WO2019149502A1 - Verfahren zum betreiben einer drehfeldmaschine eines kraftfahrzeugs, übertragungsvorrichtung, antriebseinheit sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer drehfeldmaschine eines kraftfahrzeugs, übertragungsvorrichtung, antriebseinheit sowie kraftfahrzeug Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a rotary field machine of a motor vehicle, in which at least two winding systems of the induction machine are supplied by means of a transmission device having at least two switching units with power from a DC link and at which per cycle a first switching sequence for a first switching unit for supplying a first
  • Winding system and at least a second switching sequence for at least one second switching unit for supplying a second winding system are set, wherein for the at least two switching sequences first switching states in which the respective switching units take power from the intermediate circuit, and second switching states in which the switching units no power refer to the intermediate circuit, are determined, and wherein the first switching states of the first switching sequence without overlap with the first switching states of the second switching sequence are determined.
  • the invention also relates to a transmission device, a
  • the interest is directed to three-phase machines or three-phase machines which can be used, for example, as drive machines for electrically driven motor vehicles and which have at least two winding systems.
  • Such induction machines can be, for example, foreign-excited or permanently excited.
  • the at least two winding systems are doing over a
  • the transmission device supplied with power from a common DC link.
  • the transmission device may be, for example, an n-phase inverter, which is one of the number of phases
  • DC link voltage which are usually attenuated by a smoothing capacitor or DC link capacitor.
  • the required smoothing capacitors usually have a large capacity and a high dielectric strength and are therefore dimensioned accordingly and very expensive.
  • WO 2005/034333 A1 discloses a method for operating a permanently excited n-phase rotary field machine with the aid of an inverter.
  • the inverter comprises n strings fed from a DC intermediate circuit for supplying one phase each of the n-phase rotary field machine.
  • a space vector to be generated in the n-phase induction machine is determined.
  • a first switching sequence for the switches of a first group of i strings is determined, each supplying to a first i-phase rotary field machine complementary phases of the n-phase rotary field machine, in such a way that these i phases a first contribution to the space vector deliver.
  • a second switching sequence for the switches of a second group of j strings is determined, each supplying to a second j-phase rotary field machine complementary phases of the n-phase rotary field machine, in such a way that these j phases the remaining contribution to the space vector deliver.
  • the switching sequences are determined such that the times in which the strands of the second group is a current from the
  • Transmission device a drive unit and a motor vehicle with the
  • An inventive method is used to operate a rotating field machine of a motor vehicle, in which at least two winding systems of the induction machine are supplied by means of a transmission device having at least two switching units with power from a DC link.
  • Winding system and set at least a second switching sequence for at least one second switching unit for supplying a second winding system.
  • first switching states in which the respective switching units draw current from the intermediate circuit
  • second switching states in which the switching units do not draw current from the intermediate circuit
  • the first switching states of the first switching sequence overlapping with the first switching states of the first switching sequence second switching sequence are determined.
  • Transmission device comprising an n-phase inverter operated, wherein the switching sequences are determined such that the supplied via the first switching unit of the n-phase inverter first phase system and the supplied via the second switching unit of the n-phase inverter second phase system a predetermined space vector produce.
  • the third winding system in the form of a phase system of a stator of the third-excited rotating field machine and the at least one second winding system in the form of a field winding system of a rotor of the third-excited rotating field machine of the transmission device comprising the first switching unit in the form of an inverter and the second Switching unit operated in the form of an exciter device, wherein the phase system of the stator is supplied via the inverter with power from the intermediate circuit and the excitation winding system via the exciter device with power from the
  • the first phase system may be understood as an i-phase rotating field machine and the second phase system may be understood as a j-phase rotating field machines, which act on a common shaft and complement each other to the n-phase induction machine.
  • a rotor of the n-phase induction machine here has a permanent magnet. In the case of the externally excited induction machine this has as the first winding system, the phase system of the stator and the second winding system as the
  • the externally excited induction machine can also have a third winding system in the form of a further phase system, so that the two phase systems in turn complement each other to form an n-phase induction machine.
  • the at least two winding systems are from a common
  • the transmission device in this case has an intermediate circuit capacitor or smoothing capacitor for damping any distortions, wherein the intermediate circuit capacitor is connected in particular parallel to the switching units of the transmission device.
  • the transmission device is an n-phase inverter which comprises a first group of i strings connected in parallel with switches for supplying the i phases i-phase rotary field machine and a second group of j parallel-connected strands with switches for supplying the j phases of the j-phase rotary field machine has.
  • the switches of the first group of i strands form the first switching unit and the switches of the second group of j strings form the second switching unit.
  • the externally excited induction machine the
  • the excitation device for the rotor has at least one switch, which forms the second switching unit and via which the rotor of the
  • DC link supplied exciting current can be influenced.
  • a reactive power behavior of the induction machine can be controlled via the exciting current.
  • Space vectors generated in successive working cycles describe a rotating magnetic field generated in the n-phase induction machine, which drives the rotor and thus the shaft.
  • the switches of the inverter per cycle are closed and opened according to a predetermined pattern.
  • the externally excited induction machine can be generated per cycle by setting the first switching sequence of the space vector and can be influenced by setting the second switching sequence, the reactive power of the induction machine.
  • the first switching states correspond to times in which power from the
  • the second switching states correspond to times in which no current is drawn from the DC link. If now by the second switching sequence, so the switching sequence for the second group on strands of
  • the times in which the second switching unit draws current from the intermediate circuit, with the times in which the first switching unit draws current from the intermediate circuit, would overlap, so the fluctuations or distortions of Increased DC link current. To this, too prevent the switching sequences are determined so that these times do not overlap and pull the switching units time-delayed power from the DC link.
  • the switching sequences are determined so that the switching units alternately draw current from the DC link and thus a constant
  • DC link current is drawn from the DC link during the working cycles.
  • the alternate predetermining the first switching states is not possible, for example, because the switching cycles are not arbitrary, so at times, to which one of the switching units, the associated winding system is supplied with power and thereby draws current from the intermediate circuit or removes, respectively other switching unit are driven so that current from one to the other
  • Switching unit corresponding winding system flows into the DC link or is fed.
  • the other switching unit which currently draws no current from the intermediate circuit, so the third switching state is specified.
  • distortions of the DC link current can be further reduced in an advantageous manner. This can be a particularly cost-effective and small-sized
  • DC link capacitor can be used.
  • the third-excited rotating field machine the third-excited rotating field machine
  • Switching states for the second switching sequence of the excitation device determined so that the first switching states of the first switching sequence, in which the inverter for supplying the phase system of the stator draws power from the intermediate circuit, the excitation winding system of the rotor via the exciter current to the DC link feeds.
  • the second switching unit is driven in such a way that current flows from the exciter winding system of the rotor into the intermediate circuit.
  • Energizer winding system of the rotor has a lower energy consumption than the phase system of the stator.
  • the current fluctuations that occur due to this unequal energy demand can be compensated by feeding back current through the power supply
  • Energizer winding system can be reduced.
  • a period of a first switching state of the one switching unit is determined centrally lying in a period of a second switching state of the other switching unit.
  • a first switching state of the one switching unit is located centrally between two first switching states of the other Switching unit.
  • the first and third subperiods are the same size.
  • a power requirement is determined per working cycle for the at least temporarily feeding winding system and a period of the first switching states of the switching sequence of the associated switching unit is determined such that a total current fed into the winding system is the sum of the power demand and a predetermined excess current.
  • a period of the third switching state is determined such that the excess current back into the
  • the invention also relates to a transmission device for a drive unit of a motor vehicle with at least two switching units for supplying at least two winding systems of a rotary field machine of the drive unit with a current from a DC link, with a smoothing capacitor and with a
  • the transmission device may, for example, be an n-phase inverter for supplying an n-phase rotary field machine.
