DE102019111658A1

DE102019111658A1 - Rekonfigurierbare wicklungsverbindung für eine fünfphasige elektrische maschine mit dauermagnet

Info

Publication number: DE102019111658A1
Application number: DE102019111658.9A
Authority: DE
Inventors: Silong Li; Wei Xu; Jiyao Wang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-05-08
Filing date: 2019-05-06
Publication date: 2019-11-14
Also published as: US10523148B2; US20190348940A1; CN110460289A

Abstract

Diese Offenbarung stellt eine rekonfigurierbare Wicklungsverbindung für eine fünfphasige elektrische Maschine mit Dauermagnet bereit. Ein Fahrzeug beinhaltet eine fünfphasige elektrische Maschine mit offenen Wicklungen, die auf beiden Seiten durch Phasenzweige eines Wechselrichters angetrieben werden. Eine Steuerung überwacht auf Wicklungen im Leerlauf hin. Als Reaktion darauf, dass über einem vorher festgelegten Drehzahlschwellenwert eine Wicklung im Leerlauf detektiert wird, betreibt die Steuerung den Wechselrichter derart, dass er die Wicklungen, die sich nicht im Leerlauf befinden, in einer quadratischen Konfiguration antreibt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft im Allgemeinen ein System zum Betreiben einer fünfphasigen Dauermagnetmaschine, wenn sich eine der Wicklungen im Leerlauf befindet.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Hybridelektro- und Elektrofahrzeuge verwenden elektrische Energie für den Antrieb. Typische Hybrid- und Elektroantriebsstränge nutzen Drei-Phasen-Elektromotoren und Wechselrichter zum Bereitstellen des Antriebs. Derartige Systeme sind gut erforscht und die Komponenten sind ohne weiteres verfügbar. Unter anormalen Betriebsbedingungen, wie etwa, wenn sich eine Wicklung im Leerlauf befindet, können derartige Systeme abgeschaltet werden, um einen beeinträchtigten Betrieb zu verhindern. Beispielsweise kann, wenn sich eine der Wicklungen oder Verbindungen im Leerlauf befindet, kein Strom zu dieser Wicklung fließen und die Drehmomenteigenschaften des Elektromotors können sich verändern. Eine typische Reaktion darauf besteht im Beenden des Betriebs des Drei-Phasen-Elektromotors, was unter Umständen verhindert, dass das Fahrzeug einen Fahrzyklus abschließt.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug beinhaltet ein Paar Wechselrichter, die jeweils fünf Phasenzweige aufweisen und an gegenüberliegenden Enden von Wicklungen einer fünfphasigen elektrischen Maschine gekoppelt sind. Das Fahrzeug beinhaltet außerdem eine Steuerung, die dazu programmiert ist, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die Wicklungen in einer Sternkonfiguration antreiben, und als Reaktion darauf, dass ein Leerlauf in einer der Wicklungen detektiert ist und eine Drehzahl der elektrischen Maschine einen Schwellenwert überschreitet, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die verbleibenden Wicklungen in einer quadratischen Konfiguration antreiben.
Die Steuerung kann außerdem dazu programmiert sein, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben, indem sie Schaltvorrichtungen in einem der Wechselrichter dazu veranlasst, zugehörige Enden jeder der Wicklungen mit einem gemeinsamen Leiter zu verbinden. Die Steuerung kann außerdem dazu konfiguriert sein, eine Drehmomentausgabe der elektrischen Maschine zu steuern, indem sie eine Spannungsausgabe für jeden Phasenzweig des einen der Wechselrichter veranlasst, der einem Ende der Wicklungen zugeordnet ist, das dem an den gemeinsamen Leister gekoppelten gegenüberliegt. Eine Amplitude der Spannungsausgabe kann größer sein als eine Spannungsamplitude, die angelegt ist, wenn der Leerlauf der einen der Wicklungen nicht detektiert ist. Die Steuerung kann außerdem dazu programmiert sein, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die verbleibenden Wicklungen in der quadratischen Konfiguration antreiben, indem sie eine Spannungsausgabe eines jeweiligen Phasenzweigs der Wechselrichter so steuert, dass die an den Wicklungen angelegten Spannungen die gleichen sind, wie wenn die Wicklungen physisch in einer Schleife verbunden sind, in der jede der Wicklungen elektrisch an zwei andere Wicklungen gekoppelt ist. Eine Amplitude der Spannungsausgabe eines jeweiligen Phasenzweigs kann geringer sein als eine Spannungsamplitude, die angelegt ist, wenn der Leerlauf der einen der Wicklungen nicht detektiert ist. Die Steuerung kann außerdem dazu programmiert sein, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie der einen der Wicklungen eine Nullspannung bereitstellen. Bei dem Schwellenwert kann es sich um eine Drehzahl handeln, bei der ein Maximaldrehmoment der in der Sternkonfiguration angetriebenen elektrischen Maschine einem Maximaldrehmoment der in der quadratischen Konfiguration angetriebenen elektrischen Maschine entspricht. Die Steuerung kann außerdem dazu programmiert sein, als Reaktion darauf, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine unter den Schwellenwert fällt, während der Leerlauf der einen der Wicklungen detektiert ist, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die verbleibenden Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben.
Ein Verfahren beinhaltet ein Betreiben eines oder mehrere Wechselrichter derart, dass sie Wicklungen einer fünfphasigen elektrischen Maschine in einer Sternkonfiguration antreiben. Das Verfahren beinhaltet außerdem, als Reaktion darauf, dass ein Leerlauf in einer der Wicklungen detektiert wird und eine Drehzahl der elektrischen Maschine einen Schwellenwert überschreitet, ein Wechseln vom Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben, zum Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen, die sich nicht im Leerlauf befinden, in einer quadratischen Konfiguration antreiben.
Das Verfahren beinhaltet außerdem, als Reaktion darauf, dass die Drehzahl unter den Schwellenwert fällt, während sich die eine der Wicklungen im Leerlauf befindet, ein Wechseln vom Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen, die sich nicht im Leerlauf befinden, in der quadratischen Konfiguration antreiben, zum Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen, die sich nicht im Leerlauf befinden, in der Sternkonfiguration antreiben. Bei dem Schwellenwert kann es sich um eine Drehzahl handeln, bei der ein Maximaldrehmoment der in der Sternkonfiguration betriebenen elektrischen Maschine einem Maximaldrehmoment der in der quadratischen Konfiguration betriebenen elektrischen Maschine entspricht. Das Betreiben der elektrischen Maschine in der Sternkonfiguration kann ein Betreiben eines der Wechselrichter derart, dass er selektiv jede der Wicklungen an einen gemeinsamen Sternpunkt koppelt, beinhalten. Das Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in der quadratischen Konfiguration antreiben, kann ein Betreiben des einen oder der mehreren Wechselrichter derart, dass die an den Wicklungen angelegten Spannungen die gleichen sind, wie wenn die Wicklungen physisch in einer Schleife verbunden sind, in der jede der Wicklungen elektrisch an zwei andere Wicklungen gekoppelt ist, beinhalten.
Ein elektrifizierter Antriebsstrang beinhaltet eine elektrische Maschine, die fünf Phasenwicklungen aufweist, und einen oder mehrere Wechselrichter, die Phasenzweige aufweisen und elektrisch an jeweils ein Ende der Wicklungen gekoppelt sind. Der elektrifizierte Antriebsstrang beinhaltet außerdem eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass sich eine der Wicklungen im Leerlauf befindet, vom Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in einer Sternkonfiguration antreiben, zum Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in einer quadratischen Konfiguration antreiben, zu wechseln.
Die Steuerung kann außerdem dazu programmiert sein, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben, indem sie Schaltvorrichtungen in einem der Wechselrichter dazu veranlasst, ein zugehöriges Ende jeder der Wicklungen mit einem gemeinsamen Punkt zu verbinden. Die Steuerung kann außerdem dazu konfiguriert sein, eine Drehmomentausgabe der elektrischen Maschine zu steuern, indem sie eine Spannungsausgabe für jeden der Phasenzweige des einen der Wechselrichter veranlasst, der einem Ende der Wicklungen zugeordnet ist, das nicht an den gemeinsamen Punkt gekoppelt ist. Die Steuerung kann außerdem dazu programmiert sein, die Wechselrichter in der quadratischen Konfiguration zu betreiben, indem sie den einen oder die mehreren Wechselrichter so betreibt, dass die an den Wicklungen angelegten Spannungen die gleichen sind, wie wenn die Wicklungen physisch in einer Schleife verbunden sind, in der jede der Wicklungen elektrisch an zwei andere Wicklungen gekoppelt ist. Eine Amplitude einer Spannungsausgabe eines jeweiligen Phasenzweigs kann geringer sein als eine Spannungsamplitude, wenn sich die eine der Wicklungen nicht im Leerlauf befindet. Die Steuerung kann außerdem dazu programmiert sein, vom Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben, zum Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in der quadratischen Konfiguration antreiben, zu wechseln, als Reaktion darauf, dass eine Drehzahl der elektrischen Maschine einen Schwellenwert überschreitet, bei dem es sich um eine vorher festgelegte Drehzahl handelt, bei der ein Maximaldrehmoment der in der Sternkonfiguration angetriebenen elektrischen Maschine einem Maximaldrehmoment der in der quadratischen Konfiguration angetriebenen elektrischen Maschine entspricht.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm eines elektrifizierten Fahrzeugs, das Antriebsstrang- und Energiespeicherkomponenten, einschließlich einer elektrischen Maschine, veranschaulicht.
