DE112020001717T5

DE112020001717T5 - Verfahren und systeme zur verbesserung der stromfähigkeit für elektromotoren

Info

Publication number: DE112020001717T5
Application number: DE112020001717.6T
Authority: DE
Inventors: Steven E. Schulz
Original assignee: Rivian IP Holdings LLC
Current assignee: Rivian IP Holdings LLC
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2021-12-23
Also published as: WO2020206004A1; CN113412577A; US11381189B2; US20200313593A1

Abstract

Das System bestimmt, dass sich ein mehrphasiger Elektromotor in einem Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl, in der Nähe des Stillstandszustands, befindet. Das System bestimmt einen Arbeitszyklus für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors. Der Arbeitszyklus schließt eine Nennkomponente und eine Nullsequenzkomponente ein, die konfiguriert sind, um Temperaturanstiege von Leistungselektronikvorrichtungen des Motorantriebs auszugleichen. Leistungselektronikvorrichtungen können Dioden, IGBTs oder andere Schalter oder Vorrichtungen einschließen. Das System bewirkt, dass jeder Arbeitszyklus an einen entsprechenden Schalter der entsprechenden Phase des mehrphasigen Elektromotors angelegt wird, um einen Stromfluss in der entsprechenden Phase zu bewirken. Das System kann Arbeitszyklen bestimmen, die einem thermischen Gleichgewicht zwischen einem Schalter und einer Diode einer Phase und einem thermischen Gleichgewicht zwischen einem Paar gleicher Vorrichtungen unterschiedlicher Phasen entsprechen, und dann bestimmen, welcher Arbeitszyklus näher an einem vorbestimmten Wert liegt.

Description

Die vorliegende Offenbarung richtet sich auf das Verbessern der Stromfähigkeit von Elektromotoren und insbesondere auf das Verbessern der Stromfähigkeit nahe einem Stillstandszustand.
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/827.807 , eingereicht am 1. April 2019, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin eingeschlossen ist.
KURZDARS TELLUNG
Elektrofahrzeuge schließen elektrische Antriebsstränge ein, die im Allgemeinen einen oder mehrere Elektromotoren einschließen. Bei relativ niedrigen Drehzahlen kann der Temperaturanstieg an den Leistungselektronikkomponenten unerwünschte Niveaus erreichen oder den Betrieb anderweitig beeinträchtigen. Es wäre vorteilhaft, die Steuerung des Elektromotors bei niedrigen Drehzahlen so vorzunehmen, dass unerwünschte Temperaturerhöhungen vermieden werden.
In einigen Ausführungsformen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Systeme und Verfahren zum Steuern eines mehrphasigen Elektromotors bei niedriger Drehzahl. Das System bestimmt, dass sich der mehrphasige Elektromotor in einem Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl befindet. Das System bestimmt einen Arbeitszyklus für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors. Der Arbeitszyklus schließt eine Nennkomponente und eine Nullsequenzkomponente ein, die konfiguriert sind, um Temperaturanstiege von Leistungselektronikvorrichtungen auszugleichen. Die Leistungselektronikvorrichtungen können IGBTs, beliebige andere geeignete Schaltvorrichtungen, Dioden, beliebige andere geeignete Komponenten oder eine beliebige Kombination davon einschließen. Das System bewirkt, dass jeder Arbeitszyklus an einen entsprechenden Schalter der entsprechenden Phase des mehrphasigen Elektromotors angelegt wird, um einen Stromfluss in der entsprechenden Phase zu bewirken. Beispielsweise kann die Nullsequenzkomponente für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors dieselbe sein, muss aber nicht.
In einigen Ausführungsformen bestimmt das System den Arbeitszyklus für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors durch Bestimmen eines ersten Arbeitszyklus, der einem thermischen Gleichgewicht zwischen einem Schalter und einer Diode einer Phase entspricht, Bestimmen eines zweiten Arbeitszyklus, der einem thermischen Gleichgewicht zwischen einem Paar gleicher Vorrichtungen unterschiedlicher Phasen entspricht, und Bestimmen, welcher Arbeitszyklus von dem ersten Arbeitszyklus und dem zweiten Arbeitszyklus näher an einem vorbestimmten Wert liegt.
In einigen Ausführungsformen bestimmt das System den Arbeitszyklus für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors durch Abrufen des Arbeitszyklus aus einer Datenbank basierend auf dem Durchsuchen der Datenbank basierend auf einem oder mehreren Betriebsparametern.
In einigen Ausführungsformen bestimmt das System den Arbeitszyklus für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors durch Anwenden einer stückweisen Funktion basierend auf einem oder mehreren Betriebsparametern.
In einigen Ausführungsformen bestimmt das System basierend auf mindestens einem Sensorsignal, das von der Steuerschaltlogik empfangen wird, dass sich der Motor im Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl befindet.
In einigen Ausführungsformen bestimmt das System den Arbeitszyklus für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors durch Bestimmen thermischer Informationen für die Leistungselektronikvorrichtungen.
In einigen Ausführungsformen bestimmt das System, welche der Leistungselektronikvorrichtungen thermisch begrenzend sind.
Figurenliste
Die vorliegende Offenbarung wird gemäß einer oder mehreren verschiedenen Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren ausführlich beschrieben. Die Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und stellen lediglich typische oder beispielhafte Ausführungsformen dar. Diese Zeichnungen werden bereitgestellt, um das Verständnis der hierin offenbarten Konzepte zu erleichtern, und sind nicht als Einschränkung der Breite, des Umfangs oder der Anwendbarkeit dieser Konzepte zu verstehen. Es sollte beachtet werden, dass diese Zeichnungen aus Gründen der Klarheit und zur Vereinfachung der Darstellung nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind.

