DE102021134174A1

DE102021134174A1 - Verfahren und system zum regeln eines elektrischen antriebssystems gemäss vorhergesagter temperatur des wechselrichterstromsensors, um überhitzung zu verhindern

Info

Publication number: DE102021134174A1
Application number: DE102021134174.4A
Authority: DE
Inventors: Monty J. Anderson; W. Robert Brown
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2021-12-21
Publication date: 2022-06-23
Also published as: CN114665792A; US20220200512A1; US11811349B2

Abstract

Ein elektrisches Antriebssystem beinhaltet eine Steuerung und einen Wechselrichter, der einen Schalter und einen Stromsensor aufweist. Die Steuerung reduziert die Leistungsausgabe des Wechselrichters, während eine erfasste Temperatur des Schalters, ein erfasster Strom aus dem Wechselrichter und Parameterwerte des Stromsensors angeben, dass eine vorhergesagte Temperatur des Stromsensors über einem Schwellenwert liegt, um die Wechselrichtertemperatur unter dem Schwellenwert zu halten. Die Parameterwerte können aus einem thermischen Modell des Stromsensors erlangt werden. Das thermische Modell wird von dem Testen einer Testversion des Wechselrichters unter unterschiedlichen Antriebszyklen abgeleitet, in welchen für jeden Antriebszyklus ein Satz von Informationen aufgezeichnet ist, die eine erfasste Temperatur eines Schalters der Wechselrichtertestversion, einen erfassten Strom, der aus der Wechselrichtertestversion ausgegeben wird, und eine erfasste Temperatur eines Stromsensors der Wechselrichtertestversion beinhalten.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft Steuern eines Wechselrichters eines elektrischen Antriebssystems gemäß einer vorhergesagten Temperatur eines Stromsensors des Wechselrichters, um dadurch eine Überhitzung von Komponenten des Wechselrichters zu verhindern.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein elektrisches Antriebssystem beinhaltet eine Batterie, einen Wechselrichter und einen Elektromotor. Der Wechselrichter wandelt eine elektrische Leistungseingabe aus der Batterie in eine gewünschte elektrische Leistung zum Ausgeben an den Elektromotor um.
Komponenten des Wechselrichters sollen vor übermäßiger Temperatur geschützt werden, die durch den Betrieb des Wechselrichters verursacht wird. Die Wechselrichterkomponenten können vor übermäßiger Temperatur geschützt werden, indem die Zeit begrenzt wird, während der der Wechselrichter mit relativ hohen Ausgabeleistungspegeln arbeitet. Diese Schutzstrategie kann manchmal das elektrische Antriebssystem drosseln, selbst wenn die Wechselrichterkomponenten nicht der Gefahr einer Überhitzung ausgesetzt sind.
KURZDARSTELLUNG
Ein elektrisches Antriebssystem beinhaltet einen Wechselrichter und eine Steuerung. Der Wechselrichter weist einen Schalter und einen Stromsensor auf. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, die Leistungsausgabe des Wechselrichters zu reduzieren, während eine erfasste Temperatur des Schalters, eine erfasste Stromausgabe aus dem Wechselrichter und Parameterwerte des Stromsensors angeben, dass eine vorhergesagte Temperatur des Stromsensors über einem Schwellenwert liegt, um die Wechselrichtertemperatur unter dem Schwellenwert zu halten.
Die Temperatur des Schalters kann durch einen Temperatursensor (z. B. Thermistor) erfasst werden, der in den Schalter integriert ist, wobei die Steuerung mit dem Temperatursensor in Kommunikation steht. Die Stromausgabe aus dem Wechselrichter kann unter Verwendung des Stromsensors erfasst werden, wobei die Steuerung mit dem Stromsensor in Kommunikation steht.
Die Parameterwerte des Stromsensors können aus einem thermischen Modell des Stromsensors erlangt werden.
In einer Ausführungsform wird das thermische Modell des Stromsensors von dem Testen einer Testversion des Wechselrichters unter einer Vielzahl von Antriebszyklen abgeleitet, in welchen für jeden Antriebszyklus ein Satz von Informationen aufgezeichnet ist, die eine erfasste Temperatur eines Schalters der Testversion des Wechselrichters, eine erfasste Stromausgabe aus der Testversion des Wechselrichters und eine erfasste Temperatur eines Stromsensors der Testversion des Wechselrichters beinhalten.
In dieser Ausführungsform werden die Parameterwerte von dem thermischen Modell des Stromsensors durch Herausfinden erlangt, welche Werte einer thermischen Stromsensortemperaturgleichung, die die Variablen von Schalttemperatur, Stromausgabe und der Parameter aufweist, zu dem Satz von Informationen passen, die für den mindestens einen Antriebszyklus aufgezeichnet sind.
Die Steuerung kann ferner dazu konfiguriert sein, den Schalter dazu zu steuern, zu veranlassen, dass die Stromausgabe aus dem Wechselrichter einem befohlenen Strom entspricht. Das elektrische Antriebssystem kann ferner eine Batterie und einen Elektromotor beinhalten. Der Wechselrichter kann ferner dazu konfiguriert sein, eine elektrische Eingabeleistung aus der Batterie in eine elektrische Ausgabeleistung auf Grundlage des befohlenen Stroms umzuwandeln und dem Elektromotor die elektrische Ausgabeleistung bereitzustellen. Das elektrische Antriebssystem kann ferner einen DC-Zwischenkreiskondensator beinhalten, der zwischen der Batterie und dem Wechselrichter angeordnet ist. Die Steuerung kann ferner dazu konfiguriert sein, den Betrieb des DC-Zwischenkreiskondensators zu reduzieren, um die Leistungsausgabe des Wechselrichters zu reduzieren.
Das elektrische Antriebssystem kann Teil eines elektrischen Fahrzeugs sein und ferner eine Traktionsbatterie und einen Elektromotor beinhalten. In diesem Fall kann der Wechselrichter ferner dazu konfiguriert sein, eine elektrische Eingabeleistung aus der Traktionsbatterie in eine elektrische Ausgabeleistung umzuwandeln und dem Elektromotor die elektrische Ausgabeleistung zum Antreiben des elektrischen Fahrzeugs bereitzustellen.
Ein Elektrofahrzeug beinhaltet ein elektrisches Antriebssystem und eine Steuerung. Das elektrische Antriebssystem beinhaltet eine Traktionsbatterie, einen Wechselrichter, der einen Schalter und einen Stromsensor aufweist, und einen Elektromotor. Der Wechselrichter ist dazu konfiguriert, eine elektrische Eingabeleistung aus der Traktionsbatterie in eine elektrische Ausgabeleistung umzuwandeln und dem Elektromotor die elektrische Ausgabeleistung zum Antreiben des elektrischen Fahrzeugs bereitzustellen. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, eine Temperatur des Stromsensors unter Verwendung einer erfassten Temperatur des Schalters, eines erfassten Stroms der elektrischen Ausgabeleistung aus dem Wechselrichter zu dem Motor und Parameterwerten, die von einem thermischen Modell des Stromsensors erlangt wurden, vorherzusagen. Die Steuerung ist ferner dazu konfiguriert, das elektrische Antriebssystem zu drosseln, während die vorhergesagte Temperatur über einem Temperaturschwellenwert liegt, um eine Überhitzung zu verhindern.
