DE102008034670B4 - AUTOMOTIVE POWER SYSTEM AND DOUBLE-SIDED INVERTER SYSTEM WITH ISOLATED NEUTRAL POINT TOPOLOGY - Google Patents
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Abstract
Kraftfahrzeugantriebssystem, das umfasst:einen vierphasigen Motor (20) mit einem ersten Satz von Wicklungen (36) und einem zweiten Satz von Wicklungen (37), wobei der erste Satz von Wicklungen (36) und der zweite Satz von Wicklungen (37) elektrisch isoliert sind;einen ersten Wechselrichter (38), der mit dem ersten Satz von Wicklungen (36) gekoppelt ist; undeinen zweiten Wechselrichter (40), der mit dem zweiten Satz von Wicklungen (37) gekoppelt ist;wobei der erste Satz von Wicklungen (36) verbunden ist, um einen ersten Neutralpunkt (39) zu schaffen, und der zweite Satz von Wicklungen (37) verbunden ist, um einen zweiten Neutralpunkt (41) zu schaffen;wobei der erste Neutralpunkt (39) mit dem ersten Wechselrichter (38) und der zweite Neutralpunkt (41) mit dem zweiten Wechselrichter (40) gekoppelt ist;wobei der erste Satz von Wicklungen (36) eine erste zweiphasige Wicklungsstruktur (a, b) umfasst und der zweite Satz von Wicklungen (37) eine zweite zweiphasige Wicklungsstruktur (c, d) umfasst.Motor vehicle propulsion system comprising:a four-phase motor (20) having a first set of windings (36) and a second set of windings (37), the first set of windings (36) and the second set of windings (37) electrically insulating are;a first inverter (38) coupled to the first set of windings (36); anda second inverter (40) coupled to the second set of windings (37);the first set of windings (36) being connected to provide a first neutral point (39), and the second set of windings (37 ) is connected to create a second neutral point (41);wherein the first neutral point (39) is coupled to the first inverter (38) and the second neutral point (41) is coupled to the second inverter (40);wherein the first set of Windings (36) comprise a first two-phase winding structure (a, b) and the second set of windings (37) comprise a second two-phase winding structure (c, d).
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL FIELD
Ausführungsformen des hierin beschriebenen Gegenstands betreffen allgemein Fahrzeugantriebssysteme, und insbesondere betreffen Ausführungsformen des Gegenstands Kraftfahrzeugantriebssysteme mit einem doppelseitigen Wechselrichtersystem.Embodiments of the subject matter described herein generally relate to vehicle propulsion systems, and more particularly, embodiments of the subject matter relate to motor vehicle propulsion systems having a double-sided inverter system.
HINTERGRUNDBACKGROUND
In den letzten Jahren haben technologische Fortschritte sowie sich immer neu entwickelnde Stilrichtungen zu wesentlichen Änderungen bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen geführt. Eine der Änderungen betrifft die Leistungsverwendung und die Komplexität der verschiedenen elektrischen Systeme in Kraftfahrzeugen, speziell in Fahrzeugen mit alternativem Kraftstoff, wie zum Beispiel Hybrid-, Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeugen.In recent years, technological advances and evolving styles have led to significant changes in automotive design. One of the changes concerns the power usage and complexity of the various electrical systems in automobiles, especially in alternative fuel vehicles such as hybrid, electric and fuel cell vehicles.
Viele der elektrischen Komponenten, welche die Elektromotoren umfassen, die in derartigen Fahrzeugen verwendet werden, empfangen elektrische Leistung von Wechselstrom-Leistungsversorgungen (AC-Leistungsversorgungen). Die bei derartigen Anwendungen verwendeten Leistungsquellen (z.B. Batterien) liefern jedoch nur Gleichstrom-Leistung (DC-Leistung). Um DC-Leistung in AC-Leistung umzuwandeln, werden folglich Einrichtungen verwendet, die als „Wechselrichter/Gleichrichter“ bekannt sind, welche oft mehrere Schalter oder Transistoren verwenden, die mit verschiedenen Intervallen betrieben werden, um die DC-Leistung in AC-Leistung umzuwandeln.Many of the electrical components comprising the electric motors used in such vehicles receive electrical power from alternating current (AC) power supplies. However, the power sources used in such applications (e.g. batteries) only provide direct current (DC) power. Consequently, to convert DC power to AC power, devices known as "inverters/rectifiers" are used, which often use multiple switches or transistors operated at different intervals to convert the DC power to AC power .
