DE102020126208A1 - Betriebsmodus-optimierung für elektrisches antriebssystem mit verkleinertem gleichstrom-gleichstrom-wandler - Google Patents

Betriebsmodus-optimierung für elektrisches antriebssystem mit verkleinertem gleichstrom-gleichstrom-wandler Download PDF

Info

Publication number
DE102020126208A1
DE102020126208A1 DE102020126208.6A DE102020126208A DE102020126208A1 DE 102020126208 A1 DE102020126208 A1 DE 102020126208A1 DE 102020126208 A DE102020126208 A DE 102020126208A DE 102020126208 A1 DE102020126208 A1 DE 102020126208A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
converter
voltage
drive system
controller
electric drive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020126208.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Lei Hao
Chandra S. Namuduri
Suresh Gopalakrishnan
Chengwu Duan
Norman K. Bucknor
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of DE102020126208A1 publication Critical patent/DE102020126208A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
    • B60L50/64—Constructional details of batteries specially adapted for electric vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/007—Physical arrangements or structures of drive train converters specially adapted for the propulsion motors of electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • B60L15/2045—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed for optimising the use of energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H02M1/007—Plural converter units in cascade
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B60L2210/12—Buck converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2210/00—Converter types
    • B60L2210/10—DC to DC converters
    • B60L2210/14—Boost converters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/421—Speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/423—Torque
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/427—Voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Ein elektrisches Antriebssystem besteht aus einem Batteriepaket und einem DC-DC-Wandler. Der Wandler hat einen Überbrückungsschalter und Halbleiterschalter. Ein Traktionsstromrichter-Modul („TPIM“) gleicht eine Gleichstrom-Busspannung auf dem Spannungsbus gleich, um eine Wechselstrom-Busspannung zu erzeugen. Eine elektrische Maschine ist an das TPIM angeschlossen und wird über die AC-Busspannung gespeist. Ein Regler berechnet die erforderliche Ausgangsleistung des Wandlers auf der Grundlage einer angeforderten Betriebsart sowie der Drehzahl und des Drehmoments der elektrischen Maschine. Wenn die Ausgangsleistung einen Schwellenwert überschreitet, schließt der Überbrückungsschalter, um den Wandler zu umgehen. Wenn die Ausgangsleistung unter dem Schwellenwert liegt, verwendet der Regler eine minimale Verlustspannung aus einem Verlustkennfeld als Zielsteuerspannung des Wandlers, um den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebssystems zu optimieren.

Description

  • EINLEITUNG
  • Elektrische Antriebssysteme beruhen auf einem Drehmoment, das von einer oder mehreren rotierenden elektrischen Maschinen erzeugt und an eine gekoppelte Last geleitet wird. Elektrische Maschinen werden oft als Mehrphasen-Wechselstrom- („AC“) Geräte eingerichtet, die durch einen Gleichspannungs-Bus und ein Batteriepaket mit Gleichstrom („DC“) gespeist werden. Ein Leistungswandlermodul wird daher als Teil des elektrischen Antriebssystems verwendet, um eine Eingangsspannung entweder zu invertieren oder gleichzurichten, wobei der vom Leistungswandlermodul ausgeführte Betrieb von der jeweiligen Betriebsart abhängig ist.
  • Während einer regenerierenden Betriebsart wird beispielsweise die Steuerung der EIN/AUS-Leitungszustände einzelner Wechselrichterschalter, die sich innerhalb des Wechselrichter-Moduls befinden, dazu verwendet, eine Eingangswechselspannung der elektrischen Maschine bei Betrieb als Generator gleichzurichten, wobei das Wechselrichter-Modul eine Ausgangsgleichspannung erzeugt. Die Gleichstrom-Ausgangsspannung wird anschließend zum Wiederaufladen der einzelnen Batteriezellen des oben erwähnten Batteriesatzes verwendet. Die Steuerung derselben Wechselrichterschalter während der Betriebsarten Antrieb/Motor wird verwendet, um eine Eingangsgleichspannung vom Gleichspannungs-Bus/Batteriepaket zu invertieren und dadurch eine Ausgangswechselspannung bereitzustellen, die für die Speisung der elektrischen Maschine geeignet ist.
  • Zusätzlich kann der Spannungspegel auf dem Gleichspannungsbus mit einem Gleichspannungswandler geregelt werden. Ein solcher Baustein enthält eine weitere Gruppe von Halbleiterschaltern, deren EIN/AUS-Leitungszustände als Reaktion auf eine DC-Eingangsspannung gesteuert werden, um eine erforderliche DC-Ausgangsspannung zu erreichen. Elektrische Antriebssysteme können mit relativ niedrigen Drehmoment-/Leistungspegeln über einen wesentlichen Teil eines Antriebszyklus arbeiten, z.B. in Elektrofahrzeuganwendungen. Ein verkleinerter DC/DC-Wandler ist daher eine praktikable Hardware-Option für solche Anwendungen, wobei ein solcher Ansatz z.B. im United States Patent No. 10,110,103 B1 nach Hao et al. verwendet wird, das hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird. Während das Drehmomentverhalten im oberen Drehzahlbereich infolge der Verwendung eines solchen verkleinerten Wandlers bis zu einem gewissen Grad geopfert wird, hat das reduzierte Drehmomentverhalten den damit verbundenen Vorteil, dass die Gesamteffizienz des elektrischen Antriebssystems verbessert wird.
  • BESCHREIBUNG
  • Hierin wird ein Steuerungsverfahren zur Verwendung mit einem elektrischen Antriebssystem offengelegt. Das elektrische Antriebssystem umfasst ein wiederaufladbares Batteriepaket oder ein anderes Energiespeichersystem, einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler („DC-DC“), einen Bypass-Schalter, ein Traktionsstrom-Inverter-Modul („TPIM“), eine rotierende elektrische Maschine und einen Regler. Der Wandler kann in verschiedenen Ausführungsformen als Abwärts/Aufwärtswandler, Abwärts- oder Aufwärtswandler eingerichtet sein und ist daher in der Lage, eine gegebene DC-Eingangsspannung je nach Betriebsart und Wandlerkonfiguration selektiv zu reduzieren und/oder zu erhöhen. Zusätzlich wird der Wandler im Vergleich zu einem „Worst-Case“-Basisdimensionierungsszenario verkleinert, bei dem der Wandler auf einen Spitzenleistungsbedarf der elektrischen Maschine dimensioniert wird.
  • Der Regler regelt den laufenden Betrieb der TPIM/elektrischen Maschine und des Abwärts/Aufwärtswandlers mit Hilfe einer Verlustkarte, z.B. einer Reihe von Lookup-Tabellen, die im Speicher des Reglers programmiert sind. Bei der vorliegenden Methode wird eine DC-Ausgangsspannung des Wandlers auf eine minimale, aus der Verlustkarte ausgewählte Verlustspannung geregelt. Auf diese Weise ist der Regler in der Lage, die Energieeffizienz zu optimieren und die Gesamtantriebsleistung des elektrischen Antriebssystems zu verbessern.