Ein Verfahren für ein elektrisches Antriebssystem, das einen Wechselrichter beinhaltet, der einen Schalter und einem Stromsensor aufweist, beinhaltet Erfassen einer Temperatur des Schalters und Erfassen einer Stromausgabe aus dem Wechselrichter unter Verwendung des Stromsensors. Das Verfahren beinhaltet ferner Reduzieren einer Leistungsausgabe des Wechselrichters, während die erfasste Temperatur des Schalters, der erfasste Strom, der aus dem Wechselrichter ausgegeben ist, und Parameterwerte des Stromsensors angeben, dass eine vorhergesagte Temperatur des Stromsensors über einem Schwellenwert liegt, um die Wechselrichtertemperatur unter dem Schwellenwert zu halten. Die Parameterwerte des Stromsensors können aus einem thermischen Modell des Stromsensors erlangt werden.
Wie hierin beschrieben, sollte die Temperatur von Stromsensoren in einem Produktionswechselrichter einen kritischen Temperaturschwellenwert nicht überschreiten. Darüber hinaus ist es häufig ökonomisch wünschenswert, dass keine dedizierte Hardware zum Messen der Temperatur der Stromsensoren vorhanden ist.
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Temperatur eines Stromsensors in einem Produktionswechselrichter unter Verwendung von Folgenden gut geschätzt werden: (i) eines thermischen Modells der Stromsensoren („thermisches Stromsensormodell“), das relativ wenige konstante Parameter enthält; (ii) der Temperatur der Wechselrichterschalter (in Ausführungsformen sind die Schalter Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (insulated gate bipolar transistors - IGBTs) und weisen mindestens einen Temperatursensor auf, der in die Schalterhardware eingebettet ist); und (iii) des AC-Ausgabestroms des Wechselrichters (der durch die Stromsensoren erfasst wird).
Die Parameter des thermischen Stromsensormodells werden unter Verwendung eines oder mehrerer „Test“-Wechselrichter bestimmt, die mit zusätzlichen Wärmesensoren ausgestattet wurden, einschließlich direkter Messung der Stromsensortemperatur (z. B. Thermoelemente), zum Zwecke der Kalibrierungsarbeit. Der instrumentierte Wechselrichter wird durch eine Vielzahl von Zyklen angetrieben, die die Stromsensoren dazu veranlassen, nahe ihren Fähigkeitsgrenzen zu arbeiten (typischerweise hohe Stromzyklen (z. B. wiederholte starke Beschleunigungen, Anhängerschleppen, steile Anstiege usw.)). Die Parameter des thermischen Stromsensormodells werden dann über eine Best-Fit-Beziehung zwischen Stromsensortemperatur, Schaltertemperatur und AC-Ausgabestrom gefunden. Die Parameter des thermischen Stromsensormodells könnten auch aus komplexen thermischen CAE-Modellen des Wechselrichters geschätzt werden.
In einem Produktionswechselrichter wird die aktuelle Sensortemperatur durch die Steuerung des Wechselrichtersystems geschätzt (d. h. vorhergesagt) und wiederholt aktualisiert. Diese Schätzung wird anderer Steuersoftware bereitgestellt, die für den Wechselrichter-Hardware-Schutz verantwortlich ist, und mit dem Schwellenwert für die Stromsensortemperaturgrenze verglichen. Falls erforderlich, können dann Maßnahmen ergriffen werden, um zu verhindern, dass die Stromsensoren überhitzen (z. B. die Stromfähigkeit des Wechselrichters vorübergehend drosseln).
Das thermische Stromsensormodell ist alternativen Strategien zum Schutz der Hardware des Stromsensors überlegen, einschließlich: (a) direktes Messen der Temperatur der Stromsensoren in Produktionswechselrichtern - dies würde die Komplexität und Kosten der Hardware erhöhen; und (b) Schützen der Stromsensoren vor einer Übertemperatur durch Verhindern, dass der Wechselrichter den durchschnittlichen Strom-Zeit-Schwellenwert überschreitet - dieser Ansatz beruht auf Worst-Case-Wärmebedingungen und kann übermäßig konservativ sein, was dazu führt, dass der Wechselrichter selbst dann gedrosselt wird, wenn der Stromsensor weit unter seinem Temperaturschwellenwert liegt (z. B. unnötige Reduzierung der F ahrzeugl ei stung).
In hierin beschriebenen und veranschaulichten beispielhaften Ausführungsformen ist der Wechselrichter Teil eines Elektrofahrzeugs. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Wechselrichter jedoch breiter auf jedes Wechselrichtersystem (einschließlich anderer Anwendungen als Fahrzeuganwendungen) anwendbar, bei denen die Stromsensoren des Wechselrichters einen Wärmeschutz erfordern, dedizierte Hardware jedoch unerwünscht ist und zeitbasierte Strombegrenzungen zu konservativ sind.
Figurenliste

1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Elektrofahrzeugs;
2 veranschaulicht eine schematische Darstellung von Komponenten eines elektrischen Antriebssystems des Elektrofahrzeugs, wobei die Komponenten einen Wechselrichter und einen Elektromotor des elektrischen Antriebssystems beinhalten;
3 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer Testversion einer eDrive-Einheit des elektrischen Antriebssystems des Elektrofahrzeugs, wobei die eDrive-Einheit den Wechselrichter und den Elektromotor des elektrischen Antriebssystems beinhaltet;
4 veranschaulicht ein erstes Diagramm von dargestellten Informationen, die durch Testen der eDrive-Einheittestversion mit einem ersten Hochstromfahrzyklus erzeugt wurden, ein zweites Diagramm von dargestellten Informationen, die durch Testen der eDrive-Einheittestversion mit einem anderen zweiten Hochstromfahrzyklus erzeugt wurden, und eine Legende, die eine Kennzeichnung für die dargestellten Informationen bereitstellt;
5 veranschaulicht ein Blockdiagramm, das eine Thermodynamik angibt, die Komponenten des Wechselrichters des elektrischen Antriebssystems während des Betriebs des elektrischen Antriebssystems beinhaltet; und
6 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb eines Verfahrens und Systems zum Regeln des elektrischen Antriebssystems gemäß einer vorhergesagten Temperatur eines Stromsensors des Wechselrichters, um eine Überhitzung zu verhindern, abbildet.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hierin offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen rein beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen umgesetzt werden kann. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können stark vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind die hierin offenbarten spezifischen strukturellen und funktionellen Details nicht als einschränkend, sondern lediglich als repräsentative Grundlage auszulegen, um den Fachmann den vielfältigen Einsatz der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Elektrofahrzeugs (electric vehicle - „EV“) 12 gezeigt. In diesem Beispiel ist das EV 12 ein Plugin-Hybridfahrzeug (plug-in hybrid electric vehicle - PHEV). Das EV 12 beinhaltet eine oder mehrere elektrische Maschinen 14 („e-Maschinen“), die mechanisch mit einem Getriebe 16 verbunden sind. Die elektrische Maschine 14 ist dazu in der Lage, als ein Elektromotor und ein Generator betrieben zu werden. Das Getriebe 16 ist mechanisch mit einem Motor 18 und einer Antriebswelle 20 verbunden, die mechanisch mit Rädern 22 verbunden ist. Die elektrische Maschine 14 kann eine Antriebs- und Verlangsamungsfunktion bereitstellen, während der Motor 18 ein- oder ausgeschaltet wird. Die elektrische Maschine 14, die als Generator fungiert, kann Energie zurückgewinnen, die normalerweise in einem Reibungsbremssystem als Wärme verloren gehen würde. Die elektrische Maschine 14 kann Fahrzeugemissionen reduzieren, indem sie es ermöglicht, dass der Motor 18 bei effizienteren Drehzahlen betrieben wird, und es ermöglicht, dass das EV 12 im Elektromodus betrieben wird, wobei der Motor 18 unter bestimmten Bedingungen ausgeschaltet ist.