1 zeigt ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Motorantriebs und Motors gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
2 zeigt ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Prozesses zum Modifizieren eines Arbeitszyklus basierend auf geschätzter Vorrichtungstemperatur, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
3 zeigt ein veranschaulichendes Diagramm von Dioden- und IGBT-Temperaturanstiegen relativ zur Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit vom Arbeitszyklus d für ein diodenbegrenztes System (z. B. wo der Temperaturanstieg der Dioden den Strom begrenzt), gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
4 zeigt ein veranschaulichendes Diagramm von Dioden- und IGBT-Temperaturanstiegen relativ zum Kühlmittel in Abhängigkeit von vom Arbeitszyklus d für ein IGBT-begrenztes System (z. B. wo der Temperaturanstieg des IGBT den Strom begrenzt), gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
5 zeigt ein veranschaulichendes Diagramm von Dioden- und IGBT-Temperaturansteigen relativ zum Kühlmittel in Abhängigkeit vom Effektivphasenstrom (normalisiert), gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
6 zeigt zwei veranschaulichende Diagramme von Leitungs- und Schaltverlusten einer Diode und eines IGBT mit Phasenstrom, entsprechend den Daten von 5, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
7 zeigt drei veranschaulichende Diagramme des modifizierten Arbeitszyklus, des unmodifizierten Temperaturanstiegs und des modifizierten Temperaturanstiegs, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
8 zeigt zwei veranschaulichende Diagramme von Dioden- und IGBT-Temperaturanstieg mit einem unmodifizierten Arbeitszyklus und einem modifizierten Arbeitszyklus, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
9 zeigt einen veranschaulichenden modifizierten Arbeitszyklus, der nahe einem Stillstandszustand verwendet wird, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
10 zeigt ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Prozesses zum Steuern eines Elektromotors, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
In einigen Ausführungsformen werden Motorantriebe mit variabler Drehzahl in Elektro- und Hybridfahrzeugen verwendet, um eine elektrische Wechselstrommaschine (z. B. einen Dreiphasen-Elektromotor) zu steuern. 1 zeigt einen veranschaulichenden Motorantrieb 110 und einen Motor 120 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 veranschaulicht, stellt die Gleichstromversorgung 150 einen Gleichstrombus für den Motorantrieb 110 bereit, um Phasen des Motors 120 anzusteuern (z. B. dreiphasig, wie veranschaulicht). Der Motorantrieb 110 schließt eine Steuerschaltlogik 112 ein, die konfiguriert ist, um beispielsweise Steuersignale an S₁-S₆ bereitzustellen. Zum Beispiel kann der Motorantrieb 110 einen Wechselrichter einschließen, der konfiguriert ist, um Pulsweitenmodulationstechniken (PWM-Techniken) zu verwenden, um eine Eingangsgleichspannung (z. B. bereitgestellt durch die Gleichstromversorgung 150) in eine Ausgangswechselspannung und einen Ausgangswechselstrom umzuwandeln, um den Motor 120 anzusteuern. Wie hier verwendet, bezieht sich der Arbeitszyklus „d“ auf den Arbeitszyklus des oberen Schalters für eine Phase, und dementsprechend würde ein unterer Schalter durch den komplementären Arbeitszyklus „1-d“ angesteuert. In einem weiteren Beispiel ist die Grundfrequenz des Wechselstromausgangs des Motorantriebs 110 proportional zur mechanischen Drehzahl (z. B. Winkelgeschwindigkeit) des Motors 120. Wenn die mechanische Drehzahl des Motors gegen null geht (z. B. angehalten), tendiert die Wellenformfrequenz des Wechselstromausgangs ebenfalls gegen null. Zum Beispiel wird in einem Stillstandszustand, in dem die Winkelgeschwindigkeit null ist, der Motorstrom zu einem Gleichstrom. Im Stillstandszustand können Leistungshalbleiterbauelemente (z. B. einer der Transistoren S₁-S₆ oder eine der Dioden D₁-D₆) belastet oder überlastet werden, da sie gezwungen werden können, einen Spitzenphasenstrom kontinuierlich zu führen, im Gegensatz zu einer zeitlich variierenden Sinuswellenform mit entsprechenden niedrigeren Durchschnitts- und Effektivphasenstromwerten. Dies kann zu einer übermäßigen Erwärmung der Vorrichtungen (z. B. Transistoren, Dioden oder beides) führen. Während die vorhergehende Beschreibung im Zusammenhang mit Synchronmotoren steht, kann die vorliegende Offenbarung auch auf Asynchronmotoren (z. B. eine Drehfeldmaschine) angewendet werden, indem beispielsweise Schlupf in der Grundfrequenz der Ausgangswellenformen berücksichtigt wird.
In einigen Ausführungsformen kann eine Schaltfrequenz reduziert werden, um die Verlustleistung abzuschwächen. Unterhalb einer bestimmten Frequenz (z. B. 2 kHz) sind jedoch Schaltverluste in der Diode bereits vernachlässigbar und eine weitere Verringerung der Schaltfrequenz wirkt sich wenig auf die gesamte Verlustleistung der Dioden aus. Der Wechselrichter wird gezwungen, den Motorstrom im Stillstand signifikant zu reduzieren (oder zu drosseln), was zu einem geringeren Motordrehmoment und einer beeinträchtigten Fahrzeugleistung führt. Ferner ist der Temperaturanstieg an den Leistungshalbleitervorrichtungen im Stillstand nicht notwendigerweise ausgeglichen. Eine Vorrichtung kann wesentlich heißer sein als die anderen und wird somit der limitierende Faktor, der das erforderliche Maß an Drosselung vorgibt. Unter Umständen ist beispielsweise die Diode die begrenzende Vorrichtung aufgrund höherer thermischer Impedanz und Leitungsverluste im Vergleich zu dem Schalter (z. B. einem IGBT oder einem anderen geeigneten Schalter). Während der IGBT hierin als veranschaulichende Schaltvorrichtung verwendet wird, ist ein Schalter nicht auf einen IGBT beschränkt und kann zum Beispiel einen Bipolartransistor (BJT), einen beliebigen anderen geeigneten Schalter oder eine beliebige Kombination davon einschließen. Unter Umständen ist beispielsweise der Schalter die begrenzende Vorrichtung im Vergleich zur Diode. In einigen Ausführungsformen richtet sich die vorliegende Offenbarung auf Systeme und Verfahren zum Verringern der bei einem Stillstand erforderlichen Drosselung, indem der Temperaturanstieg an den heißesten Vorrichtungen innerhalb des Wechselrichters ausgeglichen wird.
In einigen Ausführungsformen stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Reduzieren eines Temperaturanstiegs an einer Halbleitervorrichtung innerhalb des Motorantriebs während sehr niedriger Drehzahlen (z. B. nahe Stillstand) und Stillstandsbetrieb bereit, wodurch ein höherer Ausgangsstrom an den Motor ermöglicht wird. In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren die Verwendung einer Modulationstechnik vom kontinuierlichen PWM-Typ (oder CPWM-Typ) ein. Zum Beispiel berücksichtigt die Steuerung Unausgewogenheiten im Temperaturanstieg zwischen IGBTs und Dioden bei oder nahe dem Stillstand. Ein Nullsequenz-Arbeitszyklus (z. B. ein Arbeitszyklus, der zu allen drei Phasen gleich hinzugefügt wird, aber zu keiner Änderung des Stromflusses zu Phasen des Motors führt) wird bestimmt, um eine maximale Sperrschichttemperatur bei diesen sehr niedrigen Drehzahlen zu minimieren.
Bezug nehmend auf 1 kann die Steuerung zum Beispiel einen Arbeitszyklus d_A für Schalter S₁ (z. B. einen IGBT) bestimmen, um der Phase A Strom bereitzustellen (unter der Annahme, dass Phasenstrom aus dem Wechselrichter fließt). Während der Periode 1-d_A (z. B. wenn S₁ ausgeschaltet ist) fließt Strom durch D₄ zur Phase A. Dementsprechend beeinflusst der Arbeitszyklus für eine Phase den Stromfluss und damit das thermische Verhalten von Schaltern und Dioden. In einem weiteren Beispiel, unter Bezugnahme auf 1, kann die Steuerung bestimmen, die zwei größten Ströme den Phasen A und B bereitzustellen. Die Phasenströme in den Phasen A und B werden ein unterschiedliches Vorzeichen aufweisen (z. B. einer wird positiv sein und der andere wird negativ sein). Der Stromfluss und der Temperaturanstieg in jeder Diode und jedem Schalter (z. B. IGBT oder jedem anderen geeigneten Schalter) hängt vom Arbeitszyklus ab.
In einigen Ausführungsformen kann der Motorantrieb 110 eine integrierte Einheit sein, die eine elektrische Schnittstelle zur Gleichstromversorgung 150 und zum Motor 120, eine Kommunikationsschnittstelle zu einer externen Steuerung und Kühlmittelanschlüsse aufweist, die konfiguriert sind, um einen Einlass und einen Auslass von Kühlmittel zum Kühlen von Schaltern und Dioden und anderen stromführenden Komponenten bereitzustellen.
In einem veranschaulichenden Beispiel kann die Steuerschaltlogik 112 einen Prozessor, ein oder mehrere Relais, Eingabe/Ausgabe (z. B. Pins, Anschlüsse oder Verbinder), Kommunikationshardware und Speicher einschließen. Die Steuerschaltlogik 112 kann Hardware, Software oder beides einschließen, die auf einem oder mehreren Modulen implementiert sind, die konfiguriert sind, um die Steuerung eines Motors bereitzustellen (z. B. durch Steuern der Ströme in dem Motor). In einigen Ausführungsformen schließt die Steuerschaltlogik 112 einen Prozessor ein, der einen oder mehrere Mikroprozessoren, Mikrocontroller, digitale Signalprozessoren, programmierbare Logikvorrichtungen, feldprogrammierbare Gate-Arrays (field-programmable gate arrays, FPGAs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (application-specific integrated circuits, ASICs) oder eine geeignete Kombination davon einschließt. In einigen Ausführungsformen ist der Prozessor über mehr als einen Prozessor oder Verarbeitungseinheiten verteilt. In einigen Ausführungsformen führt die Steuerschaltlogik 112 Anweisungen aus, die im Speicher zum Verwalten eines Motors gespeichert sind. In einigen Ausführungsformen schließt der Speicher eine elektronische Speichervorrichtung ein, die Teil der Steuerschaltlogik 112 ist. Zum Beispiel kann der Speicher konfiguriert sein, um elektronische Daten, Computeranweisungen, Anwendungen, Firmware oder beliebige andere geeignete Informationen zu speichern. In einigen Ausführungsformen schließt der Speicher Direktzugriffsspeicher, Nur-Lese-Speicher, Festplatten, optische Laufwerke, Festkörpervorrichtungen oder andere geeignete Datenspeichervorrichtungen oder eine Kombination davon ein. Zum Beispiel kann Speicher verwendet werden, um eine Startroutine, eine Beinahe-Stillstandsroutine oder eine andere Sammlung von Anweisungen zu starten.
In einigen Ausführungsformen wird die Steuerschaltlogik 112 von einer Stromversorgung (z. B. Gleichstromversorgung 150, oder einem Teil davon, einer beliebigen anderen geeigneten Stromversorgung) mit Strom versorgt. In einigen Ausführungsformen schließt die Stromversorgung 150 eine oder mehrere Batterien (z. B. von jeder geeigneten Spannung und Verbindung), einen Gleichspannungswandler, jede andere Stromversorgung, jede entsprechende Komponente (z. B. Klemmen, Schalter, Sicherungen und Kabel) oder jede Kombination davon ein.
In einigen Ausführungsformen kann eine Benutzerschnittstelle (nicht veranschaulicht), die eine Drucktaste, einen Kippschalter, einen Anzeigebildschirm (z. B. einen Touchscreen), einen Schlüsselanhänger, eine Schlüssel-Schloss-Kombination, ein anderes geeignetes System oder eine andere geeignete Komponente zum Empfangen von Eingaben von einem Benutzer oder zum Bereitstellen von Ausgaben an einen Benutzer oder eine Kombination davon einschließt, mit der Steuerschaltlogik 112 gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen schließt die Benutzerschnittstelle einen Touchscreen auf dem Armaturenbrett eines Fahrzeugs ein, der konfiguriert ist, um Eingaben von dem Benutzer zu empfangen und dem Benutzer eine Anzeige bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen schließt die Benutzerschnittstelle eine oder mehrere Schaltflächen ein, die von einem Benutzer auswählbar sind. Beispielsweise können die eine oder die mehreren Tasten eine Taste, die mit einem Schalter gekoppelt ist, eine Taste auf einem Touchpad, jede andere geeignete Taste, die von einem Benutzer verwendet werden kann, um eine Auswahl zu treffen, oder jede Kombination davon einschließen. In einigen Ausführungsformen schließt ein Schlüsselanhänger eine oder mehrere Tasten ein, die, wenn sie von einem Benutzer gedrückt werden, eine Anzeige für eine Kommunikationsschnittstelle der Steuerschaltlogik 112 bereitstellen können. In einigen Ausführungsformen ist die Benutzerschnittstelle auf einem Smartphone, Tablet oder einer weiteren tragbaren Vorrichtung implementiert, die mit der Steuerschaltlogik 112 über eine Kommunikationsschnittstelle kommunizieren kann.
In einigen Ausführungsformen schließt/schließen der/die Sensoren(en) 190 einen oder mehrere Stromsensoren, Spannungssensoren, Drehmomentsensoren, Temperatursensoren, Sensoren, die konfiguriert sind, um eine beliebige andere geeignete Eigenschaft oder Änderung davon zu erfassen, beliebige andere geeignete Sensoren oder eine beliebige Kombination davon ein. Zum Beispiel kann/können der/die Sensor(en) 190 einen optischen Encoder, einen magnetischen Encoder, ein Potentiometer oder eine andere geeignete Vorrichtung zum Bestimmen einer Drehposition oder Drehzahl einschließen. In einem weiteren Beispiel kann/können der/die Sensor(en) 190 einen Stromsensor einschließen, der konfiguriert ist, um dem Motor 120 bereitgestellten Strom zu messen. In einem weiteren Beispiel kann/können der/die Sensor(en) 190 einen Temperatursensor (z. B. ein Thermoelement, einen Widerstandstemperaturdetektor, einen Thermistor, einen optischen Wärmemesssensor) zum Messen einer Temperatur einer oder mehrerer Komponenten einschließen.
2 zeigt ein Flussdiagramm eines veranschaulichenden Prozesses 200 zum Modifizieren eines Arbeitszyklus basierend auf geschätzter Vorrichtungstemperatur, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Gleichungen 1-10, die im Zusammenhang mit 2 beschrieben sind, sind nur veranschaulichend und jede geeignete Formulierung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann verwendet werden. Zum Beispiel können zusätzliche Terme oder alternative funktionale Formen von Termen verwendet werden, um einen Arbeitszyklus, einen Nullsequenz-Arbeitszyklus oder beides zu bestimmen.
Schritt 202 schließt ein, dass die Steuerschaltlogik einen Arbeitszyklus basierend auf einer Phase mit dem maximalen Stromfluss (z. B. positiv oder negativ) bestimmt. Für die Phase, die den Strom mit der größten Amplitude führt, wird ein Arbeitszyklus d1 berechnet, um den Temperaturanstieg an der leitenden Diode und dem geschalteten IGBT dieser Phase auszugleichen. Die Steuerschaltlogik bestimmt den Arbeitszyklus d1, verschiebt effektiv den Leitungsverlust zwischen der Diode und dem IGBT dieser Phase nach Bedarf, um die niedrigsten Sperrschichttemperaturen zu erhalten.