  • Um einen reaktionsschnellen Betrieb einer elektrischen Maschine bei Spitzenleistungen zu gewährleisten, enthält ein elektrisches Antriebssystem normalerweise einen Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, der so bemessen und ausgelegt ist, dass er dem Spitzenleistungsbedarf entspricht. Die Dimensionierung auf den Spitzenleistungsbedarf führt jedoch zu elektrischen Verlusten innerhalb des Wandlers und der zugehörigen leistungselektronischen Komponenten. Zum Beispiel treten größenproportionale elektrische Verluste innerhalb einer relativ massiven Induktionsspule des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers auf. Eine Verkleinerung der Induktorspule reduziert solche Verluste proportional. Ebenso kann eine Kondensatorbank, die als Teil der Wandler-Hardware verwendet wird, in ähnlicher Weise verkleinert werden. Elektrische Verluste treten auch innerhalb der einzelnen Halbleiterschalter des Wandlers auf, wenn auch in geringerem Maße. Der vorliegende Wandler wird daher im Vergleich zur typischen spitzenleistungsbasierten Alternative verkleinert, z.B. von etwa 90-100kW auf etwa 20-30kW in einer beispielhaften Ausführung.
  • Wenn der Wandler als Abwärts/Aufwärtswandler ausgeführt ist, wird der Wandler während der Motorbetriebsarten unter Betriebsbedingungen mit niedriger Drehzahl/niedrigem Drehmoment im verfügbaren Abwärtswinkelsystem betrieben. Ein solcher Modus reduziert den Spannungspegel des Gleichspannungsbusses. Derselbe Wandler kann unter Hochgeschwindigkeits-/Niedrigleistungsbedingungen im Boost-Modus betrieben werden, um die Spannung des Gleichspannungs-Zwischenkreises zu erhöhen. Während der Regenerierungsmodi, in denen das Batteriepaket wieder aufgeladen wird, wird der Wandler bei niedriger Drehzahl/niedrigem Drehmoment im Boost-Modus und bei hoher Geschwindigkeit/niedrigem Strom im Buck-Modus betrieben. Die jeweilige Steuerspannung des Wandlers wird, wie oben erwähnt, gemäß dem Verlustkennfeld nach der vorliegenden Methode bestimmt.
  • Wenn der Wandler alternativ als verkleinerter Abwärts/Abwärtswandler eingerichtet ist, d.h. keinen Boost-Modus besitzt, kann der Wandler selektiv überbrückt werden, wenn der oben beschriebene Abwärts/Aufwärtswandler ansonsten im Boost-Modus arbeiten würde. Wenn es sich bei dem Wandler um einen verkleinerten Aufwärtswandler ohne Abwärtsregler handelt, wird der Wandler in ähnlicher Weise überbrückt, wenn der oben beschriebene Abwärts-Abwärts/Aufwärtsregler ansonsten im Abwärtsregler-Modus arbeiten würde. Mit anderen Worten, ein reiner Tiefsetz- oder Hochsetzsteller hat keinen Hochsetz- bzw. Tiefsetzsteller-Modus, und wenn der hier beschriebene Algorithmus den Betrieb in einem nicht verfügbaren Modus erfordert, kann der Wandler zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades überbrückt werden.
  • In einer beispielhaften Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens ermittelt der Regler eine aktuelle Betriebsart (Regenerieren oder Antreiben), eine Solldrehzahl und ein Solldrehmoment der elektrischen Maschine. Aus diesen Eingangswerten errechnet der Regler die erforderliche Ausgangsleistung des Gleichspannungswandlers. Der Regler vergleicht dann die erforderliche Ausgangsleistung mit einem kalibrierten Leistungsschwellenwert, z.B. 30kW. Der Wandler wird oberhalb der kalibrierten Leistungsschwelle selektiv überbrückt, indem der Überbrückungsschalter geschlossen wird. Unterhalb des kalibrierten Leistungsschwellwerts greift der Regler auf die Verlustkarte zu, z.B. auf eine oder mehrere Nachschlagetabellen, die die bei verschiedenen Ausgangsspannungen des Wandlers auftretenden Leistungsverluste auflisten, und wählt dann die minimale Verlustspannung aus der Verlustkarte aus. Mit anderen Worten, es können kalibrierte Verlustwerte für jede einer Vielzahl von Ausgangsspannungen des Abwärts/Aufwärtswandlers aufgezeichnet werden. Die minimale Verlustspannung ist somit eine ausgewählte der Ausgangsspannungen mit der geringsten Größe der kalibrierten Verlustwerte.
  • Danach regelt der Regler die tatsächliche Ausgangsspannung des Wandlers entweder im Abwärts- oder im Aufwärtsmodus oder er umgeht den Wandler, wenn der erforderliche Modus für die gegebene Wandlerkonfiguration nicht verfügbar ist. Der Abwärts-, Aufwärts- oder Umgehungsmodus wird auf der Grundlage der gewünschten Betriebsart des elektrischen Antriebssystems, d.h. Motorbetrieb oder Regeneration, ausgewählt. Die Wahl des Modus hängt auch davon ab, ob die aus der Verlustkarte ermittelte minimale Verlustspannung kleiner als die Zwischenkreisspannung ist. Danach generiert der Regler Befehle für die Steuerung der elektrischen Maschine auf der Grundlage der Gleichstrom-Busspannung und des Drehmoments und der Geschwindigkeit der elektrischen Maschine für die Direktachse („d-Achse“) und die Quadraturachse („q-Achse“).
  • Der Überbrückungsschalter kann so gesteuert werden, dass die Spannung über die Überbrückungsschalter ausgeglichen wird, d.h. die Ausgangsspannung des Batteriepakets („Batteriespannung“) und die Gleichstrom-Busspannung. Der Umgehungsschalter kann optional als mechanisches Relais ausgeführt werden, um die Komponentenkosten zu minimieren und den Innenwiderstand zu minimieren, wenn sich der Umgehungsschalter in einem EIN/leitenden Zustand befindet. Es ist wünschenswert, den Überbrückungsschalter sofort zu schließen, wenn die Spannung über dem Überbrückungsschalter ausgeglichen ist. Eine typische Öffnungszeit eines mechanischen Relais liegt jedoch in der Größenordnung von 5-10 ms. Daher kann die PWM-Steuerung über entworfene Wandlerschalter in bestimmten Ausführungsformen verwendet werden, um die Spannung über dem Überbrückungsschalter, wie hier dargelegt, richtig auszugleichen.
  • Der verkleinerte DC-DC-Wandler ist ein bidirektionaler Wandler, der Wandlerschalter, z.B. MOSFETS in bestimmten Ausführungsformen, verwenden kann, wobei Galliumnitrid („GaN“) und Siliziumkarbid („SiC“) zwei mögliche Konstruktionsmaterialien der Wandlerschalter sind. Der Überbrückungsschalter kann ein mechanisches Schütz oder ein Halbleiterschalter sein.
  • Ein Verfahren zur Steuerung des elektrischen Antriebssystems beinhaltet die Berechnung einer erforderlichen Ausgangsleistung des Wandlers über eine Steuerung auf der Grundlage eines angeforderten Betriebsmodus, einer Sollgeschwindigkeit und eines Solldrehmoments der elektrischen Maschine. Das Verfahren umfasst auch den Vergleich der erforderlichen Ausgangsleistung mit einem kalibrierten Leistungsschwellenwert und die Steuerung des Wandlers über den Regler. Die Steuerung des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers umfasst, wenn die erforderliche Ausgangsleistung den kalibrierten Leistungsschwellenwert überschreitet, das Schließen des Umgehungsschalters über den Regler, um dadurch den Wandler zu umgehen. Wenn die erforderliche Ausgangsleistung kleiner als der kalibrierte Leistungsschwellenwert ist, bestimmt der Regler aus einem Verlustkennfeld eine minimale Verlustspannung und verwendet danach die minimale Verlustspannung als Zielsteuerspannung des Wandlers, um dadurch den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebssystems zu optimieren.