2 ist ein Diagramm einer fünfphasigen elektrischen Maschine mit offenen Wicklungen, die durch Wechselrichter gesteuert wird, die an gegenüberliegenden Enden der Wicklungen gekoppelt sind.
3 bildet in einer Sternkonfiguration verbundene Wicklungen ab.
4 bildet in einer quadratischen Konfiguration verbundene Wicklungen ab.
5 bildet Drehmoment-Drehzahl-Verläufe für eine elektrische Maschine bei normalem Betrieb und in einer Sternkonfiguration und einer quadratischen Konfiguration konfiguriert, wenn sich eine Wicklung im Leerlauf befindet, ab.
6 bildet Drehmoment-Drehzahl-Verläufe für eine elektrische Maschine bei normalem Betrieb und bei Betrieb mit der hierin offenbarten Steuerstrategie, wenn sich eine Wicklung im Leerlauf befindet, ab.
7 ist ein Ablaufdiagramm für eine mögliche Abfolge von Anweisungen zum Betreiben der elektrischen Maschine und des Wechselrichters, wenn sich eine Wicklung im Leerlauf befindet.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hier beschrieben. Es versteht 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 könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind in dieser Schrift offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die veranschaulichten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
1 bildet ein elektrifiziertes Fahrzeug 112 ab, das als Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (plug-in hybrid-electric vehicle - PHEV) bezeichnet werden kann. Ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug 112 kann eine oder mehrere elektrische Maschinen 114 umfassen, die mechanisch an ein Hybridgetriebe 116 gekoppelt sind. Die elektrischen Maschinen 114 können dazu in der Lage sein, als Elektromotor oder Generator betrieben zu werden. Zusätzlich ist das Hybridgetriebe 116 mechanisch an einen Motor 118 gekoppelt. Das Hybridgetriebe 116 ist zudem mechanisch an eine Antriebswelle 120 gekoppelt, die mechanisch an die Räder 122 gekoppelt ist. Die elektrischen Maschinen 114 können eine Antriebs- und Abbremsfunktion bereitstellen, wenn der Motor 118 ein- oder ausgeschaltet ist. Die elektrischen Maschinen 114 können zudem als Generatoren fungieren und können Vorteile hinsichtlich der Kraftstoffeffizienz bereitstellen, indem Energie zurückgewonnen wird, die normalerweise in einem Reibungsbremssystem als Wärme verloren gehen würde. Die elektrischen Maschinen 114 können zudem Fahrzeugemissionen reduzieren, indem sie ermöglichen, dass der Motor 118 mit effizienteren Drehzahlen betrieben wird, und ermöglichen, dass das Hybridelektrofahrzeug 112 unter bestimmten Bedingungen im Elektromodus betrieben wird, in dem der Motor 118 ausgeschaltet ist. Bei einem elektrifizierten Fahrzeug 112 kann es sich zudem um ein Batterieelektrofahrzeug (battery electric vehicle - BEV) handeln. In einer BEV-Konfiguration ist der Motor 118 unter Umständen nicht vorhanden.
Eine Traktionsbatterie oder ein Batteriepack 124 speichert Energie, die durch die elektrischen Maschinen 114 verwendet werden kann. Der Fahrzeugbatteriepack 124 kann eine Hochspannungsgleichstrom(direct current - DC)-Ausgabe bereitstellen. Die Traktionsbatterie 124 kann elektrisch an ein oder mehrere Leistungselektronikmodule 126 gekoppelt sein (kann auch als Traktionsstromrichter bezeichnet werden). Ein oder mehrere Schütze 142 können die Traktionsbatterie 124 von anderen Komponenten isolieren, wenn sie geöffnet sind, und die Traktionsbatterie 124 mit anderen Komponenten verbinden, wenn sie geschlossen sind. Das Leistungselektronikmodul 126 ist zudem elektrisch an die elektrischen Maschinen 114 gekoppelt und stellt die Fähigkeit bereit, Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie 124 und den elektrischen Maschinen 114 zu übertragen. Beispielsweise kann eine Traktionsbatterie 124 eine DC-Spannung bereitstellen, während die elektrischen Maschinen 114 mit einem Drei-Phasen-Wechselstrom (alternating current - AC) betrieben werden können, um betriebsbereit zu sein. Das Leistungselektronikmodul 126 kann die DC-Spannung in einen Drei-Phasen-AC-Strom zum Betreiben der elektrischen Maschinen 114 umwandeln. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 126 den Dreiphasen-AC-Strom von den elektrischen Maschinen 114, die als Generatoren fungieren, in die DC-Spannung umwandeln, die mit der Traktionsbatterie 124 kompatibel ist.
Das Fahrzeug 112 kann einen Wandler für variable Spannungen (variable-voltage Converter - WC) (nicht gezeigt) beinhalten, der elektrisch zwischen der Traktionsbatterie 124 und dem Leistungselektronikmodul 126 gekoppelt ist. Der WC kann ein DC/DC-Aufwärtswandler sein, der dazu konfiguriert ist, die durch die Traktionsbatterie 124 bereitgestellte Spannung zu erhöhen oder hochzusetzen. Durch Erhöhen der Spannung können Stromanforderungen gesenkt werden, was zu einer Verringerung des Verdrahtungsumfangs für das Leistungselektronikmodul 126 und die elektrischen Maschinen 114 führt. Außerdem können die elektrischen Maschinen 114 mit besserer Effizienz und geringeren Verlusten betrieben werden.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie für den Antrieb kann die Traktionsbatterie 124 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Das Fahrzeug 112 kann ein DC/DC-Wandlermodul 128 beinhalten, das die Hochspannungs-DC-Ausgabe der Traktionsbatterie 124 in eine Niederspannungs-DC-Zufuhr umwandelt, die mit Niederspannungsverbrauchern 152 des Fahrzeugs kompatibel ist. Ein Ausgang des DC/DC-Wandlermoduls 128 kann elektrisch an einen Niederspannungsbus 156 und an eine Hilfsbatterie 130 (z. B. eine 12-V-Batterie) gekoppelt sein, um die Hilfsbatterie 130 zu laden. Die Niederspannungssysteme 152 können elektrisch an den Niederspannungsbus 156 gekoppelt sein. Ein oder mehrere elektrische Verbraucher 146 können an den Hochspannungsbus gekoppelt sein. Die elektrischen Verbraucher 146 können eine zugehörige Steuerung aufweisen, welche die elektrischen Verbraucher 146 gegebenenfalls betreibt und steuert. Beispiele für elektrische Verbraucher 146 können ein Gebläse, ein elektrisches Heizelement und/oder ein Klimakompressor sein.
Das elektrifizierte Fahrzeug 112 kann dazu konfiguriert sein, die Traktionsbatterie 124 über eine externe Leistungsquelle 136 wiederaufzuladen. Bei der externen Leistungsquelle 136 kann es sich um eine Verbindung mit einer Steckdose handeln. Die externe Leistungsquelle 136 kann elektrisch an ein Ladegerät oder ein Elektrofahrzeugversorgungsgerät (electric vehicle supply equipment - EVSE) 138 gekoppelt sein. Bei der externen Leistungsquelle 136 kann es sich um ein elektrisches Leistungsverteilungsnetzwerk oder -netz handeln, wie es von einem Elektrizitätsversorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Das EVSE 138 kann Schaltungen und Steuerungen zum Regulieren und Verwalten der Übertragung von Energie zwischen der Leistungsquelle 136 und dem Fahrzeug 112 bereitstellen. Die externe Leistungsquelle 136 kann dem EVSE 138 elektrische Leistung als DC oder AC bereitstellen. Das EVSE 138 kann einen Ladestecker 140 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 134 des Fahrzeugs 112 aufweisen. Bei dem Ladeanschluss 134 kann es sich um eine beliebige Art von Anschluss handeln, die dazu konfiguriert ist, Leistung von dem EVSE 138 an das Fahrzeug 112 zu übertragen. Der Ladeanschluss 134 kann elektrisch an ein Ladegerät oder ein bordeigenes Leistungswandlermodul 132 gekoppelt sein. Das Leistungswandlermodul 132 kann die von dem EVSE 138 zugeführte Leistung konditionieren, um der Traktionsbatterie 124 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungswandlermodul 132 kann über eine Schnittstelle mit dem EVSE 138 verbunden sein, um die Abgabe von Leistung an das Fahrzeug 112 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 140 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeanschlusses 134 zusammenpassen. Alternativ können verschiedene Komponenten, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben sind, Leistung unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung übertragen.
