DE102022207668A1 - Motoransteuerungsvorrichtung und verfahren zum steuern derselben - Google Patents

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Abstract

Eine Motoransteuerungsvorrichtung zum Ansteuern eines Motors mit mehreren Wicklungen, die jeweils mehreren Phasen entsprechen, kann umfassen: einen ersten Wechselrichter, der mehrere erste Schaltelemente umfasst und mit einem ersten Ende jeder der mehreren Wicklungen verbunden ist; einen zweiten Wechselrichter, der mehrere zweite Schaltelemente umfasst und mit einem zweiten Ende jeder der mehreren Wicklungen verbunden ist; ein drittes Schaltelement, das eingerichtet ist, dass es Punkte, an denen die Anzahl der Windungen jeder der mehreren Wicklungen auf der Grundlage eines vorgegebenen Verhältnisses aufgeteilt ist, miteinander verbindet/trennt; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, dass sie auf der Grundlage der erforderlichen Ausgangsleistung des Motors einen Ein/Aus-Zustand der ersten Schaltelemente mit dem dritten Schaltelement steuert.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Motoransteuerungsvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern derselben und insbesondere eine Motoransteuerungsvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern derselben, so dass ein Motor auf der Grundlage einer vom System geforderten Leistung in einen Y-Verbindungs-Motorantriebsmodus und einen Motorantriebsmodus mit offener Wicklung umgeschaltet werden kann und eine Fehlfunktion eines Wechselrichters sicher bewältigen kann.
  • HINTERGRUND
  • Typischerweise können in einem Drehstrommotor umfasste U-, V- und W-Phasen-Wicklungen einen Y-Verbindungs- bzw. Sternschaltungs-Neutralanschluss bilden, bei dem Enden der Wicklungen auf einer Seite mit einem Wechselrichter und die Enden auf der anderen Seite davon miteinander verbunden sind.
  • Wenn der Drehstrommotor angesteuert wird, können Schaltelemente in dem Wechselrichter eine Netzspannung an die in Sternschaltung verbundenen Wicklungen des Motors anlegen, während sie durch Pulsweitenmodulations-(PWM)Steuerung ein- und ausgeschaltet werden, um Wechselstrom zu erzeugen, wodurch ein Drehmoment erzeugt wird.
  • Die Kraftstoffeffizienz (elektrischer Wirkungsgrad) eines umweltfreundlichen Fahrzeugs, wie z.B. eines Elektrofahrzeugs, das das von dem Motor erzeugte Drehmoment nutzt, wird auf der Grundlage der Leistungsumwandlungseffizienz eines Wechselrichter-Motors bestimmt, und daher ist es wichtig, die Leistungsumwandlungseffizienz des Wechselrichters und den Wirkungsgrad des Motors zu maximieren, um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern.
  • Der Wirkungsgrad eines Wechselrichter-Motor-Systems wird hauptsächlich durch die Spannungsnutzungsrate des Wechselrichters bestimmt. Wenn ein Betriebspunkt eines Fahrzeugs, der auf der Grundlage des Verhältnisses zwischen Motordrehzahl und Motordrehmoment bestimmt wird, in einem Abschnitt gebildet wird, in dem die Spannungsnutzungsrate hoch ist, kann die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs verbessert werden.
  • Wenn jedoch die Anzahl der Wicklungen des Motors erhöht wird, um das maximale Drehmoment des Motors zu steigern, kann der Abschnitt, in dem die Spannungsnutzungsrate hoch ist, weit von einem Bereich mit niedrigem Drehmoment entfernt sein, der ein Hauptbetriebspunkt des Fahrzeugs ist, und somit kann die Kraftstoffeffizienz niedrig werden. Wenn eine Konzeption derart vorgenommen wird, dass ein Hauptbetriebspunkt in dem Abschnitt umfasst ist, in dem die Spannungsnutzungsrate in Hinblick auf die Kraftstoffeffizienz hoch ist, kann es darüber hinaus eine Begrenzung des maximalen Drehmoments des Motors geben, und somit kann das Beschleunigungsvermögen des Fahrzeugs verringert werden.
  • Daher ist eine Motorantriebstechnik benötigt worden, die in der Lage ist, die Effizienz des Systems zu verbessern, während Abschnitte mit niedriger und hoher Leistung durch einen Motor abgedeckt werden.
  • Die obigen Beschreibungen in Bezug auf Hintergrundtechnologien sind nur gemacht worden, um das Verständnis des Hintergrunds der vorliegenden Offenbarung zu unterstützen, und sollen von einem Fachmann nicht derart angesehen werden, dass sie dem bereits bekannten Stand der Technik entsprechen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Eine Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Motoransteuerungsvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern derselben bereitzustellen, die auf der Grundlage einer geforderten Leistung eines Motors einen Motorantriebsmodus auf einen Y-Verbindungs-Motorantriebsmodus und einen Motorantriebsmodus mit offener Wicklung umschalten können, um den Wirkungsgrad eines Wechselrichters zum Ansteuern des Motors zu verbessern, und die den Motor selbst bei einer Fehlfunktion des Wechselrichters stabil steuern bzw. regeln können.
  • Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung, die vorgeschlagen wird, um die oben genannten Probleme zu lösen, kann eine Motoransteuerungsvorrichtung eine Motoransteuerungsvorrichtung zum Ansteuern eines Motors mit mehreren Wicklungen sein, die jeweils mehreren Phasen entsprechen, und kann umfassen: einen ersten Wechselrichter mit mehreren ersten Schaltelementen, der mit einem ersten Ende jeder der mehreren Wicklungen verbunden ist; einen zweiten Wechselrichter mit mehreren zweiten Schaltelementen, der mit einem zweiten Ende jeder der mehreren Wicklungen verbunden ist; ein drittes Schaltelement, das derart eingerichtet ist, dass es den zweiten Wechselrichter mit dem Motor verbindet oder von ihm trennt; und eine Steuerung (Controller), die derart eingerichtet ist, dass sie einen ersten Antriebsmodus, in dem der Motor ausschließlich durch den ersten Wechselrichter unter dem ersten Wechselrichter und dem zweiten Wechselrichter durch Steuerung des dritten Schaltelements angesteuert wird, und einen zweiten Antriebsmodus, in dem der Motor durch den ersten Wechselrichter und den zweiten Wechselrichter angesteuert wird, realisiert bzw. implementiert, wobei die Steuerung eine Drehmomentbegrenzungstabelle aufweist, die jedem Antriebsmodus entspricht, und derart eingerichtet ist, dass sie die Drehmomentbegrenzungstabelle auf eine Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Antriebsmodus umschaltet, wenn der zweite Wechselrichter in dem zweiten Antriebsmodus ausfällt.
  • Das dritte Schaltelement kann zwischen dem zweiten Wechselrichter und den zweiten Enden der mehreren Wicklungen vorgesehen sein.
  • Die Steuerung kann das dritte Schaltelement in dem ersten Antriebsmodus einschalten, so dass das dritte Schaltelement als Y-Verbindungs-Neutralanschluss wirkt, und kann das dritte Schaltelement in dem zweiten Antriebsmodus ausschalten, so dass der Motor durch den ersten Wechselrichter und den zweiten Wechselrichter angesteuert wird.
  • Die Steuerung kann, wenn der zweite Wechselrichter in dem zweiten Antriebsmodus ausfällt, die Drehmomentbegrenzungstabelle auf die Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Antriebsmodus umschalten und dann das dritte Schaltelement derart steuern, dass der zweite Wechselrichter von dem Motor getrennt wird.
  • Die Drehmomentbegrenzungstabelle kann eine Datentabelle sein, in die die Drehzahl des Motors und eine Wechselrichter-seitige Eingangsspannung eingegeben werden und aus der das maximale Steuer- bzw. Regelmoment des Motors ausgegeben wird.
  • Die Steuerung kann die Drehmomentbegrenzungstabelle auf die Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Antriebsmodus umschalten, wenn die Pulsweitenmodulationssteuerung des zweiten Wechselrichters während einer Störung des zweiten Wechselrichters in dem zweiten Fahrmodus nicht möglich ist.
  • Die Steuerung kann den Motor derart steuern, dass er sich in dem ersten Antriebsmodus befindet, wenn eine erforderliche Leistung des Motors niedriger als ein vorgegebener Referenzwert ist, und kann den Motor derart steuern, dass er sich in dem zweiten Antriebsmodus befindet, wenn die erforderliche Leistung des Motors höher als der vorgegebene Referenzwert ist.
  • Die Steuerung kann eingerichtet sein, dass sie den Motor auf der Grundlage der Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Antriebsmodus steuert.
  • Ein Verfahren zum Steuern der Motoransteuerungsvorrichtung kann umfassen: Erfassen, ob ein zweiter Wechselrichter in einem zweiten Antriebsmodus ausfällt, durch eine Steuerung; Umschalten einer Drehmomentbegrenzungstabelle auf eine Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Antriebsmodus durch die Steuerung, wenn der zweite Wechselrichter ausfällt; und Ansteuern eines Motors durch die Steuerung durch einen ersten Wechselrichter auf der Grundlage der Drehmomentbegrenzungstabelle für den ersten Antriebsmodus.
  • Bei dem Ansteuern des Motors durch den ersten Wechselrichter kann die Steuerung die Drehmomentbegrenzungstabelle auf die Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Antriebsmodus umschalten und dann ein drittes Schaltelement derart steuern, dass der Motor durch den ersten Wechselrichter angesteuert wird.
  • Die Motoransteuerungsvorrichtung und das Verfahren zum Steuern derselben gemäß der vorliegenden Offenbarung können den Wirkungsgrad in einem gesamten Drehmomentbereich im Vergleich zu dem Fall verbessern, in dem ein herkömmlicher typischer Motor mit Y-Verbindung bzw. Sternschaltung durch einen Wechselrichter angesteuert wird, und können somit zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs beitragen.
  • Insbesondere in einem Antriebsmodus mit offener Wicklung zum Durchführen einer Pulsweitenmodulationssteuerung für alle zwei Wechselrichter, auch wenn ein Wechselrichter ausfällt, kann der Motor stabil durch den Motor durch den anderen Wechselrichter angesteuert werden, wodurch die Systemstabilität und der Fahrkomfort verbessert werden.
