WO2020030377A1 - Pwm verfahren mit übermodulation - Google Patents

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WO2020030377A1
WO2020030377A1 PCT/EP2019/068830 EP2019068830W WO2020030377A1 WO 2020030377 A1 WO2020030377 A1 WO 2020030377A1 EP 2019068830 W EP2019068830 W EP 2019068830W WO 2020030377 A1 WO2020030377 A1 WO 2020030377A1
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pulse width
space vector
hexagon
width modulation
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PCT/EP2019/068830
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Jovan Knezevic
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2209/00—Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the waveform of the supplied voltage or current
    • H02P2209/09—PWM with fixed limited number of pulses per period

Definitions

  • the invention relates to a method for increasing the power of an electrical machine of an electrical vehicle using pulse width modulation and a motor vehicle for applying the method.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • Inverters are often used, for example, to supply a 3-phase induction motor with a variable frequency and variable voltage for applications with variable torque.
  • Rotating electrical machines can be controlled using pulse width modulation (PWM). Such a method is also referred to as space vector modulation.
  • PWM pulse width modulation
  • Multi-phase three-phase system is electronically simulated as required by an electrical machine.
  • an inverter is switched so that the required AC voltage (AC) is generated for the electrical machine. Due to the room pointer display, two sizes are sufficient to identify the output
  • pulse width modulation also known as SVPWM (“space vector based pulse width modulation”)
  • a rotating voltage reference is used as a reference for the voltage.
  • the size and frequency of the motor-side voltage is controlled via the size and frequency of the reference voltage vector.
  • the voltage output by the inverter can be specified as a rotating voltage space pointer.
  • Each half-bridge can assume two different switch positions, so that there are 8 possible switching states. With each switch position there is a different voltage constellation between the phases and thus a different one
  • the machine uses pulse width modulation, in which the respective Voltage space pointers are created for a certain duration.
  • the duration depends on the switching frequency for pulse width modulation.
  • the direct voltage (DC) for example from a battery
  • DC direct voltage
  • harmonics i.e. harmonics
  • the PWM sampling frequency is much higher than the maximum electrical frequency of the electrical machine, which leads to additional harmonics, which in turn lead to losses in the electrical machine. This makes stable control more difficult.
  • the amplitude of the first harmonic which can be achieved with the sinusoidal PWM is only 50% of the applied DC voltage. With the space vector modulation this proportion can be increased by 15.5%.
  • the voltage references that are output to the electrical machine can be determined using the space vector diagram. See also Figure 1.
  • Space vector diagram 1 is a hexagon 3 in which the eight basic voltage space vector Vo, Vi, V 2 , V 3 , V 4 , Vs, Ve, V 7 are shown. Vo and V 7 are zero vectors.
  • Voltage reference V ref is generated from the voltage space indicators Vi 'and V 2 ', which are part of the amount of the respective basic voltage space pointers V i and V 2 . If the output voltage space vector is along the circle 7, this allows a sinusoidal course of the output voltage V ref .
  • Two areas are defined in the hexagon 3 from FIG. 1: a linear area 5 within the circle 7 in the hexagon 3; a non-linear region 6 between the circle 7 and the hexagon 3.
  • the non-linear region 6 is the region of the overmodulation.
  • the measures according to the invention specify a method for increasing an output of an electrical machine of an electrical vehicle using pulse width modulation.
  • the method comprises the following steps: output of pulse width modulated voltage space pointers, the voltage space pointers being determined by means of a space vector diagram; Overmodulation of the output voltage so that the voltage space vector is moved within a non-linear range in the space vector diagram, the nonlinear range between a hexagon and a circle in the space vector diagram.
  • the method increases the power of an electrical machine of an electrical vehicle.
  • the electrical machine is controlled on the basis of pulse width modulation.
  • the method ensures a smooth transition of the output voltage space vector in the linear area to the non-linear area. This means that the entire available battery voltage is used for the multi-phase systems.