  • the transmission device can have an exciter device for supplying a
  • the control device can be integrated, for example, in a control unit of the motor vehicle.
  • the invention relates to a drive unit for a motor vehicle with a
  • the induction machine can, for example, as a foreign-excited or as a
  • a motor vehicle according to the invention comprises a drive unit according to the invention.
  • the motor vehicle is designed in particular as an electric or hybrid vehicle, which can be driven by the drive unit according to the invention.
  • Transmission device for the drive unit according to the invention and for the motor vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first embodiment of a drive unit according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a second embodiment of a drive unit according to the invention
  • Fig. 1 and Fig. 2 show embodiments of a drive unit 1 for a motor vehicle, not shown here.
  • the drive unit 1 has an induction machine 2 with at least two winding systems 2a, 2b.
  • the drive unit 1 has a transmission device 3 with at least two switching units 3a, 3b, which are designed to supply the at least two winding systems 2a, 2b with current idd, idc2 from an intermediate circuit 4.
  • switching sequences are preset and provided for each switching unit 3a, 3b of the transmission device 3 by a control device 5 of the transmission device 3 per working cycle.
  • the switching sequences include first switching states in which the intermediate circuit 4 current idd, idc2 is removed, and second switching states in which the intermediate circuit 4 no current id, idc2 is removed. Due to these different switching states per operating cycle, the total intermediate circuit current idc fluctuates, which leads to fluctuations of an intermediate circuit voltage udc. To dampen the fluctuations of
  • a dimensioning and cost of the smoothing capacitor 6 are thereby of a strength of
  • the first phase system 7a comprises the phases LJ, V, W, which are connected here in a common neutral point, and the second one
  • Phase system 7b includes the phases U ', V', W ', which are also connected here in a common neutral point.
  • the phase systems 7a, 7b here form two three-phase rotary field machines, which drive a common shaft via the rotation of a common rotor, for example a permanent-magnet rotor, and thus complement each other to form the n-phase rotary field machine 7.
  • the three-phase inverters 8a, 8b each have one with the number of phases U, V, W; U ', V', W 'corresponding number of parallel-connected strands 9 with controllable switches 10.
  • the switches 10 may, for example, be semiconductor switches in the form of power MOSFETs and be opened and closed by the control device 5.
  • the switches 10 of the three-phase inverters 8a, 8b are then of the
  • Control device 5 driven in accordance with the predetermined switching sequences.
  • the externally excited three-phase induction machine 1 1 has a stator with a phase system 1 1 a, through which the first winding system 2 a is formed, and a rotor with a
  • the phase system 1 1 a has three phases U “, V", W ", which are energized by a three-phase inverter 12 of the transmission device 3 for generating a predetermined space vector.
  • a three-phase inverter 12 of the transmission device 3 for the switches 10 of the strands 9 of the three-phase inverter 12, which the first switching unit 3a of
  • Transmission device 3 forms a first switching sequence determined and specified.
  • the transmission device 3 has an excitation device 13 with a controllable switch 14.
  • the excitation winding system 1 1 b of the rotor Via the excitation device 13, the excitation winding system 1 1 b of the rotor as the current idc2 supplied to an excitation current, via which a reactive power behavior of the externally excited three-phase induction machine 1 1 can be controlled.
  • a second switching sequence for opening and closing the controllable switch 14 is specified by the control device 5 of the transmission device 3 for the exciter device 13.
  • the first and second switching sequences are determined by the control device 5 such that the first switching states of the first switching sequence and the first switching states of the second switching sequence are not overlap.
  • current idc1 is taken from the first switching unit 3a or current idc2 is removed from the intermediate circuit 4 by the second switching unit 3b and supplied to the respective winding system 2a, 2b.
  • third switching states are determined for at least one of the switching sequences in which the respective switching unit 3a, 3b feeds a current provided by the associated winding system 2a, 2b into the intermediate circuit 4.
  • the third switching states are determined overlapping with the first switching states of the other switching sequence. This means that current is fed into the intermediate circuit 4 via a switching unit 3a, 3b, while the other switching unit 3a, 3b draws current idd, idc2 from the intermediate circuit 4.
  • FIGS. 3a to 5c phases I, II, III, IV of current profiles of the currents idd, idc2, idc during one operating cycle of the induction machine 2 for the switching sequences Q1, Q2 of the switching units 3a, 3b are illustrated.
  • FIGS. 3 a, 4 a and 5 a each show the current profile of the current idc1 over the time t between the first switching unit 3 a of FIGS. 3 a to 5c.
  • the current values idd 1 according to FIGS. 3 a, 4 a, 5 a correspond to first switching states S1 a of the first switching unit 3 a, in which the first
  • 3b, 4b and 5b respectively show the current variation of the current idc2 over the time t between the second switching unit 3b and the second winding system 2b during the second switching sequence Q2.
  • Switching unit 3b current idc2 from the intermediate circuit 4 takes.
  • Fig. 3c, 4c and 5c show the current flow of the entire
  • Switching unit 3a and the first switching states S1 b of the second switching unit 3b occur during phases I and III of the duty cycle and therefore overlap.
  • the total current idc according to FIG. 3c thus fluctuates between 0 and 2, which results in a large value V1 of a distortion factor.
  • the smoothing capacitor 6 must be dimensioned correspondingly large in such a selection of the switching sequences Q1, Q2 of the first and second switching unit 3a, 3b and is therefore very expensive.
  • Switching states S1 a of the first switching unit 3a and the first switching states S1b of the second switching unit 3b therefore do not overlap. Thus, it is always removed or drawn from the DC link 4 per phase I, II, III, IV only by one of the two switching units 3a, 3b current idd, idc2.
  • the total current idc thus fluctuates between 0 and 1, which results in a lower second distortion factor value V2 compared to the first distortion factor value V1.
  • the smoothing capacitor 6 can be made smaller in such a selection of the switching sequences Q1, Q2 of the first and second switching unit 3a, 3b. This can save costs.
  • Switching states S1 a of the first switching unit 3a and the first switching states S1 b of second switching unit 3b therefore do not overlap.
  • a current idc2 is fed back into the intermediate circuit 4 via the second switching unit 3b.
  • the third switching states S3b occur in phases II and IV, in which the first switching unit 3a has the first switching state S1a and therefore draws current idc1 from the intermediate circuit 4.
  • a period Z2 of the first switching state S1 b of the second switching unit 3b according to FIG. 5b is greater than a period Z1 of the first switching state S1b of the second switching unit 3b according to FIG. 4b. So it will be during the first
  • Switching state S1 b according to FIG. 5b more current idc2 removed by the second switching unit 3b from the intermediate circuit 4, as actually required for the second winding system 2b.
  • the actually required current idc2 is removed from the intermediate circuit 4 during the period Z1 and fed to the second winding system 2b via the second switching unit 3b.
  • the excess current Z2-Z1 that is to say the current idc2 which is not required by the second winding system 2b, is fed back to the intermediate circuit 4 during the third switching state S3b of the second switching unit 3b.