In einigen Konfigurationen kann das elektrifizierte Fahrzeug 112 dazu konfiguriert sein, Leistung für einen externen Verbraucher bereitzustellen. Beispielsweise kann das elektrifizierte Fahrzeug dazu konfiguriert sein, als ein Notstromgenerator oder ein Leistungsauslass betrieben zu werden. Bei solchen Anwendungen kann ein Verbraucher mit dem EVSE-Stecker 140 oder einem anderen Auslass verbunden sein. Das elektrifizierte Fahrzeug 112 kann dazu konfiguriert sein, Leistung zu der Leistungsquelle 136 zurückzuführen. Beispielsweise kann das elektrifizierte Fahrzeug 112 dazu konfiguriert sein, Wechselstrom-(AC)-Leistung für das Stromnetz bereitzustellen. Die Spannung, die durch das elektrifizierte Fahrzeug zugeführt wird, kann mit der Leistungsleitung synchronisiert sein.
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 daraus sein. Die Radbremsen 144 können Teil eines Bremssystems 150 sein. Das Bremssystem 150 kann andere Komponenten zum Betätigen der Radbremsen 144 beinhalten. Der Einfachheit halber bildet die Figur eine einzelne Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und einer der Radbremsen 144 ab. Eine Verbindung zwischen dem Bremssystem 150 und den anderen Radbremsen 144 ist impliziert. Das Bremssystem 150 kann eine Steuerung zum Überwachen und Koordinieren des Bremssystems 150 beinhalten. Das Bremssystem 150 kann die Bremskomponenten überwachen und die Radbremsen 144 zur Abbremsung des Fahrzeugs steuern. Das Bremssystem 150 kann auf Fahrerbefehle reagieren und kann zudem autonom arbeiten, um Merkmale, wie etwa Stabilitätskontrolle, umzusetzen. Die Steuerung des Bremssystems 150 kann ein Verfahren zum Anlegen einer angeforderten Bremskraft umsetzen, wenn dies durch eine andere Steuerung oder Unterfunktion angefordert wird.
Elektronische Module in dem Fahrzeug 112 können über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Vielzahl von Kommunikationskanälen beinhalten. Bei einem Kanal des Fahrzeugnetzwerks kann es sich um einen seriellen Bus, wie etwa ein Controller Area Network (CAN), handeln. Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerks kann ein Ethernet-Netzwerk laut der Definition durch die Normengruppe 802 des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) beinhalten. Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen beinhalten und können Leistungssignale 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 Steuersignale über ein CAN oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann beliebige Hardware- und Softwarekomponenten beinhalten, die eine Übertragung von Signalen und Daten zwischen Modulen unterstützen. Das Fahrzeugnetzwerk ist in 1 nicht gezeigt, es kann jedoch impliziert sein, dass das Fahrzeugnetzwerk mit einem beliebigen elektronischen Modul verbunden sein kann, das in dem Fahrzeug 112 vorhanden ist. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC) 148 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Bei der elektrischen Maschine 114 kann es sich um eine fünfphasige Dauermagnet(permanent magnet - PM)-Maschine handeln. Die elektrische Maschine 114 kann fünf Phasenwicklungen aufweisen. Die elektrische Maschine 114 kann derart konfiguriert sein, dass die Phasenwicklungen nicht intern mit einem gemeinsamen Punkt innerhalb der elektrischen Maschine verbunden sind. Die elektrische Maschine 114 kann eine offene Wicklungskonfiguration aufweisen, die eine Rekonfigurierung der Verbindungen der elektrischen Maschine ermöglicht. Das Leistungselektronikmodul 126 kann dazu konfiguriert sein, der elektrischen Maschine die fünfphasigen Spannungen/Ströme bereitzustellen.
2 bildet eine mögliche Leistungselektronikkonfiguration zum Betreiben einer fünfphasigen elektrischen Maschine 214 ab. Die elektrische Maschine 214 kann durch eine erste Phasenwicklung 206, eine zweite Phasenwicklung 208, eine dritte Phasenwicklung 210, eine vierte Phasenwicklung 212 und eine fünfte Phasenwicklung 213 wiedergegeben sein. Jede der Phasenwicklungen kann zwei Anschlussenden aufweisen, die zum Verbinden mit der Leistungselektronik zur Verfügung stehen. Die elektrische Maschine 214 kann betrieben werden, indem ein Strom durch eine jeweilige der Phasenwicklungen und/oder eine Spannung über dieser gesteuert wird. Ein elektrifizierter Antriebsstrang 200 kann die elektrische Maschine 214 und das Leistungselektronikmodul beinhalten. Der elektrifizierte Antriebsstrang 200 kann dazu konfiguriert sein, elektrische Energie in mechanische Leistung umzuwandeln, um Antrieb für das Fahrzeug bereitzustellen. Der elektrifizierte Antriebsstrang kann außerdem beliebige zugehörige Steuerungen beinhalten, die zum Betreiben der Komponenten des elektrifizierten Antriebsstrangs konfiguriert sind.
Die Leistungselektronik kann ein Paar Wechselrichter beinhalten, die mit fünf Phasenzweigen konfiguriert sind. Die Leistungselektronik kann ein erstes Wechselrichtermodul 202 beinhalten, das dazu konfiguriert ist, selektiv Leiter eines Hochspannungs-Leistungsbusses an eine Seite jeweils einer der Phasenwicklungen der elektrischen Maschine 214 zu koppeln. Die Leistungselektronik kann ein zweites Wechselrichtermodul 204 beinhalten, das dazu konfiguriert ist, selektiv Leiter des Hochspannungs-Leistungsbusses an die andere Seite jeweils einer der Phasenwicklungen der elektrischen Maschine 214 zu koppeln. Der Hochspannungs-Leistungsbus kann einen Leiter beinhalten, der elektrisch an einen Pluspol der Traktionsbatterie 124 gekoppelt werden kann und als DC-Bus-Leistungsleiter 201 bezeichnet wird. Der Hochspannungs-Leistungsbus kann einen Leiter beinhalten, der an einen Minuspol der Traktionsbatterie 124 gekoppelt ist und als DC-Bus-Rückleiter 203 bezeichnet wird.
Das erste Wechselrichtermodul 202 kann ein Paar Leistungsschaltvorrichtungen für jede Phasenwicklung der elektrischen Maschine 214 beinhalten. Jedes Paar von Schaltvorrichtungen kann als ein Phasenzweig des Wechselrichters bezeichnet werden. Jeder Phasenzweig kann eine obere Leistungsschaltvorrichtung beinhalten, die zwischen dem DC-Bus-Leistungsleiter 201 und einer Phasenwicklung gekoppelt ist. Jeder Phasenzweig kann eine untere Leistungsschaltvorrichtung beinhalten, die zwischen dem DC-Bus-Rückleiter 203 und einer Phasenwicklung gekoppelt ist. Jeder Phasenzweig kann die Phasenwicklung selektiv an die DC-Bus-Leiter koppeln, um die Stärke und Richtung des Stromflusses durch die Phasenwicklung zu steuern. Für die fünfphasige elektrischen Maschine 214 kann jeder der Wechselrichter aus fünf Phasenzweigen bestehen. In anderen Konfigurationen kann ein einzelner Wechselrichter aus zehn Phasenzweigen bestehen.
Das erste Wechselrichtermodul 202 kann fünf Phasenzweige beinhalten, die an ein Ende der Phasenwicklungen der elektrischen Maschine 214 gekoppelt sind. Eine erste Leistungsschaltvorrichtung 220 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Leistungsleiter 201 an die erste Phasenwicklung 206 zu koppeln. Eine zweite Leistungsschaltvorrichtung 222 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Rückleiter 203 an die erste Phasenwicklung 206 zu koppeln. Eine dritte Leistungsschaltvorrichtung 224 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Leistungsleiter 201 an die zweite Phasenwicklung 208 zu koppeln. Eine vierte Leistungsschaltvorrichtung 226 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Rückleiter 203 an die zweite Phasenwicklung 208 zu koppeln. Eine fünfte Leistungsschaltvorrichtung 228 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Leistungsleiter 201 an die dritte Phasenwicklung 210 zu koppeln. Eine sechste Leistungsschaltvorrichtung 230 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Rückleiter 203 an die dritte Phasenwicklung 210 zu koppeln. Eine siebte Leistungsschaltvorrichtung 232 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Leistungsleiter 201 an die vierte Phasenwicklung 212 zu koppeln. Eine achte Leistungsschaltvorrichtung 234 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Rückleiter 203 an die vierte Phasenwicklung 212 zu koppeln. Eine neunte Leistungsschaltvorrichtung 236 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Leistungsleiter 201 an die fünfte Phasenwicklung 213 zu koppeln. Eine zehnte Leistungsschaltvorrichtung 238 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Rückleiter 203 an die fünfte Phasenwicklung 213 zu koppeln.