Eine Traktionsbatterie 24 („Batterie“) speichert Energie, die von der elektrische Maschine 14 zum Antreiben des EV 12 verwendet werden kann. Die Batterie 24 stellt typischerweise eine Hochspannungsgleichstrom-(direct current - DC-)Ausgabe bereit. Die Batterie 24 ist mit einem Leistungselektronikmodul 26 elektrisch verbunden. Das Leistungselektronikmodul 26 ist mit der elektrischen Maschine 14 elektrisch verbunden und stellt die Fähigkeit bereit, elektrische Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie 24 und der elektrischen Maschine zu übertragen. Zum Beispiel kann die Batterie 24 eine DC-Spannung bereitstellen, während die elektrische Maschine 14 einen Dreiphasenwechselstrom (three-phase alternating current - Dreiphasen-AC-Strom) erfordern kann, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 26 kann die DC-Spannung in einen Dreiphasen-AC-Strom zum Betreiben der elektrischen Maschine 14 umwandeln. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 26 den Dreiphasen-AC-Strom von der elektrischen Maschine 14, die als Generator fungiert, in DC-Spannung umwandeln, die mit der Antriebsbatterie 24 kompatibel ist.
Die Batterie 24 ist durch eine externe Leistungsquelle 36 (z. B. das Netz) wiederaufladbar. Ein Elektrofahrzeugversorgungsgerät (electric vehicle supply equipment - EVSE) 38 ist mit der externen Leistungsquelle 36 verbunden. Das EVSE 38 stellt eine Schaltung und Steuerungen zum Regeln und Verwalten der Übertragung von Energie zwischen der externen Leistungsquelle 36 und dem EV 12 bereit. Die externe Leistungsquelle 36 kann dem EVSE 38 elektrische DC- oder AC-Leistung bereitstellen. Das EVSE 38 kann einen Ladestecker 40 zum Einstecken in einen Ladeanschluss 34 des EV 12 aufweisen. Bei dem Ladeanschluss 34 kann es sich um eine beliebige Art von Anschluss handeln, die dazu konfiguriert ist, Leistung von dem EVSE 38 an das EV 12 zu übertragen. Der Ladeanschluss 34 kann elektrisch mit einem fahrzeuginternen Leistungsumwandlungsmodul 32 des EV 12 verbunden sein. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann die Leistung aufbereiten, die von dem EVSE 38 abgegeben wird, um der Batterie 24 die richtigen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das Leistungsumwandlungsmodul 32 kann mit dem EVSE 38 eine Schnittstelle bilden, um die Abgabe von Leistung an die Batterie 24 zu koordinieren. Alternativ dazu können verschiedene Komponenten, die als elektrisch verbunden beschrieben sind, Leistung unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung übertragen.
Eine oder mehrere Radbremsen 44 können bereitgestellt sein, um das EV 12 zu verlangsamen und eine Bewegung davon zu verhindern. Die Radbremsen 44 sind Teil eines Bremssystems 50. Das Bremssystem 50 kann eine Steuerung beinhalten, um die Radbremsen 44 zu überwachen und zu steuern, um den gewünschten Betrieb zu erreichen.
Die verschiedenen erörterten Komponenten können eine oder mehrere damit zusammenhängende Steuerungen aufweisen, die den Betrieb der Komponenten steuern und überwachen. Die Steuerungen können mikroprozessorbasierte Vorrichtungen sein. Die Steuerungen können über einen seriellen Bus (z. B. ein Controller Area Network (CAN)) oder über separate Leiter in Verbindung stehen. Zum Beispiel ist eine Systemsteuerung 48 (d. h. eine Fahrzeugsteuerung) vorhanden, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren.
Wie beschrieben, ist das EV 12 in diesem Beispiel ein PHEV mit einem Motor 18 und einer Batterie 24. In anderen Ausführungsformen handelt es sich bei dem EV 12 um ein Batterieelektrofahrzeug (battery electric vehicle - BEV). In einer BEV-Konfiguration beinhaltet das EV 12 keinen Motor.
Nun unter Bezugnahme auf 2 ist unter kontinuierlicher Bezugnahme auf 1 eine schematische Darstellung von Komponenten eines elektrischen Antriebssystems des EV 12 gezeigt. Wie in 2 gezeigt, beinhaltet das elektrische Antriebssystem die Traktionsbatterie 24, das Leistungselektronikmodul 26 und die elektrische Maschine (d. h. „den Elektromotor“) 14. Das Leistungselektronikmodul 26 und der Elektromotor 14 können zusammengebaut sein und dadurch eine „eDrive“-Einheit des elektrischen Antriebssystems bilden, wie in 3 gezeigt.
Wie vorstehend beschrieben, ist das Leistungselektronikmodul 26 zwischen der Batterie 24 und dem Motor 14 gekoppelt. Das Leistungselektronikmodul 26 wandelt elektrische DC-Leistung, die von der Batterie 24 bereitgestellt wird, in elektrische AC-Leistung zum Bereitstellen an den Elektromotor 14 um. Auf diese Weise treibt das Leistungselektronikmodul 26 den Elektromotor 14 mit Leistung von der Batterie 24 an, damit der Elektromotor das EV 12 antreibt.
Das Leistungselektronikmodul 26 beinhaltet einen Wechselrichter (oder ein „Wechselrichtersteuersystem“ („Inverter Control System“ (ICS))) 60 und einen DC-Zwischenkreiskondensator 62. Der in 2 gezeigte Wechselrichter 60 ist ein beispielhafter Wechselrichter. Der DC-Zwischenkreiskondensator 62 ist zwischen der Batterie 24 und dem Wechselrichter 60 angeordnet und ist parallel zu der Batterie 24 geschaltet. Der DC-Zwischenkreiskondensator 62 ist dazu betriebsfähig, an der Batterie 24 erzeugte Welligkeitsströme zu absorbieren und eine DC-Zwischenkreisspannung Vo zur Steuerung des Wechselrichters 60 zu stabilisieren.
Wie dem Durchschnittsfachmann bekannt ist, wandeln Wechselrichter DC-Leistung in mehrphasige AC-Leistung um (wobei Dreiphasen-Leistung am häufigsten ist). Wechselrichter können Leistung in beide Richtungen (bidirektional) bewegen, wodurch sie entweder eine elektrische Maschine antreiben (d. h. laufen lassen) oder die elektrische Maschine elektrisch bremsen (d. h. erzeugen). Jedes beliebige Wechselrichtersystem besteht aus einer Kombination aus elektronischer Leistungshardware (Schalter) und Steuersoftware (2 ist eine repräsentative Zeichnung). Der elektrische Strom kann schnell eingestellt werden, indem die Schalter im Wechselrichter geöffnet und geschlossen werden.