  • the method enables an increase in the use of the battery voltage by a factor of up to 27%. For comparison, with a sinusoidal PWM 50% of the available battery voltage can be used.
  • the method includes overmodulation of the output voltage so that the
  • Voltage space pointer is moved within a non-linear area in the space vector diagram. Overmodulation increases the performance of the electrical machine.
  • the voltage space pointer is in an area between the hexagon and the circle in the space vector diagram.
  • the output voltages are superimposed with harmonics, the proportion of which, however, is small in the method according to the invention, so that the losses in the electrical machine are also small.
  • pulse width modulated voltage space vector to the frequency of the electrical machine is small, comprising the ratio of 12 or 6. Even at low sampling frequencies, the method according to the invention can be used and the available DC voltage can be used efficiently. Switching losses are reduced and the regulation of the electric machine of the electric vehicle is stabilized. In a further development, the pulse width modulation is carried out synchronously. If the voltage space pointers are in the linear area of the space vector diagram, the location of the voltage space pointer is determined by
  • the amplitude V a of the voltage is determined by the modulation index at
  • Pulse width modulation determined.
  • the sampling frequency is determined so that the
  • Va_MAX Vlin / COS (15 °)
  • the voltage space pointer moves to the nearest corner of the hexagon after reaching the hexagon. In other words, as soon as the voltage space pointer reaches the hexagon during overmodulation, it is moved further on the hexagon in the direction of the nearest corner.
  • the method thus provides the best linearity, especially compared to the usual ones
  • harmonics for the output 3-phase voltage are essentially negligible according to the method.
  • the harmonics are minimal.
  • the losses in the electrical machine are minimal or negligible.
  • the pulse width modulation is carried out without jumps or discontinuities in the linear as well as in the non-linear range up to the maximum available DC voltage.
  • a motor vehicle in particular a passenger motor vehicle, is also specified by the measures according to the invention.
  • the motor vehicle has at least one electrical machine, a direct current source, a sensor device and a control unit.
  • the control unit is set up to carry out the method.
  • the control unit comprises at least one microcontroller or a digital signal processor and one
  • Figure 1 a space vector diagram
  • Figure 2 a hexagon of a space vector diagram
  • FIG. 3 scanning pattern for pulse width modulation
  • FIG. 4 further scanning patterns for pulse width modulation
  • FIG. 5 graphic representation of the finearity of the method
  • FIG. 6 Sampling pattern according to a six-step pulse width modulation.
  • a hexagon 3 of a space vector diagram 1 is shown in FIG. 2.
  • the pulse width modulated voltage space vector is only indicated by a circle at the top of the respective voltage space vector.
  • the pulse width modulation shown in Figure 2 is synchronous with a pulse rate of 12 per switching period. In Figure 2, the associated circles are designated 1).
  • the voltage space pointers are in the linear range of the space vector diagram.
  • the amplitude V a of the voltage is determined by the modulation index at the Pulse width modulation determined.
  • the sampling frequency is selected such that the voltage space pointer, or its tip shown here as a circle, moves along the hexagon 3 of the space vector diagram 1.
  • the sampling frequency is adjusted accordingly.
  • the maximum voltage is reached when the voltage space pointer or its tip shown as a circle lies on the hexagon 3. This area is indicated by 2) and is given by way of example for one side of the hexagon 3. Each side of the hexagon 3 has a corresponding area 2).
  • Ua and Ub denote the Ualpha and Ubeta voltages in a 2-phase system and are calculated from the known voltages Uu, Uy, Uw for a space vector diagram.
  • FIGS 3 and 4 show sampling patterns for pulse width modulation for various reasons
  • Figure 2 shows the pulse width modulation in the spatial area and Figures 3, 4 in the temporal area.
  • Figures 3, 4 show standardized representations.
  • the time in seconds is indicated on the horizontal axis, ie the time is given in milliseconds (10 3 s).
  • the normalized applied voltage is indicated on the vertical axis as a dimensionless pu value.
  • FIG. 5 shows a graphical representation of the linearity of the method according to the invention.
