EP4548465A1 - Spannungswandleranordnung, elektrisches antriebssystem und verfahren zum betreiben einer spannungswandleranordnung - Google Patents

Spannungswandleranordnung, elektrisches antriebssystem und verfahren zum betreiben einer spannungswandleranordnung

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Publication number
EP4548465A1
EP4548465A1 EP23722318.5A EP23722318A EP4548465A1 EP 4548465 A1 EP4548465 A1 EP 4548465A1 EP 23722318 A EP23722318 A EP 23722318A EP 4548465 A1 EP4548465 A1 EP 4548465A1
Authority
EP
European Patent Office
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voltage
voltage converter
electrical machine
electrical
phase
Prior art date
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Pending
Application number
EP23722318.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Taleb Janbein
Seifeldin Tarek Mohamed SHAABAN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4548465A1 publication Critical patent/EP4548465A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
    • B60L2240/429—Current
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/527—Voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
    • B60L2240/40—Drive Train control parameters
    • B60L2240/52—Drive Train control parameters related to converters
    • B60L2240/529—Current

Definitions

  • the present invention relates to a voltage converter arrangement, an electrical drive system and methods for operating a voltage converter arrangement.
  • the present invention relates to voltage conversion using components of an electric drive system.
  • Vehicles that are fully or at least partially electrically powered generally have an electrical drive system in which electrical energy is provided from an energy storage device, such as a traction battery, to an electrical machine by means of a power converter.
  • the electrical energy storage used for this can be charged using an external energy source.
  • a separate charging circuit is usually required for this.
  • the present invention provides a voltage converter assembly, an electric drive system and a method for operating a voltage converter assembly having the features of the independent Patent claims. Further advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
  • a voltage converter arrangement with a voltage converter circuit and a control device.
  • the voltage converter circuit is designed to be connected to a multi-phase electrical machine. Furthermore, the voltage converter circuit is designed to convert an input DC voltage provided at the voltage converter circuit into a predetermined output DC voltage when the electrical machine is at a standstill in a first operating mode.
  • the control device is designed to adjust electrical currents through at least one phase winding of a multi-phase electrical machine connected to the voltage converter circuit during the conversion of the electrical input DC voltage into the predetermined output DC voltage. The setting of the electrical currents through the respective phase winding takes place in particular using a rotor position of the electrical machine.
  • the electrical machine is electrically coupled to the voltage converter arrangement.
  • a method of operating a voltage converter arrangement comprising a voltage converter circuit.
  • the voltage converter circuit is designed to be connected to a multi-phase electrical machine.
  • the method includes a step for determining a rotor position of an electrical machine connected to the voltage converter circuit.
  • the method includes a step for controlling the voltage converter circuit to convert an input DC voltage provided at the voltage converter circuit into a predetermined output DC voltage.
  • the input DC voltage is converted into the output DC voltage in particular when the connected electrical machine is at a standstill.
  • electrical currents are individually adjusted through at least one phase winding of the multi-phase electrical machine connected to the voltage converter circuit.
  • the electrical currents are set in particular using the determined rotor position of the electrical machine.
  • the present invention is based on the knowledge that the resulting inductances of the individual phase windings of a multi-phase electrical machine can vary depending on the rotor position of the electrical machine, particularly in permanently excited synchronous machines. Therefore, if components of the electrical drive system are used to convert an input direct voltage into an output direct voltage, the electrical properties resulting from the or position-dependent inductances can also fluctuate.
  • the electrical currents through the Phase windings ie the stator windings of a connected electrical machine can be individually adjusted.
  • the electrical currents can be adjusted separately by the phase windings used.
  • the respective currents through the individual phase windings can be set in particular taking into account the current rotor position or the resulting individual inductances of the phase windings as well as the required total current strength.
  • the resulting current and/or voltage ripple can be minimized. This also reduces the requirements for filtering or interference suppression measures.
  • the capacity required to compensate for the current and/or voltage regulators mentioned can be minimized.
  • the individual energization of the phase windings according to the invention, depending on the rotor position, can also minimize a torque that occurs in the electrical machine during the voltage conversion.
  • the voltage converter circuit includes a DC voltage connection and an AC voltage connection.
  • the DC voltage connection is designed to be connected to an electrical energy storage device, for example a battery.
  • the AC voltage connection is designed to be connected to the electrical machine.
  • the voltage converter circuit can be designed to, in the first operating mode, the input DC voltage between a connection point of the DC voltage connection and a Receive motor connection and provide the output DC voltage between the first connection point and a second connection point of the DC voltage connection.
  • the voltage converter circuit can therefore be, for example, an electrical power converter which is designed to control an electrical machine using the electrical energy provided by the electrical energy storage at the DC voltage connection.
  • such an electrical power converter can control the electrical energy storage using electrical Charge energy, which is provided in the form of an alternating voltage by the electrical machine.
  • electrical Charge energy which is provided in the form of an alternating voltage by the electrical machine.
  • Such a circuit regulation can be used in a further operating mode, which is referred to here as the first operating mode, to convert the direct voltage provided by an external direct voltage source into a direct voltage that is suitable for charging the electrical energy storage device.
  • the electrical energy storage is connected unchanged to the DC voltage connection.
  • the input DC voltage can be provided between a connection point (preferably the negative pole) of the electrical energy storage and a motor connection.
  • a phase connection of the electrical machine or a star point of the electrical machine can be used as the motor connection.
  • the input DC voltage from the external energy source is between a phase connection or the star point of the electrical machine and a connection point of the electrical energy storage or
  • the control device of the voltage converter arrangement is designed to adjust the electrical current or currents through the at least one of the phase windings using a setpoint for a total current to be set.
  • the total current can refer, for example, to the electrical current at the input or output of the voltage converter arrangement.
  • the total current to be set can be divided into one or more of the phase windings according to the rotor position. For example, it can be aligned with relatively low total currents Allocate current to one phase winding. For higher currents, however, it may be necessary to divide the total current between two or more phase windings. With this division, the rotor position or the inductances resulting from the rotor position for the individual phase windings can also be taken into account.
  • the control device of the voltage converter arrangement is designed to determine inductance values for the phase windings of the multi-phase electrical machine connected to the voltage converter circuit.
  • the individual inductances for the respective phase windings can be determined in particular using the rotor position of the electrical machine.
  • the control device is designed to adjust the electrical currents through the phase windings of the electrical machine using the determined inductance values. By determining the resulting inductance values for the phase windings of the connected electrical machine, a size is available that is very well suited to determining the electrical currents through the respective phase windings.
  • the voltage converter arrangement comprises a memory device.
  • the memory device is designed to provide data for a relationship between the rotor position of the electrical machine and the electrical currents to be set in the phase windings of the electrical machine.
  • the control device can be designed to read out the data stored in the memory device and the electrical Currents through the individual phase windings of a connected electrical machine can be adjusted using the data read from the storage device.
  • the relationships between the rotor position and the electrical currents to be set can be stored in the form of a so-called lookup table or in any other form. In addition to a tabular form, it is also possible to provide a formulaic relationship between the rotor position and the electrical currents to be set.
