator verbleibende Ladung 214 kann durch Schalten der Gatter 208A, 208B, 210A, 210B, 212A, 212B durch den Elektromotor 114 abgeleitet werden. Das Schalten der Gatter kann die in dem Kondensator 214 gespeicherte Energie als Wärme ableiten und den Elektromotor nominal drehen. Während einer Unterbrechung der Stromversorgung zwischen dem Wechselrichter 202 und dem Elektromotor 114 kann der Kondensator 214 geladen bleiben. Der Kondensator 214 kann durch den Schaltern 202A, 202B, 204A, 204B, 206A, 206B zugeordnete Schaltverluste abgeleitet werden. Eine Gattertreiberplatine kann die Schaltfrequenz der Schalter 202A, 202B, 204A, 204B, 206A erhöhen, um eine gespeicherte Energie schnell abzuleiten.
Nun unter Bezugnahme auf 3 werden eine Schaltungskonfiguration für eine Stromversorgung eines Gattertreibers 220A, 220B, 222A, 222B, 224A, 224B und eine Gattersteuerung 232 gezeigt. Der Kondensator 214 kann konfiguriert sein, um die Wicklung der Primärseite 218 einer galvanischen Kopplung 234 anzutreiben. Die Primärseite 218 kann einen Schalter zum Steuern eines Ausgangsstroms über die Kopplung 234 beinhalten. Die Kopplung 234 kann als ein Sperrwandler konfiguriert sein. Die Kopplung kann eine Vielzahl von Wicklungen der Sekundärseite 220A, 220B, 222A, 222B, 224A, 224B, 226 aufweisen. Die Wicklungen der Sekundärseite 220A, 220B, 222A, 222B, 224A, 224B, 226 können konfiguriert sein, um die Wicklungen der Primärseite 218 anzuzapfen. Eine von den Wicklungen der Sekundärseite 226 kann konfiguriert sein, um der Steuerplatine 232 eine Reserve oder einen Hilfsstrom bereitzustellen. Die Steuerplatine 232 kann durch mehrere Quellen angetrieben werden. Die Steuerplatine 232 kann mit einem zusätzlichen Stromeingang von der 12-Volt-Hilfsbatterie 130 konfiguriert sein. Es kann eine Diode 230 verwendet werden, um sicherzustellen, dass kein Strom zurück in die 12-Volt-Hilfsbatterie gespeist wird. Die Steuerplatine 232 kann einen Eingang zu der Gattertreiberplatine bereitstellen. Demnach ist die Steuerplatine in der Lage, der Gattertreiberplatine Strom bereitzustellen, wenn der Kondensator 214 geladen ist. In dem Fall, dass die Verbindung zwischen der Hilfsbatterie 130 und der Steuerplatine 232 getrennt wird, kann die Steuerplatine der Gattersteuerplatine weiterhin Strom von dem Kondensator 214 bereitstellen.
Während einer Unterbrechung des elektrischen Stroms zwischen dem Wechselrichterausgang und dem Elektromotor kann die Gattersteuerung 232 programmiert sein, um die elektrischen Schalter weiterhin zu schalten, bis eine Spannung der gespeicherten Energie unter 60 Volt abgeleitet wurde. Die Gattersteuerung 232 kann ferner programmiert sein, um eine Schaltfrequenz der Schalter zu erhöhen, um die Ableitung der gespeicherten Energie zu verbessern. Die Schaltfrequenz kann über die Schaltfrequenz zu dem Zeitpunkt, an dem die Wechselrichterunterbrechung auftrat, erhöht werden. Dies bedeutet, dass der Wechselrichter die Schalter nach einem PWM-Schema mit einer gegebenen Frequenz schalten kann. Diese Frequenz kann die Wechselrichterunterbrechungsfrequenz sein. Die Schaltfrequenz kann über die Wechselrichterunterbrechungsfrequenz hinaus erhöht werden, um Schaltverluste zu erhöhen. Die Schaltfrequenz kann auf eine maximale Schaltfrequenz der Schalter erhöht werden. Der Schalterhersteller kann die maximalen Schwellenwerte für die Schaltfrequenz festlegen, die je nach Hersteller und verwendeten Schaltern variieren können. Die Steuerung kann programmiert sein, um die Schaltfrequenz auf eine maximale Schaltfrequenz zu erhöhen und die Schaltfrequenz dann zu verringern, um sicherzustellen, dass Grenzen für die Maximaltemperatur der Schalter nicht überschritten werden. Es kann eine Temperaturrückkopplungsschleife mit der Steuerung erzeugt werden, um sicherzustellen, dass die Temperaturgrenzen nicht überschritten werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Steuerung programmiert sein, um Temperaturgrenzen zu überschreiten, um sicherzustellen, dass der Kondensator entladen ist. In dieser Ausführungsform können die Schalter einen bekannten Störungsmodus erreichen.