  • the modulation index is a dimensionless p.u. Value specified.
  • the output voltage, i.e. the amplitude of the fundamental wave per unit, is indicated on the vertical axis.
  • the method exhibits a minimal deviation from the linearity with the lower modulation indices. However, this minimal deviation can be neglected in the control of the electrical machine. If desired, it can also be easily compensated.
  • FIG. 6 shows a scanning pattern according to a six-step pulse width modulation as in the prior art.
  • the measures described specify a method for increasing the power of an electric machine of an electric vehicle based on pulse width modulation, by means of which an entire available one

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Abstract

Verfahren zum Erhöhen einer Leistung einer elektrischen Maschine eines elektrischen Fahrzeugs anhand einer Pulsbreitenmodulation, umfassend: Ausgeben von pulsbreitenmodulierten Spannungsraumzeigern, wobei die Spannungsraumzeiger mittels eines Raumzeigerdiagramms bestimmt sind; Übermodulation der Ausgangsspannung, so dass der Spannungsraumzeiger innerhalb eines nichtlinearen Bereichs im Raumzeigerdiagramm bewegt wird, wobei der nichtlineare Bereich zwischen einem Sechseck und einem Kreis im Raumzeigerdiagramm liegt.

Description

PWM Verfahren mit Ubermodulation
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhöhen einer Leistung einer elektrischen Maschine eines elektrischen Fahrzeugs anhand einer Pulsbreitenmodulation und ein Kraftfahrzeug zum Anwenden des Verfahrens.
Antriebe mit Wechselspannung benötigen eine entsprechend hohe Energieversorgung mit variabler Spannung. PWM (Pulsbreitenmodulation) Technologie wird verwendet, um mit Wechselrichtern, beispielsweise DC-AC, eine 3-phasige Wechselspannung aus einer
Gleichstromquelle zu erzeugen. Die verfügbare Spannung aus der Gleichstromquelle kann damit etwa zur Hälfte genutzt werden. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, so dass die zur Verfügung stehende Spannung zur Erzeugung einer 3-phasigen Wechselspannung für eine elektrische Maschine effektiver genutzt wird. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Der Erfindung liegen folgende Kenntnisse zugrunde. Wechselrichter werden oft eingesetzt um beispielsweise einen 3-phasigen Induktionsmotor mit einer variablen Frequenz und variabler Spannung für Anwendungen mit variablem Drehmoment zu versorgen.
Rotierende elektrische Maschinen können mittels Pulsbreitenmodulation (PWM) gesteuert werden. Ein solches Verfahren wird auch als Raumzeigermodulation bezeichnet. Ein
Mehrphasendrehstromsystem wird elektronisch so nachgebildet, wie es von einer elektrischen Maschine benötigt wird. Mit anderen Worten, ein Wechselrichter wird so geschaltet, dass die benötigte Wechselspannung (AC) für die elektrische Maschine erzeugt wird. Durch die Raumzeigerdarstellung genügen zwei Größen zur Kennzeichnung der ausgegebenen
Spannung, nämlich der Winkel des Raumzeigers und dessen Betrag.
Bei der Pulsbreitenmodulation, auch als SVPWM („space vector based puls width modulation“) bezeichnet, wird eine drehende Spannungsreferenz als Referenz für die Spannung verwendet. Die Größe und die Frequenz der motorseitigen Spannung wird über die Größe und Frequenz des Referenzspannungsvektors gesteuert. Die 3-phasige vom
Wechselrichter ausgegebene Spannung kann als rotierender Spannungsraumzeiger angegeben werden.
Für die Ausgabe einer 3-phasigen Spannung, werden drei Halbbrücken eines Wechselrichters geschaltet. Jede Halbbrücke kann zwei verschiedene Schalterstellungen annehmen, so dass sich 8 mögliche Schaltzustände ergeben. Bei jeder Schalterstellung ergibt sich eine andere Spannungskonstellation zwischen den Phasen und damit auch ein anderer
Grundspannungsraumzeiger. Für eine kontinuierliche Kommutation der elektrischen
Maschine wird die Pulsbreitenmodulation angewandt, bei der die jeweiligen Spannungsraumzeiger für eine bestimmte Dauer angelegt werden. Die Dauer hängt von der Schaltfrequenz bei der Pulsbreitenmodulation ab.
