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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zu einer Verbesserung des Modulationsindex durch einen intelligenten Batteriepack, bei dem der Batteriepack eine Vielzahl von Energiemodulen umfasst, die in ihrer Verschaltung umkonfiguriert werden können.
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Bei einem Elektrofahrzeug besteht ein konventioneller Antriebsstrang aus einem Batteriepack, der eine Gleichspannung zur Verfügung stellt, einem zweistufigen Wechselrichter, der die Gleichspannung in eine Wechselspannung umsetzt, und einem mit der Wechselspannung betriebenen Elektromotor. Ein Batteriepack mit Standardmodulen stellt eine feste Klemmenspannung bereit, welche sich nur über einen Ladezustand ändert, z.B. sinkend bei einer zunehmenden Entladung. Der Wechselrichter setzt die Gleichspannung gewöhnlich in eine dreiphasige Wechselspannung um, mit welcher der ebenfalls dreiphasige Elektromotor betrieben wird. Eine Höhe einer Ausgangsspannung des zweistufigen Wechselrichters bedingt sich dabei durch ein Hin- und Herschalten zwischen der Eingangsspannung in Höhe der Klemmenspannung des Batteriepacks und einem Spannungswert Null.
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Beschrieben wird eine Qualität der Ausgangsspannung des Wechselrichters durch den sogenannten Modulationsindex, welcher ein Maß für eine Brandbreite einer Modulation darstellt. Der Modulationsindex ist dabei definiert durch einen Teiler aus einer Schaltfrequenzveränderung im Zähler und maximaler auftretender Schaltfrequenz im Nenner. Generell gilt, dass je höher der Modulationsindex ist, desto weniger elektromagnetische Interferenzen, vom Fachmann mit EMI abgekürzt, oder totale harmonische Verzerrungen, vom Fachmann mit THD abgekürzt, treten auf. Neben einzuhaltenden EMI-Grenzwerten ist wegen weiterer in dem Elektrofahrzeug vorhandener Bordelektronik eine Reduktion von elektromagnetischen Interferenzen zu bevorzugen.
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Die Ausgangsspannung des Wechselrichters wird auf einen geforderten Mittelwert hin moduliert. Da der Wechselrichter auf eine durch das mit Standardmodulen bestückte Batteriepack bestimmte Eingangsspannung festgelegt ist, liegt bei nur geringer Leistungsanforderung an den Elektromotor, bspw. bei Langsamfahrt oder Befahren eines Gefälles, was eine reduzierte Ausgangsspannung des Wechselrichters zur Folge hat, ein niedriger Modulationsindex und damit eine hohe EMI-Belastung vor.
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Die Druckschrift
US 2017/0093320 A1 offenbart ein Elektrofahrzeug mit einem Batteriepack, das umkonfiguriert wird, um eine gewünschte Gleichspannung gemäß einer Spannungsanforderung zu erreichen. Dies wird durch Änderung der Zahl paralleler verschalteter Energiezellen des Batteriepacks erreicht.
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Die europäische Patentschrift
EP 2 879 266 A1 betrifft eine Anzahl von in Reihe geschalteten Energiezellen, die umkonfiguriert werden, um eine gewünschte Gleichspannung entsprechend dem Spannungsbedarf einer Lastvorrichtung zu erreichen. Die einzelnen Energiezellen werden dabei in ihrem Zustand überwacht und gemäß diesem Zustand verschaltet.
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Die Druckschrift
US 2008/0054870 A1 erörtert ein Elektrofahrzeug mit einer Vielzahl von Leistungsspeichervorrichtungen, die zwischen einer seriellen und einer parallelen Verbindung umgeschaltet werden können, wobei Spannungen im Hinblick auf die maximale Antriebsspannung des Elektromotors eingestellt werden.
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Die Druckschrift
DE 10 2014 223 227 A1 betrifft eine Antriebseinrichtung mit einem Elektromotor, einem mit dem Elektromotor verbundenen Wechselrichter und mehreren Batteriemodulen zur Versorgung des Wechselrichters mit elektrischer Energie und mit einer Anbindungseinrichtung zur Anbindung der Batteriemodule an den Wechselrichter, welche mindestens zwei Anbindungszustände aufweist, wobei in einem ersten Anbindungszustand alle Batteriemodule parallel geschaltet an den Wechselrichter angebunden sind und in einem zweiten Anbindungszustand alle Batteriemodule in Reihe geschaltet an den Wechselrichter angebunden sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Antriebseinrichtung.