  • Es wird auch ein Fahrzeug offengelegt, das ein oder mehrere Straßenräder und das elektrische Antriebssystem umfasst. In dieser Ausführungsform berechnet der Regler eine erforderliche Ausgangsleistung des Abwärts/Aufwärtswandlers auf der Grundlage einer angeforderten Ausgangsdrehzahl und eines Drehmoments der elektrischen Maschine. Wenn die erforderliche Ausgangsleistung kleiner als ein kalibrierter Leistungsschwellenwert ist, bestimmt der Regler anhand einer Verlustkarte eine minimale Verlustspannung des elektrischen Antriebssystems. Das Verlustkennfeld enthält kalibrierte Verlustwerte für jede einer Vielzahl von Ausgangsspannungen des Wandlers. Die minimale Verlustspannung ist eine der Ausgangsspannungen, die unter den kalibrierten Verlustwerten die geringste Größe hat. Zusätzlich verwendet der Regler die minimale Verlustspannung als Ziel-Steuerspannung des Wandlers, was den Betrieb des Wandlers im Abwärts- oder Aufwärts-Modus einschließen kann, falls verfügbar.
  • Die oben genannten und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenlegung ergeben sich ohne weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen für die Durchführung der Offenbarung, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Figuren aufgenommen wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems mit einem verkleinerten DC-DC-Wandler, der nach der hier beschriebenen Methode gesteuert wird.
    • 1A und 1B sind schematische Darstellungen eines alternativen Abwärts- bzw. Aufwärtswandlers, der als Teil des elektrischen Antriebssystems von 1 verwendet werden kann.
    • 2 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Dual-Loop-Regelungslogik, die für die Ausführung des vorliegenden Verfahrens verwendbar ist.
    • 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Regelung des verkleinerten Gleichspannungswandlers und der rotierenden elektrischen Maschine aus 1 nach einer Mindestverlustspannung beschreibt.
  • Die vorliegende Offenbarung ist anfällig für verschiedene Modifikationen und alternative Formen, und einige repräsentative Ausführungsformen wurden als Beispiel in den Figuren gezeigt und werden hier ausführlich beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die neuartigen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die in den Figuren dargestellten besonderen Formen beschränkt sind. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Permutationen, Kombinationen, Unterkombinationen und Alternativen umfassen, die in den Geist und den Anwendungsbereich der Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten in den verschiedenen Ansichten beziehen, zeigt 1 eine mobile Plattform 10 mit einem Aufbau 11 und einem elektrischen Antriebssystem 15. Die mobile Plattform 10 kann wahlweise als Kraftfahrzeug, Roboter usw. ausgeführt sein und somit in solchen Ausführungen mit Straßenrädern 12 in Rollkontakt mit einer Fahrbahn 14 ausgestattet sein. Während die mobile Plattform 10 ein mögliches Beispiel für ein System ist, das vom elektrischen Antriebssystem 15 profitiert, können auch andere vorteilhafte Anwendungen für das elektrische Antriebssystem 15 in Betracht gezogen werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf stationäre Kraftwerke, mobile Plattformen und andere Arten von Land-, Luft- oder Wasserfahrzeugen.
  • Das elektrische Antriebssystem 15 umfasst eine mehrphasige elektrische Maschine („ME“) 16 mit einer drehbaren Abtriebswelle 18. Wenn die elektrische Maschine 16 durch Anlegen einer mehrphasigen/wechselnden Stromspannung („VAC“) an die einzelnen Phasenwicklungen 48 der elektrischen Maschine 16 erregt wird, wird ein Ausgangsdrehmoment (Pfeil TM ) erzeugt und über die Ausgangswelle 18 an eine gekoppelte Last, wie z.B. an die Laufräder 12 in der abgebildeten Fahrzeuganwendung, abgegeben. Die elektrische Maschine 16 kann wahlweise als Drehstrom-/Mehrphasenmotor oder Motor/Generator-Einheit ausgeführt werden, wobei jede der Phasenwicklungen 48 einen entsprechenden Phasenstrom führt.
  • Das elektrische Antriebssystem 15 von 1 umfasst ein Batteriepaket 20 oder ein anderes anwendungsgerechtes Energiespeichersystem. Das elektrische Antriebssystem 15 umfasst auch einen Gleichstrom/Gleichstrom („DC-DC“)-Wandler 30 und ein Traktionsstrom-Inverter-Modul („TPIM“) 40. Wie nachstehend beschrieben, kann der Wandler 30 auf verschiedene Weise als Abwärts/Aufwärtswandler (1), Abwärtswandler (1A) oder Aufwärtswandler (1B) ausgeführt sein, wobei die offenbarte Methode 100 für jede der verschiedenen Ausführungsformen angepasst werden kann. Der Batteriesatz 20 enthält eine Vielzahl von Batteriezellen 22, z.B. wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batteriezellen, die in einem Stapel angeordnet sind, und einen Kondensator 24, der parallel zu den Batteriezellen 22 angeordnet ist. Die Anzahl und Anordnung der Batteriezellen 22 kann je nach Verwendungszweck variieren, z.B. bei sechsundneunzig oder mehr solcher Batteriezellen 22, die in bestimmten Hochspannungsanwendungen eingesetzt werden. Eine Batteriespannung (Vbat +, Vbat -) wird jeweils an die positiven und negativen Batteriespannungsschienen 19+ und 19- geliefert, wobei eine Gleichstrom-Busspannung (Vdc + und Vdc') auf den Wechselrichter-Busschienen 31+ und 31- stromabwärts, d.h. auf der Ausgangsseite des Gleichstromwandlers 30, vorhanden ist. Wenn der Gleichspannungswandler 30 aktiv ist und der Überbrückungsschalter S0 offen ist, unterscheidet sich die Batteriespannung (Vbat +, Vbat -) von der Gleichspannungs-Busspannung (Vdc +, Vdc -) je nach dem für den Gleichspannungswandler 30 verwendeten Steuerschema.
  • Das TPIM 40, das elektrisch mit den Phasenwicklungen 48 der elektrischen Maschine 16 verbunden ist, enthält eine erste Mehrzahl von Halbleiterschaltern 44, im folgenden der Übersichtlichkeit halber als Wechselrichterschalter 44 bezeichnet. Die Wechselrichterschalter 44 sind wie dargestellt in oberen und unteren Sätzen angeordnet, wobei sich die Begriffe „obere“ und „untere“ auf die Wechselrichterschalter 44 beziehen, die mit den positiven und negativen Wechselrichter-Sammelschienen 31+ bzw. 31- verbunden sind. Die Wechselrichterschalter 44 können als spannungsgesteuerte bipolare Schaltvorrichtungen in Form von Bipolartransistoren mit isoliertem Gate („IGBTs“), Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren („MOSFETs“), Breitband-Lückenbauelementen oder anderen geeigneten Schaltern mit einem entsprechenden Gate-Anschluss („G“) ausgeführt sein, an den ein Gate-Spannungssignal (Pfeil GC) angelegt wird, um den entsprechenden EIN/AUS-Zustand der Wechselrichterschalter 44 zu ändern.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist der Gleichspannungswandler 30 optional als Abwärts/Aufwärtswandler mit einem weiteren Satz Halbleiterschalter 34, im folgenden Wechselrichterschalter 34 genannt, eingerichtet. Wie zu würdigen ist, handelt es sich bei den Abwärts- und Aufwärtsmodi eines solchen Wandlers 30 um spannungsreduzierende bzw. spannungserhöhende Betriebsarten. Wie die Wechselrichterschalter 44 können auch die Wechselrichterschalter 34 aus hocheffizienten Schaltern wie Galliumnitrid- („GaN“) oder Siliziumkarbid- („SiC“) MOSFETs, IGBTs oder anderen geeigneten Schaltbauelementen bestehen, die in oberen und unteren Schaltsätzen angeordnet sind. Jeder der oberen Wechselrichterschalter 34 ist mit einem entsprechenden der unteren Wechselrichterschalter 34 über einen entsprechenden Spannungszweig 37A und 37B verbunden, wobei sich zwischen den Spannungszweigen 37A und 37B eine Induktionsspule 36 erstreckt.