  • the switching sequences Q1, Q2 in accordance with FIGS. 5a, 5b lead to a total current idc according to FIG. 5c, which although also fluctuates between 0 and 1, but has a more uniform profile than the total current idc according to FIG. 4c. This has a lower third compared to the second distortion factor value V2
  • the smoothing capacitor 6 can be further downsized in such a selection of the switching sequences Q1, Q2 in its dimensions. Thus, a particularly inexpensive smoothing capacitor 6 can be used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Drehfeldmaschine (2) eines Kraftfahrzeugs, bei welchem zumindest zwei Wicklungssysteme (2a, 2b) der Drehfeldmaschine (2) mittels einer Übertragungsvorrichtung (3) aufweisend zumindest zwei Schalteinheiten (3a, 3b) mit Strom (idc, idc1, idc2) aus einem Zwischenkreis (4) versorgt werden und bei welchem jeweilige Schaltsequenzen (Q1, Q2) für die Schalteinheiten (3a, 3b) zum Versorgen des jeweiligen Wicklungssystems (2a, 2b) festgelegt werden, wobei für die Schaltsequenzen (Q1, Q2) erste Schaltzustände (S1a, S1b), bei welchen Strom (idc, idc1, idc2) aus dem Zwischenkreis (4) entnommen wird, und zweite Schaltzustände (S2a, S2b), bei welchen kein Strom aus dem Zwischenkreis (4) entnommen wird, bestimmt werden, und wobei die ersten Schaltzustände (S1a, S1b) der jeweiligen Schaltsequenzen (Q1, Q2) überlappungsfrei bestimmt werden. Für zumindest eine der Schaltsequenzen (Q2) werden dritte Schaltzustände (S3b) bestimmt, in welchen Strom in den Zwischenkreis (4) eingespeist wird, wobei die dritten Schaltzustände (S3b) überlappend mit den ersten Schaltzuständen (S1a) der jeweils anderen Schaltsequenz (Q1) bestimmt werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Übertragungsvorrichtung (3), eine Antriebseinheit (1) sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Drehfeldmaschine eines Kraftfahrzeugs, Übertragungsvorrichtung, Antriebseinheit sowie Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Drehfeldmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei welchem zumindest zwei Wicklungssysteme der Drehfeldmaschine mittels einer Übertragungsvorrichtung aufweisend zumindest zwei Schalteinheiten mit Strom aus einem Zwischenkreis versorgt werden und bei welchem pro Arbeitszyklus eine erste Schaltsequenz für eine erste Schalteinheit zum Versorgen eines ersten
Wicklungssystems und zumindest eine zweite Schaltsequenz für zumindest eine zweite Schalteinheit zum Versorgen eines zweiten Wicklungssystems festgelegt werden, wobei für die zumindest zwei Schaltsequenzen erste Schaltzustände, bei welchen die jeweiligen Schalteinheiten Strom aus dem Zwischenkreis entnehmen, und zweite Schaltzustände, bei welchen die Schalteinheiten keinen Strom aus dem Zwischenkreis entnehmen, bestimmt werden, und wobei die ersten Schaltzustände der ersten Schaltsequenz überlappungsfrei mit den ersten Schaltzuständen der zweiten Schaltsequenz bestimmt werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Übertragungsvorrichtung, eine
Antriebseinheit sowie ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Drehfeldmaschinen bzw. Drehstrommaschinen, welche beispielsweise als Antriebsmaschinen für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge eingesetzt werden können und welche zumindest zwei Wicklungssysteme aufweisen. Solche Drehfeldmaschinen können beispielsweise fremderregt oder permanenterregt sein. Die zumindest zwei Wicklungssysteme werden dabei über eine
Übertragungsvorrichtung mit Strom aus einem gemeinsamen Zwischenkreis versorgt. Im Falle einer n-Phasen-Drehfeldmaschine kann die Übertragungsvorrichtung beispielweise ein n-Phasen-Wechselrichter sein, welcher eine zu der Anzahl an Phasen
korrespondierende Anzahl an Strängen mit steuerbaren Schaltern aufweist. Die Schalter werden dabei zum Bestromen der Phasen entsprechend vorbestimmter Schaltsequenzen derart angesteuert, dass in der Drehfeldmaschine ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird, welches einen Rotor der Drehfeldmaschine antreibt. Dabei existieren während der Schaltsequenzen einerseits erste Schaltzustände, in welchen Strom aus dem Zwischenkreis durch die Übertragungsvorrichtung zu der Drehfeldmaschine fließt, und andererseits zweite Schaltzustände, in welchen kein Strom aus dem Zwischenkreis durch die Übertragungsvorrichtung zu der Drehfeldmaschine fließt. Die somit entstehenden Stromschwankungen bzw. Verzerrungen bewirken Schwankungen der
Zwischenkreisspannung, welche üblicherweise durch einen Glättungskondensator bzw. Zwischenkreiskondensator gedämpft werden. Die benötigten Glättungskondensatoren weisen üblicherweise eine große Kapazität sowie eine hohe Spannungsfestigkeit auf und sind daher entsprechend dimensioniert sowie sehr kostenintensiv.
Um solche Zwischenkreisschwankungen zu verringern und damit die Verwendung von kleineren und preiswerteren Zwischenkreiskondensatoren zu ermöglichen, ist aus der WO 2005/034333 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer permanenterregten n-Phasen- Drehfeldmaschine mit Hilfe eines Wechselrichters bekannt. Der Wechselrichter umfasst n aus einem Gleichstromzwischenkreis gespeiste Stränge zum Versorgen jeweils einer Phase der n-Phasen-Drehfeldmaschine. In aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen wird dabei ein in der n-Phasen-Drehfeldmaschine zu erzeugender Raumzeiger festgelegt. Außerdem wird eine erste Schaltsequenz für die Schalter einer ersten Gruppe von i Strängen festgelegt, die jeweils sich zu einer ersten i-Phasen-Drehfeldmaschine ergänzende Phasen der n-Phasen-Drehfeldmaschine versorgen, in der Weise, dass diese i Phasen einen ersten Beitrag zum Raumzeiger liefern. Ferner wird eine zweite Schaltsequenz für die Schalter einer zweiten Gruppe von j Strängen festgelegt, die jeweils sich zu einer zweiten j-Phasen-Drehfeldmaschine ergänzende Phasen der n- Phasen-Drehfeldmaschine versorgen, in der Weise, dass diese j Phasen den restlichen Beitrag zum Raumzeiger liefern. Die Schaltsequenzen werden dabei derart bestimmt, dass die Zeiten, in denen die Stränge der zweiten Gruppe einen Strom aus dem
Zwischenkreis ziehen, mit den Zeiten, in denen die Stränge der ersten Gruppe einen Strom aus dem Zwischenkreis zeihen, nicht oder nur unvollständig übereinstimmen. Die Gruppen von Strängen werden dann anhand der festgelegten Schaltsequenzen angesteuert.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren gemäß dem Stand der Technik dahingehend zu erweitern, dass Schwankungen bzw. Verzerrungen des
Zwischenkreisstroms weiter verringert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, eine
Übertragungsvorrichtung, eine Antriebseinheit sowie ein Kraftfahrzeug mit den
Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer Drehfeldmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei welchem zumindest zwei Wicklungssysteme der Drehfeldmaschine mittels einer Übertragungsvorrichtung aufweisend zumindest zwei Schalteinheiten mit Strom aus einem Zwischenkreis versorgt werden. Dabei werden pro Arbeitszyklus eine erste Schaltsequenz für eine erste Schalteinheit zum Versorgen eines ersten
Wicklungssystems und zumindest eine zweite Schaltsequenz für zumindest eine zweite Schalteinheit zum Versorgen eines zweiten Wicklungssystems festgelegt. Für die zumindest zwei Schaltsequenzen werden erste Schaltzustände, bei welchen die jeweiligen Schalteinheiten Strom aus dem Zwischenkreis entnehmen, und zweite Schaltzustände, bei welchen die Schalteinheiten keinen Strom aus dem Zwischenkreis entnehmen, bestimmt, wobei die ersten Schaltzustände der ersten Schaltsequenz überlappungsfrei mit den ersten Schaltzuständen der zweiten Schaltsequenz bestimmt werden. Darüber hinaus werden für zumindest eine der Schaltsequenzen dritte
Schaltzustände bestimmt, in welchen die zugeordnete Schalteinheit einen von dem zugeordneten Wicklungssystem bereitgestellten Strom in den Zwischenkreis einspeist, wobei die dritten Schaltzustände überlappend mit den ersten Schaltzuständen der jeweils anderen Schaltsequenz bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird als die Drehfeldmaschine eine n- Phasen-Drehfeldmaschine aufweisend das erste Wicklungssystem in Form von einem ersten Phasensystem mit i Phasen und das zumindest eine zweite Wicklungssystem in Form von einem zweiten Phasensystem mit j Phasen mit i+j<=n mittels der
Übertragungsvorrichtung aufweisend einen n-Phasen-Wechselrichter betrieben, wobei die Schaltsequenzen derart bestimmt werden, dass das über die erste Schalteinheit des n-Phasen-Wechselrichters versorgte erste Phasensystem und das über die zweite Schalteinheit des n-Phasen-Wechselrichters versorgte zweite Phasensystem einen vorbestimmten Raumzeiger erzeugen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird als die Drehfeldmaschine eine fremderregte Drehfeldmaschine aufweisend das erste Wicklungssystem in Form von einem Phasensystem eines Stators der fremderregten Drehfeldmaschine und das zumindest eine zweite Wicklungssystem in Form von einem Erregerwicklungssystem eines Rotors der fremderregten Drehfeldmaschine von der Übertragungsvorrichtung aufweisend die erste Schalteinheit in Form von einem Wechselrichter und die zweite Schalteinheit in Form von einer Erregereinrichtung betrieben, wobei das Phasensystem des Stators über den Wechselrichter mit Strom aus dem Zwischenkreis versorgt wird und das Erregerwicklungssystem über die Erregereinrichtung mit Strom aus dem
Zwischenkreis versorgt wird.
