DE102020113208A1

DE102020113208A1 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung sowie entsprechende Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102020113208A1
Application number: DE102020113208.5A
Authority: DE
Inventors: Mohamed Hammam; Martin Kundiger
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-05-15
Filing date: 2020-05-15
Publication date: 2021-11-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1), die über eine mehrphasige elektrische Maschine (2) und einen elektrisch an die elektrische Maschine (2) angeschlossenen Wechselrichter (3) verfügt, wobei für mehrere Phasen (9) der elektrischen Maschine (2) mittels Raumzeigermodulation Tastgrade einer Pulsweitenmodulation ermittelt und Schalter (11,12) des Wechselrichters (3) entsprechend den Tastgraden für jede Schaltperiode angesteuert werden. Dabei ist vorgesehen, dass für weitere Phasen (10) der elektrischen Maschine (2) in derselben Schaltperiode weitere Schalter (11,12) des Wechselrichters (3) entsprechend den Tastgraden zeitversetzt angesteuert werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung (1).

Description

Die Erfindung betriff ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung, die über eine mehrphasige elektrische Maschine und einen elektrisch an die elektrische Maschine angeschlossenen Wechselrichter verfügt, wobei für mehrere Phasen der elektrischen Maschine mittels Raumzeigermodulation Tastgrade einer Pulsweitenmodulation ermittelt und Schalter des Wechselrichters entsprechend den Tastgraden für jede Schaltperiode angesteuert werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Antriebseinrichtung.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2017 115 639 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren zur Festlegung der Schaltzeitpunkte von Schaltflanken eines ersten und eines zweiten Stromrichters, bei dem beide Stromrichter eingangsseitig mit einer gemeinsamen Stromversorgung und einem gemeinsamen Glättungskondensator verbunden sind und ausgangsseitig eine induktive Last ansteuern, wobei die Schaltzeitpunkte von Schaltflanken gleicher Art dabei phasenverschoben festgelegt werden.
Zudem offenbart die Druckschrift EP 3 136 581 A1 einen modularen Mehrpunktstromrichter zur Umwandlung einer Wechselspannung in eine Gleichspannung oder umgekehrt und ein Verfahren zum Betreiben des Mehrpunktstromrichters. Der Mehrpunktstromrichter weist mehrere Stromrichterzweige auf, wobei jeweils zwei Stromrichterzweige miteinander verbunden sind, um einen Phasenzweig des Stromrichters zu bilden. Jeder Stromrichterzweig weist eine Anzahl von gleichartigen Submodulen auf, die jeweils durch eine H-Brückenschaltung mit Leistungshalbleiterschaltern gebildet sind. Die Zweigströme durch die Stromrichterzweige werden im Betrieb durch Erhöhung des Gleichanteils des Zweigstroms oder des Zwischenkreisgleichstroms derart gesteuert beziehungsweise geregelt, dass durch die Stromrichterzweige jeweils ein Strom einer einzigen Polarität, vorzugsweise ein kontinuierlicher unipolarer sinusförmiger Strom, fließt. Dadurch kann bei gleicher Anzahl von Submodulen pro Stromrichterzweig die übertragbare Leistung erhöht beziehungsweise die Leistungshalbleiterbauelemente besser ausgenutzt werden oder bei gleichbleibender übertragbarer Leistung die Anzahl von Submodulen reduziert werden.
Weiteren Stand der Technik bildet die Druckschrift WO 2012/006099 A1 .
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine Reduzierung von eingangsseitigen Rippelströmen an dem Wechselrichter erzielt.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass für weitere Phasen der elektrischen Maschine in derselben Schaltperiode weitere Schalter des Wechselrichters entsprechend den Tastgraden zeitversetzt angesteuert werden.