  • Der DC-DC-Wandler 30 von 1 enthält zusätzlich einen Bypass-Schalter 32, der der Übersichtlichkeit halber ebenfalls mit S0 beschriftet ist. Der Überbrückungsschalter 32 wird als Reaktion auf Schaltsteuersignale (Pfeil CC), die von einem Regler (C) 50 übertragen werden, selektiv geöffnet oder geschlossen. Der Umgehungsschalter 32 kann wahlweise aus einem elektromechanischen Relais, z.B. einem bidirektionalen mechanischen GaN- oder SiC-Relais, aufgebaut sein. Der Umgehungsschalter 32 ist zwischen der positiven Batteriespannungsschiene 19+ und der positiven Wandlerspannungsschiene 31+ angeordnet. Das Schließen des Umgehungsschalters 32 als Reaktion auf die Schaltsteuersignale (Pfeil CC) bewirkt somit die Umgehung des Wandlers 30, wobei die besonderen Bedingungen, die das Schließen des Umgehungsschalters 32 und die daraus resultierende Umgehung des Wandlers 30 erfordern, in Echtzeit von der Steuerung 50 wie unten mit Bezug auf 3 bestimmt werden.
  • Kurz auf 1A und 1B verwiesen, kann der DC-DC-Wandler 30 alternativ als verkleinerter Abwärts-Abwärtswandler (1A) oder verkleinerter Aufwärtswandler (1B) eingerichtet werden. Die Ausführungsform von 1A arbeitet während der Fahrmodi bei niedriger Geschwindigkeit/niedrigem Drehmoment, um die Wechselrichter-Busspannung vom Niveau der Batteriespannung auf einen niedrigeren Wert zu reduzieren, in einem Regenerationsmodus bei hoher Geschwindigkeit/niedrigem Strom, um die Wechselrichter-Busspannung zwischen den Wechselrichter-Busschienen 31+ und 31- auf das Niveau der Batteriespannung zu reduzieren, und kann unter anderen Bedingungen selektiv überbrückt werden. Die Hochsetzsteller-Variante von 1B kann unter Hochgeschwindigkeits-/Niedrigleistungsbedingungen während der Fahrmodi betrieben werden, um die Wechselrichter-Busspannung vom Niveau der Batteriespannung auf einen höheren Wert anzuheben, während der Regenerationsmodi unter Niedriggeschwindigkeits-/Niedrigdrehmomentbedingungen, um die Wechselrichter-Busspannung auf ein Batteriespannungsniveau anzuheben, und kann unter anderen Bedingungen selektiv überbrückt werden. Wie bei 1 verwenden die Ausführungsformen von 1A und 1B den Schalter S0 als Bypass-Schalter, um den DC-DC-Wandler 30 zu umgehen.
  • Der Regler 50 steht über einen Controller Area Network („CAN“)-Bus oder einen anderen Kommunikationsbus mit der elektrischen Maschine 16 in Verbindung und kann als Einzelgerät oder als verteiltes Steuergerät eingerichtet werden. Obwohl in 1 weggelassen, kann die Konnektivität des Reglers 50 mit dem elektrischen Antriebssystem 15 Übertragungsleiter und/oder drahtlose Steuerverbindungen oder Pfade umfassen, die für die Übertragung und den Empfang der Steuersignale geeignet sind (Pfeil CC). Der Regler 50 kann einen Prozessor (P) und einen fühlbaren, nicht vorübergehenden Speicher (M), einschließlich eines Festwertspeichers in Form eines optischen, magnetischen oder Flash-Speichers, enthalten. Der Regler 50 enthält außerdem eine ausreichende Menge an Speicher mit wahlfreiem Zugriff und elektrisch löschbaren, programmierbaren Festwertspeicher sowie einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Analog-Digital- und Digital-Analog-Schaltkreise und Ein-/Ausgabeschaltkreise und -vorrichtungen sowie geeignete Signalkonditionierungs- und Pufferschaltkreise. Computerlesbare Befehle werden in einem Speicher (M) aufgezeichnet, der ein Verfahren 100 verkörpert, wobei die Ausführung dieser Logik durch den Prozessor (P) bewirkt, dass der Regler 50 den Fluss der elektrischen Leistung innerhalb des elektrischen Antriebssystems 15 steuert.
  • Bei der vorliegenden Methode 100 ist der Regler 50 so programmiert, dass er ein vom Bediener angefordertes oder autonom erzeugtes befohlenes Motordrehmoment empfängt (Pfeil T16 ). Ein solcher Wert kann von einem Motorregelprozessor (nicht abgebildet) der elektrischen Maschine 16 zur Verfügung gestellt werden, z.B. mit Hilfe einer Lookup-Tabelle, die durch die Leistung und die Solldrehzahl (Pfeil N16 ) der elektrischen Maschine 16 indiziert oder referenziert ist. Der Regler 50 verwendet das Soll-Motordrehmoment (Pfeil T16 ) und die Soll-Drehzahl (Pfeil N16 ) des Motors, um genau zu bestimmen, wann der Überbrückungsschalter 32 nach der Methode 100 zu öffnen oder zu schließen ist. Dies geschieht wie unten beschrieben auf der Grundlage einer Mindestverlustspannung, die aus einer im Speicher (M) gespeicherten oder anderweitig vom Regler 50 zugänglichen Verlustkarte 52 entnommen wird.
  • 2 zeigt beispielhaft die Zweikreis-Regelungslogik 50L für die Umsetzung des vorliegenden Verfahrens 100 über den Regler 50 aus 1 bei der Festlegung einer von zwei unterschiedlichen Betriebsarten des elektrischen Antriebssystems 15, d.h. Fahren und Regenerieren. Zur Veranschaulichung der Konsistenz wird die Regelung für eine Buck-Boost-Ausführung des DC-DC-Wandlers 30 beschrieben, wobei Modifikationen für die alternativen Buck- und Boost-Ausführungen der jeweiligen 1A und 1B möglich sind.
  • Im Motorbetrieb, d.h. wenn die elektrische Maschine 16 in ihrer Eigenschaft als elektrischer Fahrmotor unter Betriebsbedingungen mit niedriger Geschwindigkeit/niedrigem Drehmoment erregt wird, betreibt der Regler 50 den Gleichspannungswandler 30 im Gegentaktbetrieb. Durch diesen Regelvorgang wird die Zwischenkreisspannung zwischen den Wandler-Sammelschienen 31+ und 31- von 1 wirksam reduziert. Unter Hochgeschwindigkeits-/Niedrigleistungs-Betriebsbedingungen betreibt der Regler 50 den Wandler 30 im Boost-Modus, um die Zwischenkreisspannung zu erhöhen. Im Rückspeisebetrieb betreibt der Regler 50 den Wandler 30 im Boost-Modus bei niedrigen Drehzahlen/niedrigem Drehmoment und im Buck-Modus bei hohen Drehzahlen/niedriger Leistung.