Das zweite Wechselrichtermodul 204 kann fünf Phasenzweige beinhalten, die an ein gegenüberliegendes Ende der Phasenwicklungen der elektrischen Maschine 214 gekoppelt sind. Eine elfte Leistungsschaltvorrichtung 240 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Leistungsleiter 201 an die erste Phasenwicklung 206 zu koppeln. Eine zwölfte Leistungsschaltvorrichtung 242 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Rückleiter 203 an die erste Phasenwicklung 206 zu koppeln. Eine dreizehnte Leistungsschaltvorrichtung 244 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Leistungsleiter 201 an die zweite Phasenwicklung 208 zu koppeln. Eine vierzehnte Leistungsschaltvorrichtung 246 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Rückleiter 203 an die zweite Phasenwicklung 208 zu koppeln. Eine fünfzehnte Leistungsschaltvorrichtung 248 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Leistungsleiter 201 an die dritte Phasenwicklung 210 zu koppeln. Eine sechzehnte Leistungsschaltvorrichtung 250 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Rückleiter 203 an die dritte Phasenwicklung 210 zu koppeln. Eine siebzehnte Leistungsschaltvorrichtung 252 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Leistungsleiter 201 an die vierte Phasenwicklung 212 zu koppeln. Eine achtzehnte Leistungsschaltvorrichtung 254 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Rückleiter 203 an die vierte Phasenwicklung 212 zu koppeln. Eine neunzehnte Leistungsschaltvorrichtung 256 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Leistungsleiter 201 an die fünfte Phasenwicklung 213 zu koppeln. Eine zwanzigste Leistungsschaltvorrichtung 258 kann dazu konfiguriert sein, selektiv den DC-Bus-Rückleiter 203 an die fünfte Phasenwicklung 213 zu koppeln. In der abgebildeten Konfiguration sind das erste Wechselrichtermodul 202 und das zweite Wechselrichtermodul 204 dazu konfiguriert, mit gegenüberliegenden Enden oder Anschlussenden der Phasenwicklungen verbunden zu werden.
Das System kann eine Rotorstellungs-Messvorrichtung 272 beinhalten, die dazu konfiguriert ist eine Winkelstellung des Rotors der elektrischen Maschine 214 bereitzustellen. Beispielsweise kann es sich bei der Rotorstellungs-Messvorrichtung 272 um einen Drehmelder oder eine ähnliche Vorrichtung handeln. Das System kann eine Steuerung 270 beinhalten, die dazu konfiguriert ist, die Wechselrichtermodule zu steuern und zu betreiben. Die Steuerung 270 kann über eine Schnittstelle mit der Rotorstellungs-Messvorrichtung 272 verbunden sein und Signale empfangen, welche die Rotorstellung angeben. Eine Winkelgeschwindigkeit des Rotors kann anhand einer Ableitung des Winkelstellungswerts in Bezug auf die Zeit abgeleitet werden. Die Steuerung 270 kann eine Schaltung und Steuerlogik zum Skalieren der Signale derart, dass die Anzahl der Pole der elektrischen Maschine und die Anzahl der Pole des Drehmelders berücksichtigt werden, beinhalten. Der Drehmelder kann zwei Sätze von Wicklungen beinhalten. Ein erster Satz von Wicklungen kann ein Signal zurückgeben, das der Sinus des Drehwinkels ist, und ein zweiter Satz von Wicklungen kann ein Signal zurückgeben, dass der Kosinus des Drehwinkels der Drehmelderwelle ist. Der Drehmelderwinkel kann als der Arkustangens des Sinus des Winkels geteilt durch den Kosinus des Winkels berechnet werden.
Bei den Leistungsschaltvorrichtungen kann es sich um Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (Insulated Gate Bipolar Transistor - IGBT), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor - MOSFET) oder andere Festkörperschaltvorrichtungen handeln. Jeder der Wechselrichter kann zugehörige Steuereingänge (z. B. Gate-Eingänge) zum Steuern des Betriebs der Leistungsschaltvorrichtungen aufweisen. Die Steuereingänge können elektrisch an die Steuerung 270 gekoppelt sein, die zum Betreiben der Wechselrichter konfiguriert ist. Die Wechselrichter können so betrieben werden, dass zu einem gegebenen Zeitpunkt nur eine des Paars von Leistungsschaltvorrichtungen in einem Phasenzweig angeschaltet ist, um ein Kurzschließen des DC-Bus-Leistungsleiters 201 und des DC-Bus-Rückleiters 203 zu verhindern. In einigen Konfigurationen kann eine Antiparalleldiode über die Leistungsschaltvorrichtungen gekoppelt sein. In einigen Konfigurationen kann eine Body-Diode in den Leistungsschaltvorrichtungen vorhanden sein. Die in 2 abgebildeten Dioden können die Body-Diode oder eine getrennte Antiparalleldiode wiedergeben.
Die Steuerung 270 kann außerdem dazu konfiguriert sein, die Leistungsschaltvorrichtungen des ersten Wechselrichtermoduls 202 und des zweiten Wechselrichtermoduls 204 anzutreiben. In einigen Konfigurationen können mehrere Steuerungen vorhanden sein, um die Verarbeitungs- und Eingabe-/Ausgabefunktionen aufzuteilen. Beispielsweise können das erste Wechselrichtermodul 202 und das zweite Wechselrichtermodul 204 jeweils dedizierte Steuerungen beinhalten, die mit einer Hauptsteuerung in Kommunikation stehen, die den Betrieb der Module koordiniert. Das Betreiben der Wechselrichtermodule beinhaltet ein Bereitstellen von Steuersignalen für jede der Leistungsschaltvorrichtungen. Die Steuerung 270 kann Gate-Antriebs-Signale zum Aktivieren und Deaktivieren von Stromfluss durch die Leistungsschaltvorrichtungen bereitstellen. Außerdem kann die Steuerung 270 dazu programmiert sein, die Gate-Antriebs-Signale in einer Abfolge bereitzustellen, durch die eine gewünschte AC-Spannung über den Phasenwicklungen erzielt wird.
Die Steuerung 270 kann verschiedene Algorithmen zum Steuern der Wechselrichtermodule einsetzen. Die Gate-Anschlussenden der Leistungsschaltvorrichtungen können mit impulsbreitenmodulierten (Pulse Width Modulated - PWM-) Signalen angetrieben werden, um das Drehmoment und die Drehzahl der elektrischen Maschine 214 zu steuern. Die Steuerung 270 kann verschiedene bekannte Steuerstrategien einsetzen, um die elektrische Maschine 214 unter Verwendung der Leistungsschaltvorrichtungen zu steuern, wie etwa feldorientierte Steuerung und/oder mehrstufige Steuerung. Unter normalen Betriebsbedingungen werden die Leistungsschaltvorrichtungen aktiv gesteuert, um einen gewünschten Strom durch eine jeweilige Phasenwicklung und/oder eine gewünschte Spannung über der jeweiligen Phasenwicklung der elektrischen Maschine 214 zu erzielen. Die Steuerung 270 kann dazu konfiguriert sein, ein gewünschtes Drehmoment zu empfangen und/oder zu bestimmen, das durch die elektrische Maschine 214 bereitgestellt werden soll. Die Steuerung 270 kann die Amplitude und Frequenz der Spannung bestimmen, die den Phasenwicklungen der elektrischen Maschine 214 bereitgestellt wird, um das gewünschte Drehmoment zu erzielen.
In einigen Konfigurationen können das erste Wechselrichtermodul 202 und das zweite Wechselrichtermodul 204 in ein einzelnes Leistungselektronikmodul integriert sein. Das erste Wechselrichtermodul 202 und das zweite Wechselrichtermodul 204 können einen oder mehrere Stromsensoren beinhalten, die dazu konfiguriert sind, ein Signal bereitzustellen, das den Strom angibt, der durch eine oder mehrere der Phasenwicklungen fließt. Das erste Wechselrichtermodul 202 und das zweite Wechselrichtermodul 204 können einen oder mehrere Spannungssensoren beinhalten, die dazu konfiguriert sind, ein Signal bereitzustellen, das eine Spannung in dem Schaltkreis angibt. Beispielsweise kann ein Spannungssensor die Spannung zwischen dem DC-Bus-Leistungsleiter 201 und dem DC-Bus-Rückleiter 203 messen. Andere Spannungssensoren können dazu konfiguriert sein, eine Phasenwicklungsspannung (z. B. eine Spannung über einer Phasenwicklung der elektrischen Maschine 214) zu messen.