Zudem verwenden derartige Fahrzeuge, speziell Brennstoffzellenfahrzeuge, oft zwei separate Spannungsquellen (z.B. eine Batterie und eine Brennstoffzelle), um die Elektromotoren, welche die Räder antreiben, mit Leistung zu versorgen. „Leistungswandler“, wie zum Beispiel Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler (DC/DC-Wandler) werden typischerweise verwendet, um die Leistung aus den zwei Spannungsquellen zu übertragen. Moderne DC/DC-Wandler umfassen oft Transistoren, die durch eine Induktivität elektrisch verbunden sind. Durch ein Steuern der Zustände der verschiedenen Transistoren kann ein gewünschter Durchschnittsstrom durch die Induktivität eingeprägt werden und damit den Leistungsfluss zwischen den zwei Spannungsquellen steuern.In addition, such vehicles, especially fuel cell vehicles, often use two separate voltage sources (e.g. a battery and a fuel cell) to supply power to the electric motors that drive the wheels. “Power converters,” such as direct current-to-direct current (DC/DC) converters, are typically used to transfer power from the two voltage sources. Modern DC/DC converters often include transistors that are electrically connected by an inductor. By controlling the states of the various transistors, a desired average current can be impressed through the inductance and thus control the power flow between the two voltage sources.
Die Verwendung sowohl eines Wechselrichters/Gleichrichters, der im Folgenden als Wechselrichter bezeichnet wird, als auch eines Leistungswandlers erhöht die Komplexität des elektrischen Systems des Kraftfahrzeugs erheblich. Die für beiden Typen von Einrichtungen benötigten zusätzlichen Komponenten erhöhen auch die Gesamtkosten und das Gewicht des Fahrzeugs. Dementsprechend wurden Systeme und Verfahren entwickelt, um einen Motor, der mit mehreren Leistungsquellen gekoppelt ist, ohne einen DC/DC-Wandler zu betreiben, wobei die Leistungsfähigkeit des Motors durch eine Verwendung dualer elektrischer Wechselrichtersysteme maximiert wird.The use of both an inverter/rectifier, hereinafter referred to as an inverter, and a power converter significantly increases the complexity of the motor vehicle's electrical system. The additional components required for both types of devices also increase the overall cost and weight of the vehicle. Accordingly, systems and methods have been developed to operate a motor coupled to multiple power sources without a DC/DC converter, maximizing motor performance through use of dual electrical inverter systems.
Systeme nach dem Stand der Technik sind auf Konzepte für dreiphasige Motoren beschränkt, die traditionell in Kraftfahrzeugen verwendet werden. Prior art systems are limited to three-phase motor concepts traditionally used in automobiles.
Die Konzeption vieler dieser Systeme erfordert, dass die zwei Energiequellen im Wesentlichen den gleichen Spannungspegel aufweisen. Zudem kann es sein, dass in einer Situation, bei der eine der Quellen aus irgendeinem Grund ausfällt (d.h. extrem kalte Temperaturen), Entwürfe nach dem Stand der Technik das Betreiben eines Motors unter Verwendung nur der anderen Quelle nicht ermöglichen.The design of many of these systems requires that the two energy sources have essentially the same voltage level. Additionally, in a situation where one of the sources fails for some reason (i.e., extremely cold temperatures), prior art designs may not permit operating an engine using only the other source.
Dementsprechend ist es wünschenswert, ein duales Wechselrichtersystem bereitzustellen, um die Verwendung von Energiequellen mit verschiedenen Betriebskennlinien zu ermöglichen, um einen Kaltstart eines Fahrzeugs in dem Fall eines Ausfalls einer der Energiequellen zu ermöglichen. Andere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem voranstehenden technischen Gebiet und Hintergrund offenbar werden.Accordingly, it is desirable to provide a dual inverter system to enable the use of power sources with different operating characteristics to enable cold starting of a vehicle in the event of a failure of one of the power sources. Other desirable features and characteristics of the present invention will become apparent from the following detailed description and the appended claims, taken in conjunction with the accompanying drawings and the foregoing technical field and background.