In einem veranschaulichenden Beispiel kann die Steuerschaltlogik im Kontext von Schritt 202 versuchen, den Temperaturanstieg in einem IGBT und einer Diode einer Phase entsprechend Gl. 1 (unten) auszugleichen. Zum Beispiel können unter Bezugnahme auf 1 der IGBT und die Diode S₁ und D₄, S₂ und D₅, S₃ und D₆, S₄ und D₁, S₅ und D₂ oder S₆ und D₃ einschließen. Gl. 2 zeigt Gl. 1 umgeformt in Terme der Verlustleistung und des Wärmewiderstands. Während Gl. 2, wie hier gezeigt, nur den Selbsterwärmungseffekt jeder Vorrichtung einschließt, schließt in einigen Ausführungsformen Gl. 2 die Kreuzkopplung thermischer Impedanzterme von einer Vorrichtung zur anderen ein. Die resultierenden Gleichungen 2 bis 5 wären etwas unterschiedlich, würden aber dennoch ein ähnliches Ergebnis liefern, da die Kreuzkopplung thermischer Impedanzen viel höher ist als die Eigenimpedanz jeder Vorrichtung. Gl. 3 zeigt Gl. 2 umgeformt in Terme der Schaltleistung, des Arbeitszyklus, der Spannung, des Wärmewiderstand und des Phasenstroms, wenn der Phasenstrom positiv ist (z. B. obere Schalter in 1 gesteuert). Gl. 4 zeigt den Arbeitszyklus d1, aufgelöst aus Gl. 3. Gl. 5 zeigt den Arbeitszyklus d1, ähnlich aufgelöst wie in Gl. 4, jedoch mit negativem Phasenstrom (z. B. untere Schalter in 1 gesteuert). Zur Veranschaulichung wird Gl. 5 erreicht, indem in Gl. 3 „d₁“ in „(1-d₁)“ und „(1-d₁)“ in „d₁“ geändert wird und dann nach d₁ aufgelöst wird.