In einer herkömmlichen Konfiguration können die Phasenwicklungen der elektrischen Maschine in einer Sternkonfiguration verbunden sein. Das heißt, ein Ende jeder der Phasenwicklungen wäre elektrisch mit einem gemeinsamen Sternpunkt verbunden. Diese Verbindung kann intern für die elektrische Maschine sein und für die externe Verbindung kann ein Neutralleiter oder - anschlussende bereitgestellt sein. Folglich verwendet eine herkömmliche Konfiguration nur ein Wechselrichtermodul (das z. B. fünf Phasenzweige aufweist) zum Steuern der resultierenden Konfiguration. In der herkömmlichen Konfiguration können Leistungsprobleme auftreten, wenn sich eine der Phasenwicklungen im Leerlauf befindet. Bei einem einzelnen Wechselrichter muss Strom durch zwei der Wicklungen und die zugehörigen Schaltvorrichtungen fließen. Wenn sich eine der Wicklungen im Leerlauf befindet, kann dieser Strom nicht fließen und die elektrische Maschine kann nicht ordnungsgemäß gesteuert werden. Das beschriebene Doppelwechselrichtersystem kann die Systemleistung verbessern, wenn eine Leerlaufbedingung in einer der Phasenwicklungen vorliegt.
Das Doppelwechselrichtersystem ermöglicht eine Rekonfigurierung der Wicklungskonfiguration der elektrischen Maschine 214. Die Wicklung im Leerlauf kann von den anderen Wicklungen isoliert werden und die elektrische Maschine 214 kann gesteuert werden, indem der Strom durch die verbleibenden Wicklungen verwaltet wird. Die Wicklungs-Rekonfigurierung kann durch Steuern der Schaltabfolgen für das erste Wechselrichtermodul 202 und das zweite Wechselrichtermodul 204 erzielt werden. Die beschriebene Konfiguration kann jede Wicklung unabhängig von den anderen antreiben. Das Antreiben der Phasenwicklungen beinhaltet ein Leiten von Strom durch die Phasenwicklungen oder ein Bereitstellen einer Spannung über den Phasenwicklungen durch Betreiben der Leistungsschaltvorrichtungen der Wechselrichtermodule.
Die Steuerung 270 kann dazu programmiert sein, eine Leerlaufbedingung in den Phasenwicklungen der elektrischen Maschine 214 zu detektieren. Beispielsweise kann die Steuerung 270 die durch die Phasenwicklungen fließenden Ströme und die Spannung über den Phasenwicklungen überwachen. Eine Leerlaufbedingung kann vorliegen, wenn eine Phasenwicklung beschädigt ist und kein Strom durch sie hindurchfließen kann. Eine Leerlaufbedingung kann außerdem Bedingungen beinhalten, bei denen die Verdrahtung zwischen den Wechselrichtern und den Phasenwicklungen beschädigt oder getrennt wird, sodass kein Strom zu den Phasenwicklungen fließen kann. Die Steuerung 270 kann die Spannung über den jeweiligen Phasenwicklungen und/oder den Strom durch diese überwachen. Wenn eine vorher festgelegte Spannung-Strom-Beziehung nicht erfüllt ist, kann eine Leerlaufbedingung detektiert sein. Beispielsweise kann die Steuerung 270 eine Leerlaufbedingung angeben, wenn eine Spannung über den Phasenwicklungen angelegt wird und der Strom bei null bleibt. Das Detektieren von Leerlauf kann durchgehend durchgeführt werden oder kann unter vorher festgelegten Bedingungen (z. B. Zündungseinschaltung) geprüft werden. Die Steuerung 270 kann jede der Phasenwicklungen auf die Leerlaufbedingung überprüfen und kann identifizieren, welche der Phasenwicklungen sich im Leerlauf befindet.
Das erste Wechselrichtermodul 202 kann betrieben werden, um Spannungen an den zugehörigen Verbindungen zu den Phasenwicklungen zu erzeugen. Die durch das erste Wechselrichtermodul 202 an der ersten Phasenwicklung 206 erzeugte Spannung kann als V_a1n1 bezeichnet werden. Die durch das erste Wechselrichtermodul 202 an der zweiten Phasenwicklung 208 erzeugte Spannung kann als V_b1n1 bezeichnet werden. Die durch das erste Wechselrichtermodul 202 an der dritten Phasenwicklung 210 erzeugte Spannung kann als V_c1n1 bezeichnet werden. Die durch das erste Wechselrichtermodul 202 an der vierten Phasenwicklung 212 erzeugte Spannung kann als V_d1n1 bezeichnet werden. Die durch das erste Wechselrichtermodul 202 an der fünften Phasenwicklung 213 erzeugte Spannung kann als V_e1n1 bezeichnet werden.
Das zweite Wechselrichtermodul 204 kann betrieben werden, um Spannungen an den zugehörigen Verbindungen der Phasenwicklungen zu erzeugen. Die durch das zweite Wechselrichtermodul 204 an der ersten Phasenwicklung 206 erzeugte Spannung kann als V_a2n2 bezeichnet werden. Die durch das zweite Wechselrichtermodul 204 an der zweiten Phasenwicklung 208 erzeugte Spannung kann als V_b2n2 bezeichnet werden. Die durch das zweite Wechselrichtermodul 204 an der dritten Phasenwicklung 210 erzeugte Spannung kann als V_c2n2 bezeichnet werden. Die durch das zweite Wechselrichtermodul 204 an der vierten Phasenwicklung 212 erzeugte Spannung kann als V_d2n2 bezeichnet werden. Die durch das zweite Wechselrichtermodul 204 an der fünften Phasenwicklung 213 erzeugte Spannung kann als V_e2n2 bezeichnet werden.
Das Betreiben des ersten Wechselrichtermoduls 202 und des zweiten Wechselrichtermoduls 204 kann zu einer Spannung über jeder Phasenwicklung führen. Bei der Spannung über der jeweiligen der Phasenwicklungen kann es sich um die Differenz zwischen der durch das erste Wechselrichtermodul 202 bereitgestellten Spannung und der durch das zweite Wechselrichtermodul 204 bereitgestellten Spannung handeln.
Unter normalen Betriebsbedingungen ohne Phasenwicklung im Leerlauf kann das erste Wechselrichtermodul 202 die Phasenwicklungen mit einer sinusförmigen Spannungs-Wellenform antreiben, die eine Amplitude von V_m aufweist. Die Frequenz der sinusförmigen Spannungs-Wellenform kann von der Umdrehungsgeschwindigkeit einer Welle der elektrischen Maschine 214 abhängen. Die Steuerung 270 kann eine Drehmoment- und/oder eine Drehzahl-Anforderung empfangen, die auf einer Fahrereingabe (z. B. Gaspedal) beruht. Die Steuerung 270 kann die Spannungssteuersignale bestimmen, welche die gewünschte Menge an Drehmoment erzeugen. Beispielsweise kann die Steuerung 270 die Spannungsamplitude so einstellen, dass der gewünschte Drehmomentpegel erzielt wird. Außerdem kann die Steuerung 270, wenn sich keine Wicklungen im Leerlauf befinden, die Wechselrichter so betreiben, dass sie die Wicklungen der elektrischen Maschine 214 in einer Sternkonfiguration antreiben.
Eine Sternkonfiguration kann erzeugt werden, indem alle der unteren Leistungsschaltvorrichtungen eines der Wechselrichtermodule angeschaltet werden. Die Steuerung 270 kann dann den anderen Wechselrichter so betreiben, dass er die gewünschte Spannungs-Wellenform über den Phasenwicklungen zuführt. Beispielsweise kann die Sternverbindung erzielt werden, indem alle der unteren Leistungsschaltvorrichtungen (z. B. 242, 246, 250, 254, 258) des zweiten Wechselrichtermoduls 204 angeschaltet werden. In diesem Modus können die oberen Leistungsschaltvorrichtungen (z. B. 240, 244, 248, 252, 256) des zweiten Leistungswechselrichters 204 abgeschaltet bleiben. Durch das Anschalten aller der unteren Leistungsschaltvorrichtungen des zweiten Wechselrichtermoduls 204 wird eine Seite jeder Phasenwicklung mit einem gemeinsamen Leiter verbunden. Außerdem kann der gemeinsame Leiter an den DC-Bus-Rückleiter 203 gekoppelt sein. Das erste Wechselrichtermodul 202 kann dann durch Betreiben der zugehörigen oberen und unteren Leistungsschaltvorrichtungen so gesteuert werden, dass es eine Spannung an jeder der Phasenwicklungen der elektrischen Maschine 214 anlegt.