Bei Anwendung einer Pulsbreitenmodulation, wird die Gleichspannung (DC), beispielsweise aus einer Batterie, effizienter verwendet und es werden weniger harmonische Verzerrungen, also Oberschwingungen, im Wechselrichter generiert als bei einer sinusoidalen PWM. Für die Pulsbreitenmodulation im Stand der Technik ist es entscheidend, dass die PWM- Abtastfrequenz viel größer als die maximale elektrische Frequenz der elektrischen Maschine ist, was zu zusätzlichen Oberschwingungen führt, welche wiederum zu Verlusten in der elektrischen Maschine führen. Eine stabile Steuerung ist damit erschwert. Die maximale
Amplitude der ersten Harmonischen welche mit der sinusoidalen PWM erreicht werden kann ist nur 50% von der angelegten Gleichspannung. Mit der Raumzeigermodulation kann dieser Anteil um 15,5% erhöht werden. Die Spannungsreferenzen, welche an die elektrische Maschine ausgegeben werden, sind mittels des Raumzeigerdiagramms bestimmbar. Siehe auch Figur 1. Das
Raumzeigerdiagramm 1 ist ein Sechseck 3 in welchem die acht Grundspannungsraumzeiger Vo, Vi, V2, V3, V4, Vs, Ve, V7 gezeigt sind. Vo und V7, sind Nullvektoren. Die
Spannungsreferenz Vref wird aus den Spannungsraumzeigem Vi‘ und V2‘ erzeugt, welche ein Teil des Betrages des jeweiligen Grundspannungsraumzeiger V i bzw. V2 sind. Wenn der ausgegebene Spannungsraumzeiger entlang des Kreises 7 ist, erlaubt dies einen sinusförmigen Verlauf der Ausgangsspannung Vref.
Im Sechseck 3 aus Figur 1 sind zwei Bereiche definiert: ein linearer Bereich 5 innerhalb des Kreises 7 im Sechseck 3; ein nichtlinearer Bereich 6 zwischen dem Kreis 7 und dem Sechseck 3. Der nichtlineare Bereich 6 ist der Bereich der Übermodulation.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird ein Verfahren zum Erhöhen einer Leistung einer elektrischen Maschine eines elektrischen Fahrzeugs anhand einer Pulsbreitenmodulation angegeben. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Ausgeben von pulsbreitenmodulierten Spannungsraumzeigem, wobei die Spannungsraumzeiger mittels eines Raumzeigerdiagramms bestimmt sind; Übermodulation der Ausgangsspannung, so dass der Spannungsraumzeiger innerhalb eines nichtlinearen Bereichs im Raumzeigerdiagramm bewegt wird, wobei der nichtlineare Bereich zwischen einem Sechseck und einem Kreis im Raumzeigerdiagramm liegt.
Durch das Verfahren wird die Leistung einer elektrischen Maschine eines elektrischen Fahrzeugs erhöht. Die elektrische Maschine wird auf Basis der Pulsbreitenmodulation gesteuert.
Durch das Verfahren wird ein sanfter Übergang der ausgegebenen Spannungsraumzeiger im linearen Bereich zum nichtlinearen Bereich gewährleistet. Damit wird die gesamte verfügbare Batteriespannung für die mehrphasigen Systeme verwendet. Mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren wird eine Steigerung der Nutzung der Batteriespannung um einen Faktor von bis zu 27% ermöglicht. Zum Vergleich, bei einer sinusoidalen PWM kann 50% der verfügbaren Batteriespannung genutzt werden. Das Verfahren umfasst eine Übermodulation der Ausgangsspannung, so dass der
Spannungsraumzeiger innerhalb eines nichtlinearen Bereichs im Raumzeigerdiagramm bewegt wird. Durch die Übermodulation wird die Leistung der elektrischen Maschine erhöht. Der Spannungsraumzeiger befindet sich in einem Bereich zwischen dem Sechseck und dem Kreis im Raumzeigerdiagramm. Die Ausgangsspannungen sind mit Oberschwingungen überlagert, deren Anteil beim erfindungsgemäßen Verfahren jedoch gering sind, so dass auch die Verluste in der elektrischen Maschine gering sind.