Die Drehfeldmaschine kann eine fremderregte Drehfeldmaschine oder eine
permanenterregte Drehfeldmaschine sein. Zumindest im Falle der permanenterregten Drehfeldmaschine weist diese als die zumindest zwei Wicklungssysteme das erste Phasensystem und das zweite Phasensystem auf. Das erste Phasensystem kann als eine i-Phasen-Drehfeldmaschine verstanden werden und das zweite Phasensystem kann als eine j-Phasen-Drehfeldmaschinen verstanden werden, welche auf eine gemeinsame Welle wirken und sich zu der n-Phasen-Drehfeldmaschine ergänzen. Die n-Phasen- Drehfeldmaschine kann beispielweise eine Sechs-Phasen-Drehfeldmaschine (n=6) sein, welche aus zwei Drei-Phasen-Drehfeldmaschinen (i=3, j=3) gebildet ist. Ein Rotor der n- Phasen-Drehfeldmaschine weist hier einen Permanentmagneten auf. Im Falle der fremderregten Drehfeldmaschine weist diese als das erste Wicklungssystem das Phasensystem des Stators und als zweites Wicklungssystem das
Erregerwicklungssystem des Rotors auf. Die fremderregte Drehfeldmaschine kann auch ein drittes Wicklungssystem in Form von einem weiteren Phasensystem aufweisen, sodass die beiden Phasensysteme sich wiederum zu einer n-Phasen-Drehfeldmaschine ergänzen. Die fremderregte Drehfeldmaschine kann beispielsweise wiederum als eine Sechs-Phasen-Drehfeldmaschine (n=6) ausgebildet sein, welche aus zwei Drei-Phasen- Drehfeldmaschinen gebildet ist, oder als eine einzelne Drei-Phasen-Drehfeldmaschine (n=3) ausgebildet sein.
Die zumindest zwei Wicklungssysteme werden dabei aus einem gemeinsamen
Zwischenkreis mit Energie versorgt, welche beispielsweise von einem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird. Die Übertragungsvorrichtung weist dabei einen Zwischenkreiskondensator bzw. Glättungskondensator zum Dämpfen von etwaigen Verzerrungen auf, wobei der Zwischenkreiskondensator insbesondere parallel zu den Schalteinheiten der Übertragungsvorrichtung geschaltet ist. Im Falle der aus einer i-Phasen-Drehfeldmaschine und einer j-Phasen-Drehfeldmaschinen gebildeten n-Phasen-Drehfeldmaschine ist die Übertragungsvorrichtung ein n-Phasen- Wechselrichter, welcher eine erste Gruppe von i parallel geschalteten Strängen mit Schaltern zum Versorgen der i Phasen der i-Phasen-Drehfeldmaschine und eine zweite Gruppe von j parallel geschalteten Strängen mit Schaltern zum Versorgen der j Phasen der j-Phasen-Drehfeldmaschine aufweist. Die Schalter der ersten Gruppe aus i Strängen bilden die erste Schalteinheit und die Schalter der zweiten Gruppe aus j Strängen bilden die zweite Schalteinheit. Im Falle der fremderregten Drehfeldmaschine weist die
Übertragungsvorrichtung einen Wechselrichter mit einer zu der Anzahl an Phasen der Drehfeldmaschine korrespondierenden Anzahl an parallel geschalteten Strängen mit Schaltern zum Versorgen von Phasen der Drehfeldmaschine sowie eine
Erregereinrichtung zum Versorgen des Erregerwicklungssystem des Rotors der
Drehfeldmaschine auf. Die Schalter des Wechselrichters bilden dabei die erste
Schalteinheit. Die Erregereinrichtung für den Rotor weist zumindest einen Schalter auf, welcher die zweite Schalteinheit bildet und über welchen der dem Rotor aus dem
Zwischenkreis zugeführte Erregerstrom beeinflusst werden kann. Über den Erregerstrom kann insbesondere ein Blindleistungsverhalten der Drehfeldmaschine gesteuert werden.
Für jede der zumindest zwei Schalteinheiten wird dabei eine Schaltsequenz vorgegeben. Im Falle der aus mehreren Drehfeldmaschinen gebildeten n-Phasen-Drehfeldmaschine kann durch die Schaltsequenzen pro Arbeitszyklus ein vorbestimmter Raumzeiger erzeugt werden, welcher die Richtung sowie die Stärke des Magnetfeldes zu einem zu dem Arbeitszyklus korrespondierenden Zeitpunkt angibt. Die in mehreren,
aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen erzeugten Raumzeiger beschreiben ein in der n- Phasen-Drehfeldmaschine erzeugtes, rotierendes Magnetfeld, welches den Rotor und damit die Welle antreibt. Dazu werden die Schalter des Wechselrichters pro Arbeitszyklus nach einem vorbestimmten Muster geschlossen und geöffnet. Im Falle der fremderregten Drehfeldmaschine kann pro Arbeitszyklus durch Festlegen der ersten Schaltsequenz der Raumzeiger erzeugt werden und durch Festlegen der zweiten Schaltsequenz das Blindleistungsverhalten der Drehfeldmaschine beeinflusst werden.
Dabei existieren in der Schaltsequenz für den Wechselrichter oder die erste Gruppe an Strängen des Wechselrichters die ersten Schaltzustände, in welchen den
entsprechenden Phasen Strom zugeführt wird, und die zweiten Schaltzustände, in welchen den entsprechenden Phasen kein Strom zugeführt wird. Anders ausgedrückt korrespondieren die ersten Schaltzustände zu Zeiten, in welchen Strom aus dem
Zwischenkreis gezogen wird, und die zweiten Schaltzustände korrespondieren zu Zeiten, in welchen kein Strom aus dem Zwischenkreis gezogen wird. Wenn nun durch die zweite Schaltsequenz, also die Schaltsequenz für die zweite Gruppe an Strängen des
Wechselrichters und/oder für die Erregereinrichtung des Rotors, die Zeiten, in denen die zweite Schalteinheit Strom aus dem Zwischenkreis zieht, mit den Zeiten, in denen die erste Schalteinheit Strom aus dem Zwischenkreis zieht, überlappen würde, so würden die Schwankungen bzw. Verzerrungen des Zwischenkreisstroms verstärkt. Um dies zu verhindern, werden die Schaltsequenzen so bestimmt, dass sich diese Zeiten nicht überlappen und die Schalteinheiten zeitversetzt Strom aus dem Zwischenkreis ziehen.