Viele Wechselrichtersysteme, einschließlich Wechselrichtern, die für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung relevant sind, wie etwa der Wechselrichter 60, führen eine Stromsteuerung mit geschlossenem Regelkreis durch, um die E-Maschine genau zu steuern. Um dies zu erreichen, wird der Strom in jeder Phase des Wechselrichters mit einem Stromsensor erfasst und ein entsprechendes Signal wird der Steuerung des Wechselrichtersystems bereitgestellt. Die Stromsensoren können unterschiedliche Technologien verwenden und/oder in diesen umgesetzt sein und die in 2 gezeigten Stromsensoren 70, die nachstehend erörtert werden, sind nur ein Beispiel. Derartige Stromsensoren sind typischerweise in den Wechselrichter integriert.
Der Wechselrichter 60 beinhaltet eine Wechselrichterschaltung und wärmeerzeugende Komponenten, wie etwa eine Vielzahl von Schalteinheiten 64. Wie dem Durchschnittsfachmann bekannt, beinhaltet der Wechselrichter 60 in dem beispielhaften Beispiel drei Sätze von Paaren von Schalteinheiten 64 (d. h. drei x zwei = insgesamt sechs Schalteinheiten 64, wie in 2 gezeigt). Jedes Satzpaar von Schalteinheiten 64 beinhaltet zwei Schalteinheiten 64, die in Reihe geschaltet sind. Jede Schalteinheit 64 beinhaltet einen Schalter 66, der antiparallel zu einer Diode 68 angeordnet ist. In diesem Beispiel ist der Transistor ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (insulated gate bipolar transistor - IGBT). Jedes Satzpaar von Schalteinheiten 64 ist mit der Batterie 24 und dem DC-Zwischenkreiskondensator 62 parallel geschaltet und dadurch bildet jedes Satzpaar von Schalteinheiten eine „Phase“ des Wechselrichters 60. Auf diese Weise ist der Wechselrichter 60, der drei Satzpaare von Schalteinheiten 64 aufweist, ein Dreiphasenwechselrichter, der zum Umwandeln von elektrischer DC-Leistung aus der Batterie 24 in elektrische Dreiphasen-AC-Leistung zum Bereitstellen an den Elektromotor 14 betriebsfähig ist.
Ferner beinhaltet jede Phase des Wechselrichters 60 einen Stromsensor 70. Zum Beispiel ist jeder Stromsensor 70 ein Widerstandsnebenschluss, der mit der Ausgabe der entsprechenden Phase in Reihe geschaltet ist. Stromsensoren 70 sind dazu betriebsfähig, den elektrischen Strom zu erfassen, der von den entsprechenden Phasen des Wechselrichters 60 an den Motor 14 ausgegeben wird.
Der Wechselrichter 60 weist eine zusammenhängende Steuerung 63 auf. Die Steuerung 63 kann eine mikroprozessorbasierte Vorrichtung sein. Die Steuerung 63 ist dazu konfiguriert, den Betrieb des Wechselrichters 60 zu steuern und zu überwachen. Insbesondere ist die Steuerung 63 dazu betriebsfähig, den Betrieb der Schalter 66 dazu zu steuern, um den Wechselrichter 60 dazu zu veranlassen, eine gegebene elektrische DC-Leistung, die von der Batterie 24 bereitgestellt wird, in eine gewünschte elektrische AC-Leistung zum Bereitstellen an den Elektromotor 14 umzuwandeln.
Die Steuerung 63 steht in Kommunikation mit Stromsensoren 70, um die elektrische AC-Listung zu überwachen, die dem Elektromotor 14 von dem Wechselrichter 60 bereitgestellt wird. Die Steuerung 63 verwendet Informationen von Stromsensoren 70 als Rückkopplung beim Steuern des Wechselrichters 60, um die gewünschte elektrische AC-Leistung an den Elektromotor 14 auszugeben.
Die Schalter 66 hängen mit Temperatursensoren (z. B. Thermistoren) (nicht gezeigt) zusammen, die die Temperatur der Schalter direkt messen. Die Steuerung 63 steht mit diesen Temperatursensoren in Kommunikation, um die Temperaturen der Schalter 66 zu überwachen. Die Steuerung 63 kann den Betrieb des Wechselrichters 60 gemäß den überwachten Temperaturen der Schalter 66 steuern, um eine Überhitzung zu verhindern.
Es ist anzumerken, dass die Temperaturen des DC-Zwischenkreiskondensators 62 und der Stromsensoren 70 nicht direkt messbar sind. Der DC-Zwischenkreiskondensator 62 und die Stromsensoren 70 sind ebenfalls Komponenten des Wechselrichters 60, die vor übermäßiger Temperatur geschützt werden sollen, die durch den Betrieb des Wechselrichters beim Umwandeln der Eingabeleistung in die Ausgabeleistung verursacht wird. Gemäß Ausführungsformen wird ein thermisches Stromsensormodell (z. B. ein Temperaturplan) zur Verwendung in einer Schutzstrategie erzeugt, sodass die Leistungsfähigkeit des elektrischen Antriebssystems nicht unnötig eingeschränkt ist, wie es bei der Schutzstrategie der Begrenzung der Zeit der Fall sein kann, während der der Wechselrichter mit relativ hohen Leistungsausgabepegeln (z. B. AC I_RMS) arbeitet. Dementsprechend soll die Verwendung des thermischen Stromsensormodells ermöglichen, dass das elektrische Antriebssystem nur dann gedrosselt wird, wenn die Komponenten (z. B. die Stromsensoren 70) des Wechselrichters 60 Gefahr laufen, zu überhitzen.
Nun unter Bezugnahme auf 3 ist unter kontinuierlicher Bezugnahme auf die 1 und 2 eine perspektivische Ansicht einer Testversion 80 der eDrive-Einheit des elektrischen Antriebssystems des EV 12 gezeigt. Die eDrive-Einheittestversion 80 beinhaltet ein Leistungselektronikmodul 26 und einen Elektromotor 14, die zusammengebaut sind. Zum Testen der eDrive-Einheittestversion 80 sind Durchgangslöcher 82a, 82b zum Aufnehmen von Thermoelementen bereitgestellt. Die Thermoelemente sind an Stromsensoren 70 des Wechselrichters 60 des Leistungselektronikmoduls 26 platziert. Ein Thermoelement ist an dem DC-Zwischenkreiskondensator 62 des Leistungselektronikmoduls 26 platziert. Thermoelemente sind auch an dem Einlass und Auslass des Kühlmittels (z. B. Glykol) platziert, die mit dem Leistungselektronikmodul 26 zusammenhängen. Die Thermoelemente sind zum direkten Messen der Temperatur der Komponenten, an denen die Thermoelemente platziert sind, betriebsfähig. Wenn die verschiedenen Thermoelemente vorhanden sind, wird die eDrive-Einheittestversion 80 unter einer Reihe von unterschiedlichen Hochstromantriebszyklen ausgeführt, wobei die Temperaturen der Komponenten aufgezeichnet werden.