  • Such further parameters can include, for example, input current, output current, input voltage, output voltage or any other operating parameters, such as temperatures, in particular rotor and/or stator temperatures or the like.
  • the control device is designed to adjust a phase shift between the electrical currents through at least two phase windings of the multi-phase electrical machine connected to the voltage converter circuit.
  • the setting can be done using a rotor position of the electric machine and, if necessary, the required charging current.
  • a phase shift between electrical alternating voltages to which the individual rotor phases are applied can be adjusted depending on the rotor position and/or the resulting individual inductances of the individual phase windings.
  • the rising or falling edges of the individual pulses or the pulse centers can be adjusted depending on the rotor position.
  • control device of the voltage converter arrangement is designed to receive a signal from a rotor angle sensor of the electrical machine.
  • the electric currents through the phase windings of the electric machine can be adjusted using the received signal from the rotor angle sensor.
  • the respective rotor position is determined by receiving a corresponding sensor signal from a rotor angle sensor coupled to the electric machine.
  • control device of the voltage converter arrangement is designed to calculate or estimate the rotor position of the multi-phase electrical machine connected to the voltage converter circuit. Accordingly, they can Electrical currents through the phase windings of the electrical machine can be adjusted using the rotor position determined in this way. In this case, the rotor position of the connected electrical machine can be calculated or estimated based on a mathematical model or similar.
  • control device of the voltage converter arrangement is designed to further adjust the electrical currents through the phase windings of the electrical machine using further operating parameters of the voltage converter arrangement and/or the multi-phase electrical machine connected to the voltage converter circuit.
  • further operating parameters can include, for example, voltage/current level of input and/or output voltage, operating temperatures, in particular calculated, estimated or measured temperatures in or on the connected electrical machine, in particular on the stator and/or rotor of the electrical machine, as well as any other suitable operating parameters .
  • the voltage converter arrangement is further designed to provide an electrical voltage for controlling the multi-phase electrical machine in a second operating mode.
  • the voltage converter arrangement according to the invention is, on the one hand, suitable for controlling a connected electrical machine.
  • the voltage converter arrangement is suitable for using the inductances of the phase windings of this connected electrical machine for voltage conversion of an input direct voltage into an output direct voltage.
  • an electric drive system can be implemented which draws electrical energy from a connected energy storage device to operate the electric machine. This electrical energy storage can be done using components of the control circuit of the electrical machine and the inductances of the Phase windings of the connected electrical machine are charged. This enables multiple use of the existing components.
  • FIG. 1 a schematic diagram of a circuit arrangement for an electric drive system, as may be the basis for an embodiment of the present invention
  • Fig. 2 a schematic diagram of an alternative circuit arrangement for an electric drive system, as is the basis for an embodiment of the present invention
  • Fig. 4 a flowchart as underlying a method for operating a voltage converter arrangement according to one embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a circuit arrangement for an electric drive system.
  • the electrical drive system includes a voltage converter circuit 10.
  • This voltage converter circuit 10 can be electrically coupled to an electrical energy storage device 3, for example a battery, at a DC voltage connection.
  • the DC voltage connection can, for example, have two connection points to which the two poles of the electrical energy storage 3 can be connected.
  • the voltage converter circuit 10 can be electrically coupled to an electrical machine 2 at an AC voltage connection.
  • the electrical machine 2 can be, for example, a multi-phase electrical machine with, for example, three phase windings Wl, W2, W3.
  • the AC voltage connection can have a connection point for each phase winding W1, W2, W3.
  • the present invention is not limited to three-phase electrical machines. Rather, any other multi-phase electrical machines with a number of phase windings other than three can in principle be used.
  • the voltage converter circuit 10 can convert the voltage provided by the electrical energy storage 3 into a multi-phase electrical alternating voltage according to a setpoint specification and provide this to the electrical machine 2.
  • the switching elements S1-S6 of the voltage converter circuit 10 can be controlled accordingly.
  • the voltage converter circuit 10 with the connected electrical machine 2 can be used to convert an electrical voltage from an external energy source 4 into an electrical voltage which is suitable for charging the energy storage device 3.
  • the phase windings Wl, W2, W3 can be used as inductive components.
  • electrical energy in particular in the form of a direct voltage, can be provided by the external energy source 4 between a motor connection and a connection point of the energy storage 3.
  • any existing switches between the external energy source 4 and the motor connection and one are preferred Connection point of the energy storage 3, preferably the negative connection point or the negative pole of the energy storage 3, closed.
  • the motor connection is in particular either a connection to one of the phase windings or a connection to the star point of the phase windings.
  • a connection of the external energy source 4 can be electrically coupled to a star point S of the electrical machine 2.
  • This circuit arrangement is also referred to as W-connection.
  • the phase windings Wl, W2, W3 can be energized by appropriately clocking the switching elements M1-M6 of the voltage converter circuit 10. In this way, the voltage level and/or current intensity for charging the energy storage device 3 from the external energy source 4 can be adjusted.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further circuit arrangement of an electrical drive system, in which the voltage converter circuit 10 and the electrical machine 2 can also be used to convert the electrical voltage provided by the external energy source 4 into a voltage that is used to charge the energy storage 3 suitable is.
  • the circuit arrangement according to Figure 2 differs from the previously described circuit arrangement in particular in that it is not the star point S of the electrical machine 2 that is connected to a connection of the external energy source 4, but rather the connection of a phase winding W3.
  • Such a circuit arrangement is also referred to as a Y-connection.
  • any switches that may be present between the external energy source 4 and the motor connection and a connection point of the energy storage 3, preferably the negative connection point or the negative pole of the energy storage 3, are preferably closed.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a block diagram for an electric drive system according to an embodiment.
  • the electrical drive system can include a voltage converter arrangement 1, which is electrically connected to an electrical machine 2.
  • the voltage converter arrangement 1 can include a voltage converter circuit 10, which converts an electrical voltage provided by an electrical energy storage 3, in particular a direct voltage, into an electrical voltage that is suitable for controlling the electrical machine 2. This can in particular be one of the voltage converter circuits 10 previously described in connection with FIGS. 1 and 2. Accordingly, the voltage converter arrangement 1 with the voltage converter circuit 10 can also convert electrical energy from an external energy source 4 into an electrical voltage in a further operating mode, which is suitable for charging the energy storage 3.
  • the voltage converter circuit 10 and in particular the switching elements M1-M6 of the voltage converter circuit 10 can be controlled by the control device 20 by means of a corresponding control signal.
  • the switching elements between the external energy source 4, the voltage converter circuit 10 and the electrical energy storage 3, which are not specified in more detail in FIGS. 1 and 2, can also be opened or closed in a suitable manner depending on the operating mode.
  • the phase winding Wl, W2, W3 are used in the electrical machine 2 as inductive components.
  • the inductances resulting from the respective phase windings Wl, W2, W3 of the electrical machine 2 can vary depending on the position of the rotor and the desired total current through the phase windings Wl, W2, W3 of the electrical machine 2. Therefore, the control device 20 of the voltage converter arrangement 1 adapts the control of the voltage converter circuit 10 according to the rotor position of the electrical machine 2 or the resulting inductances of the phase developments W1, W2, W3.