Die Antriebseinrichtung ist beispielsweise Bestandteil eines Kraftfahrzeugs, kann jedoch auch separat von diesem vorliegen. Die Antriebseinrichtung dient ganz generell zum Bereitstellen eines Antriebsdrehmoments. Bevorzugt ist die Antriebseinrichtung zum Antreiben des Kraftfahrzeugs vorgesehen und ausgebildet, insoweit also zum Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Zum Erzeugen des Antriebsdrehmoments verfügt die Antriebseinrichtung über die elektrische Maschine, welche - im Falle des Antreibens des Kraftfahrzeugs - auch als Traktionsmaschine bezeichnet werden kann.
Die elektrische Maschine liegt als mehrphasige elektrische Maschine vor, verfügt also über mehrere Phasen, wobei jeder Phase separat elektrischer Strom zuführbar ist. Bevorzugt liegt die elektrische Maschine als sechsphasige elektrische Maschine vor. Allgemein ausgedrückt weist die elektrische Maschine mindestens 2.n Phasen auf, wobei n ≥ 3 ist.
Zum Ansteuern der elektrischen Maschine verfügt die Antriebseinrichtung über den Wechselrichter. Mithilfe des Wechselrichters wird ein eingangsseitig an ihm vorliegender Gleichstrom in einen ausgangsseitigen Wechselstrom umgesetzt, welcher der elektrischen Maschine zugeführt wird. Entsprechend ist der Wechselrichter elektrisch an die elektrische Maschine angeschlossen. Der Wechselrichter verfügt für jede Phase der elektrischen Maschine über eine Halbbrücke, welche elektrisch an die jeweilige Phase der elektrischen Maschine angeschlossen ist.
Jede der Halbbrücken weist einen High Side-Schalter sowie einen Low Side-Schalter auf. Der High Side-Schalter ist einerseits an einen ersten Pol einer Stromquelle beziehungsweise eines Zwischenkreises und andererseits an die die jeweilige Phase der elektrischen Maschine elektrisch angeschlossen. Der Low Side-Schalter ist einerseits an die jeweilige Phase und andererseits an einen zweiten Pol der Stromquelle beziehungsweise des Zwischenkreises elektrisch angeschlossen. Der erste Pol ist hierbei beispielsweise ein Pluspol und der zweite Pol ein Minuspol.
Das Ansteuern des Wechselrichters beziehungsweise der Halbbrücken erfolgt durch Pulsweitenmodulation. Der Tastgrad der Pulsweitenmodulation gibt hierbei an, über welchen Anteil der jeweiligen Schaltperiode der High Side-Schalter und über welchen Anteil der Schaltperiode der Low Side-Schalter geschlossen ist. Beispielsweise weist jede Halbbrücke einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand auf. In dem ersten Schaltzustand, welcher auch als Zustand „0“ bezeichnet werden kann, ist der Low Side-Schalter der jeweiligen Halbbrücke geschlossen und der High Side-Schalter geöffnet. In einem zweiten Schaltzustand, welcher auch als Zustand „1“ bezeichnet werden kann, ist hingegen der Low Side-Schalter geöffnet und der High Side-Schalter geschlossen.
Der Tastgrad gibt nun an, über welchen Anteil der Schaltperiode der erste Schaltzustand und der zweite Schaltzustand vorliegen. Beispielsweise ist bei einem Tastgrad von 0 % über die gesamte Schaltperiode der erste Schaltzustand eingestellt und bei einem Tastgrad von 100 % durchgehend der zweite Schaltzustand. Eine Länge beziehungsweise Dauer der Schaltperiode hängt von einer Frequenz der Pulsweitenmodulation ab. Die Frequenz, mit welcher die Pulsweitenmodulation erfolgt, beträgt beispielsweise mindestens 500 Hz, mindestens 1.000 Hz oder mehr. Für jede Schaltperiode wird für jede der Phasen der elektrischen Maschine genau ein Tastgrad ermittelt und an dem Wechselrichter eingestellt. Der Wechselrichter wird über die gesamte Schaltperiode mit dem eingestellten Tastgrad beziehungsweise den eingestellten Tastgraden betrieben.