Bei Vorliegen einer Leerlaufbedingung in einer der Phasenwicklungen kann kein Strom durch die Wicklung im Leerlauf fließen. Die verbleibenden vier Phasenwicklungen können jedoch Stromfluss bewältigen und stehen zur Drehmomenterzeugung zur Verfügung. Geht man von einer Leerlaufbedingung in der ersten Phasenwicklung 206 aus, kann die Spannungsamplitude so eingestellt werden, dass die gleiche Menge an Drehmoment erzeugt wird wie unter normalen Betriebsbedingungen. Das Beispiel geht zudem davon aus, dass alle der unteren Schaltvorrichtungen des zweiten Wechselrichtermoduls 204 angeschaltet sind, um eine Sternverbindung zu erzeugen. Die Spannungen können wie folgt angelegt werden: $V_{a 1 n 1} = 0$
$V_{b 1 n 1} = 1,382 V_{m} cos (θ - π /5)$
$V_{c 1 n 1} = 1,382 V_{m} cos (θ - 4 π /5)$
$V_{d 1 n 1} = - 1,382 V_{m} cos (θ - π /5)$
$V_{e 1 n 1} = - 1,382 V_{m} cos (θ - 4 π /5)$
$V_{a 2 n 2} = 0$
$V_{b 2 n 2} = 0$
$V_{c 2 n 2} = 0$
$V_{d 2 n 2} = 0$
$V_{e 2 n 2} = 0$
Die Schaltvorrichtungen des ersten Wechselrichtermoduls 202 können so betrieben werden, dass die vorstehenden Spannungs-Wellenformen an der jeweiligen der Phasenwicklungen erzielt werden. θ steht für die Rotorstellung und kann anhand der Rotorstellungs-Messvorrichtung 272 abgeleitet werden. Wenn sie wie beschrieben betrieben wird, ist die elektrische Maschine 214 in einer Sternkonfiguration konfiguriert. Durch betreiben der Wechselrichtermodule in anderer Weise kann eine quadratische Konfiguration erzielt werden.
3 bildet einen ersten Satz 300 von vier Wicklungen ab, der in einer Sternkonfiguration konfiguriert ist. Beispielsweise können eine erste Wicklung 302, eine zweite Wicklung 304, eine dritte Wicklung 306 und eine vierte Wicklung 308 so gekoppelt sein, dass eine Seite jeder der Wicklungen mit einem gemeinsamen Sternpunkt 310 verbunden ist. 4 bildet einen zweiten Satz 400 von vier Wicklungen ab, der in einer quadratischen Konfiguration konfiguriert ist. Beispielsweise ist eine erste Wicklung 402 an eine zweite Wicklung 404 und eine dritte Wicklung 406 gekoppelt. Die zweite Wicklung 404 und die dritte Wicklung sind zudem an eine vierte Wicklung 408 gekoppelt. In der quadratischen Konfiguration gibt es keinen gemeinsamen Punkt, mit dem alle der Wicklungen verbunden sind. In der quadratischen Konfiguration wird jede Wicklung effektiv so gesteuert, wie wenn jede Wicklung mit zwei anderen Wicklungen verbunden ist. In der quadratischen Konfiguration können die Wicklungen derart in einer Schleife verbunden sein, dass jede Wicklung elektrisch an zwei andere Wicklungen gekoppelt ist.
Beispielsweise können, um die Wicklungen in einer quadratischen Konfiguration zu betreiben, die Spannungen wie folgt an den Phasenwicklungen angelegt werden: $V_{a 1 n 1} = 0$
$V_{b 1 n 1} = - 0,7266 V_{m} cos (θ + 3 π /5)$
$V_{c 1 n 1} = - 0,7266 V_{m} cos (θ)$
$V_{d 1 n 1} = - 0,7266 V_{m} cos (θ)$
$V_{e 1 n 1} = - 0,7266 V_{m} cos (θ - 3 π /5)$
$V_{a 2 n 2} = 0$
$V_{b 2 n 2} = - 0,7266 V_{m} cos (θ)$
$V_{c 2 n 2} = - 0,7266 V_{m} cos (θ−3π/5)$
$V_{d 2 n 2} = - 0,7266 V_{m} cos (θ+3π/5)$
$V_{e 2 n 2} = - 0,7266 V_{m} cos (θ)$
In diesem Beispiel sind die unteren Schaltvorrichtungen des zweiten Wechselrichtermoduls 204 nicht dauerhaft angeschaltet. Die unteren Schaltvorrichtungen des zweiten Wechselrichtermoduls 204 können gemäß einer Steuerstrategie zum Erzeugen der gewünschten Spannungs-Wellenform an- und abgeschaltet werden. Durch Anlegen der durch die Gleichungen 11-20 beschriebenen Spannungs-Wellenformen wird die elektrische Maschine 214 so betrieben, wie wenn sie in einer quadratischen Konfiguration verbunden ist. In der quadratischen Konfiguration kann die Steuerung die Wechselrichter so betreiben, dass sie die Wicklungen, die sich nicht im Leerlauf befinden, antreiben, indem eine Spannungsausgabe jedes Phasenzweigs der Wechselrichter so gesteuert wird, dass die an den Wicklungen angelegten Spannungen die gleichen sind, wie wenn die Wicklungen physisch in einer Schleife verbunden sind, in der jede der Wicklungen elektrisch an zwei andere Wicklungen gekoppelt ist. Der Betrieb in der quadratischen Konfiguration ermöglicht eine bessere Nutzung der DC-Bus-Spannung und erweitert den Drehzahlbereich im Vergleich zur Sternkonfiguration. Die Vorteile des Betreibens der elektrischen Maschine 214 in einer quadratischen Konfiguration sind nachstehend näher erläutert. Es ist anzumerken, dass die beschriebenen Spannungs-Wellenformen das Ergebnis einer Steuerstrategie sein können, die zum Erzielen eines gewünschten Drehmomentpegels konfiguriert ist. Es kann zwar erwartet werden, dass die Spannungs-Wellenformen die Phasenbeziehung aufweisen, wie durch die Gleichungen beschrieben, doch die Amplitude kann auf Grundlage des gewünschten Drehmomentpegels variieren.
Die vorstehenden Beispiele gehen davon aus, dass die Spannungsamplitude zum Erzielen eines gewünschten Drehmomentwerts bei normalem Betrieb V_m beträgt Im Falle einer einzelnen Wicklung im Leerlauf ist es wünschenswert, den gleichen gewünschten Drehmomentwert zu erzielen. In der Sternkonfiguration mit einer einzelnen Wicklung im Leerlauf ist festzustellen, dass die Spannungsamplitude erhöht werden muss (z. B. über V_m hinaus), um den gleichen gewünschten Drehmomentwert zu erzielen. Beispielsweise kann die Spannungsamplitude um einen Faktor von 1,382 erhöht werden. In der quadratischen Konfiguration mit einer einzelnen Wicklung im Leerlauf ist festzustellen, dass die Spannungsamplitude verringert werden muss (z. B. unter V_m), um den gleichen gewünschten Drehmomentwert zu erzielen. Beispielsweise kann die Spannungsamplitude um einen Faktor von 0,7266 verringert werden.
5 bildet einen ersten Graphen 500 mit Drehmoment-Drehzahl-Verläufen in den verschiedenen Betriebsmodi ab. Ein erster Verlauf 502 bildet den normalen Betrieb der elektrischen Maschine ab. Ein normaler Betrieb kann vorliegen, wenn alle Phasen ohne Leerlaufbedingungen betriebsbereit sind. Ein zweiter Verlauf 504 bildet einen Betrieb ab, bei dem sich eine Phase im Leerlauf befindet und die Wicklungen in der Sternkonfiguration angetrieben werden. Ein dritter Verlauf 506 bildet einen Betrieb ab, bei dem sich eine Phase im Leerlauf befindet und die Wicklungen in der quadratischen Konfiguration angetrieben werden. Anhand des ersten Graphen 500 lässt sich erkennen, dass das Drehmoment des zweiten Verlaufs 504 bei einem bestimmten Drehzahlschwellenwert 508 unter das Maximaldrehmoment des dritten Verlaufs 506 abfällt. Wenn die Drehzahl über diesem Drehzahlschwellenwert 508 liegt, überschreitet das Maximaldrehmoment des dritten Verlaufs 506 das Maximaldrehmoment des zweiten Verlaufs 504.
6 bildet einen zweiten Graphen 600 mit Drehmoment-Drehzahl-Verläufen ab. Der erste Verlauf 502, der den normalen Betrieb wiedergibt, ist im zweiten Graphen 600 erneut abgebildet. Ein zweiter Verlauf 604 bildet den Drehmoment-Drehzahl-Betrieb ab, der durch Schalten zwischen der Sternkonfiguration und der quadratischen Konfiguration, wenn sich eine Wicklung im Leerlauf befindet, erhalten wird. Der zweite Verlauf 604 kann erzielt werden, indem die elektrische Maschine 214 unterhalb des Drehzahlschwellenwerts 508 in einer Sternkonfiguration betrieben wird. Über dem Drehzahlschwellenwert 508 kann die elektrische Maschine 214 in der quadratischen Konfiguration betrieben werden. Der resultierende Betrieb verbessert die Drehmoment-Drehzahl-Leistung in beiden Drehzahlbereichen. Das Betreiben in dieser Weise führt dazu, dass im Vergleich zur Sternkonfiguration über dem Drehzahlschwellenwert 508 zusätzliches Drehmoment verfügbar ist. Das Betriebsverfahren führt zu verbesserter Fahrzeugleistung, wenn eine Leerlaufbedingung in einer der Wicklungen vorliegt.