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Die Druckschrift
DE 10 2015 112 512 A1 betrifft ein Einzelmodul zur Verschaltung mit mindestens einem zweiten gleichartigen Einzelmodul zur Bereitstellung eines elektrischen Batteriesystems, wobei das Einzelmodul mindestens einen Energiespeicher, mindestens fünf interne Schaltelemente und mindestens zwei Anschlüsse auf je einer ersten und einer zweiten Seite des Einzelmoduls umfasst, und wobei die internen Schaltelemente alle Schaltzustände zur dynamischen Umschaltung einer elektrischen Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher und einem entsprechenden mindestens einen Energiespeicher des mindestens einen zweiten Einzelmoduls realisieren können.
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Die Druckschrift
DE 10 2012 202 863 A1 betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Energiespeichereinrichtung mit einer Vielzahl von in einem Energieversorgungsstrang in Serie geschalteten Energiespeichermodulen, welche jeweils eine Energiespeicherzelle aufweisen, und eine Koppeleinrichtung mit Koppelelementen umfassen, welche dazu ausgelegt sind, das jeweilige Energiespeichermodul selektiv in den jeweiligen Energieversorgungsstrang zu schalten oder zu überbrücken.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren mit einer gegenüber dem Stand der Technik geringeren EMI-Belastung zur Verfügung zu stellen. Dabei soll das Batteriepack mit den umfassten Energiezellen frei konfigurierbar sein, um Beschränkungen in der Verschaltung zu vermeiden. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein entsprechendes System zur Durchführung eines solchen Verfahrens bereitzustellen.
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Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Verfahren zu einer Verbesserung des Modulationsindex durch einen intelligenten Batteriepack vorgeschlagen, bei dem ein Batteriepack mehrere frei verschaltbare Energiemodule umfasst und ein Energiemodul mindestens eine Energiezelle und mindestens zwei Schalter aufweist, und bei dem eine serielle oder parallele Verschaltung eines jeweiligen Energiemoduls mit mindestens einem benachbarten Energiemodul des Batteriepacks durch eine Steuerung bewirkt wird, wobei eine aus der jeweiligen Verschaltung resultierende Klemmenspannung des Batteriepacks gemäß einer jeweilig vorgegebenen Lastanfrage an mindestens eine N-phasige elektrische Maschine ausgerichtet wird, indem ein Scheitelwert einer der vorgegebenen Lastanfrage entsprechenden Spannungsamplitudenanforderung an die Steuerung des Batteriepacks zu einer Regelung der Verschaltung weitergegeben wird, wobei bei der Regelung ein durch die jeweilige Verschaltung sich ergebender Innenwiderstand des Batteriepacks miteingerechnet wird, und wobei die so angepasste Klemmenspannung als eine Eingangsspannung an mindestens einem mindestens zweistufigen Wechselrichter angeschlossen wird, und von dem mindestens einen mindestens zweistufigen Wechselrichter auf Grundlage einer Höhe dieser Eingangsspannung ein N-phasiger Wechselstrom zu einer Versorgung einer jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine gebildet wird.
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Bei dem mindestens zweistufigen Wechselrichter kann es sich um einen Zweipunktwechselrichter mit zwei Ausgangsstufen oder um einen Mehrpunktwechselrichter mit mehr als zwei Ausgangsstufen handeln. Als Beispiel für einen bei einer Verwendung in Elektrofahrzeugen relevanten Mehrpunktwechselrichter kann man hier einen sogenannten Neutral-Point-Clamped-Inverter mit wenigen Stufen, bspw. drei oder fünf Stufen, aufführen. Ferner sind hier ein sogenannter Flying-Capacitor-Inverter und ein modularer Multilevelinverter, in diesem Fall nur mit Kondensatoren und sehr wenigen Stufen ausgeführt, zu nennen.