  • Die in der vorliegenden Offenbarung erzielbaren Wirkungen sind nicht auf die oben erwähnten Wirkungen beschränkt, und andere Wirkungen, die oben nicht erwähnt wurden, werden von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem die vorliegende Offenbarung gehört, aus der folgenden Beschreibung klar verstanden.
  • Figurenliste
  • Die obigen und anderen Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlicher. In den Figuren zeigen:
    • 1 und 2 zeigen Schaltungsansichten einer Motoransteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 3 zeigt eine Anordnung einer Steuerung einer Motoransteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 4 und 5 zeigen Ansichten, die Drehmomentbegrenzungstabellen einer Steuerung einer Motoransteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen; und
    • 6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Motoransteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nachfolgend wird eine Motoransteuerungsvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
  • 1 und 2 zeigen Schaltungsansichten einer Motoransteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Unter Bezugnahme auf 1 kann eine Motoransteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine Motoransteuerungsvorrichtung zum Zuführen von Antriebsleistung an einen Motor 400 (gezeigt in 3) sein, der mehrere Wicklungen aufweist, die mehreren Phasen entsprechen, und kann umfassen: einen ersten Wechselrichter 210, der mehrere erste Schaltelemente S11-S16 umfasst und mit einem ersten Ende jeder der Wicklungen des Motors 400 verbunden ist; und einen zweiten Wechselrichter 220, der mehrere zweite Schaltelemente S21-S26 umfasst und mit einem zweiten Ende jeder der Wicklungen des Motors 400 verbunden ist.
  • Darüber hinaus kann die Motoransteuerungsvorrichtung umfassen: ein drittes Schaltelement 240, das derart eingerichtet ist, dass es den Motor 400 mit dem zweiten Wechselrichter 220 verbindet bzw. von diesem trennt; und eine Steuerung 120, die derart eingerichtet ist, dass sie auf der Grundlage einer erforderlichen Leistung des Motors 400 den Ein/Aus-Zustand der ersten Schaltelemente S11-S16, der zweiten Schaltelemente S21-S26 und des dritten Schaltelements 240 steuert.
  • Die Steuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann durch einen nichtflüchtigen Speicher (nicht gezeigt), der derart eingerichtet ist, dass er Daten über einen Algorithmus, der eingerichtet ist, um Operationen verschiedener Elemente eines Fahrzeugs zu steuern, oder über Softwarebefehle zum Reproduzieren des Algorithmus speichert, und einen Prozessor (nicht gezeigt), der eingerichtet ist, dass er Operationen, die weiter unten beschrieben werden, unter Verwendung der in dem Speicher gespeicherten Daten durchführt, realisiert werden. Der Speicher und der Prozessor können als separate Chips realisiert sein. Alternativ können der Speicher und der Prozessor als ein einziger Chip realisiert sein, in dem der Speicher und der Prozessor miteinander integriert sind, und der Prozessor kann die Form eines oder mehrerer Prozessoren annehmen.
  • Der erste Wechselrichter 210 und der zweite Wechselrichter 220 können Gleichstromleistung, die in einer Batterie 230 gespeichert ist, in Dreiphasen-Wechselstromleistung umwandeln und die Dreiphasen-Wechselstromleistung an den Motor 400 zuführen. Alternativ können der erste Wechselrichter 210 und der zweite Wechselrichter 220 regenerative Bremsenergie, die aufgrund des Auftretens eines regenerativen Bremsmoments des Motors 400 zum Zeitpunkt des regenerativen Bremsens erzeugt wird, in Gleichstrom umwandeln und die Gleichstromleistung an die Batterie 230 zuführen. Die Umwandlung zwischen der Gleichstromleistung und der Wechselstromleistung kann durch Pulsweitenmodulationssteuerung der mehreren ersten Schaltelemente S11-S16 und der mehreren zweiten Schaltelemente S21-S26 durchgeführt werden, die in dem ersten Wechselrichter 210 und dem zweiten Wechselrichter 220 umfasst sind.
  • Der erste Wechselrichter 210 kann mehrere Zweige umfassen, an die eine Gleichspannung angelegt wird, die in einem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator gebildet wird, der zwischen den beiden Enden der Batterie 230 angeschlossen ist. Die Zweige können jeweils mit mehreren Phasen des Motors 400 elektrisch verbunden sein. Genauer gesagt kann ein erster Zweig zwei Schaltelemente S11 und S12 umfassen, die zwischen beiden Enden des Gleichstromkondensators miteinander in Reihe geschaltet sind, und ein Verbindungsknoten der beiden Schaltelemente S11 und S12 kann mit einem Ende einer einphasigen Wicklung in dem Motor 400 verbunden sein, so dass Wechselstromleistung, die einer der mehreren Phasen entspricht, ein- oder ausgegeben wird. Ebenso kann ein zweiter Zweig zwei Schaltelemente S13 und S14 umfassen, die zwischen beiden Enden des Gleichstromkondensators miteinander in Reihe geschaltet sind, und ein Verbindungsknoten der beiden Schaltelemente S13 und S14 kann mit einem Ende einer einphasigen Wicklung im Motor 400 verbunden sein, so dass Wechselstromleistung, die einer der mehreren Phasen entspricht, ein- oder ausgegeben wird. Darüber hinaus kann ein dritter Zweig zwei Schaltelemente S15 und S16 umfassen, die zwischen den beiden Enden des Gleichstromkondensators miteinander in Reihe geschaltet sind, und ein Verbindungsknoten der beiden Schaltelemente S15 und S16 kann mit einem Ende einer einphasigen Wicklung im Motor 400 verbunden sein, so dass Wechselstromleistung, die einer der mehreren Phasen entspricht, ein- oder ausgegeben wird.