  • Die Steuerlogik 50L ermöglicht die Wirkungsgradoptimierung des elektrischen Antriebssystems 15 aus 1 auf der Grundlage des befohlenen Drehmoments (Pfeil T16 ) und der Geschwindigkeit (Pfeil N16 ) sowie der oben erwähnten Verlustkarte 52. Für jede Kombination von Eingangsdrehzahl und Drehmomentsollwert wertet der Regler 50 die Größen verschiedener vorbestimmter Leistungsverluste aus, die im Verlustkennfeld für einen Bereich verschiedener Ausgangsspannungen des Gleichspannungswandlers 30, z.B. 100-500V, aufgezeichnet sind. Der Minimalwert in der Verlustkarte 52 hat eine entsprechende Spannung, die hier als „minimale Verlustspannung“ bezeichnet wird. Der Regler 50 verwendet diesen Wert als Ziel-/Steuerspannung für den Wandler 30 und passt auch die d-Achsen- und q-Achsen-Befehle an die elektrische Maschine 16 je nach Bedarf auf der Grundlage von Drehzahl, Drehmoment und minimaler Verlustspannung an.
  • In der beispielhaften Ausführung der Steuerlogik 50L empfängt ein elektronisches Steuermodul („ECM“) 150, d.h. eine Logik- und Hardwarekomponente des Reglers 50 aus 1, die zur Steuerung des Betriebs des in 2 ganz rechts dargestellten Gleichspannungswandlers 30 verwendet wird, das Soll-Drehmoment (Pfeil T16 ), die Solldrehzahl (Pfeil N16 ) und die aktuelle Batteriespannung (Vbat) und vergleicht die empfangenen Werte dann mit den Nachschlagetabellen („LUT“), die die Verlustkarte 52 darstellen. Diese Werte können im Fall der Verlustkarte 52 kalibriert oder in Echtzeit für das Soll-Drehmoment, die Soll-Drehzahl und die Batteriespannung gemessen, berechnet oder anderweitig bestimmt werden. Die oben erwähnte minimale Verlustspannung („VMIN-L“) wird, wie oben erwähnt, als Steuerspannung für den DC-DC-Wandler 30 verwendet.
  • Die Verlustkarte 52 gibt die minimale Verlustspannung und, basierend auf dem Drehmoment und der Drehzahl, die aktuelle Betriebsart („OM“), d.h. den oben erwähnten Motor- oder Regenerationsmodus, aus. Das ECM 150 kann die minimale Verlustspannung und den aktuellen Betriebsmodus als Eingangssignale empfangen. Nach dem ECM 150 steuern getrennte Regelkreise L1 bzw. L2 den Betrieb des DC-DC-Wandlers 30 und des TPIM 40 als Reaktion auf die Ausgangssignale des ECM 150.
  • In Bezug auf den Regelkreis L1, der für den DC-DC-Wandler 30 verwendet wird, gibt das ECM 150 ein Steuerspannungssignal CC30 an den Wandler 30 aus, das die minimale Verlustspannung gemäß der Verlustkarte 52 vorgibt. Zum Beispiel kann das Steuerspannungssignal CC30 ein proportionales Spannungssignal sein, das eine bestimmte Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 30 steuert, wobei die Ausgangsspannung gleich der minimalen Verlustspannung ist. Die DC-Zwischenkreisspannung über die Wechselrichter-Zwischenkreisschienen 31+ und 31- wird somit auf die minimale Verlustspannung eingestellt.
  • Noch in Bezug auf 2 regelt der Regelkreis L2 den Betrieb des TPIM 40, das so an den Gleichspannungswandler 30 angeschlossen ist, dass die Regelung der Ausgangsspannung des Wandlers 30 die Eingangsspannung des TPIM 40 beeinflusst und umgekehrt. Das TPIM 40 ist an die Phasenleitungen 48 der elektrischen Maschine 16 angeschlossen. Als Teil des Regelkreises L2 gibt das ECM 150 einen q-Achsen-Befehl aus i q *
    Figure DE102020126208A1_0001
    auf einen ersten Knoten N1 und einen d-Achsen-Befehl i d *
    Figure DE102020126208A1_0002
    zu einem zweiten Knoten N1, basierend auf der minimalen Verlustspannung. Wie in der Fachsprache verwendet, bezieht sich der Begriff „d-Achsen-Stromsteuerung“ auf eine flußerzeugende Stromsteuerung, die auf die direkte Achse eines rotierenden dq-Referenzrahmens wirkt, während die q-Achsen-Stromsteuerung (Quadraturachse) der drehmomenterzeugende Strom der elektrischen Maschine 16 ist. Der erste Knoten N1 empfängt auch die Größe des q-Achsen-Stroms als Rückkopplungsterm (iq) von einem Achs-Transformationsblock 66, subtrahiert diesen q-Achsen-Term von dem q-Achsen-Befehl i q *
    Figure DE102020126208A1_0003
    und überträgt die Differenz an einen Proportional-Integral („PI“)-Logikblock 60q. In ähnlicher Weise empfängt der zweite Knoten N2 einen d-Achsen-Strom als Rückkopplungsterm (id) vom Achsenumwandlungsblock 66, subtrahiert den d-Achsen-Rückkopplungsterm (id) vom d-Achsen-Befehl i d *
    Figure DE102020126208A1_0004
    und überträgt die Differenz an einen PI-Logikblock 60d.
  • Innerhalb der PI-Logikblöcke 60q und 60d leitet der Regler 50 eine q-Achsen-Spannung (dq) und eine d-Achsen-Spannung (dd) ab, wobei die q-Achsen-Spannung (dq) und die d-Achsen-Spannung (dd) eine erforderliche Anpassung an die aktuellen Spannungsbefehle an das TPIM 40 darstellen. Die Größe solcher Spannungseinstellungen kann über einen Spannungsbegrenzungsblock („LIM“) 62 begrenzt werden, z.B. unter Verwendung eines Bandpassfilters, und in einen Achs-Transformationsblock 64 eingespeist werden. Innerhalb des Transformationsblocks 64 transformiert der Regler 50 den rotierenden dq-Referenzrahmen in einen festen Referenzrahmen, d.h. den Referenzrahmen αβ. Wie zu schätzen ist, hängt die besondere Wahl der Transformation, die zur Implementierung in der Steuerlogik 50L verwendet wird, von der Wahl des Stromreglers ab, der zur Implementierung der Schleife L2 verwendet wird, wobei die Steuerung im Rahmen von αβ typisch für die Steuerung von mehrphasigen elektrischen Maschinen ist.
  • Die Spannungsausgänge von Block 64 sind also die transformierten Spannungen d∝ und dβ die danach als Steuerspannungen in einen Modulationsblock 65 eingespeist werden, wobei Block 65 ein Pulsweitenmodulationsregler („PWM“) in der dargestellten nicht-limitierenden Ausführung ist. Als Reaktion auf die Steuerspannungen d∝ und dβ gibt der Modulationsblock 65 mehrere Gate-Spannungssignale an die Gate-Anschlüsse (G) der einzelnen Wechselrichterschalter 44 aus (siehe 1). In einer beispielhaften dreiphasigen Ausführungsform der elektrischen Maschine 16 beispielsweise gäbe es sechs solcher Gate-Signale, wie die Zahl „6“ in 2 anzeigt. Das erregte TPIM 40 versorgt danach die elektrische Maschine 16 mit Strom. Die Phasenspannungen werden gemessen/berechnet und in den Phasentransformationsblock 66 eingegeben, zusammen mit einer aktuellen Drehposition (θr) des Rotors 18, die von einem Positionssensor Sp gemessen wird. Der Phasentransformationsblock 66 erzeugt danach die Ströme iq und id der q-Achse und d-Achse als Rückkopplungsterme, die wiederum, wie oben erwähnt, in die Knoten N1 und N2 eingespeist werden.