Nun unter Bezugnahme auf 4 wird ein Graph 400 gezeigt. Der Graph 400 offenbart das Verhalten der Kondensatorspannung 402 und der Wechselrichterschaltfrequenz 410 vor und nach einem Ausschaltereignis bei t_i 404. Bei t_o ist die Kondensatorspannung 402 groß genug, um den Elektromotor mit einem durch den Wechselrichter erzeugten Wechselstrom anzutreiben. Bei t_i 404 tritt ein Ausschaltereignis oder Stromunterbrechungsereignis auf. Die Steuerung kann die Schalter weiterhin betätigen, um die in dem Kondensator gespeicherte Energie zu verringern, bis ein vorbestimmter Schwellenwert 406 bei t_d 408 erreicht ist. Die Steuerung kann die Schaltfrequenz 410 nach dem Wechselrichterunterbrechungsereignis von der Wechselrichterunterbrechungsfrequenz bei 412 erhöhen. Wenn die Kondensatorspannung bei t_d abgeleitet ist, fällt die Wechselrichterschaltfrequenz auf null. Obwohl diese als eine lineare Funktion gezeigt ist, kann die Schaltfrequenz als ein Sprungeingang oder als eine beliebige andere Art der Änderung nach der Unterbrechung angepasst werden. Der vorbestimmte Schwellenwert kann bei 60 Volt liegen.
Nun unter Bezugnahme auf 5 ist ein Ablaufdiagramm 500 gezeigt, das mit 502 beginnt. Das gezeigte Ablaufdiagramm 500 weist den ersten Bestimmungsschritt in 504 auf. Schritt 504 kann mit Schritt 506 und Schritt 514 ausgetauscht werden. Das bedeutet, dass die Steuerung konfiguriert sein kann, um entweder auf eine Unterbrechung der 12-Volt-Stromversorgung oder eine Unterbrechung der Stromversorgung zwischen dem Wechselrichter und dem Elektromotor zuerst zu reagieren. Die Steuerung kann außerdem mit jedem der Bestimmungsschritte 504, 506, 514 als Fallanweisungen konfiguriert sein.
In Schritt 502 tritt ein Stromunterbrechungsereignis auf. Ein Stromunterbrechungsereignis kann auftreten, wenn die Verbindung einer beliebigen der Wechselrichtervorrichtungen mit einer Stromquelle unterbrochen wird. In Schritt 504 setzt die Steuerung den Vorgang mit Schritt 506 fort, wenn keine Stromunterbrechung zwischen dem Wechselrichterausgang und dem Elektromotor aufgetreten ist. In Schritt 506 bestimmt die Steuerung, ob eine Stromunterbrechung von der 12-Volt-Batterie zu der Gattertreibersteuerung aufgetreten ist. In Schritt 508 empfängt die Gattertreibersteuerung Strom von der 12-Volt-Batterie, wenn keine Unterbrechung aufgetreten ist, und entlädt den Kondensator durch die Elektromotorwicklung, bis der vorbestimmte Schwellenwert in Schritt 512 erreicht ist. In Schritt 510 empfängt die Gattertreibersteuerung Strom von der Sperrkopplung, wenn eine Unterbrechung aufgetreten ist, und entlädt den Kondensator durch die Elektromotorwicklung, bis der vorbestimmte Schwellenwert in Schritt 512 erreicht ist. In Schritt 522 werden der Wechselrichter und die Gatter ausgeschaltet.