4 veranschaulicht ein erstes Diagramm 90 von dargestellten Informationen, die durch Testen der eDrive-Einheittestversion 80 mit einem ersten der Hochstromfahrzyklen erzeugt wurden, ein zweites Diagramm 92 von dargestellten Informationen, die durch Testen der eDrive-Einheittestversion mit einem anderen zweiten der Hochstromfahrzyklen erzeugt wurden, und eine Legende 94, die eine Kennzeichnung für die dargestellten Informationen bereitstellt. Natürlich kann die eDrive-Einheittestversion 80 mit vielen anderen Hochstromfahrzyklen getestet werden und/oder kann mit einem beliebigen der Hochstromfahrzyklen erneut getestet werden. Demnach könnte eine beliebige Anzahl von Diagrammen durch Testen der eDrive-Testeinheitsversion 80 erzeugt werden. Das erste und zweite Diagramm 90 und 92, die sich auf die Testergebnisse aus dem Testen der eDrive-Einheittestversion 80 mit dem jeweiligen ersten und zweiten unterschiedlichen Hochstromantriebszyklus beziehen, sind in 4 einfach als repräsentativ für das Testen der eDrive-Einheittestversion 80 mit Hochstromantriebszyklen für ein Beispiel zum Verständnis des Prozesses zum Erzeugen des thermischen Stromsensormodells bereitgestellt.
Die dargestellten Informationen der Diagramme 90 und 92 und wie in Legende 94 gekennzeichnet, beinhalten Folgendes: einen Verlauf 95 der Temperatur eines Stromsensors 70 des Wechselrichters 60, wie sie aufgezeichnet wird, während die eDrive-Einheittestversion 80 ausgeführt wird, wobei dieser Stromsensor vorzugsweise der Stromsensor der drei Stromsensoren ist, der die höchste Temperatur aufweist (die Stromsensoren weisen im Allgemeinen ähnliche Temperaturen auf, aber ein Stromsensor kann eine höhere Temperatur als die Temperaturen der anderen Stromsensoren aufweisen); und einen Verlauf 96 der Temperatur eines der Schalter 66 (d. h. die IGBT-Temperatur) einer der Schalteinheiten 64 des Wechselrichters 60, wie aufgezeichnet, während die eDrive-Einheittestversion 80 ausgeführt wird, wobei der eine der Schalter 66 vorzugsweise der Schalter der sechs Schalter ist, der die höchste Temperatur aufweist. Die dargestellten Informationen beinhalten ferner einen Verlauf 97 des elektrischen Stroms („I_RMS“), der von dem Wechselrichter 60 an den Motor 14 ausgegeben wird, wie aufgezeichnet, während die eDrive-Einheittestversion 80 ausgeführt wird.
Andere Informationen, die aufgezeichnet werden, während die eDrive-Einheittestversion 80 ausgeführt wird, und die ebenfalls Teil der dargestellten Informationen der Diagramme 90 und 92 sein können, beinhalten die Temperatur des DC-Zwischenkreiskondensators 62, die Umgebungstemperatur der Umgebung der eDrive-Einheittestversion, die Temperatur der Statorspule des Motors 14, die Temperatur des Kühlmitteleinlasses und/oder von Kühlmittelauslässen, die mit dem Leistungselektronikmodul 26 zusammenhängen, und dergleichen.
Die dargestellten Informationen der Diagramme 90 und/oder 92 stellen ein thermisches Modell des Stromsensors 70 der eDrive-Einheittestversion 80 dar. Da die eDrive-Einheittestversion 80 die gleiche Art von eDrive-Einheit ist wie die eDrive-Einheit des elektrischen Antriebssystems des EV 12, ist das thermische Stromsensormodell repräsentativ für den Wechselrichter 60 des EV.
Dementsprechend sagt die Steuerung 63 die Temperatur des Stromsensors 70 des Wechselrichters 60 des EV 12 unter Verwendung von Folgendem vorher: (i) der gemessenen Temperatur eines Schalters 66 (d. h. der IGBT-Temperatur) des Wechselrichters 60 des EV 12, (ii) des befohlenen Stroms, der von dem Wechselrichter 60 ausgegeben werden soll (d. h. I² _RMS), und (iii) der Werte der unbekannten Parameter, die aus dem thermischen Stromsensormodell bestimmt werden. Auf diese Weise verwendet die Steuerung 63 das thermische Stromsensormodell und die bekannten Messgrößen, die IGBT-Temperatur (T_IGBT) und den befohlenen Strom (I² _RMS), um die Temperatur eines Stromsensors 70 des Wechselrichters 60 des EV 12 vorherzusagen. (Wie hierin angemerkt, sind die Temperaturen der Stromsensoren 70 des Wechselrichters 60 des EV 12 nicht direkt messbar und dadurch wird die Temperatur des Stromsensors 70 „vorhergesagt“.)
Die Prozedur zum Erlangen der Parameterinformationen auf Grundlage des thermischen Modells wird nun beschrieben. Zum Vergleich veranschaulicht 5 ein Blockdiagramm, das eine Thermodynamik angibt, die Komponenten des Wechselrichters 60 des EV 12 während des Betriebs des elektrischen Antriebssystems des EV beinhaltet.
Die maßgebliche thermische Gleichung zum Vorhersagen der Temperatur des Stromsensors 70 aus der IGBT-Temperatur (T_IGBT) und dem befohlenen Strom (I² _RMS) lautet: $\dot{T} c = (T_{I G B T} - T) / R_{T} + I_{R M S}^{2} R$
Das Umordnen und Gruppieren der Variablen stellt die folgende thermische Gleichung bereit: $\dot{T} + α T = α (T_{I G B T} + I_{R M S}^{2} R R_{T})$
Die Lösung der Differentialgleichung: $T (t) = T (0) e^{- α t} + α e^{- α t} \int e^{α t} (T_{I G B T} (t) + I_{R M S}^{2} (t) R R_{T}) d t$
R_T ist der Wärmewiderstand mit den Einheiten [K/W], R ist der elektrische Widerstand mit den Einheiten [V/A], c ist die Wärmekapazität mit den Einheiten [Ws/K] und α ist eine thermische Zeitkonstante mit den Einheiten [1/s]. Die Konstante α und die Konstante RR_T sind unbekannt. (Die Konstante RR_T ist die Hauptkonstante.) Die Temperatur T(0) ist die Temperatur des Stromsensors 70 beim Einschalten.
Die einzelnen Parameter, die bei der Ableitung verwendet wurden, können in diesem Zusammenhang nicht unabhängig gelöst werden (und dies ist nicht erforderlich), sie können jedoch in zwei Parameter (α und RR_T) zusammengefasst werden, die an die in den Diagrammen 90 und 92 dargestellten Versuchsdaten angepasst werden können. In dieser Hinsicht werden die unbekannten Konstanten α und RR_T an die experimentellen Daten angepasst, die in den Diagrammen 90 und 92 dargestellt sind. Die unbekannten Konstanten werden an die experimentellen Daten angepasst, wie etwa unter Verwendung eines Algorithmus der kleinsten Quadrate. Für die konkrete Hardware, die verwendet wird, um dieses Beispiel der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen (d. h., die experimentellen Daten, die in den Diagrammen 90 und 92 dargestellt sind), wurden die unbekannten Konstanten wie folgt bestimmt: $\begin{array}{l} a = 0,0011 [s^{- 1}] \\ R R_{T} = 0,0013 [K A^{- 2}] \end{array}$
Das thermische Stromsensormodell mit angepassten Parametern α = 0,0011 [s^-1] und RR_T = 0,0013 [KA^-2] passt relativ gut zu den Versuchsdaten (R² ~ 0,97-0,99), wenn die Anfangstemperatur, T(0), bekannt ist.