  • Unter Bezugnahme auf 3 beginnt die Methode 100 nach einer beispielhaften Ausführungsform mit Block B102. Der Regler 50 empfängt die Solldrehzahl (Pfeil N16 ) und das Solldrehmoment (Pfeil T16 ) der elektrischen Maschine 16, wie in 2 dargestellt, was die Verarbeitung des Pedalwegs oder anderer Steuereingaben von einem menschlichen Bediener oder einem autonomen Regler einschließen kann. Der Regler 50 berechnet die erforderliche Eingangsleistung („CALC P“) an die elektrische Maschine 16 unter Verwendung der Solldrehzahl und des Drehmoments, bevor er mit dem Block B104 fortfährt.
  • Im Block B104 vergleicht der Regler 50 die erforderliche Eingangsleistung mit einem kalibrierten Leistungsschwellenwert („P < CAL?“). Der kalibrierte Leistungsschwellenwert kann z.B. 30-40kW in einer Anwendung betragen, in der der Spitzenleistungsbedarf 90-100kW, d.h. 30-40 Prozent der Spitzenleistung, erreichen kann. Die Methode 100 geht zum Block B106 über, wenn die erforderliche Eingangsleistung den Leistungsschwellenwert überschreitet, und alternativ dazu zum Block B110.
  • Der Block B106 beinhaltet die Bestimmung über den Regler 50, ob der DC-DC-Wandler 30 in der aktuellen Betriebsart überbrückt werden muss („OM = DC-DC?“). Block B106 kann die Überprüfung des Zustands des Schalters S0 beinhalten, z.B. mit Hilfe eines an den Schalter S0 gesendeten Steuersignals und/oder der Verarbeitung von Statusbits des Schalters S0 über den Regler 50. Die Methode 100 geht zum Block B108 über, wenn der Wandler 30 nach solchen Kriterien umgangen werden soll. Die Methode 100 geht ansonsten direkt zum Block B128 über.
  • Im Block B108 schließt der Regler 50 als Reaktion auf die in Block B104 getroffene Feststellung, dass die elektrische Maschine 16 über dem oben genannten kalibrierten Leistungsschwellenwert arbeitet, den Überbrückungsschalter 32 von 1 („S0 = 1“), um den Gleichstrom-Gleichstromwandler 30 zu überbrücken, und fährt danach mit Block B128 fort.
  • Block B110 ist analog zu Block B106 und beinhaltet die Bestimmung über den Regler 50, ob der DC-DC-Wandler 30 in der aktuellen Betriebsart aktiv sein muss („OM = DC-DC?“). Die Methode 100 fährt mit Block B112 fort, wenn der Wandler 30 nicht aktiv ist, und alternativ mit Block B114, wenn der Wandler 30 aktiv ist.
  • Block B112 beinhaltet das Öffnen des Umgehungsschalters 32 von 1, bevor mit Block B114 fortgefahren wird.
  • Im Block B114 werden die Verluste des elektrischen Antriebssystems 10 aus 1 anhand der Verlustkarte 52 aus 2 ermittelt. Wie oben erwähnt, liest der Regler 50 die in der Verlustkarte 52 gespeicherten Werte bei verschiedenen möglichen Steuerspannungen des Wandlers 30 bei gleichem Drehmoment- und Drehzahlzustand aus und wählt die minimale Verlustspannung („VMINL“). Die Verlustkennlinie 52 kann auf Verlusten im elektrischen Antriebssystem 15 selbst beruhen oder auf der Eingangsleistung des TPIM 40 oder der Ausgangsleistung des Batteriepakets 20 in verschiedenen Ausführungsformen. Die Methode 100 führt dann zum Block B116.
  • Im Block B116 bestimmt der Regler 50, ob es sich bei der aktuellen Betriebsart um eine Motorbetriebsart („OM =MTR?“) handelt. Die Methode 100 fährt mit dem Block B118 fort, wenn die aktuelle Betriebsart eine Motorisierungsbetriebsart ist, und mit dem Block B119, wenn die aktuelle Betriebsart keine Motorisierungsbetriebsart ist.
  • Im Block B118 vergleicht der Regler 50 die minimale Verlustspannung (VMIN-L) aus Block B114 mit der aktuellen Wandler-Busspannung, die im Block B118 als VINV dargestellt wird, um festzustellen, welcher Wert größer ist, d.h. „VMIN-L < VINV?‟ Die Methode 100 fährt mit Block B120 fort, wenn die minimale Verlustspannung die aktuelle Wandler-Busspannung übersteigt, und alternativ mit Block B122, wenn die Wandler-Busspannung die minimale Verlustspannung übersteigt.
  • Im Block B119 wird die Mindestverlustspannung (VMIN-L) von Block B114 mit der Batteriespannung verglichen, um festzustellen, welcher Wert größer ist, d.h. „VMIN-L < VBAT?‟ Die Methode 100 fährt mit Block B124 fort, wenn die Batteriespannung die Mindestverlustspannung überschreitet, und alternativ mit Block B126, wenn die Mindestverlustspannung die Batteriespannung überschreitet.
  • Block B120 umfasst den Betrieb des DC/DC-Wandlers 30 im Boost-Modus, wenn es sich bei dem Wandler 30 um einen Boost- oder Buck-Boost-Typ handelt, während das elektrische Antriebssystem sich im Motorbetrieb befindet. In einem solchen Modus erhöht der Wandler 30 die Wechselrichter-Busspannung auf die minimale Verlustspannung und fährt dann mit dem Block B128 fort. Wenn der Wandler 30 ein Abwärtswandler ist, enthält Block B120 die Umgehung des Wandlers 30 über den Schalter S0 von 1A.
  • Der Block B122 umfasst den Betrieb des DC/DC-Wandlers 30 im Abwärts/Aufwärts-Modus, während sich das elektrische Antriebssystem im Motorbetrieb befindet, und wenn der Wandler 30 ein Abwärts/Aufwärts- oder Aufwärtswandler ist. In einem solchen Modus reduziert der Wandler 30 die Wechselrichter-Busspannung von ihrem gegenwärtigen Niveau bis auf die minimale Verlustspannung von Block B114 und fährt dann mit Block B128 fort. Wenn der Wandler 30 ein Aufwärtswandler ist, beinhaltet Block B122 die Umgehung des Wandlers 30 über den Schalter S0 von 1A.
  • Im Block B124 betreibt der Regler 50 den DC/DC-Wandler 30 im Boost-Modus, wiederum wenn der Wandler 30 vom Typ Buck-Boost (1) oder Boost (1B) ist, und während sich das elektrische Antriebssystem in einem regenerierenden Modus befindet. In einem solchen Modus erhöht der Wandler 30 die Busspannung auf die Batteriespannung, um die Batterie zu laden, und fährt dann mit dem Block B128 fort. Wenn der Wandler 30 ein Abwärtswandler ist, beinhaltet Block B124 die Umgehung des Wandlers 30 über den Schalter S0 von 1A.
  • Im Block B126 betreibt der Regler 50 den Gleichspannungswandler 30 im Abwärtsreglerbetrieb, während sich das elektrische Antriebssystem in einem Regenerationsbetrieb befindet, vorausgesetzt, der Wandler 30 ist als Abwärts/Aufwärtsregler (1) oder als Abwärtsregler (1A) eingerichtet. Der Wandler 30 reduziert die Busspannung bis auf die Batteriespannung, bevor er B128 weiter blockiert. Block B126 schließt die Umgehung des Wandlers 30 über den Schalter S0 ein, wenn der Wandler 30 ein Aufwärtswandler ist, z.B. wie in 1B dargestellt.