  • the current rotor position of the rotor of the electrical machine 2 can be detected by means of a rotor position sensor 2a or resolver and provided to the control device 20.
  • any other method can be used to determine the rotor position.
  • the rotor position can also be determined or estimated using a sensorless method.
  • a relationship between the rotor position and parameters for controlling the voltage converter circuit 10 can be stored in the control device 20.
  • a storage device 21 can be provided in the control device 20, which stores and provides previously determined relationships between the rotor position and control parameters.
  • These relationships can be provided, for example, in tabular form, for example in the form of a so-called lookup table or similar.
  • any other options for representing the relationship between the rotor position and control of the voltage from the circuit 10 are of course also possible.
  • connections using a formula relationship, a mathematical model or similar are also possible.
  • control can also be adjusted depending on the input voltage, input current, output voltage, output current or other operating parameters such as temperature, for example motor temperature, in particular temperatures in the phase windings or the rotor of the electrical machine 2 or similar.
  • phase developments Wl, W2, W3 By adjusting the control for individual energization of the phase developments Wl, W2, W3, it is possible to adapt both the current level and the phase shift between the voltages in the individual phase developments Wl, W2, W3, with which the individual phase windings Wl, W2 , W3 are applied. Furthermore, it is also possible, depending on requirements, for example depending on the rotor position, the desired charging current, the voltage level or similar, to vary the number of phase windings W1, W2, W3 used for converting the input DC voltage into the output DC voltage. For example, depending on the operating point, only part of the available phase winding W1, W2, W3 may be energized.
  • the setting of the individual current supply for the individual phase windings W1, W2, W3 using the rotor position and, if necessary, other parameters can initially be done at the start of the voltage conversion.
  • properties of the system that change over time can be taken into account if necessary. For example, if the DC output voltage is used to charge an electrical energy storage device 3, this DC output voltage can increase during the charging process. This can possibly lead to the required parameters for the individual energization of the phase windings Wl, W2, W3 changing over time.
  • FIG. 4 shows a flowchart as underlying a method for operating a voltage converter arrangement 1 according to one embodiment.
  • the voltage converter arrangement 1 can be, for example, the voltage converter arrangement 1 described above. Accordingly, all statements made previously also apply to the procedure described below. Furthermore, the voltage converter arrangement 1 described above can also include any components that are suitable for carrying out the method described below.
  • a step 110 a rotor position of an electrical machine 2 connected to the voltage converter circuit 10 is first determined.
  • the voltage converter circuit 10 can then be controlled in step 120 to convert an input DC voltage provided at the voltage converter circuit 10 into a predetermined output DC voltage. The voltage is converted in particular when the connected electrical machine 2 is at a standstill.
  • the electrical currents can, as described above, be adjusted through at least one phase winding W1, W2, W3 of the multi-phase electrical machine 2 connected to the voltage converter circuit 10 using the determined rotor position of the electrical machine 2
  • the present invention relates to a voltage converter arrangement in an electrical drive system, which can control a connected electrical machine in one operating mode and can convert an input DC voltage into an output DC voltage in a further operating mode.
  • the phase winding of the connected electrical machine can be used as inductors.
  • the individual phase developments are energized individually depending on the rotor position and a setpoint for the total current.

Landscapes

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  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannungswandleranordnung in einem elektrischen Antriebssystem, welche in einem Betriebsmodus eine angeschlossene elektrische Maschine ansteuern kann und in einem weiteren Betriebsmodus eine Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung konvertieren kann. Für die Konvertierung der Eingangsgleichspannung die Ausgangsgleichspannung können die Phasenwicklung der angeschlossenen elektrischen Maschine als Induktivitäten genutzt werden. Hierbei werden die einzelnen Phasenentwicklungen in Abhängigkeit der Rotorposition sowie einer Sollwertvorgaben für den Gesamtstrom individuell bestromt.

Description

Beschreibung
Titel
Spannungswandleranordnung, elektrisches Antriebssystem und Verfahren zum
Betreiben einer Spannungswandleranordnung
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannungswandleranordnung, ein elektrisches Antriebssystem und Verfahren zum Betreiben einer Spannungswandleranordnung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Spannungswandlung unter Verwendung von Komponenten eines elektrischen Antriebssystems.
Stand der Technik
Ganz oder zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge verfügen in der Regel über ein elektrisches Antriebssystem, bei welchem elektrische Energie von einem Energiespeicher, wie beispielsweise einer Traktionsbatterie, mittels eines Stromrichters an einer elektrischen Maschine bereitgestellt wird. Der hierfür genutzte elektrische Energiespeicher kann mittels einer externen Energiequelle aufgeladen werden. Hierzu ist in der Regel eine separate Ladeschaltung erforderlich.
Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, Komponenten des elektrischen Antriebssystems für das Aufladen des elektrischen Energiespeichers zu nutzen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise in der Druckschrift DE 10 2018 207 188 Al beschrieben.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine Spannungswandleranordnung, ein elektrisches Antriebssystem und ein Verfahren zum Betreiben einer Spannungswandleranordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Demgemäß ist vorgesehen:
Eine Spannungswandleranordnung mit einer Spannungswandlerschaltung und einer Steuereinrichtung. Die Spannungswandlerschaltung ist dazu ausgelegt, mit einer mehrphasigen elektrischen Maschine verbunden zu werden. Weiterhin ist die Spannungswandlerschaltung dazu ausgelegt, bei Stillstand der elektrischen Maschine in einem ersten Betriebsmodus eine an der Spannungswandlerschaltung bereitgestellte Eingangsgleichspannung in eine vorbestimmte Ausgangsgleichspannung zu konvertieren. Die Steuereinrichtung ist dazu ausgelegt, während der Konvertierung der elektrischen Eingangsgleichspannung in die vorbestimmte Ausgangsgleichspannung elektrische Ströme durch mindestens eine Phasenwicklung einer an die Spannungswandlerschaltung angeschlossenen mehrphasigen elektrischen Maschine einzustellen. Das Einstellen der elektrischen Ströme durch die jeweiligen Phasenwicklung erfolgt hierbei insbesondere unter Verwendung einer Rotorposition der elektrischen Maschine.
Weiterhin ist vorgesehen:
Ein elektrisches Antriebssystem mit einer erfindungsgemäßen Spannungswandleranordnung und einer mehrphasigen elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine ist hierbei mit der Spannungswandleranordnung elektrisch gekoppelt.