Idealerweise werden die Schaltsequenzen dabei so bestimmt, dass die Schalteinheiten abwechselnd Strom aus dem Zwischenkreis ziehen und somit ein konstanter
Zwischenkreisstrom während der Arbeitszyklen aus dem Zwischenkreis gezogen wird. Insbesondere wenn das abwechselnde Vorgeben der ersten Schaltzustände nicht möglich ist, beispielweise weil die Schaltzyklen nicht beliebig wählbar sind, so wird zu Zeiten, zu welchen eine der Schalteinheiten das zugehörige Wicklungssystem mit Strom versorgt und dabei Strom aus dem Zwischenkreis zieht bzw. entnimmt, die jeweils andere Schalteinheit derart angesteuert werden, dass Strom von den zu der anderen
Schalteinheit korrespondierenden Wicklungssystem in den Zwischenkreis fließt bzw. eingespeist wird. Für die andere Schalteinheit, welche momentan keinen Strom aus dem Zwischenkreis zieht, wird also der dritte Schaltzustand vorgegeben. Somit können in vorteilhafter Weise Verzerrungen des Zwischenkreisstroms weiter verringert werden. Dadurch kann ein besonders kostengünstiger und geringdimensionierter
Zwischenkreiskondensator verwendet werden.
Vorzugsweise werden im Falle der fremderregten Drehfeldmaschine die dritten
Schaltzustände für die zweite Schaltsequenz der Erregereinrichtung bestimmt, sodass zu den ersten Schaltzuständen der ersten Schaltsequenz, bei welcher der Wechselrichter zum Versorgen des Phasensystems des Stators Strom aus dem Zwischenkreis entnimmt, das Erregerwicklungssystem des Rotors über die Erregereinrichtung Strom in den Zwischenkreis einspeist. Es wird also zu Zeiten, zu welchen die erste Schalteinheit zum Erzeugen eines vorbestimmten Raumzeigers Strom aus dem Zwischenkreis in die Phasen des Stators einspeist, die zweite Schalteinheit derart angesteuert, dass Strom von dem Erregerwicklungssystem des Rotors in den Zwischenkreis fließt. Bei dieser Ausführungsform wird dem Umstand Rechnung getragen, dass das
Erregerwicklungssystem des Rotors einen geringeren Energiebedarf aufweist als das Phasensystem des Stators. Die durch diesen ungleichen Energiebedarf auftretenden Stromschwankungen können durch das Zurückspeisen von Strom durch das
Erregerwicklungssystem verringert werden.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn ein Zeitraum eines ersten Schaltzustandes der einen Schalteinheit mittig in einem Zeitraum eines zweiten Schaltzustandes der anderen Schalteinheit liegend bestimmt wird. Anders ausgedrückt liegt ein erster Schaltzustand der einen Schalteinheit mittig zwischen zwei ersten Schaltzuständen der anderen Schalteinheit. Aus einer derartigen Ansteuerung der Schalteinheiten ergibt sich der Vorteil, dass ein Maximalwert von Verzerrungen des Zwischenkreisstroms verringert werden kann.
Besonders bevorzugt wird ein Zeitraum eines dritten Schaltzustandes der einen
Schaltsequenz mittig in einem Zeitraum eines ersten Schaltzustandes der anderen Schaltsequenz liegend bestimmt. Dies bedeutet, dass in einem ersten Teilzeitraum des Zeitraums des ersten Schaltzustandes der einen Schalteinheit dem Zwischenkreis Strom entnommen wird, in einem zweiten Teilzeitraum dem Zwischenkreis gleichzeitig Strom entnommen und zugeführt wird und in einem dritten Teilzeitraum dem Zwischenkreis wieder nur Strom entnommen wird. Der erste und der dritte Teilzeitraum sind dabei gleich groß. Eine derartige Vorgabe der Schaltsequenzen wirkt sich besonders positiv auf die Zwischenkreisschwankungen aus.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird pro Arbeitszyklus für das zumindest zeitweise einspeisende Wicklungssystem ein Strombedarf bestimmt und ein Zeitraum der ersten Schaltzustände der Schaltsequenz der zugeordneten Schalteinheit wird derart bestimmt, dass ein in das Wicklungssystem eingespeister Gesamtstrom die Summe aus dem Strombedarf und einem vorbestimmten Stromüberschuss ist. Ein Zeitraum des dritten Schaltzustandes wird derart bestimmt, dass der Stromüberschuss zurück in den
Zwischenkreis gespeist wird. Es wird also zu Zeiten der einen Schaltsequenz, in welchen die eine Schalteinheit keinen Strom aus dem Zwischenkreis entnimmt, von der anderen Schalteinheit während des ersten Schalzustandes der anderen Schaltsequenz mehr Strom aus dem Zwischenkreis entnommen, als das zugehörige Wicklungssystem eigentlich benötigt. Diese überschüssige Energie wird dann zu Zeiten, in welchen die eine Schalteinheit Strom aus dem Zwischenkreis entnimmt, in den Zwischenkreis
zurückgespeist. Im Falle der fremderregten Drehfeldmaschine wird beispielsweise zu Zeiten, in welchen die erste Schalteinheit während der ersten Schaltsequenz keinen Strom für das Phasensystem des Stators aus dem Zwischenkreis entnimmt, von der zweiten Schalteinheit während des ersten Schaltzustands in der zweiten Schaltsequenz mehr Strom aus dem Zwischenkreis entnommen, als das Erregerwicklungssystem des Rotors eigentlich benötigt. Dieser überschüssige Strom wird dann zu Zeiten, in welchen die erste Schalteinheit Strom aus dem Zwischenkreis entnimmt, über die zweite
Schalteinheit wieder in den Zwischenkreis eingespeist.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Übertragungsvorrichtung für eine Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs mit zumindest zwei Schalteinheiten zum Versorgen von zumindest zwei Wicklungssystemen einer Drehfeldmaschine der Antriebseinheit mit einem Strom aus einem Zwischenkreis, mit einem Glättungskondensator und mit einer
Steuereinrichtung zum Ansteuern der Schalteinheiten, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren oder eine vorteilhafte Ausführungsform davon durchzuführen. Die Übertragungsvorrichtung kann beispielsweise einen n-Phasen- Wechselrichter zum Versorgen einer n-Phasen-Drehfeldmaschine sein. Zusätzlich kann die Übertragungsvorrichtung eine Erregereinrichtung zum Versorgen eines
Erregerwicklungssystems aufweisen. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise in ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs integriert sein.