In einer Weiterentwicklung ist ein Verhältnis einer Abtastfr equenz für die
pulsbreitenmodulierten Spannungsraumzeiger zur Frequenz der elektrischen Maschine klein ist, das Verhältnis von 12 oder 6 umfassend. Auch bei niedrigen Abtastfrequenzen kann das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden und die verfügbare Gleichspannung effizient genutzt werden. Schaltverluste werden reduziert und die Regelung der elektrischen Maschine des elektrischen Fahrzeugs wird stabilisiert. In einer Weiterentwicklung wird die Pulsbreitenmodulation synchron ausgeführt. Wenn die Spannungsraumzeiger im linearen Bereich des Raumzeigerdiagramms liegen, ist der Ort des Spannungsraumzeigers bestimmt durch
V = Va · eie, wobei Q = 15° + k · 30°, k = 0,1,2,... Die Amplitude Va der Spannung wird über den Modulationsindex bei der
Pulsbreitenmodulation bestimmt. Der Modulationsindex, mit Modlndex oder m bezeichnet, ist definiert als: m = Vijst / Vi RZM , wobei Vi st die Amplitude von der ersten Oberwelle der angelegten Spannung ist und V 1 RZM die Amplitude der maximalen Spannung mit der Raumzeigermodulation ist.
In einer Weiterentwicklung ist die Abtastfrequenz so bestimmt, dass sich der
Spannungsraumzeiger entlang des Sechsecks des Raumzeigerdiagramms bewegt. Die Abtastfrequenz wird entsprechend angepasst. Während einer Schaltperiode ist der
Positionswechsel des Spannungsraumzeigers 30° bei einer Winkelfrequenz coe. Das heißt die Abtastfrequenz Ts ist angegeben als Ts = 30°/coe. Mit Schaltperiode ist das Schalten der Halbbrücken im Wechselrichter gemeint. Schaltvorgänge werden somit reduziert. Dies führt zu reduzierten Schaltverlusten. In einer Weiterentwicklung wird eine maximale Spannung erreicht, wenn der
Spannungsraumzeiger auf dem Sechseck liegt. Wenn die maximal erhältliche Spannung im linearen Bereich Viin ist, bestimmt sich die Amplitude der maximalen Spannung bei Erreichen des Sechsecks als:
Va_MAX = Vlin / COS (15°)
In einer Weiterentwicklung bewegt sich der Spannungsraumzeiger nach Erreichen des Sechsecks zur nächstgelegenen Ecke des Sechsecks. Mit anderen Worten, sobald der Spannungsraumzeiger bei der Übermodulation das Sechseck erreicht, wird er auf dem Sechseck weiterbewegt in Richtung der nächstgelegenen Ecke. Damit stellt das Verfahren beste Linearität zur Verfügung, insbesondere verglichen mit den üblichen
Modulationsverfahren. Diese Linearität ist wichtig für die Regelung der elektrischen
Maschine, weil die Regelung sehr vereinfacht werden kann und somit eine stabile Steuerung ermöglicht. In einer Weiterentwicklung sind gemäß dem Verfahren Oberschwingungen für die ausgegebene 3-phasige Spannung im Wesentlichen vemachlässigbar. Die Oberschwingungen sind minimal. Dadurch sind auch die Verluste in der elektrischen Maschine minimal bzw. vemachlässigbar. In einer Weiterentwicklung wird die Pulsbreitenmodulation ohne Sprünge oder Diskontinuitäten im linearem als auch im nichtlinearem Bereich bis zur maximalen verfügbaren Gleichspannung ausgeführt.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftfahrzeug, angegeben. Das Kraftfahrzeug weist wenigstens eine elektrische Maschine, eine Gleichstromquelle, eine Sensorik- Vorrichtung und eine Steuerungseinheit auf. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, dass Verfahren auszuführen. Die Steuereinheit umfasst wenigstens einen Microcontroller oder einen digitalen Signalprozessor und einen
Wechselrichter.