Die Druckschrift
In der Druckschrift
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein duales Wechselrichtersystem bereitzustellen, um die Verwendung von Energiequellen mit verschiedenen Betriebskennlinien zu ermöglichen, um einen Kaltstart eines Fahrzeugs in dem Fall eines Ausfalls einer der Energiequellen zu ermöglichen.The object of the invention is to provide a dual inverter system to enable the use of energy sources with different operating characteristics to enable a cold start of a vehicle in the event of a failure of one of the energy sources.
Diese Aufgabe wird durch das Kraftfahrzeugantriebssystem nach Anspruch 1 sowie das Wechselrichtersystem nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by the motor vehicle drive system according to
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS
Ein besseres Verständnis des Gegenstands kann durch Bezugnahme auf die genaue Beschreibung und die Ansprüche in Verbindung mit den folgenden Figuren erreicht werden, bei denen in den verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen.
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1 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform; -
2 ist eine schematische Ansicht eines doppelseitigen Wechselrichtersystems gemäß einer Ausführungsform; -
3 ist eine schematische Ansicht einer Statorwicklungsstruktur für einen Motor zur Verwendung in dem doppelseitigen Wechselrichtersystem von2 gemäß einer Ausführungsform; -
4 ist ein Graph von Motorphasenströmen gemäß einer Ausführungsform; -
5 ist eine schematische Ansicht eines Steuerungssystems zum Betreiben des doppelseitigen Wechselrichtersystems von2 gemäß einer Ausführungsform.
-
1 is a schematic view of an exemplary motor vehicle according to an embodiment; -
2 is a schematic view of a double-sided inverter system according to an embodiment; -
3 is a schematic view of a stator winding structure for a motor for use in the double-sided inverter system of2 according to one embodiment; -
4 is a graph of motor phase currents according to an embodiment; -
5 is a schematic view of a control system for operating the double-sided inverter system of2 according to one embodiment.
GENAUE BESCHREIBUNGPRECISE DESCRIPTION
Die folgende genaue Beschreibung ist rein veranschaulichender Natur und ist nicht dazu gedacht, die Ausführungsformen des Gegenstands oder die Anwendung und Verwendungen derartiger Ausführungsformen zu beschränken. Bei der Verwendung hierin bedeutet das Wort „beispielhaft“ „als ein Beispiel, eine Instanz oder eine Veranschaulichung dienend“. Jede hierin als beispielhaft beschriebene Implementierung ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Implementierungen anzusehen. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch irgendeine explizite oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem voranstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Kurzzusammenfassung oder der folgenden genauen Beschreibung dargestellt ist.The following detailed description is purely illustrative in nature and is not intended to limit the embodiments of the subject matter or the applications and uses of such embodiments. As used herein, the word “exemplary” means “serving as an example, instance or illustration.” Any implementation described herein as an example is not necessarily to be viewed as preferred or advantageous over other implementations. Furthermore, there is no intention to be bound by any theory, explicit or implicit, presented in the foregoing technical field, background, summary, or detailed description that follows.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Elemente oder Knoten oder Merkmale, die miteinander „verbunden“ oder „gekoppelt“ sind. Wie hierin verwendet, bedeutet „verbunden“, sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, dass ein Element/Knoten/Merkmal mit einem weiteren Element/Knoten/Merkmal direkt verbunden ist (oder direkt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Gleichermaßen bedeutet „gekoppelt“, sofern nicht ausdrücklich anderweitig angegeben, dass ein Element/Knoten/Merkmal direkt oder in indirekt mit einem weiteren Element/Knoten/Merkmal verbunden ist (oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht notwendigerweise mechanisch. Somit können, obwohl die hierin gezeigten schematischen Darstellungen beispielhafte Anordnungen von Elementen darstellen, zusätzliche dazwischenkommende Elemente, Einrichtungen, Merkmale oder Komponenten bei einer Ausführungsform des dargestellten Gegenstands vorhanden sein. Die Ausdrücke „erster“, „zweiter“ oder weitere derartige numerische Ausdrücke, welche Strukturen bezeichnen, implizieren keine Sequenz oder Reihenfolge, sofern dies nicht klar durch den Kontext angezeigt ist.The following description refers to elements or nodes or features that are “connected” or “coupled” to one another. As used herein, unless expressly stated otherwise, “connected” means that one element/node/feature is directly connected to (or in direct communication with) another element/node/feature, not necessarily mechanically. Likewise, unless expressly stated otherwise, “coupled” means that one element/node/feature is directly or indirectly connected to (or communicates directly or indirectly with) another element/node/feature, not necessarily mechanically. Thus, although the schematic illustrations shown herein illustrate exemplary arrangements of elements, additional intervening elements, devices, features, or components may be present in an embodiment of the illustrated subject matter. The terms “first,” “second,” or other such numerical terms denoting structures do not imply any sequence or order unless clearly indicated by the context.