  • Der zweite Wechselrichter 220 kann auch eine ähnliche Anordnung wie der erste Wechselrichter 210 aufweisen. Der zweite Wechselrichter 220 kann mehrere Zweige umfassen, an die ein Gleichspannung angelegt wird, die in einem Gleichstrom-Zwischenkreiskondensator gebildet wird, der zwischen den beiden Enden der Batterie 230 angeschlossen ist. Die Zweige können jeweils elektrisch mit den mehreren Phasen des Motors 400 verbunden sein. Genauer gesagt kann ein erster Zweig zwei Schaltelemente S21 und S22 umfassen, die zwischen den beiden Enden des Gleichstromkondensators miteinander in Reihe geschaltet sind, und ein Verbindungsknoten der beiden Schaltelemente S21 und S22 kann mit einem Ende einer einphasigen Wicklung im Motor 400 verbunden sein, so dass eine Wechselstromleistung, die einer der mehreren Phasen entspricht, ein- oder ausgegeben wird. Ebenso kann ein zweiter Zweig zwei Schaltelemente S23 und S24 umfassen, die zwischen beiden Enden des Gleichstromkondensators miteinander in Reihe geschaltet sind, und ein Verbindungsknoten der beiden Schaltelemente S23 und S24 kann mit einem Ende einer einphasigen Wicklung im Motor 400 verbunden sein, so dass Wechselstromleistung, die einer der mehreren Phasen entspricht, ein- oder ausgegeben wird. Darüber hinaus kann ein dritter Zweig zwei Schaltelemente S25 und S26 umfassen, die zwischen beiden Enden des Gleichstromkondensators miteinander in Reihe geschaltet sind, und ein Verbindungsknoten der beiden Schaltelemente S25 und S26 kann mit einem Ende einer einphasigen Wicklung im Motor 400 verbunden werden, so dass Wechselstromleistung, die einer der mehreren Phasen entspricht, ein- oder ausgegeben wird.
  • Der erste Wechselrichter 210 kann mit einem Ende jeder der Wicklungen des Motors 400 verbunden sein, und der zweite Wechselrichter 220 kann mit dem anderen Ende der Wicklung des Motors 400 verbunden sein. Das heißt, dass beide Enden jeder der Wicklungen des Motors 400 elektrisch mit dem ersten Wechselrichter 210 bzw. dem zweiten Wechselrichter 220 in einem Wicklungsschema mit offenem Ende verbunden sein können.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann das dritte Schaltelement 240 derart angeordnet sein, dass es mit jeder Phase zwischen dem Motor 400 und dem zweiten Wechselrichter 220 verbunden ist. Die Ausführungsform in 1 zeigt ein Beispiel für einen elektronischen Schalter, und 2 zeigt, dass das dritte Schaltelement 240 ein mechanischer Schalter ist.
  • Wenn das dritte Schaltelement 240 ausgeschaltet ist, kann der Motor 400 in einem Wicklungsmodus mit offenem Ende (Open-End-Wicklungs-(OEW)Modus) betrieben werden, wodurch eine hohe Leistung erreicht wird. Wenn das dritte Schaltelement 240 eingeschaltet ist, können die Wicklungen des Motors 400 in einer Position, in der das dritte Schaltelement 240 angeschlossen ist, eine Y-Verbindung bzw. eine Sternschaltung bilden und einen neutralen Anschluss darstellen. Wenn beispielsweise das dritte Schaltelement 240 eingeschaltet ist, wenn alle der mehreren Schaltelemente S21-S26 des zweiten Wechselrichters 220 ausgeschaltet sind und nicht betrieben werden, und wenn der erste Wechselrichter 210 arbeitet, um den Motor 400 anzusteuern, kann der Motor 400 durch einen einzigen Wechselrichter angesteuert werden.
  • Das dritte Schaltelement 240 kann verschiedene Schaltmittel verwenden, wie z.B. einen MOSFET, einen IGBT, einen Thyristor und ein Relais, die auf dem entsprechenden technischen Gebiet bekannt sind.
  • Grundsätzlich kann die Steuerung 120 ein Element zum Durchführen einer Pulsweitenmodulationssteuerung für die Schaltelemente S11-S16 und S21-S21 sein, die in dem ersten Wechselrichter 210 und dem zweiten Wechselrichter 220 umfasst sind, so dass der Motor 400 auf der Grundlage einer erforderlichen Leistung des Motors 400 angetrieben werden kann. Insbesondere kann die Steuerung 120 in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf der Grundlage der erforderlichen Leistung des Motors 400 einen Wechselrichter bestimmen, der für eine Motoransteuerung des Motors 400 zu verwenden ist, kann auf der Grundlage der Bestimmung den Ein-/Aus-Zustand des dritten Schaltelements 240 bestimmen und eine Pulsbreitenmodulationssteuerung für ein Schaltelement eines Wechselrichters durchführen, dessen Ansteuerung bestimmt worden ist.