Nun unter Bezugnahme auf 6 und unter weiterer Bezugnahme auf die vorhergehenden Figuren ist ein Ablaufdiagramm 100 gezeigt, das den Betrieb eines Verfahrens und eines Systems zum Regeln des elektrischen Antriebssystems des EV 12 gemäß einer vorhergesagten Temperatur eines Stromsensors 70, um eine Überhitzung des Wechselrichters 60 zu verhindern, abbildet. Der Betrieb beinhaltet, dass die Steuerung 63 die Werte der angepassten Parameter α und RR_T speichert, die aus dem thermischen Stromsensormodell bestimmt werden, wie in Block 102 angegeben. Wie vorstehend erörtert, sind diese angepassten Parameter α und RR_T Parameter einer thermischen Gleichung zum Bestimmen einer Temperatur des Stromsensors 70. Andere Parameter der thermischen Gleichung beinhalten die IGBT-Temperatur und den befohlenen Strom, bei denen es sich um bekannte Messgrößen handelt.
Während das elektrische Antriebssystem des EV 12 verwendet wird, beinhaltet der Betrieb ferner, dass die Steuerung 63 ein Signal empfängt, das eine Temperatur eines Schalters 66 (d. h. die IGBT-Temperatur (T_IGBT)) einer Schalteinheit 64 des Wechselrichters 60 und ein Signal angibt, das einen befohlenen Strom (I² _RMS) angibt, der durch den Wechselrichter 60 an den Elektromotor 14 ausgegeben werden soll, wie in Block 104 angegeben. Die Steuerung 63 empfängt das Signal, das die IGBT-Temperatur (T_IGBT) angibt, von einem Temperatursensor, der die Temperatur des Schalters direkt misst. Die Steuerung 63 kann das Signal, das den befohlenen Strom (I² _RMS) angibt, von der Systemsteuerung 48 empfangen. Die Systemsteuerung 48 stellt der Steuerung 63 das Signal bereit, das den befohlenen Strom (I² _RMS) angibt, damit die Steuerung den Wechselrichter 60 in geeigneter Weise steuert, damit der Wechselrichter eine Ausgabeleistung an den Elektromotor 14 ausgibt, die dem befohlenen Strom (I² _RMS) entspricht.
Der Betrieb beinhaltet ferner, dass die Steuerung 63 eine Temperatur (T(t)) eines Stromsensors 70 des Wechselrichters 60 vorhersagt, während das elektrische Antriebssystem im Zeitverlauf arbeitet, durch Verwenden von (i) der IGBT-Temperatur (T_IGBT), (ii) des befohlenen Stroms (I² _RMS) und (iii) der Werte der angepassten Parameter α und RR_T, die aus dem thermischen Stromsensormodell bestimmt werden, wie in Block 106 angegeben. Insbesondere löst die Steuerung 63 die Differentialgleichung (vorstehende Gleichung (3)) unter Verwendung des IGBT-Temperatur-(T_IGBT-)Werts, des befohlenen Stromwerts (I² _RMS) und der Werte der angepassten Parameter, um die Temperatur des Stromsensors 70 vorherzusagen. In dieser Hinsicht setzt die Steuerung 63 eine diskrete Version einer Lösung der Differentialgleichung gemäß den folgenden Gleichungen um: $\begin{array}{l} g_{j - 1} = T_{I G B T} (t_{j - 1}) + I_{R M S}^{2} (t_{j - 1}) R R_{T} \\ g_{j} = T_{I G B T} (t_{j}) + I_{R M S}^{2} (t_{j}) R R_{T} \\ Δ g = g_{j} - g_{j - 1} \\ Δ t = t_{j} - t_{j - 1} \\ T (t_{j}) = T (t_{j - 1}) e^{- α Δ t} + g_{j - 1} (1 - e^{- α Δ t}) + \frac{Δ g}{α Δ t} (e^{- α Δ t} + α Δ t - 1) \end{array}$
t_j ist der gegenwärtige Zeitpunkt, zu dem die Temperatur (T) des Stromsensors 70 berechnet wird, und t_j-1 ist der vorherige Zeitpunkt, zu dem die Temperatur (T) des Stromsensors berechnet wurde. Wenn kein vorheriger Temperaturverlauf vorhanden ist (z. B. erstes Schlüsseleinschaltereignis), dann Verwenden von t_j = t_j-1 = now() und T (t_j) = T_IGBT(t_j). In einer bevorzugten Ausführungsform nutzt die diskrete Lösung (Gleichungen (5)) eine trapezförmige Integration, um die allgemeine thermische Differentialgleichung (Gleichung (3)) zu lösen. Diese Ausführungsform soll nicht einschränkend sein, da andere diskrete Lösungen möglich sind.
Der Vorgang beinhaltet ferner, dass die Steuerung 63 die vorhergesagte Temperatur des Stromsensors 70 mit einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert vergleicht, wie in Block 108 angegeben. Die Steuerung 63 drosselt den Wechselrichter 60, während die vorhergesagte Temperatur des Stromsensors 70 über dem vorbestimmten Temperaturschwellenwert liegt, um dadurch eine Überhitzung der Wechselrichterkomponenten zu verhindern, wie in Block 110 angegeben. Zum Beispiel „drosselt“ die Steuerung 63 den Wechselrichter 60 durch Reduzieren der Eingabeleistung, die der Wechselrichter von der Batterie 24 empfängt, Ausschalten des Wechselrichters 60 für einen Zeitraum usw.
Natürlich kann die Systemsteuerung 48 dazu betriebsfähig sein, einen beliebigen dieser Schritte durchzuführen, wenn sie von der Steuerung 63 ein Signal empfängt, das die vorhergesagte Temperatur des Stromsensors 70 angibt. Somit kann die Systemsteuerung 48 den Wechselrichter 60 und/oder andere Komponenten des elektrischen Antriebssystems drosseln, während die vorhergesagte Temperatur des Stromsensors 70 über dem vorbestimmten Temperaturschwellenwert liegt.
Wie beschrieben, kann die Temperatur der Stromsensoren 70 des Wechselrichters 60 auf Grundlage von Informationen modelliert werden, die dem EV 12 bereits bekannt sind, nämlich der IGBT-Temperatur und dem befohlenen RMS-Strom. Das thermische Stromsensormodell kann möglicherweise zeitbasierte Grenzwerte für den RMS-Strom ersetzen, die verwendet wurden, um Wechselrichterkomponenten zu schützen, wodurch der Schutz der Stromsensoren beibehalten wird, ohne die eDrive-Fähigkeit unnötig zu beeinträchtigen.
Ferner ist es in Bezug auf die Temperatur des DC-Zwischenkreiskondensators 62 wahrscheinlich, dass die Temperatur des Stromsensors 70 höher als die Temperatur des DC-Zwischenkreiskondensators ist. Die Temperatur des DC-Zwischenkreiskondensators 62 hängt auch von bestimmten Faktoren ab, die die Temperatur des Stromsensors 70 nicht beeinflussen. Somit ist, da beide Komponenten die gleichen/ähnlichen Temperaturbetriebsgrenzen aufweisen, das Überwachen der vorhergesagten Temperatur des Stromsensors 70 ausreichend, um den Betrieb des elektrischen Antriebssystems zu steuern, um eine Überhitzung zu verhindern.