Andere Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die im Folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen:
Figur 1 : ein Raumzeigerdiagramm;
Figur 2: ein Sechseck eines Raumzeigerdiagramms;
Figur 3 : Abtastmuster für die Pulsbreitenmodulation;
Figur 4: weitere Abtastmuster für die Pulsbreitenmodulation;
Figur 5 : graphische Darstellung der Finearität des Verfahrens;
Figur 6: Abtastmuster gemäß einer Sechs-Schritt Pulsbreitenmodulation. In Figur 2 zeigt ein Sechseck 3 eines Raumzeigerdiagramms 1. Die pulsbreitenmodulierten Spannungsraumzeiger sind nur ihrem Betrag nach mit einem Kreis an der Spitze des jeweiligen Spanungsraumzeigers angegeben. Die in Figur 2 gezeigte Pulsbreitenmodulation ist synchron mit einer Tastrate von 12 pro Schaltperiode. In Figur 2 sind die zugehörigen Kreise mit 1) bezeichnet.
Die Spannungsraumzeiger liegen im linearen Bereich des Raumzeigerdiagramms. Der Ort des jeweiligen Spannungsraumzeigers ist bestimmt durch V = Va · c'°, wobei 6 = l5° + k - 30o, k = 0,1,2,... Die Amplitude Va der Spannung wird über den Modulationsindex bei der Pulsbreitenmodulation bestimmt.
Die Abtastfrequenz ist so gewählt, dass sich der Spannungsraumzeiger, bzw. dessen hier als Kreis gezeigte Spitze, entlang des Sechsecks 3 des Raumzeigerdiagramms 1 bewegt. Die Abtastfrequenz wird entsprechend angepasst. Während einer Schaltperiode ist der
Positionswechsel des Spannungsraumzeigers 30° bei einer Winkelfrequenz coe. Das heißt die Abtastfrequenz Ts ist angegeben als Ts = 30°/coe.
Die maximale Spannung wird erreicht, wenn der Spannungsraumzeiger bzw. dessen als Kreis gezeigte Spitze auf dem Sechseck 3 liegt. Dieser Bereich ist mit 2) angegeben und ist beispielhaft für eine Seite des Sechsecks 3 angegeben. Jede Seite des Sechsecks 3 weist einen entsprechenden Bereich 2) auf. Die Amplitude der maximalen Spannung bei Erreichen des Sechsecks ist: Va MAX = Viin / cos (15°). Die Spannungsraumzeiger bewegen sich nach Erreichen des Sechsecks 3 zur nächstgelegenen Ecke des Sechsecks 3. Damit stellt das Verfahren beste Linearität zur Verfügung. Diese Linearität ist wichtig für die Regelung einer elektrischen Maschine, weil die Regelung sehr vereinfacht und stabil ist. Ua und Ub bezeichnen die Ualpha und Ubeta Spannungen in einem 2-phasigen System und berechnen sich aus den bekannten Spannungen Uu, Uy, Uw für ein Raumzeigerdiagramm.
Figuren 3 und 4 zeigen Abtastmuster für die Pulsbreitenmodulation für verschiedene
Modulationsindices Modlndex = 0,5 bis 1,04. Bei einem Modulationsindex von 1,0 ist die maximal verfügbare Spannung für die Pulsbreitenmodulation erreicht.
Bei einem Modulationsindex zwischen 1,03 und 1,04 liegt die Spitze des
Spannungsraumzeigers auf dem Sechseck 3. Beim Abtasten fallen manche der Pulse aus, was beim Modulationsindex von 1 ,04 am deutlichsten gezeigt ist.