Gl. 1	$Δ T_{j w_Q} = Δ T_{j w_D}$
Gl. 2	$P_{Q} * θ_{j w_Q} = P_{D} * θ_{j w_D}$
Gl. 3	$(P_{s w_Q} + d_{1} V_{c e Q} I_{p h}) * θ_{j w_Q} = [P_{s w_D} + (1 - d_{1}) V_{ƒ d} I_{p h}] * θ_{j w_D}$
Gl. 4	$d_{1} = \frac{(P_{s w_D} + V_{ƒ D} I_{p h}) (\frac{θ_{j w_D}}{θ_{j w_Q}}) - P_{s w_Q}}{V_{c e Q} I_{p h} + V_{ƒ D} I_{p h} (\frac{θ_{j w_D}}{θ_{j w_Q}})}$
Gl. 5	$d_{1} = \frac{(P_{s w_Q} + V_{c e Q} \| I_{p h} \|) (\frac{θ_{j w_Q}}{θ_{j w_D}}) - P_{s w_D}}{V_{ƒ D} \| I_{p h} \| + V_{c e Q} \| I_{p h} \| (\frac{θ_{j w_Q}}{θ_{j w_D}})}$

wobei

ΔT _{jw_Q}	Temperaturdifferenz zwischen IGBT und Kühlmittel
ΔT _{jw_D}	Temperaturdifferenz zwischen Diode und Kühlmittel
P _Q	Verlustleistung im IGBT (z. B. Watt)
θ _{jw_Q}	Wärmewiderstand des IGBT
P _D	Verlustleistung in Diode (z. B. Watt)
θ _{jw_D}	Wärmewiderstand der Diode
P _{sw_Q}	Schaltverlustleistung im IGBT
d ₁	Bestimmter Arbeitszyklus
V _ceQ	Ein-Zustand Kollektor-Emitter Spannung am IGBT
I _ph	Phasenstrom in Phase entsprechend Q und D
P _{sw_D}	Schaltverlustleistung in Diode
V _fD	Durchlassspannung an Diode