  • 3 stellt eine Anordnung einer Steuerung 120 einer Motoransteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dar. Eine von einem Fahrer geforderte Leistung kann über eine VCU (Vehicle Control Unit - ein Fahrzeugsteuergerät) 100 eingegeben werden und kann in eine Drehmomentbegrenzungstabelle 202 durch einen Drehmomentbefehl zusammen mit einer Eingangsanschlussspannung eines ersten Wechselrichters und der Anzahl der Wicklungen eines Motors eingegeben werden. Aus der Drehmomentbegrenzungstabelle 202 kann ein Drehmomentbefehl mit begrenztem Drehmoment ausgegeben werden. Der Drehmomentbefehl kann zusammen mit dem magnetischen Fluss in eine auf dem magnetischen Fluss basierende Strombefehlstabelle 206 eingegeben werden, so dass ein erforderlicher Strom IdqRef abgeleitet werden kann. Im Falle des magnetischen Flusses können eine Eingangsspannung, eine Motordrehzahl, ein Drehmomentbefehl, eine erforderliche Spannung VdqRef in einen Magnetregler 204 eingegeben werden, so dass der magnetische Fluss daraus abgeleitet wird.
  • Der abgeleitete erforderliche Strom IdqRef und der rückgekoppelte Ausgangsstrom IdqAct können in einen Stromregler 200 eingegeben werden, und es kann eine erforderliche Spannung VdqRef ausgegeben werden. Die erforderliche Spannung VdqRef kann als Koordinatenumwandlungs- und SVPWM-Befehl 302 erzeugt und dann in einen Wechselrichter durch Mindestabstand-Übersteuerung 304 eingegeben werden. Auf diese Weise kann ein Motor 400 mit dem Ausgangsstrom IdqAct angetrieben werden, und der Ausgangsstrom kann erneut koordinatenumgewandelt 306 und an den Stromregler 200 zurückgeführt werden.
  • Wenn eine geforderte Leistung des Motors 400 niedriger als ein vorgegebener Referenzwert ist, kann die Steuerung 120 eine Pulsweitenmodulationssteuerung für die Schaltelemente S11-S16 des ersten Wechselrichters 210 durchführen, ohne den zweiten Wechselrichter 220 zu betreiben, wodurch der Motor 400 angetrieben wird (zur Vereinfachung der Beschreibung als „erster Antriebsmodus“ bezeichnet). Zu diesem Zeitpunkt kann die Steuerung 120 das dritte Schaltelement 240 derart steuern, dass es sich in einem EIN-Zustand befindet. Somit kann eine Y-Verbindung gebildet und der Motor angetrieben werden. Da verschiedene Techniken zum Antreiben des Motors 400 durch Pulsweitenmodulationssteuerung für einen Wechselrichter bereits im einschlägigen technischen Bereich bekannt sind, wird auf eine detaillierte Beschreibung einer Technik zum Durchführen der Pulsweitenmodulationssteuerung für einen Wechselrichter in einem ersten Antriebsmodus verzichtet.
  • Wenn eine erforderliche Leistung des Motors 400 höher ist als der vorgegebene Referenzwert, kann die Steuerung 120 sowohl den ersten Wechselrichter 210 als auch den zweiten Wechselrichter 220 betreiben, um den Motor 400 anzusteuern (zur Vereinfachung der Beschreibung als „zweiter Antriebsmodus“ bezeichnet). Zu diesem Zeitpunkt kann die Steuerung 120 das dritte Schaltelement 240 derart steuern, dass es sich in einem AUS-Zustand befindet. Somit kann ein Ende des Motors 400 mit dem ersten Wechselrichter 210 und das andere Ende mit dem zweiten Wechselrichter 220 verbunden sein. Das heißt, in dem zweiten Antriebsmodus kann der Motor 400 zu einem Motor mit offener Wicklung werden, bei dem alle beiden Enden einer Wicklung geöffnet sind, und er kann durch Durchführen einer Pulsweitenmodulationssteuerung für die beiden Wechselrichter 210 und 220, die jeweils mit beiden Enden der Wicklung verbunden sind, angesteuert werden.
  • Die Steuerung 120 kann Gleichspannungen des ersten Wechselrichters 210 und des zweiten Wechselrichters 220, einen von einem Stromsensor erfassten und dem Motor 400 zugeführten Phasenstrom und einen Motorwinkel, der von einem in dem Motor 400 angebrachten Motorrotorsensor (nicht dargestellt) erfasst wird, empfangen und eine Pulsweitenmodulationssteuerung für die ersten Schaltelemente S11-S16 des ersten Wechselrichters 210 und die zweiten Schaltelemente S21-S26 des zweiten Wechselrichters 220 durchführen, wodurch das Antreiben des Motors in dem zweiten Antriebsmodus erreicht werden kann. Verschiedene Techniken zum Durchführen einer Pulsweitenmodulationssteuerung für zwei Wechselrichter, die an beiden Enden einer Wicklung eines Motors mit offener Wicklung angeschlossen sind, um einen Motor anzusteuern, sind im einschlägigen technischen Bereich bereits bekannt. Daher wird auf eine zusätzliche detaillierte Beschreibung der Pulsweitenmodulationssteuerung für Wechselrichter, die in dem zweiten Antriebsmodus durchgeführt wird, verzichtet.