Die Tastgrade der Pulsweitenmodulation werden mithilfe der Raumzeigermodulation ermittelt. Mithilfe der Pulsweitenmodulation wird ein Mehrphasendrehstromsystem, wie es für den Betrieb der elektrischen Maschine notwendig ist, elektronisch nachgebildet. Als Eingangsgrößen für die Raumzeigermodulation dienen ein Phasenwinkel des Raumzeigers und ein Betrag des Raumzeigers. Aus diesen Eingangsgrößen werden die Tastgrade für die Phasen der elektrischen Maschine berechnet.
Erfindungsgemäß werden die Tastgrade für lediglich einen Teil der Phasen der elektrischen Maschine berechnet, nämlich für eine Hälfte der Phasen. Für die weiteren Phasen der elektrischen Maschine werden jedoch dieselben Tastgrade herangezogen. Jeder der Tastgrade, die mithilfe der Raumzeigermodulation ermittelt werden, findet also für mehrere Phasen der elektrischen Maschine Anwendung, insbesondere für genau zwei Phasen der elektrischen Maschine.
Grundsätzlich könnte es vorgesehen sein, die Schalter für die weiteren Phasen entsprechend den Tastgraden identisch und zeitgleich zu den Schaltern der Phasen anzusteuern. Dies führt jedoch zu einem eingangsseitigen Rippelstrom an dem Wechselrichter, welcher die Stromquelle beziehungsweise den Zwischenkreis elektrisch und/oder thermisch belastet.
Aus diesem Grund ist es vorgesehen, die Schalter für die weiteren Phasen zeitversetzt zu den Schaltern der Phasen an dem Wechselrichter anzusteuern. Jeder der Tastgrade wird also innerhalb der Schaltperiode einmal für eine Phase der elektrischen Maschine und für eine der weiteren Phasen verwendet. Die Schalter der Phase und die Schalter der weiteren Phasen werden daher mit demselben Tastgrad, jedoch zeitversetzt angesteuert. Das Ansteuern der Schalter der Phase erfolgt dabei zu einem ersten Zeitpunkt und das Ansteuern der Schalter der weiteren Phase in derselben Schaltperiode zu einem von dem ersten Zeitpunkt verschiedenen zweiten Zeitpunkt.
Zur Präzisierung der Formulierung wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung für die mehreren Phasen auch der Ausdruck erste Phasen und für die weiteren Phasen der Ausdruck zweite Phasen herangezogen. Die Phasen der elektrischen Maschine setzen sich also aus den ersten Phasen und den zweiten Phasen zusammen, wobei ebenso viele zweite Phasen wie erste Phasen vorliegen. Die Schalter der ersten Phasen können hierbei auch als erste Schalter und die Schalter der weiteren Phasen auch als zweite Schalter bezeichnet werden. In jeder Schaltperiode wird jeder der Tastgrade zum Ansteuern eines Teils der ersten Schalter und eines Teils der zweiten Schalter verwendet, wobei letzteres zeitversetzt erfolgt. Das Ansteuern der Schalter entsprechend der Tastgrade erfolgt bevorzugt in derselben Schaltperiode. Es ist also kein Ansteuern der Schalter derart vorgesehen, dass mehrere Schaltperioden übergriffen werden. Jeder Tastgrad ist vollständig innerhalb der entsprechenden Schaltperiode zu realisieren.