Für einige Phasenstromwinkel kann der Arbeitszyklus d1, wie in Schritt 202 bestimmt, zu einer anderen Phase führen, die eine höhere Sperrschichttemperatur aufweist, obwohl sie eine gleiche oder niedrigere Phasenstromamplitude aufweist. Daher wird in Schritt 204 ein zweiter Arbeitszyklus d₂ berechnet, um den maximalen Sperrschichttemperaturanstieg in den Phasen, die die beiden Ströme mit der größten Amplitude führen, auszugleichen. Für die beiden Phasen, die die Ströme mit der größten Amplitude führen, wird das Arbeitszyklus d₂ so berechnet, dass der Temperaturanstieg der Dioden oder IGBTs dieser beiden Phasen ausgeglichen wird. Die Steuerschaltlogik bestimmt d₂ basierend auf den Dioden der beiden Phasen, wenn sie thermisch begrenzend sind, oder auf den IGBTs der Phasen, wenn sie thermisch begrenzend sind.
In einem veranschaulichenden Beispiel kann die Steuerschaltlogik im Kontext von Schritt 204 versuchen, den Temperaturanstieg in ähnlichen Vorrichtungen von zwei Phasen gemäß Gleichung 6 (unten) auszugleichen, wobei der Strom in einer Phase positiv (+) und der Strom in der anderen Phase negativ (-) sein wird. Zum Beispiel können unter Bezugnahme auf 1 die ähnlichen Vorrichtungen D4 und D2 oder D3 und D5 unter anderen Kombinationen für ein diodenbegrenztes System einschließen, und sie können S1 und S5 oder S2 und S4 unter anderen Kombinationen für ein IGBT-begrenztes System einschließen. Gl. 7 zeigt Gl. 1 umgeformt in Terme der Verlustleistung (z. B. wenn Wärmewiderstände gleich sind) für den diodenbegrenzten Fall. Gl. 8 zeigt Gl. 7 umgeformt in Terme der Schaltleistung, des Arbeitszyklus, der Spannung und der Phasenströme. Gl. 9 zeigt den Arbeitszyklus d₂, aufgelöst aus Gl. 8. Gl. 10 zeigt den Arbeitszyklus d₂, ähnlich aufgelöst wie in Gl. 9, aber für ein IGBT-begrenztes System. Zur Veranschaulichung kann zu Gl. 10 gelangt werden durch Formulieren eines Ausdrucks ähnlich Gl. 8, aber für IGBTs statt Dioden, und Auflösen nach d₂.

Schritt 206 schließt ein, dass die Steuerschaltlogik eine Nullsequenz-Arbeitszykluskorrektur bestimmt. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerschaltlogik bestimmen, welcher Arbeitszyklus d₁ oder d₂ am nächsten bei 0,5 liegt (z. B. der ungefähre nominale Arbeitszyklus bei oder nahe dem Stillstandszustand für kontinuierliche PWM-Techniken), und den Nullsequenz-Arbeitszyklus d_z basierend auf diesem Arbeitszyklus bestimmen.

Gl. 6	$Δ T_{j w_DP} = Δ T_{j w_D N}$
Gl. 7	$P_{D P} = P_{D N}$
Gl. 8	$P_{s w_D P} + (1 - d_{2}) V_{ƒ D P} I_{p h P} = P_{s w_D N} + d_{2} V_{ƒ D N} \| I_{p h N} \|$
Gl. 9	$d_{2} = \frac{P_{s w_D P} + P_{s w_D N} + V_{ƒ D} I_{p h P}}{V_{ƒ D N} \| I_{p h N} \| + V_{ƒ D P} I_{p h P}}$
Gl. 10	$d_{2} = \frac{P_{s w_D P} - P_{s w_D N} + V_{ƒ D P} I_{p h N}}{V_{c e Q P} I_{p h P} + V_{c e Q N} \| I_{p h N} \|}$

wobei

ΔT _{jw_DP}	Temperaturdifferenz zwischen + Diode und Kühlmittel
ΔT _{jw_DN}	Temperaturdifferenz zwischen - Diode und Kühlmittel
P _DP	Verlustleistung in + Diode
P _DN	Verlustleistung in - Diode
P _{sw_DP}	Schaltverlustleistung in + Diode
d ₂	Bestimmter Arbeitszyklus
V _fDP	Durchlassspannung an + Diode
I _phP	Phasenstrom in Phase entsprechend + Diode
P _{sw_DN}	Schaltverlustleistung in - Diode
V _fDN	Vorwärtsspannung an - Diode
I _phN	Phasenstrom in Phase entsprechend - Diode
P _{sw_QN}	Schaltverlustleistung in - IGBT
P _swQP	Schaltverlustleistung in + IGBT
V _ceQN	Kollektor-Emitter-Spannung an - IGBT
I _phN	Phasenstrom in Phase entsprechend - IGBT
V _ceQP	Kollektor-Emitter-Spannung an + IGBT
I _phP	Phasenstrom in Phase entsprechend + IGBT