Schließlich ist vorgesehen:
Ein Verfahren zum Betreiben einer Spannungswandleranordnung. Die Spannungswandleranordnung umfasst hierbei eine Spannungswandlerschaltung. Die Spannungswandlerschaltung ist dazu ausgelegt, mit einer mehrphasigen elektrischen Maschine verbunden zu werden. Das Verfahren umfasst einen Schritt zum Ermitteln einer Rotorposition einer an die Spannungswandlerschaltung angeschlossenen elektrischen Maschine. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt zum Ansteuern der Spannungswandlerschaltung zur Konvertierung einer an der Spannungswandlerschaltung bereitgestellte Eingangsgleichspannung in eine vorbestimmte Ausgangsgleichspannung. Das Konvertieren der Eingangsgleichspannung in die Ausgangsgleichspannung erfolgt insbesondere bei Stillstand der angeschlossenen elektrischen Maschine. Hierbei werden durch das erfindungsgemäße Verfahren während der Konvertierung der elektrischen Eingangsgleichspannung in die vorbestimmte Ausgangsgleichspannung elektrische Ströme durch mindestens eine Phasenwicklung der an die Spannungswandlerschaltung angeschlossenen mehrphasigen elektrischen Maschine individuell eingestellt. Das Einstellen der elektrischen Ströme erfolgt insbesondere unter Verwendung der ermittelten Rotorposition der elektrischen Maschine.
Vorteile der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die resultierenden Induktivitäten der einzelnen Phasenwicklungen einer mehrphasigen elektrischen Maschine in Abhängigkeit der Rotorlage der elektrischen Maschine, insbesondere bei permanent erregten Synchronmaschinen, variieren können. Werden daher Komponenten des elektrischen Antriebssystems für eine Spannungswandlung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung genutzt, so können auch die aus den oder positionsabhängigen Induktivitäten resultierenden elektrischen Eigenschaften schwanken.
Es ist daher eine Idee der vorliegenden Erfindung, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und die Rotorposition sowie die daraus resultierenden variablen Induktivitäten der Phasenwicklungen in einer elektrischen Maschine bei der Nutzung von Komponenten eines elektrischen Antriebssystems für eine Spannungswandlung zu berücksichtigen.
Hierzu ist es vorgesehen, bei der Nutzung von Komponenten eines elektrischen Antriebssystems für eine Spannungswandlung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung, die elektrischen Ströme durch die Phasenwicklungen, d.h. die Statorwicklungen einer angeschlossenen elektrischen Maschine individuell anzupassen. Mit anderen Worten werden für die Spannungswandlung mehrere Phasenwicklungen in einer angeschlossenen elektrischen Maschine genutzt, so können die elektrischen Ströme durch die genutzten Phasenwicklungen separat angepasst werden. Das Einstellen der jeweiligen Ströme durch die einzelnen Phasenwicklungen kann dabei insbesondere unter Berücksichtigung der aktuellen Rotorposition bzw. der hieraus resultierenden individuellen Induktivitäten der Phasenwicklungen sowie der geforderten Gesamtstromstärke erfolgen.
Auf diese Weise ist es möglich, das Gesamtsystem für die Spannungswandlung der Eingangsgleichspannung in die Ausgangsgleichspannung auf die jeweils resultierenden Induktivitäten der angeschlossenen elektrischen Maschine anzupassen. Auf diese Weise kann das Betriebsverhalten für die Spannungswandlung optimiert werden.
Insbesondere kann durch die Berücksichtigung der Rotorlage und der daraus resultierenden oder Induktivitäten für das Bestromen der Phasenwicklungen der resultierende Strom- und/oder Spannungsrippei minimiert werden. Hierdurch sinken auch die Anforderungen für Filter- oder Entstörmaßnahmen.
Insbesondere kann beispielsweise die erforderliche Kapazität zur Kompensation der genannten Strom- und/oder Spannungsregler minimiert werden. Darüber hinaus kann durch das erfindungsgemäße individuelle Bestromen der Phasenwicklungen in Abhängigkeit von der Rotorlage auch ein während der Spannungswandlung auftretendes Moment in der elektrischen Maschine minimiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Spannungswandlerschaltung einen Gleichspannungsanschluss und einen Wechselspanungsanschluss. Der Gleichspannungsanschluss ist hierbei dazu ausgelegt, mit einem elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einer Batterie, verbunden zu werden. Der Wechselspannungsanschluss ist dazu ausgelegt, mit der elektrischen Maschine verbunden zu werden. Ferner kann die Spannungswandlerschaltung dazu ausgelegt sein, in dem ersten Betriebsmodus die Eingangsgleichspannung zwischen einem Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses und einem Motoranschluss zu empfangen und die Ausgangsgleichspannung zwischen dem ersten Anschlusspunkt und einem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses bereitzustellen. Somit kann es sich bei der Spannungswandlerschaltung beispielsweise um einen elektrischen Stromrichter handeln, der dazu ausgelegt ist, eine elektrische Maschine unter Verwendung der von dem elektrischen Energiespeicher am Gleichspannungsanschluss bereitgestellten elektrischen Energie anzusteuern zusätzlich oder alternativ kann ein solcher elektrischer Stromrichter den elektrischen Energiespeicher unter Verwendung von elektrische Energie aufladen, die in Form einer Wechselspannung von der elektrischen Maschine bereitgestellt wird. Eine solche Schaltungsverordnung kann in einem weiteren Betriebsmodus, der hier als erster Betriebsmodus bezeichnet wird, dazu genutzt werden, um die von einer externen Gleichspannungsquelle bereitgestellte Gleichspannung in eine Gleichspannung zu konvertieren, die dazu geeignet ist, den elektrischen Energiespeicher aufzuladen. Hierzu ist der elektrische Energiespeicher unverändert am Gleichspannungsanschluss angeschlossen. Die Eingangsgleichspannung kann hierbei zwischen einem Anschlusspunkt (vorzugsweise dem Minuspol) des elektrischen Energiespeichers und einem Motoranschluss bereitgestellt werden. Je nach Konfiguration kann als Motoranschluss hierbei entweder ein Phasenanschluss der elektrischen Maschine oder ein Sternpunkt der elektrischen Maschine genutzt werden. Mit anderen Worten, die Eingangsgleichspannung von der externen Energiequelle wird zwischen einem Phasenanschluss oder dem Sternpunkt der elektrischen Maschine und einem Anschlusspunkt des elektrischen Energiespeichers bzw.