Das zeitversetzte Ansteuern der Schalter für die zweiten Phasen hat den Vorteil, dass die Rippelströme auf der Eingangsseite des Wechselrichters deutlich verringert sind. Besonders bevorzugt wird der Zeitversatz für das Ansteuern entsprechend auch derart gewählt, dass eine Reduzierung der Rippelströme, insbesondere eine maximale Reduzierung der Rippelströme, erzielt werden. Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht einen einfacheren und damit kostengünstigeren Aufbau der Stromquelle beziehungsweise des Zwischenkreises, insbesondere einer in der Stromquelle oder dem Zwischenkreis vorliegenden Kapazität.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die weiteren Schalter um dieselbe Zeitspanne gegenüber den Schaltern zeitversetzt angesteuert werden. Alle weiteren Schalter werden also innerhalb der Schaltperiode um genau die gleiche Zeitspanne gegenüber den Schaltern zeitversetzt angesteuert. Wie bereits erläutert, wird jeder der Tastgrade einmal für die Schalter der ersten Phasen und einmal für die Schalter der zweiten Phasen herangezogen. Für die Schalter der zweiten Phasen wird hierbei jeweils derselbe Zeitversatz gegenüber der Schalter der entsprechenden ersten Phase herangezogen. Dies ermöglicht die Bereitstellung eines Ausgangssignals des Wechselrichters für die elektrische Maschine mit hoher Qualität, insbesondere die Bereitstellung eines besonders gleichmäßigen Ausgangssignals. Der Zeitversatz ist von Null verschieden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Schalter und die weiteren Schalter derart zeitversetzt angesteuert werden, dass ein Ansteuerzeitraum für jeden der Schalter mit einem Ansteuerzeitraum für den dazugehörigen der weiteren Schalter überlappt. Unter dem Ansteuerzeitraum ist ein Zeitraum zu verstehen, in welchem der Schalter beziehungsweise der weitere Schalter den zweiten Schaltzustand aufweisen. Außerhalb des Ansteuerzeitraums liegt der Schalter beziehungsweise der weitere Schalter hingegen in dem ersten Schaltzustand vor.
Der Ansteuerzeitraum ist insoweit derjenige Anteil der Schaltperiode, in welchem der Schalter beziehungsweise der weitere Schalter nicht in dem ersten Schaltzustand, sondern in dem zweiten Schaltzustand vorliegen. Für den Rest der Schaltperiode, also außerhalb des Ansteuerzeitraums, ist hingegen der erste Schaltzustand eingestellt. Vorstehend wurde bereits erläutert, dass unter dem ersten Schaltzustand zu verstehen ist, dass der Low Side-Schalter geschlossen und der High Side-Schalter geöffnet ist. In dem zweiten Schaltzustand hingegen ist der Low Side-Schalter geöffnet und der High Side-Schalter geschlossen.
Der Schalter und der weitere Schalter werden grundsätzlich mit dem gleichen Tastgrad angesteuert. Der Ansteuerzeitraum des Schalters und der Ansteuerzeitraum des weiteren Schalters weisen insoweit dieselbe Länge auf. Sie sind jedoch gegeneinander zeitversetzt. Der Zeitversatz ist dabei derart gewählt, dass der Ansteuerzeitraum des Schalters und der Ansteuerzeitraum des weiteren Schalters, welche mit demselben Tastgrad angesteuert werden, einander überlappen. Hierdurch wird die gewünschte Betriebscharakteristik der elektrischen Maschine erzielt, jedoch gleichzeitig der auf der Eingangsseite des Wechselrichters vorliegende Rippelstrom verringert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die weiteren Schalter um einen Zeitversatz zeitversetzt angesteuert werden, der höchstens einem Zeitversatz entspricht, bei welchem der Ansteuerzeitraum mit einem Beginn der Schaltperiode beginnt und/oder mit einem Ende der Schaltperiode endet. In anderen Worten liegt der gesamte Ansteuerzeitraum, welcher aus dem jeweiligen Tastgrad resultiert, innerhalb der Schaltperiode. Das bedeutet, dass der Zeitversatz umso kleiner gewählt wird, je länger der Ansteuerzeitraum ist.
Beispielsweise wird der Zeitversatz von der Phase beziehungsweise der weiteren Phase bestimmt, für welche der längste Ansteuerzeitraum beziehungsweise der höchste Tastgrad vorliegt. Beispielsweise wird der Zeitversatz derart gewählt, dass der Ansteuerzeitraum für die Phase beziehungsweise weitere Phase mit dem längsten Ansteuerzeitraum beziehungsweise dem größten Tastgrad mit dem Beginn der Schaltperiode beginnt oder mit dem Ende der Schaltperiode endet. Der Zeitversatz wird also größtmöglich gewählt. Hieraus resultiert ein besonders effektives Reduzieren des Rippelstroms.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Ansteuerzeiträume für die Schalter bezüglich einer Schaltperiodenmitte symmetrisch und die Ansteuerzeiträume für die weiteren Schalter bezüglich der Schaltperiodenmitte asymmetrisch in der Schaltperiode eingestellt werden. Für die Schalter entspricht also die Mitte des jeweiligen Ansteuerzeitraums der Mitte der Schaltperiode beziehungsweise der Schaltperiodenmitte.