Ferner betrifft die Erfindung eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug mit einer
Drehfeldmaschine und einer erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung. Die
Drehfeldmaschine kann beispielsweise als eine fremderregte oder als eine
permanenterregte Drehfeldmaschine ausgebildet sein.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Antriebseinheit. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet, welches mit der erfindungsgemäßen Antriebseinheit antreibbar ist.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße
Übertragungsvorrichtung, für die erfindungsgemäße Antriebseinheit sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit;
Fig. 3a bis 3c Stromverläufe für erste Ausführungen von Schaltsequenzen von
Schalteinheiten einer Antriebseinheit;
Fig. 4a bis 4c Stromverläufe für zweite Ausführungen von Schaltsequenzen von
Schalteinheiten einer Antriebseinheit; und
Fig. 5a bis 5c Stromverläufe für dritte Ausführungen von Schaltsequenzen von
Schalteinheiten einer Antriebseinheit.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen Ausführungsformen einer Antriebseinheit 1 für ein hier nicht gezeigtes Kraftfahrzeug. Die Antriebseinheit 1 weist eine Drehfeldmaschine 2 mit zumindest zwei Wicklungssystemen 2a, 2b auf. Außerdem weist die Antriebseinheit 1 eine Übertragungsvorrichtung 3 mit zumindest zwei Schalteinheiten 3a, 3b auf, welche dazu ausgelegt sind, die zumindest zwei Wicklungssysteme 2a, 2b mit Strom idd , idc2 aus einem Zwischenkreis 4 zu versorgen. Dazu werden für jede Schalteinheit 3a, 3b der Übertragungsvorrichtung 3 von einer Steuereinrichtung 5 der Übertragungsvorrichtung 3 pro Arbeitszyklus Schaltsequenzen vorgegeben und bereitgestellt. Die Schaltsequenzen umfassen erste Schaltzustände, in welchen dem Zwischenkreis 4 Strom idd , idc2 entnommen wird, und zweite Schaltzustände, in welchen dem Zwischenkreis 4 kein Strom id , idc2 entnommen wird. Aufgrund dieser unterschiedlichen Schaltzustände pro Arbeitszyklus schwankt der Gesamtzwischenkreisstrom idc, was zu Schwankungen einer Zwischenkreisspannung udc führt. Zum Dämpfen der Schwankungen der
Zwischenkreisspannung udc weist die Übertragungsvorrichtung 3 einen
Zwischenkreiskondensator bzw. Glättungskondensator 6 auf. Eine Dimensionierung sowie Kosten des Glättungskondensators 6 werden dabei von einer Stärke der
Schwankungen der Zwischenkreisspannung udc beeinflusst. Gemäß Fig. 1 ist die Drehfeldmaschine 2 als eine n-Phasen-Drehfeldmaschine 7 mit n=6 ausgebildet. Die n-Phasen-Drehfeldmaschine 7 weist als das erste Wicklungssystem 2a ein erstes i-Phasensystem 7a mit i=3 und als das zweite Wicklungssystem 2b ein zweites j-Phasensystem 7b mit j=3 auf. Das erste Phasensystem 7a umfasst die Phasen LJ, V, W, welche hier in einem gemeinsamen Sternpunkt verschaltet sind, und das zweite
Phasensystem 7b umfasst die Phasen U‘, V‘, W‘, welche hier ebenfalls in einem gemeinsamen Sternpunkt verschaltet sind. Die Phasensysteme 7a, 7b bilden hier zwei Drei-Phasen-Drehfeldmaschinen, welche über die Drehung eines gemeinsamen Rotors, beispielsweise eines permanenterregten Rotors, eine gemeinsame Welle antreiben und sich somit zu der n-Phasen-Drehfeldmaschine 7 ergänzen.
Die Übertragungsvorrichtung 3 weist hier einen n-Phasen Wechselrichter 8 mit n=6 auf. Die erste Schalteinheit 3a bildet einen ersten i-Phasen-Wechselrichter 8a mit i=3 und dient zum Bestromen des ersten Phasensystems 7a. Die zweite Schalteinheit 3b bildet einen zweiten j-Phasen-Wechselrichter 8b mit j=8 und dient zum Bestromen des zweiten Phasensystems 7b. Zum Bestromen des jeweiligen Phasensystems 7a, 7b weisen die Drei-Phasen-Wechselrichter 8a, 8b jeweils eine mit der Anzahl an Phasen U, V, W; U‘, V‘, W‘ korrespondierende Anzahl an parallel geschalteten Strängen 9 mit steuerbaren Schaltern 10 auf. Die Schalter 10 können beispielsweise Halbleiterschalter in Form von Leistungs-MOSFET s sein und von der Steuereinrichtung 5 geöffnet und geschlossen werden. Dabei wird durch die Steuereinrichtung 5 zum Erzeugen eines vorbestimmten Raumzeigers in der Sechs-Phasen-Drehfeldmaschine 7 für die Schalter 10 des ersten Drei-Phasen-Wechselrichters 8a eine erste Schaltsequenz und für die Schalter 10 des zweiten Drei-Phasen-Wechselrichters 8b eine zweite Schaltsequenz vorgegeben. Die Schalter 10 der Drei-Phasen-Wechselrichter 8a, 8b werden dann von der
Steuereinrichtung 5 entsprechend der vorbestimmten Schaltsequenzen angesteuert.
Gemäß Fig. 2 ist die Drehfeldmaschine 2 als eine fremderregte m-Phasen- Drehfeldmaschine 1 1 mit m=3 ausgebildet. Die fremderregte Drei-Phasen- Drehfeldmaschine 1 1 weist einen Stator mit einem Phasensystem 1 1 a auf, durch welches das erste Wicklungssystem 2a gebildet ist, und einen Rotor mit einem
Erregerwicklungssystem 1 1 b auf, durch welches das zweite Wicklungssystem 2b gebildet ist. Das Phasensystem 1 1 a weist drei Phasen U“, V“, W“ auf, welche von einem Drei- Phasen-Wechselrichter 12 der Übertragungsvorrichtung 3 zum Erzeugen eines vorbestimmten Raumzeigers bestromt werden. Dazu wird für die Schalter 10 der Stränge 9 des Drei-Phasen-Wechselrichters 12, welcher die erste Schalteinheit 3a der
Übertragungsvorrichtung 3 bildet, eine erste Schaltsequenz bestimmt und vorgegeben. Als die zweite Schalteinheit 3b weist die Übertragungsvorrichtung 3 eine Erregereinrichtung 13 mit einem steuerbaren Schalter 14 auf. Über die Erregereinrichtung 13 wird dem Erregerwicklungssystem 1 1 b des Rotors als der Strom idc2 ein Erregerstrom zugeführt, über welchen ein Blindleistungsverhalten der fremderregten Drei-Phasen- Drehfeldmaschine 1 1 gesteuert werden kann. Dazu wird für die Erregereinrichtung 13 von der Steuereinrichtung 5 der Übertragungsvorrichtung 3 eine zweite Schaltsequenz zum Öffnen und Schließen des steuerbaren Schalters 14 vorgegeben.
Um die Schwankungen der Zwischenkreisspannung udc zu verringern und damit einen besonders geringdimensionierten und kostengünstigen Glättungskondensator 6 bereitstellen zu können, werden von der Steuereinrichtung 5 die ersten und zweiten Schaltsequenzen derart bestimmt, dass sich die ersten Schaltzustände der ersten Schaltsequenz und die ersten Schaltzustände der zweiten Schaltsequenz nicht überlappen. Es wird also jeweils nur Strom idc1 von der ersten Schalteinheit 3a oder Strom idc2 von der zweiten Schalteinheit 3b aus dem Zwischenkreis 4 entnommen und dem jeweiligen Wicklungssystem 2a, 2b zugeführt. Zur weiteren Verringerung der Schwankungen werden für zumindest eine der Schaltsequenzen dritte Schaltzustände bestimmt, in welchen die jeweilige Schalteinheit 3a, 3b einen von dem zugeordneten Wicklungssystem 2a, 2b bereitgestellten Strom in den Zwischenkreis 4 einspeist. Die dritten Schaltzustände werden dabei überlappend mit den ersten Schaltzuständen der jeweils anderen Schaltsequenz bestimmt. Dies bedeutet, dass über eine Schalteinheit 3a, 3b Strom in den Zwischenkreis 4 eingespeist wird, während die andere Schalteinheit 3a, 3b Strom idd , idc2 aus dem Zwischenkreis 4 entnimmt.