Schritt 208 schließt ein, dass die Steuerschaltlogik die Korrektur von Schritt 206 auf den Arbeitszyklus für jede Phase anwendet. Zum Beispiel wird der Nullsequenz-Arbeitszyklus d_z (z. B. der eine positive oder negative Korrektur sein kann) zu jedem Phasenarbeitszyklus (z. B. d_A, d_B und de) hinzugefügt und dann zu den endgültigen Arbeitsbefehlen an die Leistungsschalter gesendet. Dadurch ergibt sich für alle drei Phasen die niedrigste Spitzentemperatur.
In einigen Ausführungsformen wird die Nullsequenz-Arbeitszykluskorrektur nur bei hohen Strombefehlen und niedrigen Motordrehzahlen angewendet. Bei niedrigen Strombefehlen liegen die Sperrschichttemperaturen deutlich unter dem maximal zulässigen Wert und es braucht keine Nullsequenzanpassung angewendet zu werden. Wenn die Motordrehzahl über eine Mindestschwelle ansteigt, müssen die Leistungsvorrichtungen den Spitzenmotorstrom nicht mehr für längere Zeitdauern führen. Die thermische Zeitkonstante des Halbleiters neigt dazu, die pulsierende Leistung herauszufiltern, was zu niedrigeren Spitzensperrschichttemperaturen führt. Daher kann der Nullsequenz-Arbeitszyklus phasenverschoben werden, wenn die Motordrehzahl über einen niedrigen Schwellenwert ansteigt. Dies stellt auch sicher, dass die Nullsequenz-Arbeitszykluskorrektur deaktiviert wird, sobald der Modulationsindex zu steigen beginnt, wodurch verhindert wird, dass die Nullsequenz die letzten Arbeitszyklen nahe an entweder die obere oder die untere Arbeitszyklusgrenze schiebt. Zum Beispiel können die Techniken der vorliegenden Offenbarung unter Umständen die Stillstandsstromfähigkeit um bis zu ~ 10 % erhöhen.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren das Bestimmen eines Nullsequenz-Arbeitszyklus ein, der die maximalen Sperrschichttemperaturen in dem Wechselrichter ausgleichen soll. Dieses Verfahren ist insbesondere dann wirksam, wenn IGBT und Diode nicht perfekt aufeinander abgestimmt sind. Das Verfahren berücksichtigt auch Strom in mehreren Phasen, was wichtig ist, wenn der Phasenstromvektor nicht perfekt auf eine der Phasenachsen ausgerichtet ist. Die Verwendung der Nullsequenz-Arbeitszykluskorrektur kann auch dazu beitragen, den Drehmomentengpass um die Nulldrehzahl herum zu minimieren. In einigen Ausführungsformen werden die offenbarten Techniken auf kontinuierliche PWM-Techniken angewendet, sie können im Vergleich zu diskontinuierlichen PWM-Verfahren verringertes akustisches Rauschen und verringerte Stromwelligkeit bereitstellen. In einigen Ausführungsformen können die offenbarten Techniken auf diskontinuierliche PWM-Techniken angewendet werden.
Die 3 bis 4 sind zur Veranschaulichung im Zusammenhang mit Phase A mit dem größten Strom dargestellt, wobei der Strom positiv ist.
3 zeigt ein veranschaulichendes Diagramm von Dioden- und IGBT-Temperaturanstiegen relativ zur Kühlmitteltemperatur in Abhängigkeit vom Arbeitszyklus d für ein diodenbegrenztes System (z. B. wo der Temperaturanstieg der Dioden den Strom begrenzt), gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Zur Veranschaulichung können Leistungselektronikvorrichtungen, wie IGBTs und Dioden, durch eine temperaturgesteuerte Flüssigkeit flüssigkeitsgekühlt werden, und die Temperaturdifferenz zwischen der Komponente und der Flüssigkeit stellt eine Angabe der Wärmeableitung in der Vorrichtung bereit. Zum Beispiel ist D_A die Temperatur der Diode der Phase A relativ zum Kühlmittel, D_C ist die Temperatur der Diode der Phase C relativ zum Kühlmittel, Q_A ist die Temperatur des IGBT der Phase A relativ zum Kühlmittel, Qc ist die Temperatur des IGBT der Phase C relativ zum Kühlmittel. Gezeigt sind veranschaulichend d₁ und d₂, wie durch Prozess 200 bestimmt. In dem veranschaulichten Beispiel wählt die Steuerschaltlogik d₂ anstelle von d₁ aus, da d₂ numerisch näher bei 0,5 liegt (z. B. Schritt 206 von Prozess 200). Wenn die Steuerschaltlogik d₁ wählen würde, dann kann, während D_A und Q_A übereinstimmen, D_C zu groß (oder begrenzend) werden, veranschaulicht durch den offenen roten Kreis in 3.
4 zeigt ein veranschaulichendes Diagramm von Dioden- und IGBT-Temperaturanstiegen relativ zum Kühlmittel in Abhängigkeit von vom Arbeitszyklus d für ein IGBT-begrenztes System (z. B. wo der Temperaturanstieg des IGBT den Strom begrenzt), gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Gezeigt sind veranschaulichend d₁ und d₂, wie durch Prozess 200 bestimmt. In dem veranschaulichten Beispiel wählt die Steuerschaltlogik d2, weil d2 näher bei 0,5 liegt. Wenn die Steuerschaltlogik d1 wählen würde, dann kann, während D_A und Q_A übereinstimmen, Qc zu groß (oder begrenzend) werden.
5 zeigt ein veranschaulichendes Diagramm von Dioden- und IGBT-Temperaturanstiegen relativ zum Kühlmittel in Abhängigkeit vom Effektivphasenstrom (normalisiert), gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Das Diagramm entspricht einem Stillstandszustand, einer kontinuierlichen PWM, einem Nennarbeitszyklus von 0,5, einem konstanten Kühlmittelfluss und einer konstanten Schaltfrequenz. Es ist zu beachten, dass der Kühlmittelfluss Durchgängen von Kühlmänteln des Motorantriebs 110 bereitgestellt wird, die zum Kühlen von Vorrichtungen konfiguriert sind. Wie veranschaulicht, ist das System diodenbegrenzt, da die Diode den Temperaturschwellenwert bei einem niedrigeren Strom als der IGBT erreicht. Der Temperaturanstiegsschwellenwert kann, muss aber nicht, für eine Diode und einen IGBT derselbe sein. Wenn zum Beispiel der Temperaturanstiegsschwellenwert 100 °C beträgt, dann begrenzt die Diode den maximalen Effektivphasenstrom, wie durch Punkt A gezeigt, während der IGBT einen Anstieg von nur 79 °C (z. B. er wird untergenutzt) aufweist, wie durch Punkt B gezeigt. Die Einführung einer Nullsequenz-Arbeitszykluskorrektur kann helfen, diesen maximalen Strom zu erhöhen, indem der Strom in der Phase zwischen dem IGBT und der Diode ausgeglichen wird.
6 zeigt zwei veranschaulichende Diagramme von Leitungsverlusten (Cond) und Schaltverlusten (Sw) der Diode und des IGBT mit Phasenstrom, entsprechend den Daten von 5, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Diagramme 600 und 650 entsprechen einem Stillstandszustand, einer kontinuierlichen PWM, einem Arbeitszyklus von 0,5, einem konstanten Kühlmittelfluss und einer konstanten Schaltfrequenz. Wie in Diagramm 650 veranschaulicht, wird das Reduzieren der Schaltfrequenz Verluste in der Diode nicht wesentlich weiter reduzieren, da der Schaltverlust nahe null ist. Die horizontalen und vertikalen Unterteilungen (z. B. das Raster) der Diagramme 600 und 650 sind zu Vergleichszwecken gleich. Zum Beispiel hat jedes Gitterrechteck in den Diagrammen 600 und 650 die gleichen Abmessungen in normalisiertem Strom und normalisiertem Verlust.