In anderen Worten ist der vor der Schaltperiodenmitte liegende Teil des Ansteuerzeitraums für jeden der Schalter genauso lang wie der nach der Schaltperiodenmitte liegende Teil des Ansteuerzeitraums. Die Ansteuerzeiträume für die weiteren Schalter sind hingegen bezüglich der Schaltperiodenmitte außermittig angeordnet. Beispielsweise ist also der vor der Schaltperiodenmitte liegende Teil des jeweiligen Ansteuerzeitraums kürzer als der nach der Schaltperiodenmitte liegende Teil oder umgekehrt. Hierdurch wird die bereits beschriebene Reduzierung des Rippelstroms erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die elektrische Maschine über den Wechselrichter an einen Zwischenstromkreis angeschlossen ist, in dem ein Zwischenkreiskondensator vorliegt, wobei der Zeitversatz derart gewählt wird, dass eine Stromstärke eines durch den Zwischenkreiskondensator fließenden elektrischen Stroms kleiner ist als ohne Zeitversatz. Der Zwischenkreiskondensator liegt eingangsseitig des Wechselrichters vor. Das bedeutet, dass der Zwischenkreiskondensator über den Wechselrichter an die elektrische Maschine elektrisch angeschlossen ist.
Der Zwischenkreiskondensator verbindet bevorzug den ersten Pol mit dem zweiten Pol. Er dient als Stütz- beziehungsweise Stabilisierungskondensator. Bei einer Entnahme von elektrischer Energie aus dem Zwischenkreis durch den Wechselrichter fließt durch den Zwischenkreiskondensator ein elektrischer Strom, welcher von dem Rippelstrom abhängig ist. Der Zwischenkreiskondensator wird also umso stärker mit elektrischem Strom beaufschlagt, je größer der Rippelstrom ist.
Die bereits erwähnte Reduzierung des Rippelstroms hat insbesondere das Ziel, den Zwischenkreiskondensator zu entlasten. Entsprechend wird der Zeitversatz derart gewählt, dass die Stromstärke des durch den Zwischenkreiskondensator fließenden elektrischen Stroms kleiner ist als ohne Zeitversatz, also bei üblichem Betrieb des Wechselrichters, bei welchem die Schalter und die weiteren Schalter ohne Zeitversatz angesteuert werden. Dies hat den Vorteil, dass der Zwischenkreiskondensator kleiner dimensioniert sein kann und/oder dass eine geringere Kühlleistung für eine Kühlung des Zwischenkreiskondensators aufgewandt werden muss.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Zeitversatz eine Dauer eines Segments der Schaltperiode verwendet wird. Unter einem Segment ist ein Teil der Schaltperiode zu verstehen, in welchem die Schalter beziehungsweise die weiteren Schalter in ihrer momentanen Schaltstellung verbleiben. Beispielsweise wird der Wechselrichter gemäß einem „Seven-Segment“-Pulsmuster betrieben. Entsprechend wird die Schaltperiode in sieben Segmente aufgeteilt. Der Zeitversatz für die weiteren Schalter richtet sich nun nach den Segmenten der Schalter. Ein Umschalten der weiteren Schalter erfolgt also stets gleichzeitig mit einem Umschalten der Schalter, wenngleich nicht notwendigerweise stets alle Schalter des Wechselrichters umgeschaltet werden. Durch das Verwenden des sich an den Segmenten für die Schalter orientierenden Zeitversatzes wird eine hohe Signalqualität für den Betrieb der elektrischen Maschine erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das zeitversetzte Ansteuern der weiteren Schalter in einer ersten Betriebsart der Antriebseinrichtung erfolgt und in einer zweiten Betriebsart die weiteren Schalter zeitgleich angesteuert werden. Der Zeitversatz ist also nur in der ersten Betriebsart von Null verschieden. In der zweiten Betriebsart liegt der Zeitversatz hingegen nicht vor beziehungsweise wird gleich Null gewählt. Entsprechend ist das Betreiben des Wechselrichters beziehungsweise der Antriebseinrichtung in unterschiedlichen Betriebsarten möglich, nämlich zumindest in der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart.