In Fig. 3a bis 5c sind Phasen I, II, III, IV von Stromverläufen der Ströme idd , idc2, idc während eines Arbeitszyklus der Drehfeldmaschine 2 für die Schaltsequenzen Q1 , Q2 der Schalteinheiten 3a, 3b dargestellt. Fig. 3a, 4a und 5a zeigen jeweils den Stromverlauf des Stroms idc1 über die Zeit t zwischen der ersten Schalteinheit 3a der
Übertragungsvorrichtung 3 und dem ersten Wicklungssystem 2a während der ersten Schaltsequenz Q1 . Die Stromwerte idd = 1 gemäß Fig. 3a, 4a, 5a korrespondieren mit ersten Schaltzuständen S1 a der ersten Schalteinheit 3a, in welchen die erste
Schalteinheit 3a Strom idd aus dem Zwischenkreis 4 entnimmt. Die Stromwerte idd = 0 korrespondieren mit zweiten Schaltzuständen S2a der ersten Schalteinheit 3a, in welchen die erste Schalteinheit 3a keinen Strom idd aus dem Zwischenkreis 4 entnimmt. Fig. 3b, 4b und 5b zeigen jeweils den Stromverlauf des Stroms idc2 über die Zeit t zwischen der zweiten Schalteinheit 3b und dem zweiten Wicklungssystem 2b während der zweiten Schaltsequenz Q2. Die Stromwerte idc2 = 1 gemäß Fig. 3b, 4b, 5b korrespondieren mit ersten Schaltzuständen S1 b der zweiten Schalteinheit 3b, in welchen die zweite
Schalteinheit 3b Strom idc2 aus dem Zwischenkreis 4 entnimmt. Die Stromwerte idc2 = 0 korrespondieren mit zweiten Schaltzuständen S2b der zweiten Schalteinheit 3b, in welchen die zweite Schalteinheit 3b keinen Strom idc2 aus dem Zwischenkreis 4 entnimmt. Fig. 3c, 4c und 5c zeigen jeweils den Stromverlauf des gesamten
Zwischenkreisstroms idc über die Zeit t, welcher sich durch Summieren der Ströme idd , idc2 ergibt. Außerdem ist in Fig. 3c, 4c und 5c ein Verlauf v der Verzerrungen des Zwischenkreisstroms idc bzw. der Zwischenkreisspannung udc zeigt.
In Fig. 3a und Fig. 3b ist gezeigt, dass die ersten Schaltzustände S1 a der ersten
Schalteinheit 3a und die ersten Schaltzustände S1 b der zweiten Schalteinheit 3b während der Phasen I und III des Arbeitszyklus auftreten und sich daher überlappen. Somit summieren sich die Stromwerte idd = 1 und idc2 = 1 während der Phasen I und III auf, sodass der Gesamtstrom idc während der Phasen I und III zeitweise idc = 2 beträgt. Der Gesamtstrom idc gemäß Fig. 3c schwankt somit zwischen 0 und 2, was einen großen Wert V1 eines Verzerrungsfaktors zur Folge hat. Der Glättungskondensator 6 muss bei einer derartigen Wahl der Schaltsequenzen Q1 , Q2 der ersten und zweiten Schalteinheit 3a, 3b entsprechend groß dimensioniert sein und ist daher sehr kostenintensiv.
In Fig. 4a und Fig. 4b ist gezeigt, dass die ersten Schaltzustände S1 a der ersten
Schalteinheit 3a während der Phasen II und IV und die ersten Schaltzustände S1 b der zweiten Schalteinheit 3b während der Phasen I und III auftreten. Die ersten
Schaltzustände S1 a der ersten Schalteinheit 3a und die ersten Schaltzustände S1 b der zweiten Schalteinheit 3b überlappen daher nicht. Es wird also pro Phase I, II, III, IV immer nur durch eine der beiden Schalteinheiten 3a, 3b Strom idd , idc2 aus dem Zwischenkreis 4 entnommen bzw. gezogen. Somit summieren sich die Ströme idd = 0 und idc2 = 1 während der Phasen I und III und die Ströme idd = 1 und idc2 = 0 während der Phasen II und IV zu dem Gesamtstrom idc gemäß Fig. 4c. Der Gesamtstrom idc schwankt somit zwischen 0 und 1 , was einen im Vergleich zum ersten Verzerrungsfaktorwert V1 geringeren zweiten Verzerrungsfaktorwert V2 zur Folge hat. Der Glättungskondensator 6 kann bei einer derartigen Wahl der Schaltsequenzen Q1 , Q2 der ersten und zweiten Schalteinheit 3a, 3b geringer dimensioniert werden. So können Kosten gespart werden.
In Fig. 5a und Fig. 5b ist gezeigt, dass die ersten Schaltzustände S1 a der ersten
Schalteinheit 3a während der Phasen II und IV und die ersten Schaltzustände S1 b der zweiten Schalteinheit 3b während der Phasen I und III auftreten. Die ersten
Schaltzustände S1 a der ersten Schalteinheit 3a und die ersten Schaltzustände S1 b der zweiten Schalteinheit 3b überlappen daher nicht. Außerdem ist gezeigt, dass die zweite Schaltsequenz Q2 dritte Schaltzustände S3b aufweist, in welchen ein Strom idc2 = -1 fließt. Es wird also während des dritten Schaltzustandes S3b über die zweite Schalteinheit 3b ein Strom idc2 in den Zwischenkreis 4 zurückgespeist. Die dritten Schaltzustände S3b treten dabei in den Phasen II und IV auf, in welchen die erste Schalteinheit 3a den ersten Schaltzustand S1 a aufweist und daher Strom idc1 aus dem Zwischenkreis 4 entnimmt.
Die dritten Schaltzustände S3b liegen dabei mittig in den jeweiligen Phasen II und IV. Außerdem ist ein Zeitraum Z2 des ersten Schaltzustandes S1 b der zweiten Schalteinheit 3b gemäß Fig. 5b größer als ein Zeitraum Z1 des ersten Schaltzustandes S1 b der zweiten Schalteinheit 3b gemäß Fig. 4b. Es wird also während des ersten
Schaltzustandes S1 b gemäß Fig. 5b mehr Strom idc2 durch die zweite Schalteinheit 3b aus dem Zwischenkreis 4 entnommen, als eigentlich für das zweite Wicklungssystem 2b benötigt wird. Der tatsächlich benötigte Strom idc2 wird während des Zeitraums Z1 aus dem Zwischenkreis 4 entnommen und dem zweiten Wicklungssystem 2b über die zweite Schalteinheit 3b zugeführt. Der Stromüberschuss Z2-Z1 , also der durch das zweite Wicklungssystem 2b nicht benötigte Strom idc2, wird dem Zwischenkreis 4 während des dritten Schaltzustandes S3b der zweiten Schalteinheit 3b wieder zugeführt.
Die Schaltsequenzen Q1 , Q2 gemäß Fig. 5a, 5b führen zu einem Gesamtstrom idc gemäß Fig. 5c, welcher zwar ebenfalls zwischen 0 und 1 schwankt, jedoch einen gleichmäßigeren Verlauf aufweist als der Gesamtstrom idc gemäß Fig. 4c. Dies hat einen im Vergleich zum zweiten Verzerrungsfaktorwert V2 geringeren dritten
Verzerrungsfaktorwert V3 zur Folge. Der Glättungskondensator 6 kann bei einer derartigen Wahl der Schaltsequenzen Q1 , Q2 in seiner Dimensionierung weiter verkleinert werden. Somit kann ein besonders kostengünstiger Glättungskondensator 6 verwendet werden.