Figur 2 zeigt die Pulsbreitenmodulation im räumlichem Bereich und Figuren 3, 4 im zeitlichem Bereich. Die Figuren 3, 4 zeigen normierte Darstellungen. Auf der horizontalen Achse ist die Zeit in Sekunden, d.h. die Zeit ist jeweils in Millisekunden (10 3 s), angegeben. Auf der vertikalen Achse ist die normierte angelegte Spannung als dimensions loser p.u. Wert angegeben.
Figur 5 zeigt eine graphische Darstellung der Linearität des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auf der horizontalen Achse ist der Modulationsindex als dimensionsloser p.u. Wert angegeben. Auf der vertikalen Achse ist die Ausgangsspannung, also die Amplitude der Grundwelle pro Einheit angegeben. Der Maximalwert ist bei 2/p = 0,64 erreicht mit einem Modulationsindex von 1,16. Bei hohen Modulationsindices weist das Verfahren eine minimale Abweichung von der Linearität bei den niedrigeren Modulationsindices auf. Diese minimale Abweichung kann jedoch vernachlässigt werden in der Steuerung der elektrischen Maschine. Falls erwünscht, kann sie auch einfach kompensiert werden. Figur 6 zeigt ein Abtastmuster gemäß einer Sechs-Schritt Pulsbreitenmodulation wie im Stand der Technik. Wenn der Modulationsindex größer als 1,15 ist, wird das sogenannte Sechs- Schritt Verfahren erreicht. Bei diesem Verfahren werden nur die Eckpunkte des Sechsecks erreicht. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass durch die beschriebenen Maßnahmen ein Verfahren zum Erhöhen einer Leistung einer elektrischen Maschine eines elektrischen Fahrzeugs anhand einer Pulsbreitenmodulation angegeben ist, durch das eine gesamte verfügbare
Batteriespannung verwendet wird. Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mitanderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erhöhen einer Leistung einer elektrischen Maschine eines elektrischen Fahrzeugs anhand einer Pulsbreitenmodulation, umfassend:
- Ausgeben von pulsbreitenmodulierten Spannungsraumzeigem, wobei die
Spannungsraumzeiger mittels eines Raumzeigerdiagramms bestimmt sind, Übermodulation der Ausgangsspannung, so dass der Spannungsraumzeiger innerhalb eines nichtlinearen Bereichs im Raumzeigerdiagramm bewegt wird, wobei der nichtlineare Bereich zwischen einem Sechseck und einem Kreis im
Raumzeigerdiagramm liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Verhältnis einer Abtastfrequenz für die
pulsbreitenmodulierten Spannungsraumzeiger zur Frequenz der elektrischen Maschine klein ist, das Verhältnis von 12 oder 6 umfassend.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Pulsbreitenmodulation synchron ausgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Abtastfrequenz so
bestimmt ist, dass sich der Spannungsraumzeiger entlang des Sechsecks des
Raumzeigerdiagramms bewegt.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine maximale Spannung erreicht wird, wenn der Spannungsraumzeiger auf dem Sechseck liegt.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Spannungsraumzeiger nach Erreichen des Sechsecks sich zur nächstgelegenen Ecke des Sechsecks bewegt.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei Oberschwingungen für die ausgegebene 3-phasige Spannung im Wesentlichen vemachlässigbar sind.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Pulsbreitenmodulation ohne Sprünge oder Diskontinuitäten im linearen als auch im nichtlinearen Bereich bis zur maximal verfügbaren Gleichspannung ausgeführt wird.
9. Steuerungseinheit zum Ausfuhren eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Kraftfahrzeug, insbesondere Personenkraftfahrzeug, zum Anwenden eines Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Kraftfahrzeug wenigstens eine elektrische Maschine, eine Gleichstromquelle, eine Sensorik- Vorrichtung und eine Steuerungseinheit nach Anspruch 9 aufweist.
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