Aus der ersten Betriebsart und der zweiten Betriebsart wird eine Betriebsart ausgewählt und an der Antriebseinrichtung beziehungsweise dem Wechselrichter eingestellt. Beispielsweise wird die erste Betriebsart herangezogen, sofern eine Reduzierung des Rippelstroms vorgenommen werden soll. Die zweite Betriebsart wird hingegen beispielsweise verwendet, wenn eine besonders hohe Leistung der elektrischen Maschine erzielt werden soll. Hierdurch erfolgt eine Optimierung der Antriebseinrichtung in Abhängigkeit von der momentan vorliegenden Betriebsart.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in der zweiten Betriebsart der Zwischenkreiskondensator mit einer höheren Kühlleistung gekühlt wird als in der ersten Betriebsart. In der ersten Betriebsart erfolgt die vorstehend bereits erwähnte Reduzierung des Rippelstroms, in der zweiten Betriebsart hingegen nicht. Üblicherweise wird auch die zweite Betriebsart angewandt, sofern eine besonders hohe Leistung der elektrischen Maschine vorliegt. Aus diesem Grund wird die Kühlleistung für eine Kühlung des Zwischenkreiskondensators in der zweiten Betriebsart erhöht und hierbei größer gewählt als in der ersten Betriebsart. So wird ein sicherer und zuverlässiger Betrieb der Antriebseinrichtung sichergestellt.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, mit einer mehrphasigen elektrischen Maschine und einem elektrisch an die elektrische Maschine angeschlossenen Wechselrichter, wobei die Antriebseinrichtung dazu vorgesehen und ausgebildet ist, für mehrere Phasen der elektrischen Maschine mittels Raumzeigermodulation Tastgrade einer Pulsweitenmodulation zu ermitteln und Schalter des Wechselrichters entsprechend den Tastgraden anzusteuern. Dabei ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung weiter dazu vorgesehen und ausgebildet ist, für weitere Phasen der elektrischen Maschine in derselben Schaltperiode weitere Schalter des Wechselrichters entsprechend den Tastgraden zeitversetzt anzusteuern.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung, die über eine elektrische Maschine verfügt, welche über einen Wechselrichter und einen Zwischenkreis an eine Stromquelle angeschlossen ist, sowie
2 ein Diagramm, anhand welchem ein Verfahren zum Betrieben des Wechselrichters erläutert wird.

Die 1 zeigt eine Antriebseinrichtung 1, die zur Bereitstellung eines Antriebsdrehmoments über eine elektrische Maschine 2 verfügt. Die elektrische Maschine 2 ist an einen Wechselrichter 3 und über diesen an einen Zwischenstromkreis 4 sowie eine Stromquelle 5 angeschlossen. In dem Zwischenstromkreis 4 liegt ein Zwischenkreiskondensator 6 vor, über welchen ein erster Pol 7 des Zwischenstromkreises 4 mit einem zweiten Pol 8 des Zwischenstromkreises 4 elektrisch verbunden ist. Der erste Pol 7 ist beispielsweise ein Pluspol und der zweite Pol 8 ein Minuspol.
Die elektrische Maschine 2 weist mehrere Phasen 9 und mehrere weitere Phasen 10 auf, wobei in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel drei Phasen 9 und drei Phasen 10 vorliegen, welche jeweils an die elektrische Maschine 2 elektrisch angeschlossen sind. Jede der Phasen 9 und jede der weiteren Phasen 10 verfügt über einen High Side-Schalter 11 sowie über einen Low Side-Schalter 12, welche hier lediglich exemplarisch gekennzeichnet sind. Die elektrische Maschine 2 liegt insoweit als mehrphasige elektrische Maschine 2 vor.