7 zeigt drei veranschaulichende Diagramme des modifizierten Arbeitszyklus (Diagramm 700), des unmodifizierten Temperaturanstiegs (Diagramm 750) und des modifizierten Temperaturanstiegs (Diagramm 770) gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Die Diagramme 700, 750 und 770 entsprechen einem Stillstandszustand, einer kontinuierlichen PWM, einem Arbeitszyklus von 0,5, einem konstanten Kühlmittelfluss und einer konstanten Schaltfrequenz. Diagramm 750 ist das gleiche wie das in 5 gezeigte für einen nicht modifizierten Arbeitszyklus. Diagramm 700 zeigt ein veranschaulichendes Diagramm des modifizierten Arbeitszyklus (z. B. aus Schritt 208 von Prozess 200) als eine Funktion des Phasenstroms. Diagramm 770 zeigt die Dioden- und IGBT-Temperaturanstiege relativ zum Kühlmittel, wenn die modifizierten Arbeitszyklen von Diagramm 700 implementiert sind (z. B. unter Verwendung von Prozess 200). Wie veranschaulicht, stimmen die Dioden- und IGBT-Temperaturen im Wesentlichen überein (z. B. der Unterschied ist bei der Auflösung von Diagramm 770 nicht erkennbar). Wie gezeigt, wird durch die Verwendung der Nullsequenz-Arbeitszykluskorrektur der maximale Phasenstrom erhöht, indem der Temperaturanstieg in Diode und IGBT ausgeglichen wird (z. B. wie durch den Vergleich der Punkte C und D gezeigt). Dementsprechend verbessert die Verwendung einer Nullsequenz-Arbeitszykluskorrektur die Stromkapazität bei oder nahe dem Stillstand, ohne das Drehmoment zu drosseln oder die Schaltfrequenz weiter anzupassen. Die horizontalen Unterteilungen (z. B. das Raster) der Diagramme 700, 750 und 770 sind zu Vergleichszwecken gleich.
8 zeigt zwei veranschaulichende Diagramme von Dioden- und IGBT-Temperaturanstieg mit einem unmodifizierten Arbeitszyklus (Diagramm 800) und einem modifizierten Arbeitszyklus (Diagramm 850), gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In Diagramm 800 sind IGBT- und Dioden-Temperaturanstiege in Abhängigkeit von der Rotorposition (z. B. Motorwinkel) für eine Phase gezeigt, wobei ein unmodifizierter Arbeitszyklus verwendet wird. Wie in Diagramm 800 dargestellt, erreicht die Diode einen höheren Temperaturanstieg und begrenzt somit den Spitzenstrom. In Diagramm 850 sind IGBT- und Diodentemperaturanstieg in Abhängigkeit von der Rotorposition für dieselbe Phase gezeigt, wobei ein modifiziertes Arbeitszyklus verwendet wird (z. B. erzeugt unter Verwendung von Prozess 200). Wie veranschaulicht, ist die Spitzentemperatur der Diode mit der Spitzentemperatur des IGBT abgeglichen, wodurch potenziell ein größerer Strom erreicht werden kann (z. B. im Vergleich zum unmodifizierten Fall).
9 zeigt einen veranschaulichenden modifizierten Arbeitszyklus, der nahe einem Stillstandszustand verwendet wird, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Der Nennwert des Arbeitszyklus in der Nähe des Stillstands kann 0,5 betragen, wobei der modifizierte Arbeitszyklus einen Modulationsbereich von etwa 0,1 in jeder Richtung zeigt (z. B. variiert zwischen 0,4 und 0,6). Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen der Prozess 200 verwendet werden, um einen modifizierten Arbeitszyklus zu bestimmen, wie in 9 veranschaulicht. Durch Modifizieren des Arbeitszyklus leitet der IGBT länger oder kürzer Strom und die Diode leitet kürzer oder länger Strom. Wenn zum Beispiel der Arbeitszyklus erhöht wird, führt der entsprechende Schalter mehr Strom, und wenn der Arbeitszyklus abnimmt, führt die entsprechende Diode mehr Strom.
10 zeigt ein Blockdiagramm eines veranschaulichenden Prozesses 1000 zum Steuern eines Elektromotors, gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In einigen Ausführungsformen wird zum Beispiel Prozess 1000 durch die Steuerschaltlogik (z. B. Steuerschaltlogik 112 von 1) implementiert. In einem veranschaulichenden Beispiel empfängt die Steuerschaltlogik Signale von einem oder mehreren Sensoren, die einen Strom, eine Spannung, eine Impedanz, eine Leistung, eine Temperatur, einen Wärmefluss, eine beliebige andere geeignete Eigenschaft, eine beliebige geeignete Änderung davon oder eine beliebige Kombination davon angeben.
Damit ein Motorantrieb ein Steuersignal mit einem Arbeitszyklus an die Phasen in Schritt 1040 anlegt, kann die Steuerschaltlogik konfiguriert sein, um eine oder mehrere Techniken zu verwenden. Zum Beispiel schließt die Technik 1002 das Durchführen des Prozesses 200 von 2 in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit ein, wobei d₁ und d₂ bestimmt werden und dann die Arbeitszykluskorrektur bestimmt wird und schließlich der korrigierte Arbeitszyklus für jede Phase bestimmt wird. Die Technik 1010 schließt das Zugreifen auf eine Datenbank vorberechneter Arbeitszykluskorrekturen oder korrigierter Arbeitszykluswerte selbst basierend auf Betriebsparametern ein. Zum Beispiel kann die Steuerschaltlogik einen gewünschten Phasenstrom, eine Spannung oder einen beliebigen anderen Parameter bestimmen und den/die Parameter als Eingabe verwenden, um einen Arbeitszyklus oder eine Korrektur davon aus der Datenbank abzurufen. Die Technik 1020 schließt das Bestimmen einer Arbeitszykluskorrektur oder eines korrigierten Arbeitszyklus basierend auf einem mathematischen Modell ein, das zum Beispiel eine stückweise lineare Funktion, eine lineare Funktion, eine nichtlineare Funktion, eine beliebige andere geeignete Funktion, eine Tabelle von Werten, die interpoliert werden können, einen Algorithmus, ein beliebiges anderes geeignetes Modell oder eine beliebige Kombination davon einschließen kann. Die Technik 1030 schließt das Bestimmen ein, wann mit dem Anwenden einer Arbeitszykluskorrektur begonnen und das Anwenden beendet werden soll. Zum Beispiel kann die Technik 1030 das Bestimmen einer Motordrehzahl und das Anwenden einer Nullsequenz-Arbeitszykluskorrektur bei Motordrehzahlen unter einem Schwellenwert einschließen. Jede der Techniken 1002-1030 kann kombiniert, weggelassen oder anderweitig modifiziert werden, um einen Arbeitszyklus zu bestimmen.
In einigen Ausführungsformen bestimmt die Steuerschaltlogik, dass sich der Motor im Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl befindet, basierend auf mindestens einem Sensorsignal, das von der Steuerschaltlogik empfangen wird. Zum Beispiel können ein Geschwindigkeitssensor, ein Stromsensor oder beides verwendet werden, um den Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl zu identifizieren. In einigen Ausführungsformen bestimmt die Steuerschaltlogik den Arbeitszyklus für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors durch Bestimmen thermischer Informationen (z. B. Temperatur) für die Leistungselektronikvorrichtungen (z. B. IGBTs und Dioden oder beliebige andere geeignete Vorrichtungen). Die thermischen Informationen können auf Signalen basieren, die von einem oder mehreren Sensoren empfangen werden.
In einem veranschaulichenden Beispiel kann die Steuerschaltlogik bestimmen, dass die Nullsequenzkomponente für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors gleich ist. In einem weiteren veranschaulichenden Beispiel kann die Steuerschaltlogik bestimmen, welche der Leistungselektronikvorrichtungen thermisch begrenzend sind. In einem weiteren Beispiel kann die Steuerschaltlogik einen oder mehrere Arbeitszyklen aus einer Datenbank abrufen, basierend auf dem Durchsuchen der Datenbank basierend auf einem oder mehreren Betriebsparametern.
Das Vorstehende dient lediglich der Veranschaulichung der Prinzipien dieser Offenbarung, und verschiedene Modifikationen können vom Fachmann vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang dieser Offenbarung abzuweichen. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen werden zu Veranschaulichungszwecken und nicht einschränkend dargestellt. Die vorliegende Offenbarung kann auch viele andere Formen annehmen als die hierin ausdrücklich beschriebenen. Dementsprechend wird betont, dass diese Offenbarung nicht auf die explizit offenbarten Verfahren, Systeme und Vorrichtungen beschränkt ist, sondern Variationen und Modifikationen davon einschließen soll, die innerhalb des Geistes der folgenden Ansprüche liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/827807 [0002]