Gleichspannungsanschlusses der Spannungswandlerschaltung bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung der Spannungswandleranordnung dazu ausgelegt, den elektrischen Strom bzw. die elektrische Ströme durch die mindestens eine der Phasenwicklung unter Verwendung eines Sollwerts für einen einzustellenden Gesamtstrom einzustellen. Der Gesamtstrom kann sich hierbei beispielsweise auf den elektrischen Strom am Eingang oder Ausgang der Spannungswandleranordnung beziehen. Entsprechend kann der einzustellenden Gesamtstrom gemäß der Rotorposition auf eine oder mehrere der Phasenwicklungen aufgeteilt werden. Beispielsweise kann es bei relativ geringen Gesamtströmen ausrichten sein, den Strom vollständig einer Phasenwicklungen zuzuordnen. Für höhere Ströme kann es dagegen erforderlich sein, den Gesamtstrom auf zwei oder mehr Phasenwicklungen aufzuteilen. Bei dieser Aufteilung kann dabei insbesondere auch die Rotorposition bzw. die sich aus der Rotorposition für die einzelnen Phasenwicklungen ergebenden Induktivitäten mitberücksichtigt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung der Spannungswandleranordnung dazu ausgelegt, jeweils Induktivitätswerte für die Phasenwicklungen der an die Spannungswandlerschaltung angeschlossenen mehrphasigen elektrischen Maschine zu bestimmen. Das Bestimmen der einzelnen Induktivitäten für die jeweiligen Phasenwicklungen kann insbesondere unter Verwendung der Rotorposition der elektrischen Maschine erfolgen. Ferner ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, die elektrischen Ströme durch die Phasenwicklungen der elektrischen Maschine unter Verwendung der ermittelten Induktivitätswerte einzustellen. Durch das Ermitteln der resultierenden Induktivitätswerte für die Phasenwicklungen der angeschlossenen elektrischen Maschine steht somit eine Größe zur Verfügung, die sehr gut dazu geeignet ist, die elektrischen Ströme durch die jeweiligen Phasenwicklungen festzulegen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Spannungswandleranordnung eine Speichereinrichtung. Die Speichereinrichtung ist dazu ausgelegt, Daten für einen Zusammenhang zwischen der Rotorposition der elektrischen Maschine und den einzustellenden elektrischen Strömen in den Phasenwicklungen der elektrischen Maschine bereitzustellen., In diesem Fall kann die Steuereinrichtung dazu ausgelegt sein, die in der Speichereinrichtung gespeicherten Daten auszulesen und die elektrischen Ströme durch die einzelnen Phasenwicklungen eine angeschlossene elektrischen Maschine unter Verwendung der aus der Speichereinrichtung ausgelesenen Daten einzustellen. Beispielsweise können die Zusammenhänge zwischen der Rotorposition und den jeweils einzustellenden elektrischen Strömen in Form einer sogenannten Lookup-Tabelle oder in beliebiger anderer Form abgespeichert sein. Neben einer tabellarischen Form ist insbesondere auch das Bereitstellen eines formelhaften Zusammenhangs zwischen Rotorposition und einzustellenden elektrischen Strömen möglich. Ferner sind auch komplexere Zusammenhänge möglich, bei welchen neben der Rotorposition und den einzustellenden elektrischen Strömen auch weitere Parameter berücksichtigt werden. Solche weiteren Parameter können beispielsweise Eingangsstrom, Ausgangsstrom, Eingangsspannung, Ausgangsspannung oder beliebige andere Betriebsparameter, wie beispielsweise Temperaturen, insbesondere Rotor- und/oder Statortemperaturen o. ä., umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung dazu ausgelegt, eine Phasenverschiebung zwischen den elektrischen Strömen durch mindestens zwei Phasenwicklungen der an die Spannungswandlerschaltung angeschlossenen mehrphasigen elektrischen Maschine einzustellen. Das Einstellen kann hierbei unter Verwendung einer Rotorposition der elektrischen Maschine und ggf. der geforderten Ladestromstärke erfolgen. Insbesondere kann eine Phasenverschiebung zwischen elektrischen Wechselspannungen, mit denen die einzelnen Rotorphasen beaufschlagt werden, in Abhängigkeit der Rotorposition und/oder der resultierenden individuellen Induktivitäten der einzelnen Phasenwicklungen angepasst werden. Beispielsweise können auch bei einer pulsbreitenmodulierten Ansteuerung zur Beaufschlagung der einzelnen Phasenwicklungen mit elektrischen Strömen die steigenden oder fallenden Flanken der einzelnen Pulse oder die Pulsmitten in Abhängigkeit der Rotorlage angepasst werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung der Spannungswandleranordnung dazu ausgelegt, ein Signal von einem Rotorwinkelsensor der elektrischen Maschine zu empfangen. In diesem Fall können die elektrischen Ströme durch die Phasenwicklungen der elektrischen Maschine unter Verwendung des empfangen Signals von dem Rotorwinkelsensor eingestellt werden. Mit anderen Worten, die Ermittlung der jeweiligen Rotorlage erfolgt durch das Empfangen eines entsprechenden Sensorsignale von einem mit der elektrischen Maschine gekoppelten Rotorwinkelsensor.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung der Spannungswandleranordnung dazu ausgelegt, die Rotorposition der an die Spannungswandlerschaltung angeschlossenen mehrphasigen elektrischen Maschine zu berechnen oder abzuschätzen. Entsprechend können die elektrischen Ströme durch die Phasenwicklungen der elektrischen Maschine unter Verwendung der so ermittelten Rotorposition eingestellt werden. In diesem Fall kann die Rotorlage der angeschlossenen elektrischen Maschine auf Grundlage eines mathematischen Modells oder ähnlichem berechnet oder abgeschätzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung der Spannungswandleranordnung dazu ausgelegt, die elektrischen Ströme durch die Phasenwicklungen der elektrischen Maschine ferner unter Verwendung weiterer Betriebsparameter der Spannungswandleranordnung und/oder der an die Spannungswandlerschaltung angeschlossenen mehrphasigen elektrischen Maschine einzustellen. Hierdurch kann jeweils ein optimaler Betriebspunkt ermittelt werden, welcher neben der Rotorlage eine angeschlossene elektrischen Maschine und den daraus resultierenden individuellen Induktivitäten in den Phasenwicklungen auch weitere Betriebsparameter für einen optimalen Betrieb mitberücksichtigt. Solche weiteren Betriebsparameter können beispielsweise Spannungs-/Stromhöhe von Eingangs- und/oder Ausgangsspannung, Betriebstemperaturen, insbesondere berechnete, abgeschätzte oder gemessene Temperaturen in oder an der angeschlossenen elektrischen Maschine, insbesondere am Stator und/oder Rotor der elektrischen Maschine sowie beliebige weitere geeignete Betriebsparameter umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Spannungswandleranordnung ferner dazu ausgelegt, in einem zweiten Betriebsmodus eine elektrische Spannung zum Ansteuern der mehrphasigen elektrischen Maschine bereitzustellen. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Spannungswandleranordnung ist einerseits dazu geeignet, eine angeschlossene elektrische Maschine anzusteuern. Darüber hinaus ist die Spannungswandleranordnung dazu geeignet, die Induktivitäten der Phasenwicklungen diese angeschlossene elektrischen Maschine auch für eine Spannungswandlung einer Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung zu nutzen. Somit kann beispielsweise ein elektrisches Antriebssystem realisiert werden, welches für den Betrieb elektrischen Maschine elektrische Energie von einem angeschlossenen Energiespeicher bezieht. Dabei kann dieser elektrische Energiespeicher unter Verwendung von Komponenten der Ansteuerschaltung der elektrischen Maschine sowie der Induktivitäten der Phasenwicklungen der angeschlossenen elektrischen Maschine aufgeladen werden. Hierdurch wird eine Mehrfachnutzung der vorhandenen Komponenten ermöglicht.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, soweit sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich den Ausführungsbeispielen beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu den jeweiligen Grundformen der Erfindung hinzufügen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1: ein Prinzipschaubild einer Schaltungsanordnung für ein elektrisches Antriebssystem, wie sie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen kann;
Fig.2: ein Prinzipschaubild einer alternativen Schaltungsanordnung für ein elektrisches Antriebssystem, wie sie einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen;
Fig. 3: eine schematische Darstellung eines Blockschaubildes eines elektrischen Antriebssystems mit einer Spannungswandleranordnung gemäß einer Ausführungsform; und
Fig. 4: ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zum Betreiben einer Spannungswandleranordnung gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt.