  • Der Block B128 beinhaltet die Generierung der Strombefehle d-Achse und q-Achse, d.h, i d *
    Figure DE102020126208A1_0005
    und i q *
    Figure DE102020126208A1_0006
    basierend auf der Busspannung und dem Soll-Drehmoment und der Soll-Drehzahl der elektrischen Maschine 16.
  • Mit Hilfe der Methode 100 und der Steuerlogik 50L aus 2 kann die Größe des DC-DC-Wandlers 30 effektiv reduziert werden, z.B. auf 20-30kW oder weniger für einen Spitzenleistungsbedarf von 90-100kW. Wie zu schätzen sein wird, benötigen einige Ausführungsformen von Elektrofahrzeugen eine Spitzenleistung von etwa 200kW. Solche Fahrzeuge benötigen jedoch möglicherweise nur 30 kW Leistung für die überwiegende Mehrheit der täglichen Fahrzyklen. Die Verwendung einer 20-30kW-Ausführung des DC-DC-Wandlers 30 im Gegentaktbetrieb in einer solchen Ausführung kann eine 15-prozentige Verlustreduzierung ermöglichen. Diese und andere Vorteile werden angesichts der vorliegenden Enthüllung von einem gewöhnlichen Fachmann auf diesem Gebiet leicht zu schätzen wissen.
  • Während Aspekte der vorliegenden Offenlegung unter Bezugnahme auf die illustrierten Ausführungsformen detailliert beschrieben wurden, werden diejenigen, die sich in dem Fachgebiet auskennen, erkennen, dass viele Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung beschränkt sich nicht auf die hierin offen gelegte genaue Konstruktion und Zusammensetzung; Modifikationen, Änderungen und/oder Variationen, die sich aus den vorstehenden Beschreibungen ergeben, fallen in den Anwendungsbereich der Offenbarung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert. Darüber hinaus können die vorliegenden Konzepte ausdrücklich Kombinationen und Unterkombinationen der vorstehenden Elemente und Merkmale einschließen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 10110103 B1 [0003]

Claims (10)

  1. Ein elektrisches Antriebssystem, umfassend: einen Spannungsbus mit positiven und negativen Busschienen und einer Gleichstrom-Busspannung über die Busschienen; ein Batteriepaket, das zwischen die positive und negative Busschiene des Spannungsbusses geschaltet ist und eine Batteriespannung liefert; einem Gleichstrom/Gleichstrom („DC-DC“)-Wandler, der einen Satz Halbleiterschalter enthält, die zwischen der positiven und negativen Busschiene angeschlossen sind, und der einen Bypass-Schalter hat, der mit der positiven Busschiene verbunden ist; ein Traktionsleistungs-Wechselrichtermodul („TPIM“) mit einer Gleichstromseite, die mit dem Abwärts/Aufwärtswandler bei einer Wechselrichter-Busspannung verbunden ist, und mit einer Wechselstromseite („AC“), wobei das TPIM so eingerichtet ist, dass es die Gleichstrom-Wechselrichterspannung gleichrichtet, um dadurch eine Wechselstrom-Busspannung zu erzeugen; eine rotierende elektrische Maschine, die mit der Wechselstromseite des TPIM verbunden ist und über die Wechselstrom-Busspannung gespeist wird; und einen Regler, der so eingerichtet ist, dass er eine erforderliche Ausgangsleistung des Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlers auf der Grundlage eines angeforderten Betriebsmodus, einer Solldrehzahl und eines Solldrehmoments der elektrischen Maschine berechnet, um die erforderliche Ausgangsleistung mit einem kalibrierten Leistungsschwellenwert zu vergleichen, und wenn die erforderliche Ausgangsleistung den kalibrierten Leistungsschwellenwert überschreitet, den Überbrückungsschalter zu schließen und dadurch den DC-DC-Wandler zu umgehen; und wenn die erforderliche Ausgangsleistung kleiner als die kalibrierte Leistungsschwelle ist, eine Mindestverlustspannung aus einer Verlustkarte zu bestimmen und danach die Mindestverlustspannung als Zielsteuerspannung des Gleichspannungswandlers zu verwenden, um dadurch den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebssystems zu optimieren.
  2. Das elektrische Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei der Regler so eingerichtet ist, dass er d-Achsen- und q-Achsen-Befehle zur Steuerung des TPIM und der elektrischen Maschine auf der Grundlage des befohlenen Drehmoments, der befohlenen Geschwindigkeit und der minimalen Verlustspannung erzeugt.
  3. Das elektrische Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei der Regler so eingerichtet ist, dass er Steuersignale der Pulsbreitenmodulation („PWM“) an das Paar der Halbleiterschalter des Gleichspannungswandlers überträgt, um dadurch die Gleichstrom-Busspannung mit der Batteriespannung vor dem Öffnen oder Schließen des Umgehungsschalters auszugleichen.
  4. Das elektrische Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei der Umgehungsschalter ein mechanisches Relais oder bidirektionale Halbleiterschalter ist.
  5. Das elektrische Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Halbleiterschalter im Gleichspannungswandler bidirektionale Gallium-Nitrid- oder Siliziumkarbid-Schalter sind.
  6. Das elektrische Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei die Verlustkarte eine Nachschlagetabelle enthält, die mit kalibrierten Verlustwerten für jede einer Vielzahl von Ausgangsspannungen des Gleichspannungswandlers gefüllt ist, und wobei die minimale Verlustspannung eine ausgewählte der Ausgangsspannungen ist, die unter den kalibrierten Verlustwerten die geringste Größe hat.
  7. Das elektrische Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei der Regler eine Steuerlogik mit einer ersten Regelschleife enthält, in der der Regler den Betrieb des Gleichspannungswandlers über die Mindestverlustspannung regelt, und einer zweiten Regelschleife, in der der Regler den Betrieb des TPIM über einen Proportional-Integral-Stromregler regelt.
  8. Das elektrische Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei der Gleichspannungswandler als Abwärts/Aufwärtswandler oder als Aufwärtswandler eingerichtet ist und der Regler so eingerichtet ist, dass er die Wechselrichter-Busspannung auf die minimale Verlustspannung erhöht, wenn der Betriebsmodus der Motormodus ist, die Sollgeschwindigkeit über einem Geschwindigkeitsschwellenwert liegt und die erforderliche Ausgangsleistung kleiner als der kalibrierte Leistungsschwellenwert ist.
  9. Das elektrische Antriebssystem nach Anspruch 8, wobei in einem Regenerierungsmodus der Regler so eingerichtet ist, dass er die Wechselrichter-Busspannung auf die Batteriespannung anhebt, wenn die Sollgeschwindigkeit unter einem Geschwindigkeitsschwellenwert liegt und die erforderliche Ausgangsleistung kleiner als ein kalibrierter Leistungsschwellenwert ist.
  10. Das elektrische Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei der Gleichspannungswandler als Abwärts/Aufwärtswandler oder als Aufwärts/Abwärtswandler eingerichtet ist und im Fahrbetrieb der Regler so eingerichtet ist, dass er die Wechselrichter-Busspannung auf die minimale Verlustspannung absenkt, wenn die Solldrehzahl unter einer Drehzahlschwelle liegt und das erforderliche Ausgangsdrehmoment kleiner als eine Drehmomentschwelle ist.