Claims

Verfahren zum Steuern eines mehrphasigen Elektromotors bei niedriger Drehzahl, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen, unter Verwendung einer Steuerschaltlogik, dass sich der mehrphasige Elektromotor in einem Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl befindet; Bestimmen, unter Verwendung der Steuerschaltlogik, eines Arbeitszyklus für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors, wobei der Arbeitszyklus eine Nennkomponente und eine Nullsequenzkomponente umfasst, die konfiguriert sind, um Temperaturanstiege von Leistungselektronikvorrichtungen auszugleichen; und Bewirken, unter Verwendung der Steuerschaltlogik, dass jeder Arbeitszyklus an einen entsprechenden Schalter der entsprechenden Phase des mehrphasigen Elektromotors angelegt wird, um einen Stromfluss in der entsprechenden Phase zu bewirken.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Arbeitszyklus für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors umfasst: Bestimmen eines ersten Arbeitszyklus, der einem thermischen Gleichgewicht zwischen einem Schalter und einer Diode einer Phase entspricht; Bestimmen eines zweiten Arbeitszyklus, der einem thermischen Gleichgewicht zwischen einem Paar gleicher Vorrichtungen unterschiedlicher Phasen entspricht; und Bestimmen, welcher Arbeitszyklus von dem ersten Arbeitszyklus und dem zweiten Arbeitszyklus näher an einem vorbestimmten Wert liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Arbeitszyklus für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors das Abrufen des Arbeitszyklus aus einer Datenbank basierend auf dem Durchsuchen der Datenbank basierend auf einem oder mehreren Betriebsparametern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Arbeitszyklus für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors das Anwenden einer stückweisen Funktion basierend auf einem oder mehreren Betriebsparametern umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen, dass sich der Motor in dem Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl befindet, auf mindestens einem Sensorsignal basiert, das von der Steuerschaltlogik empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Arbeitszyklus für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors das Bestimmen thermischer Informationen für die Leistungselektronikvorrichtungen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Leistungselektronikvorrichtungen IGBTs und Dioden umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Nullsequenzkomponente für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors dieselbe ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Bestimmen, welche der Leistungselektronikvorrichtungen thermisch begrenzend sind.
System zum Steuern eines mehrphasigen Elektromotors bei niedriger Drehzahl, wobei das System umfasst: Leistungselektronikvorrichtungen, die konfiguriert sind, um Phasen des mehrphasigen Elektromotors Strom von einer Gleichstromversorgung bereitzustellen; und Steuerschaltlogik, die konfiguriert ist zum: Bestimmen, dass sich der mehrphasige Elektromotor in einem Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl befindet; Bestimmen eines Arbeitszyklus für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors, wobei der Arbeitszyklus eine Nennkomponente und eine Nullsequenzkomponente umfasst, die konfiguriert sind, um Temperaturanstiege von Leistungselektronikvorrichtungen auszugleichen; und Bewirken, dass jeder Arbeitszyklus an einen entsprechenden Schalter der entsprechenden Phase des mehrphasigen Elektromotors angelegt wird, um einen Stromfluss in der entsprechenden Phase zu bewirken.
System nach Anspruch 10, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist zum: Bestimmen eines ersten Arbeitszyklus, der einem thermischen Gleichgewicht zwischen einem Schalter und einer Diode einer Phase entspricht; Bestimmen eines zweiten Arbeitszyklus, der einem thermischen Gleichgewicht zwischen einem Paar gleicher Vorrichtungen unterschiedlicher Phasen entspricht; und Bestimmen, welcher Arbeitszyklus von dem ersten Arbeitszyklus und dem zweiten Arbeitszyklus näher an einem vorbestimmten Wert liegt.
System nach Anspruch 10, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist, um den Arbeitszyklus aus einer Datenbank basierend auf dem Durchsuchen der Datenbank basierend auf einem oder mehreren Betriebsparametern abzurufen.
System nach Anspruch 10, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist, um eine stückweise Funktion basierend auf einem oder mehreren Betriebsparametern anzuwenden.
System nach Anspruch 10, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist, um basierend auf mindestens einem Sensorsignal, das von der Steuerschaltlogik empfangen wird, zu bestimmen, dass sich der Motor in dem Betriebsbereich mit niederer Drehzahl befindet.
System nach Anspruch 10, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist, um thermische Informationen für die Leistungselektronikvorrichtungen zu bestimmen.
System nach Anspruch 10, wobei die Leistungselektronikvorrichtungen IGBTs und Dioden umfassen.
System nach Anspruch 10, wobei die Nullsequenzkomponente für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors dieselbe ist.
System nach Anspruch 10, wobei die Steuerschaltlogik ferner konfiguriert ist, um zu bestimmen, welche der Leistungselektronikvorrichtungen thermisch begrenzend sind.
Steuersystem zum Steuern eines mehrphasigen Elektromotors bei niedriger Drehzahl, wobei das Steuersystem umfasst: Mittel zum Bestimmen, dass sich der mehrphasige Elektromotor in einem Betriebsbereich mit niedriger Drehzahl befindet; Mittel zum Bestimmen eines Arbeitszyklus für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors, wobei der Arbeitszyklus eine Nennkomponente und eine Nullsequenzkomponente umfasst, die konfiguriert sind, um Temperaturanstiege von Leistungselektronikvorrichtungen auszugleichen; und Mittel zum Bewirken, dass jeder Arbeitszyklus an einen entsprechenden Schalter der entsprechenden Phase des mehrphasigen Elektromotors angelegt wird, um einen Stromfluss in der entsprechenden Phase zu bewirken.
Steuersystem nach Anspruch 19, wobei das Mittel zum Bestimmen des Arbeitszyklus für jede Phase des mehrphasigen Elektromotors umfasst: Mittel zum Bestimmen eines ersten Arbeitszyklus, der einem thermischen Gleichgewicht zwischen einem Schalter und einer Diode einer Phase entspricht; Mittel zum Bestimmen eines zweiten Arbeitszyklus, der einem thermischen Gleichgewicht zwischen einem Paar gleicher Vorrichtungen unterschiedlicher Phasen entspricht; und Mittel zum Bestimmen, welches Arbeitszyklus von dem ersten Arbeitszyklus und dem zweiten Arbeitszyklus näher an einem vorbestimmten Wert liegt.