Beschreibung von Ausführungsformen Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltungsanordnung für ein elektrisches Antriebssystem. Das elektrische Antriebssystem umfasst eine Spannungswandlerschaltung 10. Diese Spannungswandlerschaltung 10 kann an einem Gleichspannungsanschluss mit einem elektrischen Energiespeicher 3, beispielsweise einer Batterie, elektrisch gekoppelt werden. Hierzu kann der Gleichspannungsanschluss zum Beispiel zwei Anschlusspunkte aufweisen, an welchen die beiden Pole des elektrischen Energiespeichers 3 angeschlossen werden können. Ferner kann die Spannungswandlerschaltung 10 an einem Wechselspannungsanschluss mit einer elektrischen Maschine 2 elektrisch gekoppelt werden. Bei der elektrischen Maschine 2 kann es sich beispielsweise um eine mehrphasige elektrische Maschine mit z.B. drei Phasenwicklungen Wl, W2, W3 handeln. Entsprechend kann der Wechselspannungsanschluss für jede Phasenwicklung Wl, W2, W3 einen Anschlusspunkt aufweisen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf dreiphasige elektrische Maschinen beschränkt. Vielmehr können grundsätzlich beliebige andere mehrphasigen elektrische Maschinen mit einer von drei abweichenden Anzahl von Phasenwicklungen eingesetzt werden.
Für den Betrieb des elektrischen Antriebssystems kann die Spannungswandlerschaltung 10 die von dem elektrischen Energiespeicher 3 bereitgestellter Spannung gemäß einer Sollwertvorgabe in eine mehrphasige elektrische Wechselspannung konvertieren und diese an der elektrischen Maschine 2 bereitstellen. Hierzu können die Schaltelemente S1-S6 der Spannungswandlerschaltung 10 entsprechend angesteuert werden.
In einem weiteren Betriebsmodus kann die Spannungswandlerschaltung 10 mit der angeschlossenen elektrischen Maschine 2 dazu genutzt werden, um eine elektrische Spannung von einer externen Energiequelle 4 in eine elektrische Spannung zu konvertieren, welche dazu geeignet ist, den Energiespeicher 3 aufzuladen. Hierbei können die Phasenwicklungen Wl, W2, W3 als induktive Bauelemente genutzt werden. Hierzu kann von der externen Energiequelle 4 elektrische Energie, insbesondere in Form einer Gleichspannung, zwischen einem Motoranschluss und einem Anschlusspunkt des Energiespeichers 3 bereitgestellt werden. Bevorzugt werden hierzu eventuell vorhandene Schalter zwischen der externen Energiequelle 4 und dem Motoranschluss und einem Anschlusspunkt des Energiespeichers 3, bevorzugt dem negativen Anschlusspunkt oder dem Minuspol des Energiespeichers 3, geschlossen. Wie im nachfolgenden noch näher erläutert wird, dann es sich beim bei dem Motoranschluss insbesondere entweder um einen Anschluss an einer der Phasenwicklungen oder um einen Anschluss an dem Sternpunkt der Phasenwicklungen handeln.
In der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform kann hierzu beispielsweise ein Anschluss der externen Energiequelle 4 mit einem Sternpunkt S der elektrischen Maschine 2 elektrisch gekoppelt werden. Diese Schaltungsanordnung wird auch als W-Verschaltung bezeichnet. Die Phasenwicklungen Wl, W2, W3 können dabei durch geeignetes Takten der Schaltelemente M1-M6 der Spannungswandlerschaltung 10 bestromt werden. Auf diese Weise kann die Spannungshöhe und/oder Stromstärke zum Aufladen des Energiespeichers 3 aus der externen Energiequelle 4 angepasst werden.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Schaltungsanordnung eines elektrischen Antriebssystems, bei welchem ebenfalls die Spannungswandlerschaltung 10 und die elektrische Maschine 2 dazu genutzt werden können, die von der externen Energiequelle 4 bereitgestellte elektrische Spannung in eine Spannung zu konvertieren, die zum Aufladen des Energiespeicher 3 geeignet ist. Die Schaltungsanordnung gemäß Figur 2 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Schaltungsanordnung insbesondere dadurch, dass hierbei nicht der Sternpunkt S der elektrischen Maschine 2 mit einem Anschluss der externen Energiequelle 4 verbunden ist, sondern der Anschluss einer Phasenwicklung W3. Eine solche Schaltungsanordnung wird auch als Y-Verschaltung bezeichnet. Bevorzugt werden auch hier hierzu eventuell vorhandene Schalter zwischen der externen Energiequelle 4 und dem Motoranschluss und einem Anschlusspunkt des Energiespeichers 3, bevorzugt dem negativen Anschlusspunkt oder dem Minuspol des Energiespeichers 3, geschlossen.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Blockschaltbildes für ein elektrisches Antriebssystem gemäß einer Ausführungsform. Das elektrische Antriebssystem kann hierbei eine Spannungswandleranordnung 1 umfassen, welche mit einer elektrischen Maschine 2 elektrisch verbunden ist. Die Spannungswandleranordnung 1 kann dabei eine Spannungswandlerschaltung 10 umfassen, welche eine von einem elektrischen Energiespeicher 3 bereitgestellte elektrische Spannung, insbesondere eine Gleichspannung, in eine elektrische Spannung konvertiert, die dazu geeignet ist, die elektrische Maschine 2 anzusteuern. Hierbei kann sich insbesondere um eine der zuvor in Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen Spannungswandlerschaltungen 10 handeln. Entsprechend kann die Spannungswandleranordnung 1 mit der Spannungswandlerschaltung 10 auch in einem weiteren Betriebsmodus elektrische Energie von einer externen Energiequelle 4 in eine elektrische Spannung konvertieren, die dazu geeignet ist, den Energiespeicher 3 aufzuladen. Hierzu kann die Spannungswandlerschaltung 10 und insbesondere die Schaltelemente M1-M6 der Spannungswandlerschaltung 10, durch entsprechende Ansteuersignal von der Steuereinrichtung 20 angesteuert werden. Ferner können auch die in den Figuren 1 und 2 nicht näher spezifizierten Schaltelemente zwischen der externen Energiequelle 4, der Spannungswandlerschaltung 10 und dem elektrischen Energiespeicher 3 in geeigneter Weise je nach Betriebsmodus geöffnet oder geschlossen werden.