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Der mindestens zweistufige Wechselrichter muss für eine Bereitstellung einer Wechselspannung mit einem bestimmten Spannungswert, der die Lastanfrage erfüllt, umso häufiger zwischen den ihm zur Verfügung stehenden Spannungsniveaus - bei exakt zwei Stufen entsprechend den zwei elektrischen Potentialen der Eingangsspannung - hin- und herschalten, je größer der Unterschied zwischen dem Spannungswert der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung ist. Das erfindungsgemäße Verfahren passt vorteilhaft die Eingangsspannung durch Umkonfiguration der Verschaltung von Energiemodulen im Batteriepack und der daraus resultierenden Klemmenspannung dergestalt an, dass sie möglichst der Spannungshöhe der der Lastanfrage entsprechenden Wechselspannung entspricht, und führt so zu einem verbesserten Modulationsindex. Dementsprechend sind EMI und THD reduziert.
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Ein konventionelles Batteriepack kann in einfacher Weise durch ein das erfindungsgemäße Verfahren ausführendes intelligentes Batteriepack ersetzt werden. Das intelligente Batteriepack verwendet dabei keine Aneinanderreihungen festverdrahteter Energiezellen, sondern setzt Leistungsschalter ein, die die Energiemodule, welche Energiezellen umfassen, geeignet verschalten. Das intelligente Batteriepack kann bis zu einer maximalen Klemmenspannung, die bei Reihenschaltung aller zur Verfügung stehenden Energiemodule erreicht wird, durch geeignete serielle und parallele Verschaltung einen beliebigen Klemmenspannungswert bewirken. Damit kann ein Spannungsabfall aufgrund eines sinkenden Ladezustands, vom Fachmann mit State of Charge bzw. SoC bezeichnet, ausgeglichen werden, oder auch ein jeweiliger Wechselrichter mit einer kurzfristig erhöhten Eingangsspannung versorgt werden, um für eine kurze Zeit eine höhere Leistung der jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine zu erzielen.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der mindestens eine mindestens zweistufige Wechselrichter als ein zweistufiger Wechselrichter gewählt. Der zweistufige Wechselrichter wird auch als Zweipunktwechselrichter bezeichnet.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine jeweilige Verschaltung des Batteriepacks durch eine von der Steuerung umfassten Batteriesteuerung gebildet. Die Batteriesteuerung bewirkt dabei durch eine jeweilige serielle oder gegebenenfalls parallele Verschaltung eines jeweiligen Energiemoduls mit einem benachbarten Energiemodul diejenige nächstgrößere Klemmenspannung, welcher einer von der Steuerung eingeforderte Spannung am nächsten kommt.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine jeweilige Lastanfrage an die jeweilige N-phasige elektrische Maschine von mindestens einer durch die Steuerung umfassten Motorsteuerung gebildet. Die jeweilige Motorsteuerung regelt den ihr zugeordneten Wechselrichter, um die Lastanfrage für die jeweilige N-phasige elektrische Maschine zu erfüllen. Vorteilhaft beeinflusst die jeweilige Motorsteuerung direkt die Klemmenspannung des Batteriepacks, um erfindungsgemäß den Modulationsindex zu erhöhen. Dies wird durch direkte Übermittlung eines gewünschten, optimalen Klemmenspannungswertes an die Batteriesteuerung erreicht. Des Weiteren beeinflusst die jeweilige Motorsteuerung ein Drehmoment der ihr zugeordneten N-phasigen elektrischen Maschine, indem sie die Ausgangsspannung des jeweiligen Wechselrichters auf der Grundlage der durch fortgeführte Messung vorliegenden Ausgangsspannung des Batteriepacks, von dem jeweiligen Wechselrichter an die zugeordnete N-phasige elektrische Maschine fließende Phasenströme und eine Rotorposition in der zugeordneten N-phasigen elektrischen Maschine regelt. Die vom jeweiligen Wechselrichter bereitgestellte Ausgangsspannung beeinflusst bei elektrischen Maschinen, wie bspw. einer Asynchronmaschine und einer Synchronmaschine, darunter bspw. eine fremderregte Synchronmaschine oder auch eine permanenterregte Synchronmaschine, vom Fachmann mit PSM abgekürzt, wobei beide einen AC-Maschinentyp