Das Kraftfahrzeug 10 kann ein beliebiger einer Anzahl verschiedener Typen von Kraftfahrzeugen sein, wie zum Beispiel eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen oder ein Sportnutzfahrzeug (SUV, SUV von Sport Utility Vehicle), und kann ein Zweiradantrieb (2WD) (d.h. Heckantrieb oder Frontantrieb), ein Vierradantrieb (4WD) oder ein Allradantrieb (AWD) sein. Das Kraftfahrzeug 10 kann auch einen beliebigen oder eine Kombination einer Anzahl verschiedener Typen von Maschinen beinhalten, wie zum Beispiel eine benzin- oder dieselgespeiste Brennkraftmaschine, eine Maschine eines „Fahrzeugs mit flexiblem Kraftstoff“ (FFV, FFV von Flex Fuel Vehicle) (d.h., die eine Mischung aus Benzin und Alkohol verwendet), eine mit einem gasförmigem Gemisch (z.B. Wasserstoff und Erdgas) gespeiste Maschine, eine hybride Brennkraft/Elektromotormaschine, und einen Elektromotor.The
Bei der in
Wie gezeigt ist, stehen die erste Energiequelle 22 und die zweite Energiequelle 24 in wirksamer Verbindung mit und/oder sind mit dem elektronischen Steuerungssystem 18 und der Wechselrichteranordnung 26 elektrisch gekoppelt. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, können die erste Energiequelle 22 und die zweite Energiequelle 24 in Abhängigkeit von der Ausführungsform variieren und können von dem gleichen Typ oder von verschiedenen Typen sein. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen können die erste Energiequelle 22 und die zweite Energiequelle 24 jeweils eine Batterie, eine Brennstoffzelle, einen Ultrakondensator oder eine andere geeignete Spannungsquelle umfassen. Eine Batterie kann irgendein Typ von Batterie sein, der zur Verwendung bei einer gewünschten Anwendung geeignet ist, wie zum Beispiel eine Bleisäurebatterie, eine Lithium-Ionen-Batterie, eine Nickel-Metall-Batterie oder eine andere wiederaufladbare Batterie. Ein Ultrakondensator kann einen Superkondensator, einen
elektrochemischen Doppelschichtkondensator oder einem beliebigen anderen elektrochemischen Kondensator mit hoher Energiedichte umfassen, der für eine gewünschte Anwendung geeignet ist.As shown, the
electrochemical double layer capacitor or any other high energy density electrochemical capacitor suitable for a desired application.
Nun mit Bezug auf
Der Motor 20 ist ein mehrphasiger Wechselstrommotor (AC-Motor) und umfasst einen ersten Satz von Wicklungen 36 (oder Spulen) und einen zweiten Satz von Wicklungen 37, wobei jede Wicklung einer Phase des Motors 20 entspricht. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, umfasst der Motor 20 eine Statoranordnung (welche die Spulen umfasst), eine Rotoranordnung (die einen ferromagnetischen Kern umfasst), und ein Kühlfluid (d.h. ein Kühlmittel), wie ein Fachmann feststellen wird. Der Motor 20 kann ein Induktionsmotor, ein Permanentmagnetmotor oder irgendein Typ sein, der für die gewünschte Anwendung geeignet ist.The
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Motor 20 ein vierphasiger Motor, wobei der erste Satz von Wicklungen 36 und der zweite Satz von Wicklungen 37 jeweils elektrisch isolierten zweiphasigen Verdrahtungsstrukturen entsprechen. Es wird angemerkt, dass die Sätze von Wicklungen 36 und 37 elektrisch isoliert sind, was bedeutet, dass Strom in jedem Satz von Wicklungen 36 und 37 unabhängig gesteuert werden kann und von dem Strom in dem jeweils anderen Satz von Wicklungen 36 und 37 abweichen kann. Die Sätze von Wicklungen 36 und 37 können weiterhin Energie an den jeweils anderen Satz von Wicklungen 36 und 37 unter Verwendung einer magnetomotorischen Kraft, die von dem Motor 20 erzeugt wird, elektromagnetisch übertragen. Der Controller 34 kann die Weise, auf welche Leistung von jeder Energiequelle 22, 24 fließt, unabhängig steuern, um einen Sollleistungsfluss zu erreichen.In an exemplary embodiment, the