Im Betriebsmodus zur Konvertierung der Eingangsgleichspannung von der externen Energiequelle 4 in eine elektrische Spannung zum Aufladen des Energiespeichers 3 die Phasenwicklung Wl, W2, W3 werden in der elektrischen Maschine 2 als induktive Bauelemente genutzt. Dabei können die von den jeweiligen Phasenwicklung Wl, W2, W3 der elektrischen Maschine 2 resultierenden Induktivitäten in Abhängigkeit der Lage des Rotors und des gewünschten Gesamtstroms durch die Phasenwicklungen Wl, W2, W3 der elektrischen Maschine 2 variieren. Daher passt die Steuereinrichtung 20 der Spannungswandleranordnung 1 die Ansteuerung der Spannungswandlerschaltung 10 entsprechend der Rotorlage der elektrischen Maschine 2 bzw. der daraus resultierenden Induktivitäten der Phasenentwicklungen Wl, W2, W3 an. Hierdurch erfolgt für jede genutzte Phasenwicklung Wl, W2, W3 eine individuelle Bestromung in Abhängigkeit der Rotorlage der elektrischen Maschine 2. Hierzu können beispielsweise die aktuelle Rotorlage des Rotors der elektrischen Maschine 2 mittels eines Rotorlagensensors 2a oder Resolvers erfasst und an der Steuereinrichtung 20 bereitgestellt werden. Alternativ können auch beliebige andere Verfahren zur Ermittlung der Rotorlage eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Rotorlage auch mittels eines sensorlosen Verfahrens bestimmt oder abgeschätzt werden.
Für die Ansteuerung der Spannungswandlerschaltung 10 kann in der Steuereinrichtung 20 beispielsweise ein Zusammenhang zwischen Rotorlage und Parametern zur Ansteuerung der Spannungswandlerschaltung 10 hinterlegt sein. Hierzu kann zum Beispiel in der Steuereinrichtung 20 eine Speichervorrichtung 21 vorgesehen sein, welche vorab ermittelte Zusammenhänge zwischen Rotorlage und Ansteuerungsparametern speichert und bereitstellt. Diese Zusammenhänge können beispielsweise in tabellarischer Form, z.B. in Form einer sogenannten Lookup-Tabelle oder ähnlichem bereitgestellt werden. Darüber hinaus sind selbstverständlich auch beliebige andere Möglichkeiten zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen Rotorlage und Ansteuerung der Spannung von der Schaltung 10 möglich. Insbesondere sind zum Beispiel auch Zusammenhänge mittels einer Formelbeziehung, eines mathematischen Modells oder ähnlichem möglich.
Darüber hinaus können für die Anpassung der Ansteuerung der Spannungswandlerschaltung 10 neben der aktuellen Rotorlage auch weitere geeignete Parameter mit in Betracht gezogen werden. Beispielsweise kann die Ansteuerung auch in Abhängigkeit von Eingangsspannung, Eingangsstrom, Ausgangsspannung, Ausgangsstrom oder weiteren Betriebsparameter wie Temperatur, beispielsweise Motortemperatur, insbesondere Temperaturen in den Phasenwicklungen oder dem Rotor der elektrischen Maschine 2 oder ähnlichem angepasst werden.
Durch das Anpassen der Ansteuerung für ein individuelles Bestromen der Phasenentwicklungen Wl, W2, W3 ist es dabei möglich, sowohl die Stromhöhe als auch die Phasenverschiebung zwischen den Spannungen in den einzelnen Phasenentwicklungen Wl, W2, W3 anzupassen, mit welchen die einzelnen Phasenwicklungen Wl, W2, W3 beaufschlagt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, je nach Erfordernissen, beispielsweise in Abhängigkeit von der Rotorposition, dem gewünschten Ladestrom, der Spannungshöhe oder ähnlichem, die Anzahl der für die Konvertierung der Eingangsgleichspannung in die Ausgangsgleichspannung genutzten Phasenwicklungen Wl, W2, W3 zu variieren. Beispielsweise kann je nach Betriebspunkt gegebenenfalls nur ein Teil der zur Verfügung stehenden Phasenwicklung Wl, W2, W3 bestromt werden.
Das Einstellen der individuellen Bestromung für die einzelnen Phasenwicklungen Wl, W2, W3 unter Verwendung der Rotorposition sowie gegebenenfalls weiterer Parameter kann zunächst bei Beginn der Spannungswandlung erfolgen. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Bestromung der einzelnen Phasenwicklung Wl, W2 oder W3 während des Betriebs, d. h. während der Spannungswandlung, dynamisch anzupassen. Auf diese Weise können gegebenenfalls Eigenschaften des Systems berücksichtigt werden, welche sich im Laufe der Zeit ändern. Wird beispielsweise die Ausgangsgleichspannung dazu genutzt, einen elektrischen Energiespeicher 3 aufzuladen, so kann diese Ausgangsgleichspannung während des Ladevorgangs ansteigen. Dies kann gegebenenfalls dazu führen, dass sich die erforderlichen Parameter für die individuelle Bestromung der Phasenwicklungen Wl, W2, W3 im Laufe der Zeit ändern. Hierzu ist es möglich, beliebige Betriebsparameter der Spannungswandleranordnung 1 sowie auch gegebenenfalls von weiteren Komponenten des Gesamtsystems, wie z.B. Motor 2 zu überwachen, beispielsweise messtechnisch zu erfassen oder auf andere Weise, zum Beispiel mittels eines mathematischen Modells, zu bestimmen und jeweils optimierte Parameter für die Bestromung für die einzelnen Phasenwicklungen Wl, W2, W3 zu ermitteln und einzustellen.
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm, wie es einem Verfahren zum Betreiben einer Spannungswandleranordnung 1 gemäß einer Ausführungsform zugrunde liegt. Bei der Spannungswandleranordnung 1 kann es sich beispielsweise um die zuvor beschriebene Spannungswandleranordnung 1 handeln. Entsprechend gelten auch für das nachfolgend beschriebene Verfahren alle bereits zuvor gemachten Ausführungen. Ferner können auch die zuvor beschriebene Spannungswandleranordnung 1 beliebige Komponenten umfassen, die dazu geeignet sind, das nachfolgend beschriebene Verfahren auszuführen. In einem Schritt 110 erfolgt zunächst ein Ermitteln einer Rotorposition einer an die Spannungswandlerschaltung 10 angeschlossenen elektrischen Maschine 2. Daraufhin kann in Schritt 120 die Spannungswandlerschaltung 10 zur Konvertierung einer an der Spannungswandlerschaltung 10 bereitgestellte Eingangsgleichspannung in eine vorbestimmte Ausgangsgleichspannung angesteuert werden. Die Konvertierung der Spannung erfolgt dabei insbesondere bei Stillstand der angeschlossenen elektrischen Maschine 2.