darstellen, vor allem die Drehzahl. Dies bedeutet, dass eine zur Erfüllung der Lastanfrage notwendige Spannungsamplitude mit einer realisierten Drehzahl steigt und bei hoher Drehzahl folglich in der Regel eine höhere Ausgangsspannung angefragt wird. Jedoch kann erstens eine Sättigung oder eine sogenannte Feldschwächung eintreten, d. h. eine an der elektrischen Maschine wirksame Spannung erhöht sich nicht weiter und ein in der elektrischen Maschine fließender Strom ist so phasenversetzt, dass er das eigene Feld, bspw. das momenterzeugende Feld der Permanentmagnete oder das Erregerfeld, verringert. Zweitens verringert sich aufgrund eines Innenwiderstandes des Batteriepacks die Klemmenspannung bei einem hohen Laststrom, wobei insbesondere ein hohes Drehmoment den hohen Laststrom verursacht. Für einen heutigen Elektroantrieb, der fast ausschließlich drehmomentgeregelt wird, ist daher eine mögliche Steuerung der Lastanfrage wie folgt denkbar: ausgehend von einer durch die elektrische Maschine bereitgestellte aktuelle Drehzahl erzeugt die Steuerung eine Drehmomentanforderung, woraus sich zusammen mit der aktuellen Drehzahl bestimmte Strom- und Spannungsamplitudenanforderungen ergeben. Ein Scheitelwert der Spannungsamplitudenanforderung oder ein darüber befindlicher Wert wird dann an das konfigurierbare Batteriepack übergeben. Optional kann dieser Wert auch in Abhängigkeit von den an die elektrische Maschine fließenden Phasenströmen erhöht werden oder gemäß einem in die Batterie fließenden Strom erniedrigt werden. Dabei kann der Innenwiderstand des Batteriepacks rechnerisch gemäß des Ohmschen Gesetzes berücksichtigt werden. Obwohl er sich je nach serieller bzw. paralleler Verschaltung des Batteriepacks ändert, ist er bei bekannter Konfiguration aus den Innenwiderständen der einzelnen Energiemodulen berechenbar. Bspw. kann optional eine Steuerung bei bekannten Konfigurationen die Innenwiderstände durch fortgeführte Messung eines vorliegenden Ausgangsstromes und der Ausgangsspannung des Batteriepacks für jedes Energiemodul schätzen, oder ohne bekannte Konfigurationen den Innenwiderstand des Batteriepacks schätzen.
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In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Zustandswerte des Batteriepacks von einer Fahrzeughochvoltkontrolle überwacht. Die Fahrzeughochvoltkontrolle kontrolliert das Batteriepack durch Ein- oder Ausschalten der Ausgangsspannung des Batteriepacks.
Von der Fahrzeughochvoltkontrolle kann auch eine Drehmomentanforderung an die jeweilige Motorsteuerung einer N-phasigen elektrischen Maschine erfolgen.
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In einer fortgesetzt weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Zustandswerte des Batteriepacks eine Temperatur und/oder ein Ladezustand und/oder ein An-/Auszustand gewählt. Das Batteriepack meldet diese Zustandswerte an das Fahrzeughochvoltkontrollgerät, welches die Ausgangsspannung des Batteriepacks zum Wechselrichter, im Wesentlichen also Klemmenspannung an/aus, kontrolliert und eine Drehmomentanforderung an ein Motorkontrollgerät übermittelt.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die durch die mindestens eine Motorsteuerung gebildete Lastanfrage an die jeweilige N-phasige elektrische Maschine an die Batteriesteuerung übermittelt. Je nach an die Batteriesteuerung übermittelter Lastanfrage, welche von der mindestens einen Motorsteuerung einer jeweiligen N-phasigen elektrischen Maschine eingefordert wird, die in einem proportionalen, aber nicht notwendigerweise rein linearen Zusammenhang mit der von dem Batteriepack bereitgestellten Klemmenspannung steht, wird von der Batteriesteuerung die serielle bzw. parallele Verschaltung der Energiemodule dergestalt umkonfiguriert, dass die daraus resultierende Klemmenspannung größer, aber möglichst nahe zu einem benötigen Spannungswert resultiert, um schließlich nach Umsetzung in eine N-phasige Wechselspannung durch den mindestens einen Wechselrichter an der mindestens einen N-phasigen elektrischen Maschinen die eingeforderte Lastanfrage zu erbringen.