  • Wie oben beschrieben, kann die Motoransteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in dem ersten Antriebsmodus einen Y-Verbindungs-Motor durch Steuern des ersten Wechselrichters 210 ansteuern und in dem zweiten Antriebsmodus einen Motor mit offener Wicklung durch Steuern des ersten Wechselrichters 210 und des zweiten Wechselrichters 220 ansteuern. Wenn der Motor 400 für ein Antreiben eines Fahrzeugs angewendet wird, können die Hauptbetriebspunkte des Fahrzeugs als ein Betriebspunkt während der Fahrt in einer Stadt und ein Betriebspunkt zum Zeitpunkt der Fahrt auf einer Autobahn auftreten, und diese Betriebspunkte können in einem Bereich umfasst sein, in dem der Wirkungsgrad eines Motor-Wechselrichter-Systems hoch ist.
  • Der zweite Antriebsmodus ist ein Modus zum Ansteuern eines Motors mit offener Wicklung, und es ist bekannt, dass bei dem Ansteuern mit offener Wicklung die Leistung eines Wechselrichters derart eingerichtet bzw. eingestellt werden kann, dass sie 3
    Figure DE102022207668A1_0001
    mal höher sein kann als in dem Fall, in dem ein Motor mit in Sternanschluss verbundenen Wicklungen und der gleichen Anzahl von Wicklungen von nur einem Wechselrichter angesteuert wird. Das heißt, wenn das Ansteuern mit offener Wicklung, die der zweite Antriebsmodus ist, angewendet wird, kann die Anzahl der Wicklungen eines Motors um einen Faktor von 3
    Figure DE102022207668A1_0002
    erhöht werden, und somit kann eine Stromabgabe, die der Motor benötigt, um eine identische Leistung zu erzeugen, um den Faktor 3
    Figure DE102022207668A1_0003
    reduziert werden.
  • Wenn das Ansteuern mit offener Wicklung angewendet wird, kann somit der Strom eines Wechselrichters im Vergleich zum Ansteuern eines Motors mit Sternschaltung reduziert werden, um eine identische Leistung zu erzeugen, wodurch sich der Wirkungsgrad erhöht, und die Anzahl der als Schaltelemente verwendeten Leistungshalbleiter kann reduziert werden, wodurch sich die Materialkosten verringern.
  • Wenn der zweite Antriebsmodus angewendet wird, kann sich die Motorleistung erhöhen, und daher kann es schwierig sein, dass ein Bereich, in dem die Spannungsnutzungsrate des Motor-Wechselrichter-Systems größer als ein vorgegebener Referenzwert ist und als hervorragend bestimmt wird, Hauptbetriebspunkte umfasst. Daher kann in einem Bereich mit niedrigem Drehmoment, der die Hauptbetriebspunkte umfasst, ein Betrieb zum Ansteuern des Motors 400 in dem ersten Antriebsmodus zum Verbessern des Wirkungsgrades durchgeführt werden, und in einem Abschnitt, der eine hohe Leistung erfordert, kann ein Betrieb zum Ansteuern des Motors 400 in dem zweiten Antriebsmodus durchgeführt werden, um die Wechselrichterausgangsleistung relativ zu verringern und die Anzahl der verwendeten Leistungshalbleiter zu reduzieren.
  • Um den Wirkungsgrad des ersten Antriebsmodus, der in dem Bereich mit niedrigen Drehmoment einschließlich der Hauptbetriebspunkte durchgeführt wird, weiter zu verbessern, können MOSFETs aus SiC, das ein Material mit relativ geringen Schaltverlusten ist, als Schaltelemente S11-S16 für den ersten Wechselrichter 210 verwendet werden. Im Gegensatz dazu können IGBTs aus Si, das ein kostengünstiges Material ist, als Schaltelemente S21-S26 für den zweiten Wechselrichter 220 verwendet werden, der im Bereich hoher Leistung arbeitet.
  • Demzufolge kann die Motoransteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu einem herkömmlichen typischen Motor mit Y-Verbindung bzw. Sternanschluss, der von einem Wechselrichter angesteuert wird, den Wirkungsgrad in dem gesamten Drehmomentbereich verbessern und somit zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs beitragen.
  • 4 und 5 zeigen Ansichten, die Drehmomentbegrenzungstabellen einer Steuerung einer Motoransteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellen. Wie in 3 beschrieben, kann die Steuerung eine Drehmomentbegrenzungstabelle umfassen, und ein von einem Fahrer angeforderte Leistung, was ein erforderliches Drehmoment darstellt, kann zusammen mit einer Eingangsanschlussspannung eines ersten Wechselrichters und der Anzahl (oder Drehzahl) der Umdrehungen eines Motors in eine Drehmomentbegrenzungstabelle eingegeben werden. Aus der Drehmomentbegrenzungstabelle kann ein Drehmomentbefehl mit begrenztem Drehmoment ausgegeben werden.