Die Verwendung eines Motors 20, der zwei elektrisch isolierte Sätze von Wicklungen 36 und 37 umfasst, die von zwei Energiequellen 22, 24 angetrieben werden, ist wünschenswert, speziell bei einem Kraftfahrzeug 10, das in einem hybriden/elektrischen Modus arbeitet, weil sie eine verbesserte Zuverlässigkeit bereitstellt. Wenn zum Beispiel eine erste Energiequelle 22, wie eine Batterie, in einem Kraftfahrzeug 10 aus irgendeinem Grund ausfällt (d.h. kaltes oder raues Wetter), kann der Motor 20 dennoch von der zweiten Energiequelle 24 unabhängig gestartet und angetrieben werden, wie nachstehend genauer erörtert wird.The use of a
Nun mit Bezug auf
Nun auf
Mit Bezug auf
Zudem werden Fachleute feststellen, dass ein mehrphasiger Motor 20 zusätzliche Vorteile gegenüber einer herkömmlichen Maschine mit weniger Phasen (d.h. dreiphasig) in Abhängigkeit von dem räumlichen Versatz der zwei Sätze von Wicklungen 36 und 37 in dem Stator bereitstellen kann. Zum Beispiel kann ein Variieren des räumlichen Versatzes zwischen den zwei Sätzen von Wicklungen 36 und 37 Luftspaltfluss-Oberwellen und entsprechende Drehmoment-Oberwellen und Rotorkupferverluste, welche von diesen Luftfluss-Oberwellen erzeugt werden, verringern oder beseitigen. Der räumliche Versatz der Wicklungen 36 und 37 und der Phasenverbindungen können variiert werden, um zu einer gewünschten Anwendung zu passen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind die Grundfrequenzen der zwei Wechselrichter 38 und 40 gleich, was zu einer sinusförmigeren Feldverteilung und einem sinusförmigeren Strom führt.Additionally, those skilled in the art will find that a
Wieder auf
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die erste Phase (a) des ersten Satzes von Wicklungen 36 des Motors 20 an entgegengesetzten Enden derselben zwischen die Schalter des Schalterpaars 42 in dem ersten Wechselrichter 38 und die zweite Phase (b) an den ersten Neutralpunkt 39 elektrisch geschaltet. Die zweite Phase (b) des ersten Satzes von Wicklungen 36 ist zwischen die Schalter des Paars 44 in dem ersten Wechselrichter 38 und den ersten Neutralpunkt 39 wie gezeigt geschaltet. Der erste Neutralpunkt 39 ist zwischen die Schalter des Paars 46 geschaltet. Auf ähnliche Weise können die zwei Phasen (c, d) des zweiten Satzes von Wicklungen 37 wie gezeigt zwischen die Schalter der Paare 48, 50 und 52 und einen zweiten Neutralpunkt 41 geschaltet sein. Zudem kann bei einer alternativen Ausführungsform die negative Sammelleitung der zwei Energiequellen 22, 24 auch verbunden sein, um einen (nicht gezeigten) gemeinsamen Negativpunkt zu schaffen.In an exemplary embodiment, the first phase (a) of the first set of
Bei dieser Konfiguration können, da die Energiequellen 22, 24 elektrisch isoliert sind, Energiequellen 22, 24 mit verschiedenen Spannungspegeln, Leistungsklassifizierungen, Betriebskennlinien etc. gleichzeitig verwendet werden. Dies ist im Vergleich mit anderen Wechselrichtersystemen besonders vorteilhaft, bei denen es aus praktischen Gründen notwendig ist, dass die Energiequellen 22, 24 nahezu identisch sind. Zum Beispiel kann in diesem Fall eine Hochspannungsquelle (≥ 100 V), wie eine Brennstoffzelle, gleichzeitig mit einer 12 V Batterie verwendet werden, um den Motor 20 anzutreiben.In this configuration, since the
Noch mit Bezug auf
Wieder mit Bezug auf