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In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus den durch mindestens zwei Motorsteuerungen gebildeten Lastanfragen an die jeweilige N-phasigen elektrischen Maschinen eine einzelne Lastanfrage ermittelt und als Spannungswertanforderung an die Batteriesteuerung übermittelt. Bspw. wird unter den Lastanfragen eine maximale Lastanfrage ermittelt. Durch die Bereitstellung derjenigen Klemmenspannung, welche eine Erfüllung der maximalen Lastanfrage bewirkt, ist gewährleistet, dass auch an derjenigen N-phasigen elektrischen Maschine, für die ursprünglich diese maximale Lastanfrage erfolgt ist, die dafür nötige Ausgangsspannung durch den ihr zugeordneten Wechselrichter erzeugt werden kann.
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In einer noch weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die Batteriesteuerung ein mittels der Verschaltung der Energiemodule bewirkter Klemmenspannungswert an die mindestens eine Motorsteuerung übermittelt. Die jeweilige Motorsteuerung hat damit Kenntnis über die einem jeweiligen Wechselrichter zur Verfügung stehenden Eingangsspannung.
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Ferner wird ein System zu einer Verbesserung des Modulationsindex durch einen intelligenten Batteriepack beansprucht, welches einen Batteriepack umfasst, der mehrere Energiemodule aufweist, die jeweils mit jeweiligen benachbarten Energiemodulen seriell oder parallel verschaltbar sind, wobei jedes Energiemodul mindestens eine Energiezelle und mindestens zwei Schalter aufweist, und das System weiter mindestens einen mindestens zweistufigen Wechselrichter, mindestens eine N-phasige elektrische Maschine, mindestens eine mit einem Computerprozessor und einem auf dem Computerprozessor laufenden Computerprogramm ausgestattete Steuereinheit umfasst, wobei die Steuereinheit dazu ausgelegt ist, eine aus einer Verschaltung der Energiemodule resultierende Klemmenspannung des Batteriepacks gemäß einer vorgegebene Lastanfrage an die jeweilige N-phasige elektrische Maschine zu steuern, einen Scheitelwert einer der vorgegebenen Lastanfrage entsprechenden Spannungsamplitudenanforderung zu erhalten und zur Regelung einen sich durch die jeweilige Verschaltung ergebenden Innenwiderstand des Batteriepacks miteinzurechnen, und wobei das System dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche auszuführen.
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In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems umfasst die Steuereinheit eine Batteriesteuereinheit und mindestens eine Motorsteuereinheit. Die Batteriesteuereinheit kann lokal am Batteriepack, die mindestens eine Motorsteuereinheit an einem jeweiligen Wechselrichter angeordnet sein.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems umfasst das System zusätzlich eine Maximalwertsteuereinheit, wobei die Maximalwertsteuereinheit dazu ausgelegt ist, aus mindestens zwei von einer jeweiligen Motorsteuereinheit gebildeten Lastanfragen eine maximale Lastanfrage zu bestimmen und an die Batteriesteuerung zu übermitteln. In gleicher Weise kann die Maximalwertsteuereinheit eine maximale Spannungsanforderung unter mehreren Spannungsanforderungen ermitteln.
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In noch weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems umfasst das System zusätzlich ein Fahrzeughochvoltkontrollgerät, dazu ausgelegt, eine Temperatur und/oder einen Ladezustand und/oder einen An-/Auszustand eines Batteriepacks zu erfassen.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems, umfasst das Batteriepack mehrere Energiemodule, wobei das Energiemodul mindestens zwei Leistungsschalter und mindestens eine mit den mindestens zwei Leistungsschaltern elektrisch verbundene Energiezelle umfasst. Dies können bspw. Energiemodule nach dem Prinzip einer Multilevelkonverter-Technologie, wie sie bspw. in der Druckschrift
DE 10 2010 052 934 A1 offenbart wurde, sein.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Wechselrichtersignal aufgrund eines gemäß dem Stand der Technik verschalteten Batteriepacks und bei einer Ausführungsform erfindungsgemäßen Verfahrens.