  • Wie in 4 dargestellt, kann die maximale Größe des Drehmoments, mit dem ein Motorsystem eine lineare Regelung bei einer bestimmten Drehzahl durchführen kann, von einer Spannungsbegrenzungsellipse abhängen, die auf der Grundlage einer Drehzahl und einer Größe der eingegebenen Gleichspannung des Wechselrichters bestimmt wird. In einem Bereich nach der Basisdrehzahl des Motors kann, wenn ein Ausgangsdrehmomentbefehl T auf der Grundlage einer spannungs-/drehzahlspezifischen Drehmomentbegrenzungstabelle in einer Vektorregelungsstruktur des Motorsystems empfangen wird, ein Strombefehl innerhalb einer Spannungsbegrenzungsellipse auf einem T entsprechenden äquivalenten Drehmomentverlauf durch eine auf dem Magnetfluss basierende Strombefehlstabelle gebildet werden.
  • Wie in 4 dargestellt, ist während des normalen Fahrens in dem OEW-Modus (dem zweiten Antriebsmodus) der steuer- bzw. regelbare maximale Drehmomentwert T1, der den höchsten Punkt auf der Ellipse darstellt. Wie in 5 dargestellt, kann jedoch der höchste Punkt auf der Ellipse während des Betriebs im CEW-Modus (ersten Antriebsmodus) nach einem Ausschalten (AUS - OFF) der PWM-Steuerung für den zweiten Wechselrichter auf T2 sinken. Darüber hinaus kann dies ein theoretisch steuerbarer Drehmomentgrenzwert für jeden Modus sein und kann in den Drehmomentgrenzwerttabellen auf einen T2-Wert und einen T3-Wert, die kleiner als der theoretische Grenzwert sind, unter Berücksichtigung von Nebeneffekten wie Drehmomentschwingungen usw. zum Zeitpunkt des Antreibens begrenzt werden.
  • Daher ist ein theoretisch steuerbarer Drehmomentgrenzwert während des Betriebs im CEW-Modus kleiner als im OEW-Modus, und daher kann die Drehmomentbegrenzungstabelle den Wert auch auf einen kleineren Wert begrenzen. Demzufolge kann das Fahren kontinuierlich durchgeführt werden, aber die Größe einer bei gleicher Drehzahl erzeugten Leistung kann reduziert werden.
  • Der zweite Wechselrichter kann eine Fehlfunktion aufweisen, während die Steuerung den Motor in dem zweiten Modus für eine hohe Leistung betreibt. Alternativ kann der zweite Wechselrichter während des Übergangs zu dem zweiten Antriebsmodus eine Fehlfunktion aufweisen, oder die Fehlfunktion kann festgestellt werden.
  • In diesem Fall kann zum Zeitpunkt des Versuchs, den zweiten Wechselrichter zu steuern, während die Drehmomentbegrenzungstabelle als eine Drehmomentbegrenzungstabelle des zweiten Antriebsmodus in 4 beibehalten wird, der zweite Wechselrichter außer Kontrolle geraten, und somit kann das Fahren des Fahrzeugs gestoppt werden, und andere zugehörige Elemente können sequenziell ausfallen.
  • Wenn der zweite Wechselrichter ausfällt, kann die Steuerung daher zunächst eine Drehmomentbegrenzungstabelle auf die Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Antriebsmodus in 5 umschalten und ein drittes Schaltelement steuern, um den Motor in dem ersten Antriebsmodus zu betreiben, wodurch die Mindestfahrt ermöglicht wird, obwohl die Anforderungen des Fahrers nicht erfüllt werden, und die Fahrsicherheit und die Haltbarkeit der Komponenten erhalten bleiben. Darüber hinaus kann der Fahrer durch eine separate Warnung usw. veranlasst werden, das Fahrzeug zu warten.
  • Insbesondere zeigt 6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Motoransteuerungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren zum Steuern der Motoransteuerungsvorrichtung der vorliegenden Offenbarung kann umfassen: Abtasten bzw. Erfassen, ob ein zweiter Wechselrichter in einem zweiten Antriebsmodus ausfällt, durch eine Steuerung (S100); Umschalten einer Drehmomentbegrenzungstabelle auf eine Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Antriebsmodus durch die Steuerung, wenn der zweite Wechselrichter ausfällt (S300); und Ansteuern eines Motors durch die Steuerung durch einen ersten Wechselrichter, auf der Grundlage der Drehmomentbegrenzungstabelle für den ersten Antriebsmodus (S400).
  • Des Weiteren kann die Steuerung bei dem Ansteuern des Motors durch den ersten Wechselrichter (S400) die Drehmomentgrenztabelle auf die Drehmomentgrenztabelle für einen ersten Antriebsmodus umschalten und dann ein drittes Schaltelement derart steuern, dass der Motor durch den ersten Wechselrichter angesteuert wird.
  • Im Fall des Steuerns des Motors in dem zweiten Antriebsmodus, da eine von einem Fahrer geforderte Leistung hoch ist, kann die Steuerung bei einer Störung des zweiten Wechselrichters zunächst bestimmen, ob der zweite Wechselrichter eine Störung aufweist und ob der erste Wechselrichter normal arbeitet (S100). Wenn der erste Wechselrichter normal arbeitet, aber der zweite Wechselrichter eine Störung aufweist, kann die Steuerung bestimmen, ob die Störung des zweiten Wechselrichters außerhalb der PWM-Steuerung liegt (S200). Wenn schließlich bestimmt wird, dass der zweite Wechselrichter außerhalb der PWM-Steuerung liegt, kann die Steuerung zunächst eine Drehmomentbegrenzungstabelle auf eine Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Antriebsmodus umschalten (S300).