Bei normalem Betrieb (z. B. ohne dass eine Phasenwicklung im Leerlauf detektiert ist) kann die Steuerung 270 die Wechselrichter so betreiben, dass sie die Wicklungen als Standardbetriebsmodus in einer Sternkonfiguration antreiben. Das Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben, kann erzielt werden, indem die Leistungsschaltvorrichtungen eines der Wechselrichter dazu veranlasst werden, die zugehörigen Anschlussenden der Phasenwicklungen an einen gemeinsamen Leiter zu koppeln. Die Steuerung kann dann eine Drehmomentausgabe steuern, indem sie eine Spannungsausgabe für jeden Phasenzweig des Wechselrichters veranlasst, der einem Ende der Wicklungen zugeordnet ist, das dem an den gemeinsamen Leister gekoppelten gegenüberliegt. In der Sternkonfiguration kann eine Amplitude der Spannungsausgabe größer sein als eine Spannungsamplitude, die angelegt ist, wenn der Leerlauf der einen der Wicklungen nicht detektiert ist. Die Steuerung kann die Wechselrichter in der quadratischen Konfiguration betreiben, indem sie eine Spannungsausgabe jedes Phasenzweigs der Wechselrichter so steuert, dass ein Spannungsmuster über den Wicklungen hervorgerufen wird. Als Reaktion auf ein Detektieren eines Leerlaufs in einer der Wicklungen kann die Steuerung 270 die Wechselrichter so betreiben, dass sie die verbleibenden Wicklungen in einer quadratischen Konfiguration antreiben. Der Übergang in die quadratische Konfiguration kann außerdem davon abhängen, dass eine Drehzahl der elektrischen Maschine 214 einen Drehzahlschwellenwert überschreitet. Die Steuerung kann die Wechselrichter so betreiben, dass sie die Wicklungen in der quadratischen Konfiguration antreiben, indem sie den einen oder die mehreren Wechselrichter so betreibt, dass die an den Wicklungen angelegten Spannungen die gleichen sind, wie wenn die Wicklungen physisch in einer Schleife verbunden sind, in der jede der Wicklungen elektrisch an zwei andere Wicklungen gekoppelt ist. In der quadratischen Konfiguration kann eine Amplitude der Spannungsausgabe eines jeweiligen Phasenzweigs geringer sein als eine Spannungsamplitude, die angelegt ist, wenn der Leerlauf der einen der Wicklungen nicht detektiert ist. Die Wechselrichter können so betrieben werden, dass sie der Phasenwicklung im Leerlauf eine Nullspannung bereitstellen. Wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine unter den Drehzahlschwellenwert fällt, während ein Leerlauf detektiert ist, kann die Steuerung die Wechselrichter so betreiben, dass sie die Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben.
Bei Vorliegen eines Leerlaufs in einer Phasenwicklung kann das System auf Grundlage der Drehzahl der elektrischen Maschine zwischen Antreiben von Wicklungen in einer Sternkonfiguration und Antreiben der Wicklungen in einer quadratischen Konfiguration wechseln. Bei Drehzahlen unterhalb des Drehzahlschwellenwerts ist festzustellen, dass die unteren Leistungsschaltvorrichtungen eines der Wechselrichter alle angeschaltet sind. Bei Drehzahlen über dem Drehzahlschwellenwert ist festzustellen, dass die unteren Leistungsschaltvorrichtungen an- und abgeschaltet werden, um eine Spannungsausgabe zu erzeugen.
7 bildet ein mögliches Ablaufdiagramm 700 einer Abfolge von Vorgängen ab, die in der Steuerung 270 umgesetzt werden können. Die Abfolge der Vorgänge kann periodisch durchgeführt werden. Die Abfolge beginnt bei Vorgang 702. Bei Vorgang 704 wird eine Überprüfung durchgeführt, um zu bestimmen, ob sich eine Wicklung im Leerlauf befindet. Beispielsweise kann die Steuerung Diagnosealgorithmen einsetzen, um eine Wicklung im Leerlauf zu detektieren. Wenn sich keine Wicklung im Leerlauf befindet, dann wird Vorgang 712 durchgeführt, um die Abfolge zu beenden. Wenn eine Wicklung im Leerlauf detektiert wird, kann Vorgang 706 durchgeführt werden. Bei Vorgang 706 wird die Drehzahl der elektrischen Maschine mit einem Drehzahlschwellenwert verglichen. Wenn die Drehzahl unter dem Drehzahlschwellenwert liegt, kann Vorgang 708 durchgeführt werden. Bei dem Drehzahlschwellenwert kann es sich um eine Drehzahl handeln, bei der ein Maximaldrehmoment der in der Sternkonfiguration betriebenen elektrischen Maschine einem Maximaldrehmoment der in der quadratischen Konfiguration betriebenen elektrischen Maschine entspricht (z. B. Drehzahlschwellenwert 508 in 5). Bei Vorgang 708 können die Wechselrichter so betrieben werden, dass sie die Phasenwicklungen der elektrischen Maschine in einer Sternkonfiguration antreiben. Wenn die Drehzahl größer oder gleich dem Drehzahlschwellenwert ist, kann Vorgang 710 durchgeführt werden. Bei Vorgang 710 können die Wechselrichter so betrieben werden, dass sie die Phasenwicklungen der elektrischen Maschine in einer quadratischen Konfiguration antreiben.
Das System und Verfahren zum Betreiben der elektrischen Maschine verbessert die Systemleistung, wenn sich eine Wicklung im Leerlauf befindet. Das System ermöglicht, dass jede Wicklung unabhängig gesteuert wird, und ermöglicht einen Betrieb der elektrischen Maschine in einer Stern- oder quadratischen Konfiguration. Durch Ändern der Verbindungskonfiguration kann eine bessere Drehmomenterzeugung erzielt werden, wenn sich eine der Wicklungen im Leerlauf befindet.
Die hierin offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/davon umgesetzt werden, die/der eine beliebige bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann. Gleichermaßen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen in vielen Formen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die durch eine Steuerung oder einen Computer ausgeführt werden können, einschließlich unter anderem Informationen, die permanent auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie etwa ROM-Vorrichtungen gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien wie etwa Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Vorrichtungen und anderen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind. Die Prozesse, Verfahren und Algorithmen können zudem in einem durch Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten, wie etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Arrays (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderer Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten, umgesetzt sein.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. beinhalten, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein Paar Wechselrichter, die jeweils fünf Phasenzweige aufweisen und an gegenüberliegenden Enden von Wicklungen einer fünfphasigen elektrischen Maschine gekoppelt sind; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die Wicklungen in einer Sternkonfiguration antreiben, und als Reaktion darauf, dass ein Leerlauf in einer der Wicklungen detektiert wird und eine Drehzahl der elektrischen Maschine einen Schwellenwert überschreitet, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die verbleibenden Wicklungen in einer quadratischen Konfiguration antreiben.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung außerdem dazu programmiert, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben, indem sie Schaltvorrichtungen in einem der Wechselrichter dazu veranlasst, zugehörige Enden jeder der Wicklungen mit einem gemeinsamen Leiter zu verbinden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung außerdem dazu konfiguriert, eine Drehmomentausgabe der elektrischen Maschine zu steuern, indem sie eine Spannungsausgabe für jeden Phasenzweig des einen der Wechselrichter veranlasst, der einem Ende der Wicklungen zugeordnet ist, das dem an den gemeinsamen Leister gekoppelten gegenüberliegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Amplitude der Spannungsausgabe größer als eine Spannungsamplitude, die angelegt ist, wenn der Leerlauf der einen der Wicklungen nicht detektiert ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung außerdem dazu programmiert, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die verbleibenden Wicklungen in der quadratischen Konfiguration antreiben, indem sie eine Spannungsausgabe eines jeweiligen Phasenzweigs der Wechselrichter so steuert, dass die an den Wicklungen angelegten Spannungen die gleichen sind, wie wenn die Wicklungen physisch in einer Schleife verbunden sind, in der jede der Wicklungen elektrisch an zwei andere Wicklungen gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Amplitude der Spannungsausgabe eines jeweiligen Phasenzweigs geringer als eine Spannungsamplitude, die angelegt ist, wenn der Leerlauf der einen der Wicklungen nicht detektiert ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung außerdem dazu programmiert, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie der einen der Wicklungen eine Nullspannung bereitstellen.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Schwellenwert um eine Drehzahl, bei der ein Maximaldrehmoment der in der Sternkonfiguration angetriebenen elektrischen Maschine einem Maximaldrehmoment der in der quadratischen Konfiguration angetriebenen elektrischen Maschine entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung außerdem dazu programmiert, als Reaktion darauf, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine unter den Schwellenwert fällt, während der Leerlauf der einen der Wicklungen detektiert ist, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die verbleibenden Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Folgendes: Betreiben eines oder mehrerer Wechselrichter derart, dass sie Wicklungen einer fünfphasigen elektrischen Maschine in einer Sternkonfiguration antreiben; und als Reaktion darauf, dass ein Leerlauf in einer der Wicklungen detektiert wird und eine Drehzahl der elektrischen Maschine einen Schwellenwert überschreitet, Wechseln vom Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben, zum Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen, die sich nicht im Leerlauf befinden, in einer quadratischen Konfiguration antreiben.