- 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen Antriebsstrang bei einer N-phasigen elektrischen Maschine.
- 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen Antriebsstrang bei mehreren N-phasigen elektrischen Maschinen.
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In 1 wird in schematischer Darstellung ein Wechselrichtersignal aufgrund eines gemäß dem Stand der Technik verschalteten Batteriepacks, veranschaulicht im oberen Teil 110, und bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, veranschaulicht im unteren Teil 120, gezeigt. Ein konventionelles Batteriepack 116 mit fester Klemmenspannung stellt einem zweistufigen Wechselrichter eine feste Spannungshöhe zur Verfügung. Im rechten oberen Teil der 1 ist das Wechselrichtersignal auf einer Zeitachse 104 und mit einer Spannungsamplitude 105 aufgezeichnet. Für drei Zeitabschnitte 101, 102 und 103 ist jeweils ein Ausgangssignal 115 des Wechselrichters bei einer sich Zeitabschnitt für Zeitabschnitt verringernden Lastanfrage an einen Elektromotor dargestellt. Es setzt sich bei dem zweistufigen Wechselrichter aus unterschiedlich langen Spannungssignalen mit einer Amplitudenhöhe, die sich aus eingeschalteter oder ausgeschalteter Eingangsspannung ergibt, zusammen. Dieses Ausgangssignal entspricht im Elektromotor, aufgrund seiner trägen Rotormasse, einem letztlich sinusartigen Wechselspannungsverlauf 114. Um bei der geringer werdenden Lastanfrage auch einen aus einem Schaltverhalten des Wechselrichters resultierenden Wechselspannungsverlauf geringerer Amplitudenhöhe zu erhalten, muss der Wechselrichter bei fester Spannungshöhe der Eingangsspannung mit höherer Frequenz schalten, was einen Modulationsindex vermindert und EMI- und/oder THD-Werte verschlechtert. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, veranschaulicht im unteren Teil 120 der 1, wird in einem intelligenten Batteriepack 121, 122, 123 eine jeweilige serielle oder parallele Verschaltung eines Energiemoduls mit mindestens einem Nachbar dergestalt geändert, dass die resultierende Klemmenspannung des intelligenten Batteriepacks eine der jeweiligen Lastanfrage an den Elektromotor entsprechende Spannungshöhe am Eingang des Wechselrichters zur Folge hat. Gezeigt wird an den schematischen Abbildungen des intelligenten Batteriepacks 121, 122, 123, dass mit abnehmender Spannungshöhe eine Zahl von parallelen Verschaltungen zunimmt und in gleicher Weise eine Zahl von seriellen Verschaltungen abnimmt. In den gezeigten Fällen halbiert sich jeweils die Spannungshöhe von Zeitabschnitt 101 zu Zeitabschnitt 102 zu Zeitabschnitt 103, was in der Klemmenspannung durch eine Umkonfiguration der Energiemodule des intelligenten Batteriepacks 121 von vier in Serie geschalteten Energiemodulen zu bei dem intelligenten Batteriepack 122 zwei in Serie geschalteten Energiemodulen, die jeweils parallel mit einem jeweiligen Energiemodul verschaltet sind, und schließlich nochmaliger Umkonfiguration zu Zeitabschnitt 103 mit vier parallel verschalteten Energiemodulen in dem intelligenten Batteriepack 123, erreicht wird. Bedingt durch die auch bei geringer Lastanfrage geringe Spannungshöhe der Eingangsspannung am Wechselrichter, muss dieser die Schaltfrequenz nicht erhöhen, um im Elektromotor einen Wechselspannungsverlauf geringere Spannungsamplitude zu bewirken, wodurch ein höherer Modulationsindex erzielt wird, als im oberen Teil 110 mit dem konventionellen Batteriepack 116.