Während der Konvertierung der elektrischen Eingangsgleichspannung in die vorbestimmte Ausgangsgleichspannung können, wie zuvor beschrieben, die elektrische Ströme durch mindestens eine Phasenwicklung Wl, W2,W 3 der an die Spannungswandlerschaltung 10 angeschlossenen mehrphasigen elektrischen Maschine 2 unter Verwendung der ermittelten Rotorposition der elektrischen Maschine 2 eingestellt werden
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Spannungswandleranordnung in einem elektrischen Antriebssystem, welche in einem Betriebsmodus eine angeschlossene elektrische Maschine ansteuern kann und in einem weiteren Betriebsmodus eine Eingangsgleichspannung in eine Ausgangsgleichspannung konvertieren kann. Für die Konvertierung der Eingangsgleichspannung die Ausgangsgleichspannung können die Phasenwicklung der angeschlossenen elektrischen Maschine als Induktivitäten genutzt werden. Hierbei werden die einzelnen Phasenentwicklungen in Abhängigkeit der Rotorposition sowie einer Sollwertvorgaben für den Gesamtstrom individuell bestromt.

Claims

Ansprüche
1. Spannungswandleranordnung (1), mit: einer Spannungswandlerschaltung (10), die dazu ausgelegt ist, mit einer mehrphasigen elektrischen Maschine (2) verbunden zu werden und bei Stillstand der elektrischen Maschine (2) in einem ersten Betriebsmodus eine an der Spannungswandlerschaltung (10) bereitgestellte Eingangsgleichspannung in eine vorbestimmte Ausgangsgleichspannung zu konvertieren; und einer Steuereinrichtung (20), die dazu ausgelegt ist, während der Konvertierung der elektrischen Eingangsgleichspannung in die vorbestimmte Ausgangsgleichspannung elektrische Ströme durch mindestens eine Phasenwicklung (Wl, W2, W3) einer an die Spannungswandlerschaltung (10) angeschlossenen mehrphasigen elektrischen Maschine (2) unter Verwendung einer Rotorposition der elektrischen Maschine (2) einzustellen.
2. Spannungswandleranordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die Spannungswandlerschaltung (10) einen Gleichspannungsanschluss und einen Wechselspanungsanschluss umfasst, wobei der Gleichspannungsanschluss dazu ausgelegt ist, mit einem elektrischen Energiespeicher (3) verbunden zu werden, und der Wechselspannungsanschluss dazu ausgelegt ist, mit der elektrischen Maschine (2) verbunden zu werden, und wobei die Spannungswandlerschaltung (10) dazu ausgelegt ist, in dem ersten Betriebsmodus die Eingangsgleichspannung zwischen einem Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses und einem Motoranschluss eingangsseitig zu empfangen und die Ausgangsgleichspannung zwischen dem ersten Anschlusspunkt und einem zweiten Anschlusspunkt des Gleichspannungsanschlusses ausgangsseitig bereitzustellen. Spannungswandleranordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, elektrische Ströme durch die mindestens eine Phasenwicklung (Wl, W2, W3) der an die Spannungswandlerschaltung (10) angeschlossenen mehrphasigen elektrischen Maschine (2) unter Verwendung eines Sollwerts für einen einzustellenden Gesamtstroms einzustellen. Spannungswandleranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, jeweils Induktivitätswerte für die Phasenwicklungen (Wl, W2, W3) der an die Spannungswandlerschaltung (10) angeschlossenen mehrphasigen elektrischen Maschine (2) unter Verwendung der Rotorposition der elektrischen Maschine (2) zu bestimmen und die elektrischen Ströme durch die Phasenwicklungen (Wl, W2, W3) der elektrischen Maschine (2) unter Verwendung der ermittelten Induktivitätswerte einzustellen. Spannungswandleranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Speichereinrichtung (21), die dazu ausgelegt ist, Daten für einen Zusammenhang zwischen der Rotorposition einer elektrischen Maschine (2) und den einzustellenden elektrischen Strömen in den Phasenwicklungen (Wl, W2, W3) der elektrischen Maschine (2) bereitzustellen, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, die in der Speichereinrichtung (21) gespeicherten Daten auszulesen und die elektrischen Ströme unter Verwendung der aus der Speichereinrichtung (21) ausgelesenen Daten einzustellen. Spannungswandleranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, eine Phasenverschiebung zwischen den elektrischen Strömen durch mindestens zwei Phasenwicklungen (Wl, W2, W3) der an die Spannungswandlerschaltung (10) angeschlossenen mehrphasigen elektrischen Maschine (2) unter Verwendung einer Rotorposition der elektrischen Maschine (2) einzustellen Spannungswandleranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, ein Signal von einem Rotorwinkelsensor (2a) der elektrischen Maschine (2) zu empfangen und die elektrischen Ströme durch die Phasenwicklungen (Wl, W2, W3) der elektrischen Maschine (2) unter Verwendung des empfangen Signals von dem Rotorwinkelsensor (2a) einzustellen. Spannungswandleranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, die Rotorposition der an die Spannungswandlerschaltung (1) angeschlossenen mehrphasigen elektrischen Maschine (2) zu berechnen und die elektrischen Ströme durch die Phasenwicklungen (Wl, W2, W3) der elektrischen Maschine (2) unter Verwendung der berechneten Rotorposition einzustellen. Spannungswandleranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuereinrichtung (20) dazu ausgelegt ist, die elektrischen Ströme durch die Phasenwicklungen (Wl, W2, W3) der elektrischen Maschine (2) ferner unter Verwendung weiterer Betriebsparameter der Spannungswandleranordnung (1) und/oder der an die Spannungswandlerschaltung (10) angeschlossenen mehrphasigen elektrischen Maschine (2) einzustellen Spannungswandleranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bis wobei die Spannungswandleranordnung (1) ferner dazu ausgelegt ist, in einem zweiten Betriebsmodus eine elektrische Wechselspannung zum Ansteuern der mehrphasigen elektrischen Maschine (2) bereitzustellen. Elektrisches Antriebssystem, mit: einer Spannungswandleranordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10; und einer mehrphasigen elektrischen Maschine (2), die mit der Spannungswandleranordnung (1) elektrisch gekoppelt ist. Verfahren zum Betreiben einer Spannungswandleranordnung (1) mit einer Spannungswandlerschaltung (10), die dazu ausgelegt ist, mit einer mehrphasigen elektrischen Maschine (2) verbunden zu werden, mit den Schritten:
Ermitteln (110) einer Rotorposition einer an die Spannungswandlerschaltung (10) angeschlossenen elektrischen Maschine (2);
Ansteuern (120) der Spannungswandlerschaltung (10) zur Konvertierung einer an der Spannungswandlerschaltung (10) bereitgestellten Eingangsgleichspannung in eine vorbestimmte Ausgangsgleichspannung bei Stillstand der angeschlossenen elektrischen Maschine (2), wobei während der Konvertierung der elektrischen Eingangsgleichspannung in die vorbestimmte Ausgangsgleichspannung elektrische Ströme durch mindestens eine Phasenwicklung (Wl, W2, W3) der an die Spannungswandlerschaltung (10) angeschlossenen mehrphasigen elektrischen Maschine (2) unter Verwendung der ermittelten Rotorposition der elektrischen Maschine (2) eingestellt werden.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102018207188A1 (de) 2018-05-09 2019-11-14 Robert Bosch Gmbh Wechselrichter, elektrischer Antriebsstrang, Fahrzeug und Verfahren zum Betrieb eines Wechselrichters
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