Auch wenn vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der vorliegenden Erfindung beschreiben. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können die Merkmale verschiedener umsetzender Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisches Antriebssystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Wechselrichter, der einen Schalter und einen Stromsensor aufweist; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, die Leistungsausgabe des Wechselrichters zu reduzieren, während eine erfasste Temperatur des Schalters, eine erfasste Stromausgabe aus dem Wechselrichter und Parameterwerte des Stromsensors angeben, dass eine vorhergesagte Temperatur des Stromsensors über einem Schwellenwert liegt, um die Wechselrichtertemperatur unter dem Schwellenwert zu halten.
Gemäß einer Ausführungsform: werden die Parameterwerte des Stromsensors aus einem thermischen Modell des Stromsensors erlangt.
Gemäß einer Ausführungsform: wird das thermische Modell des Stromsensors von dem Testen einer Testversion des Wechselrichters unter einer Vielzahl von Antriebszyklen abgeleitet, in welchen für jeden Antriebszyklus ein Satz von Informationen aufgezeichnet ist, die eine erfasste Temperatur eines Schalters der Testversion des Wechselrichters, eine erfasste Stromausgabe aus der Testversion des Wechselrichter und eine erfasste Temperatur eines Stromsensors der Testversion des Wechselrichters beinhalten.
Gemäß einer Ausführungsform: werden die Parameterwerte von dem thermischen Modell des Stromsensors durch Herausfinden erlangt, welche Werte einer thermischen Stromsensortemperaturgleichung, die die Variablen von Schalttemperatur, Stromausgabe und der Parameter aufweist, zu dem Satz von Informationen passen, die für den mindestens einen Antriebszyklus aufgezeichnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform: ist die Steuerung ferner dazu konfiguriert, den Schalter dazu zu steuern, zu veranlassen, dass die Stromausgabe aus dem Wechselrichter einem befohlenen Strom entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch: eine Batterie; einen Elektromotor; und der Wechselrichter ist dazu konfiguriert, eine elektrische Eingabeleistung aus der Batterie in eine elektrische Ausgabeleistung auf Grundlage des befohlenen Stroms umzuwandeln und dem Elektromotor die elektrische Ausgabeleistung bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch: einen DC-Zwischenkreiskondensator, wobei der DC-Zwischenkreiskondensator zwischen der Batterie und dem Wechselrichter angeordnet ist; und wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den Betrieb des DC-Zwischenkreiskondensators zu drosseln, um die Leistungsausgabe des Wechselrichters zu reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform: ist das elektrische Antriebssystem Teil eines Elektrofahrzeugs und beinhaltet ferner eine Traktionsbatterie und einen Elektromotor, wobei der Wechselrichter dazu konfiguriert ist, eine elektrische Eingabeleistung aus der Traktionsbatterie in eine elektrische Ausgabeleistung umzuwandeln und dem Elektromotor die elektrische Ausgabeleistung zum Antreiben des Elektrofahrzeugs bereitzustellen.
Gemäß einer Ausführungsform: wird die Stromausgabe aus dem Wechselrichter unter Verwendung des Stromsensors erfasst.
Gemäß einer Ausführungsform: beinhaltet der Wechselrichter eine Vielzahl von Schaltern und eine Vielzahl von Stromsensoren.
Gemäß einer Ausführungsform: ist der Schalter ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT).
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Elektrofahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: ein elektrisches Antriebssystem, das eine Traktionsbatterie, einen Wechselrichter, der einen Schalter und einen Stromsensor aufweist, und einen Elektromotor beinhaltet, wobei der Wechselrichter dazu konfiguriert ist, eine elektrische Eingabeleistung aus der Traktionsbatterie in eine elektrische Ausgabeleistung umzuwandeln und die elektrische Ausgabeleistung dem Elektromotor zum Antreiben des Elektrofahrzeugs bereitzustellen; eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, eine Temperatur des Stromsensors unter Verwendung einer erfassten Temperatur des Schalters, eines erfassten Stroms der elektrischen Ausgabeleistung von dem Wechselrichter an den Elektromotor und von einem thermischen Modell des Stromsensors erlangter Parameterwerte vorherzusagen; und die Steuerung ist ferner dazu konfiguriert, das elektrische Antriebssystem zu drosseln, während die vorhergesagte Temperatur über einem Temperaturschwellenwert liegt, um eine Überhitzung zu verhindern.
Gemäß einer Ausführungsform: wird das thermische Modell des Stromsensors von dem Testen einer Testversion des Wechselrichters unter einer Vielzahl von Antriebszyklen abgeleitet, in welchen für jeden Antriebszyklus ein Satz von Informationen aufgezeichnet ist, die eine erfasste Temperatur eines Schalters der Testversion des Wechselrichters, einen erfassten Strom einer elektrischen Ausgabeleistung aus der Testversion des Wechselrichters und eine erfasste Temperatur eines Stromsensors der Testversion des Wechselrichters beinhalten.
Gemäß einer Ausführungsform: werden die Parameterwerte von dem thermischen Modell des Stromsensors durch Herausfinden erlangt, welche Werte einer thermischen Stromsensortemperaturgleichung, die die Variablen von Schalttemperatur, Stromausgabe und der Parameter aufweist, zu dem Satz von Informationen passen, die für den mindestens einen Antriebszyklus aufgezeichnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform: wird der Strom der elektrischen Ausgabeleistung von dem Wechselrichter unter Verwendung des Stromsensors erfasst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für ein elektrisches Antriebssystem, das einen Wechselrichter beinhaltet, der einen Schalter und einen Stromsensor aufweist, Folgendes: Erfassen einer Temperatur des Schalters; Erfassen einer Stromausgabe aus dem Wechselrichter unter Verwendung des Stromsensors; und Reduzieren der Leistungsausgabe des Wechselrichters, während die erfasste Temperatur des Schalters, die erfasste Stromausgabe aus dem Wechselrichter und Parameterwerte des Stromsensors angeben, dass eine vorhergesagte Temperatur des Stromsensors über einem Schwellenwert liegt, um die Wechselrichtertemperatur unter dem Schwellenwert zu halten.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Folgendes: Erlangen der Parameterwerte des Stromsensors aus einem thermischen Modell des Stromsensors.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Folgendes: Ableiten des thermischen Modells des Stromsensors von dem Testen einer Testversion des Wechselrichters unter einer Vielzahl von Antriebszyklen, in welchen für jeden Antriebszyklus ein Satz von Informationen aufgezeichnet ist, die eine erfasste Temperatur eines Schalters der Testversion des Wechselrichters, eine erfasste Stromausgabe aus der Testversion des Wechselrichters und eine erfasste Temperatur eines Stromsensors der Testversion des Wechselrichters beinhalten.
In einem Aspekt der Erfindung: beinhaltet Erlangen der Parameterwerte von dem thermischen Modell des Stromsensors Herausfinden, welche Werte einer thermischen Stromsensortemperaturgleichung, die die Variablen von Schalttemperatur, Stromausgabe und der Parameter aufweist, zu dem Satz von Informationen passen, die für den mindestens einen Antriebszyklus aufgezeichnet sind.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das elektrische Antriebssystem ferner eine Traktionsbatterie und einen Elektromotor, und wobei das elektrische Antriebssystem Teil eines Elektrofahrzeugs ist, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Umwandeln einer elektrischen Eingabeleistung aus der Traktionsbatterie in eine elektrische Ausgabeleistung durch den Wechselrichter und Bereitstellen der elektrische Ausgabeleistung zum Antreiben des Elektrofahrzeugs aus dem Wechselrichter an den Elektromotor.