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In 2 wird in schematischer Darstellung 200 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen Antriebsstrang 202 aus Gleichspannungsversorgung 204, Wechselspannungsversorgung 206, und dreiphasiger elektrischer Maschine 208 gezeigt. Das intelligente Batteriepack 210 stellt einem Eingang des Wechselrichters 216 eine Klemmenspannung 240, 242 mit dem Spannungswert 226 zur Verfügung. Die Fahrzeughochvoltkontrolle 212 versetzt den intelligenten Batteriepack 210 in einen An- oder Auszustand 220, sowie hat Kenntnis 218 über den Ladungszustand und die Temperatur des intelligenten Batteriepacks 210. Außerdem meldet die Fahrzeughochvoltkontrolle 212 eine Drehmomentanforderung 224 an eine Motorsteuerung 214. Die Motorsteuerung 214 kontrolliert ein Drehmoment der dreiphasigen elektrischen Maschine 208 durch Steuerung 228 der Ausgangsspannung des Wechselrichters 216 auf Grundlage des vom intelligenten Batteriepack bereitgestellten Spannungswertes 226. Der hier gezeigte dreiphasige Wechselrichter 216 versorgt die dreiphasige elektrische Maschine 208 mit einem dreiphasigen Strom, dessen Messwerte 230, 232 von zwei der drei Phasen der Motorsteuerung 214 gemeldet werden. Ebenfalls an die Motorsteuerung weitergegeben wird eine Rotorposition 234 der dreiphasigen elektrischen Maschine 208. Die Motorsteuerung übermittelt je nach Drehmomentanforderung 224 eine Spannungswertanforderung 222 an den intelligenten Batteriepack 210, der dieser Spannungswertanforderung 222 gegebenenfalls durch Umkonfiguration der seriellen und parallelen Verschaltung der Energiemodule nachkommt, damit seine Klemmenspannung 240, 242 größer, aber möglichst nahe zu der Spannungswertanforderung 222 resultiert.
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In 3 wird in schematischer Darstellung 300 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für einen Antriebsstrang 302 aus Gleichspannungsversorgung 304, Wechselspannungsversorgung 306 mit mehreren Wechselrichtern 316, 317, und mehreren dreiphasigen elektrischen Maschinen 308, 309 gezeigt. Das intelligente Batteriepack 310 stellt den jeweiligen Eingängen der Wechselrichter 316, 317 eine Klemmenspannung 340, 342, 344, 346 zur Verfügung. Der jeweilige dreiphasige Wechselrichter 316, 317 versorgt dann die jeweilige dreiphasige elektrische Maschine 308, 309 mit einem dreiphasigen Strom. An jedem Wechselrichter 316, 317 ist eine Motorsteuerung 314, 315 angeordnet, welche von der jeweiligen dreiphasigen elektrischen Maschine 308, 309 eine jeweilige Rotorposition 334, 335 übermittelt bekommt. Von der Fahrzeughochvoltkontrolle 312 wird an die jeweilige Motorsteuerung 314, 315 eine jeweilige Drehmomentanforderung 324, 325 übermittelt. Die jeweilige Motorsteuerung übermittelt je nach Drehmomentanforderung 324, 325 eine jeweilige Spannungswertanforderung 326, 327 an eine Maximalwertsteuereinheit, welche unter den Spannungswertanforderungen 326, 327 eine maximale Spannungswertanforderung 322 ermittelt und an den intelligenten Batteriepack 310 weitergibt. Dieser kommt der Spannungswertanforderung 322 gegebenenfalls durch Umkonfiguration der seriellen und parallelen Verschaltung der Energiemodule nach, so dass seine Klemmenspannung 340, 342 größer, aber möglichst nahe zu der Spannungswertanforderung 322 resultiert. Weitere Aufgaben der Fahrzeughochvoltkontrolle 312 sind den intelligenten Batteriepack 310 in einen An- oder Auszustand 320 zu versetzen, und Kenntnis 318 über den Ladungszustand und der Temperatur einzelner Energiemodule des intelligenten Batteriepacks 310 zu haben. Die Darstellung 300 kann in gleicher Weise um weitere Wechselrichter und elektrische Maschinen erweitert werden.