  • Außerdem kann die Steuerung nach Abschluss des Umschaltens das dritte Schaltelement einschalten, um in den ersten Antriebsmodus zu wechseln, und die Motorsteuerung durchführen (S400).
  • Demzufolge kann ein Motor in einem Antriebsmodus mit offener Wicklung zum Durchführen einer Pulsweitenmodulationssteuerung für alle der beiden Wechselrichter, auch bei Ausfall eines Wechselrichters, durch den anderen Wechselrichter stabil angetrieben werden, wodurch die Systemstabilität und der Fahrkomfort verbessert werden und die Lebensdauer aufrechterhalten wird.
  • Vorstehend ist die vorliegende Offenbarung in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden. Einem Fachmann wird jedoch klar sein, dass die vorliegende Offenbarung innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche in verschiedener Weise modifiziert und verändert werden kann.

Claims (10)

  1. Motoransteuerungsvorrichtung zum Ansteuern eines Motors mit mehreren Wicklungen, die jeweils mehreren Phasen entsprechen, die Motoransteuerungsvorrichtung aufweisend: einen ersten Wechselrichter, der mehrere erste Schaltelemente aufweist und mit einem ersten Ende jeder der mehreren Wicklungen verbunden ist; einen zweiten Wechselrichter, der mehrere zweite Schaltelemente aufweist und mit einem zweiten Ende jeder der mehreren Wicklungen verbunden ist; ein drittes Schaltelement, das eingerichtet ist, um den zweiten Wechselrichter mit dem Motor zu verbinden oder von ihm zu trennen; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um einen ersten Antriebsmodus, in dem der Motor ausschließlich durch den ersten Wechselrichter unter dem ersten Wechselrichter und dem zweiten Wechselrichter durch Steuerung des dritten Schaltelements angesteuert wird, und einen zweiten Antriebsmodus, in dem der Motor durch den ersten Wechselrichter und den zweiten Wechselrichter angesteuert wird, zu realisieren, wobei die Steuerung eine Drehmomentbegrenzungstabelle aufweist, die jedem Antriebsmodus entspricht, und eingerichtet ist, um die Drehmomentbegrenzungstabelle auf eine Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Antriebsmodus umzuschalten, wenn der zweite Wechselrichter in dem zweiten Antriebsmodus ausfällt.
  2. Motoransteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das dritte Schaltelement zwischen dem zweiten Wechselrichter und den zweiten Enden der mehreren Wicklungen vorgesehen ist.
  3. Motoransteuerungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um: das dritte Schaltelement in dem ersten Antriebsmodus einzuschalten, so dass das dritte Schaltelement als Y-Verbindungs-Neutralanschluss wirkt, und das dritte Schaltelement in dem zweiten Antriebsmodus auszuschalten, so dass der Motor durch den ersten Wechselrichter und den zweiten Wechselrichter angesteuert wird.
  4. Motoransteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um bei einer Störung des zweiten Wechselrichters in dem zweiten Antriebsmodus die Drehmomentbegrenzungstabelle auf die Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Fahrmodus umzuschalten und dann das dritte Schaltelement derart zu steuern, dass der zweite Wechselrichter von dem Motor getrennt wird.
  5. Motoransteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Drehmomentbegrenzungstabelle eine Datentabelle ist, in die eine Drehzahl des Motors und eine Wechselrichter-seitige Eingangsspannung eingegeben werden und aus der ein maximales Regelmoment des Motors ausgegeben wird
  6. Motoransteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um die Drehmomentbegrenzungstabelle auf die Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Fahrmodus umzuschalten, wenn eine Pulsweitenmodulationssteuerung für den zweiten Wechselrichter während einer Fehlfunktion des zweiten Wechselrichters in dem zweiten Antriebsmodus unmöglich ist.
  7. Motoransteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um: den Motor derart zu steuern, dass er sich in dem ersten Antriebsmodus befindet, wenn eine erforderliche Leistung des Motors niedriger als ein vorgegebener Referenzwert ist, und den Motor derart zu steuern, dass er sich in dem zweiten Antriebsmodus befindet, wenn die erforderliche Leistung des Motors höher als der vorgegebene Referenzwert ist.
  8. Motoransteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um den Motor auf der Grundlage der Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Antriebsmodus zu steuern.
  9. Verfahren zum Steuern der Motoransteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, das Verfahren aufweisend: Erfassen, ob der zweite Wechselrichter in dem zweiten Antriebsmodus eine Störung aufweist, durch die Steuerung; Umschalten der Drehmomentbegrenzungstabelle auf die Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Antriebsmodus durch die Steuerung, wenn der zweite Wechselrichter eine Störung aufweist; und Ansteuern des Motors durch die Steuerung durch den ersten Wechselrichter auf der Grundlage der Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Antriebsmodus.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Steuerung beim Ansteuern des Motors durch den ersten Wechselrichter die Drehmomentbegrenzungstabelle auf die Drehmomentbegrenzungstabelle des ersten Antriebsmodus umschaltet und dann das dritte Schaltelement derart steuert, dass der Motor durch den ersten Wechselrichter angesteuert wird.
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