Für die Phasen 9 des Wechselrichters 3 werden mittels Raumzeigermodulation Tastgrade einer Pulsweitenmodulation ermittelt. Die Schalter 11 und 12 der Phasen 9 werden entsprechend den Tastgraden für jede Schaltperiode angesteuert. Es ist nun vorgesehen, dass die Schalter 11 und 12 der weiteren Phasen 10 unter Verwendung der gleichen Tastgrade angesteuert werden, jedoch gegenüber den Schaltern 11 und 12 der Phasen 9 zeitversetzt. Hierdurch wird ein Rippelstrom in dem Zwischenstromkreis 4 verringert, sodass sich eine geringere Belastung des Zwischenkreiskondensators 6 ergibt.
Die 2 zeigt ein Diagramm, in welchem Schaltzustände der Phasen 9 und der Phasen 10 über eine Schaltperiode mit einer Periodendauer T_sw dargestellt sind. Gezeigt sind die Schaltzustände für die mit s₁, s₂ und s₃ bezeichneten Phasen 9 und die Schaltzustände für die mit s₄, s₅ und s₆ bezeichneten weiteren Phasen 10. Die Nummerierung der Phasen 9 und 10 entspricht hierbei der bereits in der 1 verwendeten Nummerierung. Ein erster Schaltzustand ist mit „0“ bezeichnet, ein zweiter Schaltzustand mit „1". Für den ersten Schaltzustand ist der jeweilige Low Side-Schalter 12 geschlossen und der jeweilige High Side-Schalter 11 geöffnet. In dem zweiten Schaltzustand ist hingegen der jeweilige High Side-Schalter 11 geschlossen und der jeweilige Low Side-Schalter 12 geöffnet.
Es ist erkennbar, dass für jede der Phasen 9 und 10 ein Ansteuerzeitraum 13 vorliegt, in welchem der zweite Schaltzustand vorliegt. Außerhalb des Ansteuerzeitraums 13 liegt der erste Schaltzustand vor. Es ist deutlich erkennbar, dass für die weiteren Phasen 10 die gleichen Tastgrade und entsprechend Ansteuerzeiträume derselben Dauer zur Anwendung kommen. Allerdings sind die Ansteuerzeiträume 13 der weiteren Phasen 10 gegenüber den Ansteuerzeiträumen 13 der Phasen 9 versetzt, nämlich um einen Zeitversatz.
Der Zeitversatz ist für alle weiteren Phasen 10 derselbe, der jeweilige Ansteuerzeitraum 13 ist also stets um den gleichen Zeitversatz gegenüber dem jeweiligen Ansteuerzeitraum 13 der entsprechenden Phase 9 versetzt. Der Zeitversatz richtet sich dabei nach Segmenten 14, in welche die Schaltperiode unterteilt ist. Jeder der Schalter 11 und 12 weist innerhalb jedes Segments 14 einen gleichbleibenden Schaltzustand auf, wechselt seinen Schaltzustand also nicht. Es ist erkennbar, dass die Schalter 11 und 12 der Phasen 9 innerhalb des Ansteuerzeitraums 13 symmetrisch angesteuert werden, die Schalter 11 und 12 der weiteren Phasen 10 hingegen asymmetrisch. Der Zeitversatz ist in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel derart gewählt, dass der Ansteuerzeitraum 13 einer der weiteren Phasen 10 mit einem Ende der Schaltperiode endet. Insoweit ist für diese weitere Phase 10 ein maximaler Zeitversatz eingestellt.
Die beschriebene Ausgestaltung der Antriebseinrichtung 1 beziehungsweise das beschriebene Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung 1 hat den Vorteil, dass ein Rippelstrom auf einer Eingangsseite des Wechselrichters 3, also in den Zwischenstromkreis 4, deutlich reduziert wird. Entsprechend kann der Zwischenkreiskondensator 6 kleiner dimensioniert sein oder eine zur Kühlung des Zwischenkreiskondensators 6 aufgewandte Kühlleistung verringert werden.