Im Betrieb wird das Kraftfahrzeug 10 betrieben, indem Leistung an die Räder 16 mit dem Elektromotor 20 geliefert wird, welcher Leistung von der ersten Energiequelle 22 und der zweiten Energiequelle 24 abwechselnd und/oder von der ersten Energiequelle 22 und der zweiten Energiequelle 24 gleichzeitig empfängt. Um den Motor 20 mit Leistung zu versorgen, wird DC-Leistung von der ersten Energiequelle 22 und der zweiten Energiequelle 24 an den ersten und zweiten Wechselrichter 38 bzw. 40 geliefert, welche die DC-Leistung in AC-Leistung umwandeln, wie in der Technik allgemein verstanden wird. Der erste und zweite Wechselrichter 38 und 40 erzeugen AC-Spannungen an den Wicklungen 36 und 37 (oder Phasen). Wie allgemein verstanden wird, hängen die an den Wicklungen 36 und 37 des Motors 20 erforderlichen Spannungen von der Drehzahl, dem befohlenen Drehmoment (d.h. befohlenen Synchronrahmenströmen) und anderen Motorparametern ab.In operation, the
Der Controller 34 stellt einen Steuerungsalgorithmus bereit, der einen Sollleistungsfluss zwischen der ersten und zweiten Energiequelle 22, 24 erreicht, während das befohlene Drehmoment in dem Motor 20 erzeugt wird. Obwohl es nicht gezeigt ist, empfängt das Steuerungssystem 60 einen Drehmomentbefehl für den Motor 20, aus welchem der Controller 34 Leistungsbefehle für die erste Energiequelle 22 (und/oder den ersten Wechselrichter 38) und die zweite Energiequelle 24 (und/oder den zweiten Wechselrichter 40) sowie Synchronrahmenströme für die Wicklungen 36 und 37 in dem Motor 20 ermitteln kann.The
Wenn der Motor 20 die maximale Leistungsausgabe einer Energiequelle 22 oder 24 nicht benötigt, kann die zusätzliche Leistung aus der Energiequelle 22 oder 24 verwendet werden, um die jeweils andere Energiequelle 22 oder 24 aufzuladen. Zu Veranschaulichungszwecken und der Kürze halber wird erörtert, dass die erste Energiequelle 22 überschüssige Leistung erzeugt, um die zweite Energiequelle 24 aufzuladen, jedoch werden Fachleute erkennen, dass zahlreiche alternative Sollleistungsflüsse möglich sind und diese Unterscheidung nicht einschränkt, sondern nur zu Hinweiszwecken gemacht wurde.When the
Nun mit Bezug auf
Bei einem weiteren Betriebsmodus kann die erste Energiequelle 22 die Fähigkeit aufweisen, einen überschüssigen Leistungsbetrag zu liefern (d.h. eine Reserveleistung) zusätzlich zu der Leistung, die von dem Motor 20 benötigt wird, um ein befohlenes Drehmoment zu erzeugen. Die überschüssige Leistung kann an die zweite Spannungsquelle 24 geliefert werden und von dieser gespeichert werden, und kann wegen der in
Bei einem dritten Betriebsmodus kann die erste Energiequelle 22 aus irgendeinem Grund ausfallen (d.h. kalte Temperaturen oder raues Wetter). Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die zweite Energiequelle 24 so entworfen sein, dass sie bei rauem Wetter oder kalten Temperaturen arbeitet. Zum Beispiel kann eine Lithium-Ionen-Batterie, welche bei kalten Temperaturen arbeitet, als die zweite Energiequelle 24 gewählt werden, während die erste Energiequelle 22 eine herkömmliche Bleisäurebatterie sein kann. Der Controller 34 kann die Unfähigkeit der ersten Energiequelle 22, Leistung bereitzustellen, detektieren und einen Leistungsfluss von der zweiten Energiequelle 24 an den Motor 20 steuern, indem das doppelseitige Wechselrichtersystem 32 so moduliert wird, dass es einen effektiven Neutralpunkt des Motors 20 erzeugt.In a third mode of operation, the
Viele Spannungskombinationen an den Wicklungen 36 und 37 können das benötigte Drehmoment in dem Motor 20 erzeugen und einen Sollleistungsfluss an die (oder aus den) Energiequellen 22, 24 und den Motor 20 erreichen. Ein optimaler Arbeitspunkt ermittelt die Modulationsspannung an den Anschlüssen der Wechselrichter 38 und 40. Fachleute werden feststellen, dass Bedingungen zur Ermittlung eines optimalen Arbeitspunkts dem Konstrukteur überlassen werden und in Abhängigkeit von der Anwendung, für welche der Motor 20 verwendet wird, zusammen mit den gewählten Typen der Energiequellen 22, 24 variieren werden. Fachleute werden feststellen, dass das Steuerungssystem 60 weiter modifiziert werden kann, um geeignete Rückkopplungssignale und andere in der Technik bekannte Verfahren aufzunehmen, um die Wechselrichter 38 und 40 zu steuern, welche nicht im Umfang dieser Offenbarung liegen.Many combinations of voltages on the