DE102020126208.6A 2019-11-06 2020-10-07 Betriebsmodus-optimierung für elektrisches antriebssystem mit verkleinertem gleichstrom-gleichstrom-wandler Pending DE102020126208A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/675,730 2019-11-06
US16/675,730 US11254223B2 (en) 2019-11-06 2019-11-06 Operating mode optimization for electric propulsion system with downsized DC-DC converter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020126208A1 true DE102020126208A1 (de) 2021-05-06

Family

ID=75485368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020126208.6A Pending DE102020126208A1 (de) 2019-11-06 2020-10-07 Betriebsmodus-optimierung für elektrisches antriebssystem mit verkleinertem gleichstrom-gleichstrom-wandler

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11254223B2 (de)
CN (1) CN112787510A (de)
DE (1) DE102020126208A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT525897B1 (de) * 2022-03-07 2023-09-15 Avl List Gmbh Verfahren und System zum Optimieren der Systemeffizienz eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs
EP4297262A1 (de) * 2022-06-21 2023-12-27 Airbus S.A.S. Multifunktionaler halbleiterschaltkreis
CN116317714A (zh) * 2023-01-12 2023-06-23 无锡星驱动力科技有限公司 电机控制器及其控制方法及电动汽车

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9012365D0 (en) * 1990-06-02 1990-07-25 Jaguar Cars Motor vehicles
JP3987949B2 (ja) * 2001-02-26 2007-10-10 サンケン電気株式会社 交流直流変換回路
US7138730B2 (en) * 2002-11-22 2006-11-21 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Topologies for multiple energy sources
JP2006340448A (ja) * 2005-05-31 2006-12-14 Toshiba Corp 電動機制御装置
CN101401287B (zh) * 2006-03-22 2013-05-01 三菱电机株式会社 双向升降压dcdc转换器装置、铁路车辆驱动控制系统及电气铁路供电系统
US8065562B2 (en) * 2009-06-26 2011-11-22 Seagate Technology Llc Systems, methods and devices for backup power control in data storage devices
JP5493532B2 (ja) * 2009-07-17 2014-05-14 富士電機株式会社 負荷駆動装置及びこれを使用した電気自動車
JP5185328B2 (ja) * 2010-06-17 2013-04-17 Ｔｄｋラムダ株式会社 Ｄｃｄｃコンバータ
US9526135B2 (en) * 2010-11-03 2016-12-20 Philips Lighting Holding B.V. Driver device and driving method for driving a load, in particular an LED unit
US8536818B2 (en) * 2010-11-04 2013-09-17 GM Global Technology Operations LLC Control of a traction power inverter module in a vehicle having an electric traction motor
US8817490B2 (en) * 2011-06-13 2014-08-26 Tdk Corporation DC-DC converter
US9281762B2 (en) * 2013-11-06 2016-03-08 Rockwell Automation Technologies, Inc. Systems and methods for manufacturing a pre-charge circuit module
US9141177B1 (en) * 2014-03-21 2015-09-22 Western Digital Technologies, Inc. Data storage device employing glitch compensation for power loss detection
US9387766B2 (en) * 2014-09-11 2016-07-12 GM Global Technology Operations LLC Vehicle with selectively enabled boost converter
CN108352799A (zh) * 2015-11-04 2018-07-31 三菱电机株式会社 车用电动机控制装置及车用电动机控制方法
US10576828B2 (en) * 2017-01-12 2020-03-03 Ford Global Technologies, Llc Variable voltage converter modulation obtaining lower minimum boost ratio
US10272785B2 (en) * 2017-01-31 2019-04-30 Ford Global Technologies, Llc Fault detection of a bypass diode in a variable voltage convert system
US20170201170A1 (en) * 2017-03-26 2017-07-13 Ahmed Fayez Abu-Hajar Method for generating highly efficient harmonics free dc to ac inverters
JP7093761B2 (ja) * 2017-05-15 2022-06-30 ダイナパワー カンパニー エルエルシー 光起電性エネルギのためのエネルギストレージシステム及び光起電性エネルギのストレージ方法
US10110103B1 (en) * 2017-06-21 2018-10-23 GM Global Technology Operations LLC Electric drive system enhancement using a DC-DC converter
JP6948918B2 (ja) * 2017-11-10 2021-10-13 株式会社Ｓｏｋｅｎ 電力変換装置の制御装置
US10651740B1 (en) * 2019-03-15 2020-05-12 GM Global Technology Operations LLC Buck-boost converter for an electric drive

Also Published As

Publication number Publication date
US11254223B2 (en) 2022-02-22
CN112787510A (zh) 2021-05-11
US20210129686A1 (en) 2021-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2308164B1 (de) Schaltungsanordnung für einen elektrischen antrieb
DE102011111243B4 (de) Mit einem Ladegerät zusammengebauter Gleichrichter/Wechselrichter für einen Permanentmotor/Induktionsmotorantrieb eines Elektro- oder Hybridelektrofahrzeugs
DE102020126208A1 (de) Betriebsmodus-optimierung für elektrisches antriebssystem mit verkleinertem gleichstrom-gleichstrom-wandler
DE102016114101A1 (de) Transformatorloses stromisoliertes bordladegerät mit festkörper-schaltersteuerung
DE102018120378A1 (de) Konfigurierbare hybridantriebsysteme
DE102018114740A1 (de) Elektrisches Antriebssystem unter Verwendung eines DC-DC Wandlers
EP3507129B1 (de) Antriebssystem, insbesondere für ein fahrzeug, und verfahren zum aufheizen eines antriebssystems
DE102015208747A1 (de) Fahrzeugseitige Ladeschaltung für ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb und Verfahren zum Betreiben eines fahrzeugseitigen Stromrichters sowie Verwenden zumindest einer Wicklung einer fahrzeugseitigen elektrischen Maschine zum Zwischenspeichern
WO2010069830A1 (de) Betriebsanordnung für ein elektrisch betriebenes fahrzeug
DE102012203528A1 (de) Fahrzeug mit elektrischer Maschine und Verfahren zum Betreiben dieser
DE102016114299A1 (de) Sammelschienen für eine leistungsmodulanordnung
EP2822806A2 (de) Fahrzeug mit elektrischer maschine und verfahren zum betreiben dieser
DE102017104983A1 (de) Dynamischer igbt-gate-treiber zur reduzierung von schaltverlust
DE102016222163B3 (de) Kraftfahrzeug-Bordnetz und Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes
DE102021133559A1 (de) Elektrisches system mit boost-konverterfunktion
WO2017211657A1 (de) Fahrzeugbordnetz mit wechselrichter, energiespeicher, elektrischer maschine und gleichstrom-übertragungsanschluss
DE102017222554A1 (de) Verfahren zur Übertragung von elektrischer Leistung von einer Ladebuchse an einen elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeugbordnetzes, Verwenden einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs und Fahrzeugbordnetz
DE102017221184A1 (de) Stromrichterkomponente und Halbleitermodul einer solchen Stromrichterkomponente
WO2013124012A2 (de) Ladevorrichtung eines elektrisch betriebenen fahrzeugs
DE102020124762A1 (de) Optimierter betrieb eines elektrischen antriebssystems mitrekonfigurierbarer serien/parallel-spannungsquelle
DE102021132360A1 (de) Elektrisches system mit boost-wandlerfunktion
DE102021131840A1 (de) Elektrisches system mit abwärtswandlerfunktionalität
DE102020104380A1 (de) Abwärts/aufwärtswandler für elektrischen antrieb
EP2707245A2 (de) Leistungselektronische vorrichtung und steuerverfahren für eine elektrische maschine und für elektrische energiespeicher
DE102012210010A1 (de) Energiespeichereinrichtung, System mit Energiespeichereinrichtung und Verfahren zum Bereitstellen einer Versorgungsspannung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B60L0050600000

Ipc: H02M0003155000