Bezugszeichenliste

1: Antriebseinrichtung
2: elektrische Maschine
3: Wechselrichter
4: Zwischenstromkreis
5: Stromquelle
6: Zwischenkreiskondensator
7: 1. Pol
8: 2. Pol
9: Phase
10: Phase
11: High Side-Schalter
12: Low Side-Schalter
13: Ansteuerzeitraum
14: Segment

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017115639 A1 [0002]
EP 3136581 A1 [0003]
WO 2012/006099 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1), die über eine mehrphasige elektrische Maschine (2) und einen elektrisch an die elektrische Maschine (2) angeschlossenen Wechselrichter (3) verfügt, wobei für mehrere Phasen (9) der elektrischen Maschine (2) mittels Raumzeigermodulation Tastgrade einer Pulsweitenmodulation ermittelt und Schalter (11,12) des Wechselrichters (3) entsprechend den Tastgraden für jede Schaltperiode angesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass für weitere Phasen (10) der elektrischen Maschine (2) in derselben Schaltperiode weitere Schalter (11,12) des Wechselrichters (3) entsprechend den Tastgraden zeitversetzt angesteuert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Schalter (11,12) um dieselbe Zeitspanne gegenüber den Schaltern (11,12) zeitversetzt angesteuert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalter (11,12) und die weiteren Schalter (11,12) derart zeitversetzt angesteuert werden, dass ein Ansteuerzeitraum (13) für jeden der Schalter (11,12) mit einem Ansteuerzeitraum für den dazugehörigen der weiteren Schalter (11,12) überlappt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Schalter (11,12) um einen Zeitversatz zeitversetzt angesteuert werden, der höchstens einem Zeitversatz entspricht, bei welchem der Ansteuerzeitraum (13) mit einem Beginn der Schaltperiode beginnt und/oder mit einem Ende der Schaltperiode endet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerzeiträume (13) für die Schalter (11,12) bezüglich einer Schaltperiodenmitte symmetrisch und die Ansteuerzeiträume (13) für die weiteren Schalter (11,12) bezüglich der Schaltperiodenmitte asymmetrisch in der Schaltperiode eingestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (2) über den Wechselrichter (3) an einen Zwischenstromkreis (4) angeschlossen ist, in dem ein Zwischenkreiskondensator (6) vorliegt, wobei der Zeitversatz derart gewählt wird, dass eine Stromstärke eines durch den Zwischenkreiskondensator (6) fließenden elektrischen Stroms kleiner ist als ohne Zeitversatz.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zeitversatz eine Dauer eines Segments (14) der Schaltperiode verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zeitversetzte Ansteuern der weiteren Schalter (11,12) in einer ersten Betriebsart der Antriebseinrichtung (1) erfolgt und in einer zweiten Betriebsart die weiteren Schalter (11,12) zeitgleich angesteuert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Betriebsart der Zwischenkreiskondensator (6) mit einer höheren Kühlleistung gekühlt wird als in der ersten Betriebsart.
Antriebseinrichtung (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einer mehrphasigen elektrischen Maschine (2) und einem elektrisch an die elektrische Maschine (2) angeschlossenen Wechselrichter (3), wobei die Antriebseinrichtung (1) dazu vorgesehen und ausgebildet ist, für mehrere Phasen (9) der elektrischen Maschine (2) mittels Raumzeigermodulation Tastgrade einer Pulsweitenmodulation zu ermitteln und Schalter (11,12) des Wechselrichters (3) entsprechend den Tastgraden anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (1) weiter dazu vorgesehen und ausgebildet ist, für weitere Phasen (10) der elektrischen Maschine (2) in derselben Schaltperiode weitere Schalter (11,12) des Wechselrichters (3) entsprechend den Tastgraden zeitversetzt anzusteuern.