Gemäß einer Ausführungsform ist die vorstehende Erfindung außerdem gekennzeichnet durch ein Wechseln vom Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen, die sich nicht im Leerlauf befinden, in der quadratischen Konfiguration antreiben, zum Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen, die sich nicht im Leerlauf befinden, in der Sternkonfiguration antreiben, als Reaktion darauf, dass die Drehzahl unter den Schwellenwert fällt, während sich die eine der Wicklungen im Leerlauf befindet.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Schwellenwert um eine Drehzahl, bei der ein Maximaldrehmoment der in der Sternkonfiguration angetriebenen elektrischen Maschine einem Maximaldrehmoment der in der quadratischen Konfiguration angetriebenen elektrischen Maschine entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben, ein Betreiben eines der Wechselrichter derart, dass er selektiv jede der Wicklungen an einen gemeinsamen Sternpunkt koppelt.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in der quadratischen Konfiguration antreiben, ein Betreiben des einen oder der mehreren Wechselrichter derart, dass die an den Wicklungen angelegten Spannungen die gleichen sind, wie wenn die Wicklungen physisch in einer Schleife verbunden sind, in der jede der Wicklungen elektrisch an zwei andere Wicklungen gekoppelt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein elektrifizierter Antriebsstrang bereitgestellt, der Folgendes aufweist: eine elektrische Maschine, die fünf Phasenwicklungen aufweist; einen oder mehrere Wechselrichter, die Phasenzweige aufweisen und elektrisch an jeweils ein Ende der Wicklungen gekoppelt sind; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass sich eine der Wicklungen im Leerlauf befindet, vom Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in einer Sternkonfiguration antreiben, zum Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in einer quadratischen Konfiguration antreiben, zu wechseln.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung außerdem dazu programmiert, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben, indem sie Schaltvorrichtungen in einem der Wechselrichter dazu veranlasst, ein zugehöriges Ende jeder der Wicklungen mit einem gemeinsamen Punkt zu verbinden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung außerdem dazu programmiert, eine Drehmomentausgabe der elektrischen Maschine zu steuern, indem sie eine Spannungsausgabe für jeden der Phasenzweige des einen oder der mehreren Wechselrichter veranlasst, der einem Ende der Wicklungen zugeordnet ist, das nicht an den gemeinsamen Punkt gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung außerdem dazu programmiert, die Wechselrichter in der quadratischen Konfiguration zu betreiben, indem sie den einen oder die mehreren Wechselrichter so betreibt, dass die an den Wicklungen angelegten Spannungen die gleichen sind, wie wenn die Wicklungen physisch in einer Schleife verbunden sind, in der jede der Wicklungen elektrisch an zwei andere Wicklungen gekoppelt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist eine Amplitude einer Spannungsausgabe eines jeweiligen Phasenzweigs geringer als eine Spannungsamplitude, wenn sich die eine der Wicklungen nicht im Leerlauf befindet.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung außerdem dazu programmiert, vom Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben, zum Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in der quadratischen Konfiguration antreiben, zu wechseln, als Reaktion darauf, dass eine Drehzahl der elektrischen Maschine einen Schwellenwert überschreitet, bei dem es sich um eine vorher festgelegte Drehzahl handelt, bei der ein Maximaldrehmoment der in der Sternkonfiguration angetriebenen elektrischen Maschine einem Maximaldrehmoment der in der quadratischen Konfiguration angetriebenen elektrischen Maschine entspricht.

Claims

Fahrzeug, umfassend: ein Paar Wechselrichter, die jeweils fünf Phasenzweige aufweisen und an gegenüberliegenden Enden von Wicklungen einer fünfphasigen elektrischen Maschine gekoppelt sind, und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die Wicklungen in einer Sternkonfiguration antreiben, und als Reaktion darauf, dass ein Leerlauf in einer der Wicklungen detektiert wird und eine Drehzahl der elektrischen Maschine einen Schwellenwert überschreitet, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die verbleibenden Wicklungen in einer quadratischen Konfiguration antreiben.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung außerdem dazu programmiert ist, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben, indem sie Schaltvorrichtungen in einem der Wechselrichter dazu veranlasst, zugehörige Enden jeder der Wicklungen mit einem gemeinsamen Leiter zu verbinden.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Steuerung außerdem dazu programmiert ist, eine Drehmomentausgabe der elektrischen Maschine zu steuern, indem sie eine Spannungsausgabe für jeden Phasenzweig des einen der Wechselrichter veranlasst, der einem Ende der Wicklungen zugeordnet ist, das dem an den gemeinsamen Leiter gekoppelten gegenüberliegt.
Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei eine Amplitude der Spannungsausgabe größer ist als eine Spannungsamplitude, die angelegt ist, wenn der Leerlauf der einen der Wicklungen nicht detektiert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung außerdem dazu programmiert ist, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die verbleibenden Wicklungen in der quadratischen Konfiguration antreiben, indem sie eine Spannungsausgabe eines jeweiligen Phasenzweigs der Wechselrichter so steuert, dass die an die Wicklungen angelegten Spannungen die gleichen sind, wie wenn die Wicklungen physisch in einer Schleife verbunden sind, in der jede der Wicklungen elektrisch an zwei andere Wicklungen gekoppelt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei eine Amplitude der Spannungsausgabe eines jeweiligen Phasenzweigs geringer ist als eine Spannungsamplitude, die angelegt ist, wenn der Leerlauf der einen der Wicklungen nicht detektiert ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung außerdem dazu programmiert ist, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie der einen der Wicklungen eine Nullspannung bereitstellen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Schwellenwert um eine Drehzahl handelt, bei der ein Maximaldrehmoment der in der Sternkonfiguration angetriebenen elektrischen Maschine einem Maximaldrehmoment der in der quadratischen Konfiguration angetriebenen elektrischen Maschine entspricht.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung außerdem dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass die Drehzahl der elektrischen Maschine unter den Schwellenwert fällt, während der Leerlauf der einen der Wicklungen detektiert ist, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die verbleibenden Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben.
Elektrifizierter Antriebsstrang, umfassend: eine elektrische Maschine, die fünf Phasenwicklungen aufweist; einen oder mehrere Wechselrichter, die Phasenzweige aufweisen und elektrisch an jeweils ein Ende der Wicklungen gekoppelt sind; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass sich eine der Wicklungen im Leerlauf befindet, vom Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in einer Sternkonfiguration antreiben, zum Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in einer quadratischen Konfiguration antreiben, zu wechseln.
Elektrifizierter Antriebsstrang nach Anspruch 10, wobei die Steuerung außerdem dazu programmiert ist, die Wechselrichter so zu betreiben, dass sie die Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben, indem sie Schaltvorrichtungen in einem der Wechselrichter dazu veranlasst, ein zugehöriges Ende jeder der Wicklungen mit einem gemeinsamen Punkt zu verbinden.
Elektrifizierter Antriebsstrang nach Anspruch 11, wobei die Steuerung außerdem dazu programmiert ist, eine Drehmomentausgabe der elektrischen Maschine zu steuern, indem sie eine Spannungsausgabe für jeden der Phasenzweige des einen oder der mehreren Wechselrichter veranlasst, der einem Ende der Wicklungen zugeordnet ist, das nicht an den gemeinsamen Punkt gekoppelt ist.
Elektrifizierter Antriebsstrang nach Anspruch 10, wobei die Steuerung außerdem dazu programmiert ist, die Wechselrichter in der quadratischen Konfiguration zu betreiben, indem sie den einen oder die mehreren Wechselrichter so betreibt, dass die an den Wicklungen angelegten Spannungen die gleichen sind, wie wenn die Wicklungen physisch in einer Schleife verbunden sind, in der jede der Wicklungen elektrisch an zwei andere Wicklungen gekoppelt ist.
Elektrifizierter Antriebsstrang nach Anspruch 13, wobei eine Amplitude einer Spannungsausgabe eines jeweiligen Phasenzweigs geringer ist als eine Spannungsamplitude, wenn sich die eine der Wicklungen nicht im Leerlauf befindet.
Elektrifizierter Antriebsstrang nach Anspruch 10, wobei die Steuerung außerdem dazu programmiert ist, vom Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in der Sternkonfiguration antreiben, zum Betreiben der Wechselrichter derart, dass sie die Wicklungen in der quadratischen Konfiguration antreiben, zu wechseln, als Reaktion darauf, dass eine Drehzahl der elektrischen Maschine einen Schwellenwert überschreitet, bei dem es sich um eine vorher festgelegte Drehzahl handelt, bei der ein Maximaldrehmoment der in der Sternkonfiguration angetriebenen elektrischen Maschine einem Maximaldrehmoment der in der quadratischen Konfiguration angetriebenen elektrischen Maschine entspricht.