Bezugszeichenliste
1 Antriebseinheit
2 Drehfeldmaschine
2a, 2b Wicklungssysteme
3 Übertragungsvorrichtung
3a, 3b Schalteinheiten
4 Zwischenkreis
5 Steuereinrichtung
6 Glättungskondensator
7 n-Phasen-Drehfeldmaschine
7a, 7b Phasensysteme
8 n-Phasen-Wechselrichter
8a, 8b Wechselrichter
9 Stränge
10 Schalter
1 1 m-Phasen-Drehfeldmaschine
1 1 a Phasensystem
1 1 b Erregerwicklungssystem
12 Wechselrichter
13 Erregereinrichtung
14 Schalter
idc, idd , idc2 Zwischenkreisströme
U, U‘, U“, V, V’, V“,
W, W‘, W“ Phasen
S1 a, S1 b erste Schaltzustände
S2a, S2b zweite Schaltzustände
S3b dritte Schaltzustände
Q1 , Q2 Schaltsequenzen
I, II, III; IV Schaltsequenzphasen
Z1 , Z2 Zeiträume
t Zeit
v Verlauf der Verzerrung
V1 , V2, V3 Verzerrungsfaktoren der Spannung

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Betreiben einer Drehfeldmaschine (2) eines Kraftfahrzeugs, bei
welchem zumindest zwei Wicklungssysteme (2a, 2b) der Drehfeldmaschine (2) mittels einer Übertragungsvorrichtung (3) aufweisend zumindest zwei Schalteinheiten (3a,
3b) mit Strom (idc, idd , idc2) aus einem Zwischenkreis (4) versorgt werden und bei welchem pro Arbeitszyklus eine erste Schaltsequenz (Q1 ) für eine erste Schalteinheit (3a) zum Versorgen eines ersten Wicklungssystems (2a) und zumindest eine zweite Schaltsequenz (Q2) für zumindest eine zweite Schalteinheit (3b) zum Versorgen eines zweiten Wicklungssystems (2b) festgelegt werden, wobei für die zumindest zwei Schaltsequenzen (Q1 , Q2) erste Schaltzustände (S1 a, S1 b), bei welchen die jeweiligen Schalteinheiten (3a, 3b) Strom (idc, idd , idc2) aus dem Zwischenkreis (4) entnehmen, und zweite Schaltzustände (S2a, S2b), bei welchen die Schalteinheiten (3a, 3b) keinen Strom aus dem Zwischenkreis (4) entnehmen, bestimmt werden, und wobei die ersten Schaltzustände (S1 a) der ersten Schaltsequenz (Q1 )
überlappungsfrei mit den ersten Schaltzuständen (S1 b) der zweiten Schaltsequenz (Q2) bestimmt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
für zumindest eine der Schaltsequenzen (Q2) dritte Schaltzustände (S3b) bestimmt werden, in welchen die zugeordnete Schalteinheit (3b) einen von dem zugeordneten Wicklungssystem (2b) bereitgestellten Strom in den Zwischenkreis (4) einspeist, wobei die dritten Schaltzustände (S3b) überlappend mit den ersten Schaltzuständen (S1 a) der jeweils anderen Schaltsequenz (Q1 ) bestimmt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
als die Drehfeldmaschine (2) eine n-Phasen-Drehfeldmaschine (7) aufweisend das erste Wicklungssystem (2a) in Form von einem ersten Phasensystem (7a) mit i Phasen (U, V, W) und das zumindest eine zweite Wicklungssystem (2b) in Form von einem zweiten Phasensystem (7b) mit j Phasen (IT, V‘, W‘) mit i+j<=n mittels der Übertragungsvorrichtung (3) aufweisend einen n-Phasen-Wechselrichter (8) betrieben wird, wobei die Schaltsequenzen (Q1 , Q2) derart bestimmt werden, dass das über die erste Schalteinheit (3a) des n-Phasen-Wechselrichters (8) versorgte erste
Phasensystem (7a) und das über die zweite Schalteinheit (3b) des n-Phasen- Wechselrichters (8) versorgte zweite Phasensystem (7b) einen vorbestimmten Raumzeiger erzeugen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
als die Drehfeldmaschine (2) eine fremderregte Drehfeldmaschine (1 1 ) aufweisend das erste Wicklungssystem (2a) in Form von einem Phasensystem (1 1 a) eines Stators der fremderregten Drehfeldmaschine (1 1 ) und das zumindest eine zweite Wicklungssystem (2b) in Form von einem Erregerwicklungssystem (1 1 b) eines Rotors der fremderregten Drehfeldmaschine (1 1 ) von der Übertragungsvorrichtung (3) aufweisend die erste Schalteinheit (3a) in Form von einem Wechselrichter (12) und die zweite Schalteinheit (3b) in Form von einer Erregereinrichtung (13) betrieben wird, wobei das Phasensystem (1 1 a) des Stators über den Wechselrichter (12) mit Strom (idc1 ) aus dem Zwischenkreis (4) versorgt wird und das Erregerwicklungssystem (13) über die Erregereinrichtung (13) mit Strom (idc2) aus dem Zwischenkreis (4) versorgt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
durch gekennzeichnet, dass
die dritten Schaltzustände (S3b) für die zweite Schaltsequenz (Q2) der
Erregereinrichtung (13) bestimmt werden, sodass zu den ersten Schaltzuständen (S1 a) der ersten Schaltsequenz (01 ), bei welcher der Wechselrichter (12) zum Versorgen des Phasensystems (1 1 a) des Stators Strom (idc1 ) aus dem
Zwischenkreis (4) entnimmt, das Erregerwicklungssystem (1 1 b) des Rotors über die Erregereinrichtung (13) Strom in den Zwischenkreis (4) einspeist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Zeitraum eines ersten Schaltzustandes (S1 a, S1 b) der einen Schalteinheit (3a, 3b) mittig in einem Zeitraum eines zweiten Schaltzustandes (S2a, S2b) der anderen Schalteinheit (3a, 3b) liegend bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Zeitraum eines dritten Schaltzustandes (S3b) der einen Schaltsequenz (Q2) mittig in einem Zeitraum eines ersten Schaltzustandes (S1 a) der anderen Schaltsequenz (Q1 ) liegend bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
pro Arbeitszyklus für das zumindest zeitweise einspeisende Wicklungssystem (2b) ein Strombedarf bestimmt wird, und ein Zeitraum (Z2) der ersten Schaltzustände (S1 b) der Schaltsequenz (Q2) der zugeordneten Schalteinheit (3b) derart bestimmt wird, dass ein in das Wicklungssystem (2b) eingespeister Gesamtstrom die Summe aus dem Strombedarf und einem vorbestimmten Stromüberschuss ist, und ein Zeitraum (Z2-Z1 ) des dritten Schaltzustandes (S3b) derart bestimmt wird, dass der
Stromüberschuss zurück in den Zwischenkreis (4) gespeist wird.
8. Übertragungsvorrichtung (3) für eine Antriebseinheit (1 ) eines Kraftfahrzeugs mit zumindest zwei Schalteinheiten (3a, 3b) zum Versorgen von zumindest zwei
Wicklungssystemen (2a, 2b) einer Drehfeldmaschine (2) der Antriebseinheit (1 ) mit einem Strom (ic) aus einem Zwischenkreis (4), mit einem Glättungskondensator (6) und mit einer Steuereinrichtung (5) zum Ansteuern der Schalteinheiten (3a, 3b), wobei die Steuereinrichtung (5) dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
9. Antriebseinheit (1 ) für ein Kraftfahrzeug mit einer Drehfeldmaschine (2) und einer Übertragungsvorrichtung (3) nach Anspruch 8.
10. Kraftfahrzeug mit einer Antriebseinheit (1 ) nach Anspruch 9.
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