Nun wieder unter Bezugnahme auf Schritt 504 setzt die Steuerung den Vorgang mit Schritt 514 fort, wenn eine Stromunterbrechung zwischen dem Wechselrichterausgang und dem Elektromotor aufgetreten ist. In Schritt 514 bestimmt die Steuerung, ob eine Stromunterbrechung von der 12-Volt-Batterie zu der Gattertreibersteuerung vorhanden ist. In Schritt 516 empfängt die Gattertreibersteuerung Strom von der 12-Volt-Batterie, wenn keine Unterbrechung aufgetreten ist, und entlädt den Kondensator durch die Elektromotorwicklung, bis der vorbestimmte Schwellenwert in Schritt 512 erreicht ist. In Schritt 518 empfängt die Gattertreibersteuerung Strom von der Sperrkopplung, wenn eine Unterbrechung aufgetreten ist, und entlädt den Kondensator durch die Elektromotorwicklung, bis der vorbestimmte Schwellenwert in Schritt 520 erreicht ist. In Schritt 522 werden der Wechselrichter und die Gatter ausgeschaltet.
Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Schutzumfang 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 dargestellt werden. Zwar sind verschiedene Ausführungsformen eventuell so beschrieben, dass sie Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften bevorzugt werden, doch wird der Durchschnittsfachmann 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. Diese Attribute können Folgendes einschließen: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, bequeme Montage usw., sind jedoch nicht darauf beschränkt. Von daher liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Normengruppe des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) 802 [0018]

Claims

Fahrzeug, umfassend: ein elektrisches Antriebssystem, das Schalter beinhaltet, die Gatter aufweisen, die konfiguriert sind, um die Schalter zu steuern; und eine galvanische Trennungskopplung, die eine Primärseite, die elektrisch mit einer Eingangsstromquelle verbunden ist, und eine Sekundärseite aufweist, die elektrisch mit einer Gattertreiberschaltung verbunden ist, wobei die Gattertreiberschaltung eine Steuerung aufweist, die konfiguriert ist, um die Gatter und eine Stromversorgungsschaltung zu betätigen, die elektrisch mit der Steuerung verbunden ist, um einen Reservestrom bereitzustellen.
Fahrzeug Anspruch 1, wobei die galvanische Trennungskopplung ein Sperrwandler ist.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Gattertreiberschaltung und die Stromversorgungsschaltung einzelne Wicklungen aufweisen, die Strom von einer Primärwicklung ziehen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Schalter IGBTs sind.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Eingangsstromquelle ein Hochspannungskondensator ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Eingangsstromquelle und eine Schienenstromquelle der Schalter dieselbe sind.
Fahrzeugantriebssystem, umfassend: einen Elektromotor; und eine Steuerung, die programmiert ist, um als Reaktion auf eine Unterbrechung der Stromversorgung zwischen einem Wechselrichter und dem Elektromotor elektronische Schalter von dem Wechselrichter weiterhin zu schalten, um gespeicherte Energie von einem Hochspannungskondensator des Wechselrichters abzugeben, der über eine Kopplung elektromagnetisch an Schienen und eine Gattertreiberplatine des Wechselrichters gekoppelt ist, sodass dem Schalten zugeordnete Widerstandsverluste die gespeicherte Energie abführen.
System nach Anspruch 7, wobei die Kopplung einen Sperrwandler beinhaltet.
System nach Anspruch 8, wobei der Sperrwandler eine galvanische Trennung zwischen dem Hochspannungskondensator und der Gattertreiberplatine bereitstellt.
System nach Anspruch 7, wobei die elektronischen Schalter IGBTs sind.
System nach Anspruch 7, wobei die Kopplung eine Reservestromversorgung für eine Gattertreibersteuerplatine ist.
System nach Anspruch 7, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, um ein Schalten der elektronischen Schalter fortzusetzen, bis eine Spannung der gespeicherten Energie unter 60 Volt abgeleitet ist.
System nach Anspruch 7, wobei die Steuerung ferner programmiert ist, um eine Schaltfrequenz der elektronischen Schalter über eine Wechselrichterunterbrechungsfrequenz zu erhöhen.
System nach Anspruch 13, wobei die Schaltfrequenz eine maximale Schaltfrequenz der elektronischen Schalter ist.