Claims

Elektrisches Antriebssystem, das Folgendes umfasst: einen Wechselrichter, der einen Schalter und einen Stromsensor aufweist; und eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, den Wechselrichter zu drosseln, während eine erfasste Temperatur des Schalters, ein erfasster Strom, der aus dem Wechselrichter ausgegeben wird, und Parameterwerte, die von einem thermischen Modell des Stromsensors erlangt sind, angeben, dass eine vorhergesagte Temperatur des Stromsensors über einem Schwellenwert liegt, um die Wechselrichtertemperatur unter dem Schwellenwert zu halten.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei: das thermische Modell des Stromsensors von dem Testen einer Testversion des Wechselrichters unter einer Vielzahl von Antriebszyklen abgeleitet ist, in welchen für jeden Antriebszyklus ein Satz von Informationen aufgezeichnet ist, die eine erfasste Temperatur eines Schalters der Testversion des Wechselrichters, einen erfassten Strom, der von der Testversion des Wechselrichter ausgegeben wird, und eine erfasste Temperatur eines Stromsensors der Testversion des Wechselrichters beinhalten.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 2, wobei: die Parameterwerte von dem thermischen Modell des Stromsensors durch Herausfinden erlangt werden, welche Werte einer thermischen Stromsensortemperaturgleichung, die die Variablen von Schalttemperatur, Stromausgabe und der Parameter aufweist, zu dem Satz von Informationen passen, die für den mindestens einen Antriebszyklus aufgezeichnet sind.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei: die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den Schalter dazu zu steuern, zu veranlassen, dass der aus dem Wechselrichter ausgegebene Strom einem befohlenen Strom entspricht.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 4, das ferner Folgendes umfasst: eine Batterie; einen Elektromotor; und wobei der Wechselrichter dazu konfiguriert ist, eine elektrische Eingabeleistung aus der Batterie in eine elektrische Ausgabeleistung auf Grundlage des befohlenen Stroms umzuwandeln und dem Elektromotor die elektrische Ausgabeleistung bereitzustellen.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 5, das ferner Folgendes umfasst: einen DC-Zwischenkreiskondensator, wobei der DC-Zwischenkreiskondensator zwischen der Batterie und dem Wechselrichter angeordnet ist; und wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, den Betrieb des DC-Zwischenkreiskondensators zu drosseln, um den Wechselrichter zu drosseln.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei: das elektrische Antriebssystem Teil eines Elektrofahrzeugs ist und ferner eine Traktionsbatterie und einen Elektromotor beinhaltet, wobei der Wechselrichter dazu konfiguriert ist, eine elektrische Eingabeleistung von der Traktionsbatterie in eine elektrische Ausgabeleistung umzuwandeln und dem Elektromotor die elektrische Ausgabeleistung zum Antreiben des Elektrofahrzeugs bereitzustellen.
Elektrisches Antriebssystem nach Anspruch 1, wobei: der aus dem Wechselrichter ausgegebene Strom unter Verwendung des Stromsensors erfasst wird.
Elektrofahrzeug, das Folgendes umfasst: ein elektrisches Antriebssystem, das eine Traktionsbatterie, einen Wechselrichter, der einen Schalter und einen Stromsensor aufweist, und einen Elektromotor beinhaltet, wobei der Wechselrichter dazu konfiguriert ist, eine elektrische Eingabeleistung von der Traktionsbatterie in eine elektrische Ausgabeleistung umzuwandeln und dem Elektromotor die elektrische Ausgabeleistung zum Antreiben des Elektrofahrzeugs bereitzustellen; eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, eine Temperatur des Stromsensors unter Verwendung einer erfassten Temperatur des Schalters, eines erfassten Stroms der elektrischen Ausgabeleistung, der aus dem Wechselrichter an den Motor ausgegeben wird, und Parameterwerten, die von einem thermischen Modell des Stromsensors erlangt wurden, vorherzusagen; und wobei die Steuerung ferner dazu konfiguriert ist, das elektrische Antriebssystem zu drosseln, während die vorhergesagte Temperatur über einem Temperaturschwellenwert liegt, um eine Überhitzung zu verhindern.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 9, wobei: das thermische Modell des Stromsensors von dem Testen einer Testversion des Wechselrichters unter einer Vielzahl von Antriebszyklen abgeleitet ist, in welchen für jeden Antriebszyklus ein Satz von Informationen aufgezeichnet ist, die eine erfasste Temperatur eines Schalters der Testversion des Wechselrichters, einen erfassten Strom einer elektrischen Ausgabeleistung, der aus der Testversion des Wechselrichter ausgegeben wird, und eine erfasste Temperatur eines Stromsensors der Testversion des Wechselrichters beinhalten.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 10, wobei: die Parameterwerte von dem thermischen Modell des Stromsensors durch Herausfinden erlangt werden, welche Werte einer thermischen Stromsensortemperaturgleichung, die die Variablen von Schalttemperatur, Stromausgabe und der Parameter aufweist, zu dem Satz von Informationen passen, die für den mindestens einen Antriebszyklus aufgezeichnet sind.
Elektrofahrzeug nach Anspruch 9, wobei: der aus dem Wechselrichter ausgegebene Strom der elektrischen Ausgabeleistung unter Verwendung des Stromsensors erfasst wird.
Verfahren für ein elektrisches Antriebssystem, das einen Wechselrichter beinhaltet, der einen Schalter und einen Stromsensor aufweist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erfassen einer Temperatur des Schalters; Erfassen eines aus dem Wechselrichter ausgegebenen Stroms unter Verwendung des Stromsensors; Erlangen von Parameterwerten aus einem thermischen Modell des Stromsensors; und Drosseln des Wechselrichters, während die erfasste Temperatur des Schalters, der erfasste Strom, der aus dem Wechselrichter ausgegeben ist, und die Parameterwerte angeben, dass eine vorhergesagte Temperatur des Stromsensors über einem Schwellenwert liegt, um die Wechselrichtertemperatur unter dem Schwellenwert zu halten.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner Folgendes umfasst: Ableiten des thermischen Modells des Stromsensors von dem Testen einer Testversion des Wechselrichters unter einer Vielzahl von Antriebszyklen, in welchen für jeden Antriebszyklus ein Satz von Informationen aufgezeichnet ist, die eine erfasste Temperatur eines Schalters der Testversion des Wechselrichters, einen erfassten Strom, der von der Testversion des Wechselrichter ausgegeben wird, und eine erfasste Temperatur eines Stromsensors der Testversion des Wechselrichters beinhalten.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei: Erlangen der Parameterwerte von dem thermischen Modell des Stromsensors Herausfinden, welche Werte einer thermischen Stromsensortemperaturgleichung, die die Variablen von Schalttemperatur, Stromausgabe und der Parameter aufweist, zu dem Satz von Informationen passen, die für den mindestens einen Antriebszyklus aufgezeichnet sind, beinhaltet.