Ein Vorteil des Systems und/oder Verfahrens, das voranstehend beschrieben wurde, besteht darin, dass das elektrische System, das verwendet wird, um den Motor 20 durch zwei separate Energiequellen 22, 24 mit Leistung zu versorgen, wesentlich vereinfacht ist, da ein herkömmlicher DC/DC-Leistungswandler nicht benötigt wird. Ein Verwenden der voranstehend beschriebenen Konfiguration eröffnet die Möglichkeit zur Verwendung von zwei Energiequellen 22, 24 mit verschiedenen Spannungspegeln und Betriebskennlinien. Zudem ermöglicht in einer Situation, bei der eine der Quellen 22, 24 aus irgendeinem Grund (d.h. extrem kalte Temperaturen) nicht verfügbar ist, das doppelseitige Wechselrichtersystem 32 das Betreiben eines Motors 20 oder den Kaltstart eines Kraftfahrzeugs 10 unter Verwendung nur einer Energiequelle 22, 24. Die Leistungsfähigkeit des Motors 20 ist jedoch, wie voranstehend beschrieben ist, nicht beeinträchtigt, da das befohlene Drehmoment dennoch in dem Motor 20 erzeugt werden kann, wobei ermöglicht wird, dass überschüssige Leistung zwischen den Energiequellen 22, 24 fließt.An advantage of the system and/or method described above is that the electrical system used to power the
Andere Ausführungsformen können das voranstehend beschriebene System und Verfahren bei verschiedenen Typen von Kraftfahrzeugen, verschiedenen Fahrzeugen (z.B. Wasserfahrzeuge und Flugzeuge) oder insgesamt bei verschiedenen elektrischen Systemen verwenden, da es/sie bei jeder Situation implementiert werden kann/können, bei der sich die Spannungen der zwei Quellen dynamisch über einen weiten Bereich ändern. Der Motor 20 und die Wechselrichter 38 und 40 können andere Phasenzahlen aufweisen und die hierin beschriebenen Systeme sollen nicht so aufgefasst werden, dass sie auf einen vierphasigen Entwurf beschränkt sind. Andere Formen von Energiequellen 22, 24, wie Stromquellen, und Lasten können verwendet werden, welche Diodengleichrichter, Thyristorwandler, Brennstoffzellen, Induktivitäten, Kondensatoren und/oder eine beliebige Kombination daraus umfassen.Other embodiments may use the system and method described above on different types of automobiles, different vehicles (e.g., watercraft and aircraft), or on different electrical systems overall, as it can be implemented in any situation where the voltages of the two sources dynamically change over a wide range. The
Der Kürze halber kann es sein, dass herkömmliche Techniken mit Bezug auf Signalverarbeitung, Datenübertragung, Signalisierung, Netzwerksteuerung und andere funktionale Aspekte der Systeme (und der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) hierin nicht im Detail beschrieben sind. Darüber hinaus sind die in den verschiedenen hierin enthaltenen Figuren gezeigten Verbindungslinien zur Darstellung beispielhafter funktionaler Beziehungen und/oder physikalischer Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen gedacht. Es wird angemerkt, dass bei einer Ausführungsform des Gegenstands viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen oder physikalische Verbindungen vorhanden sein können.For brevity, conventional techniques relating to signal processing, data transmission, signaling, network control, and other functional aspects of the systems (and the individual operating components of the systems) may not be described in detail herein. In addition, the connecting lines shown in the various figures included herein are intended to illustrate exemplary functional relationships and/or physical couplings between the various elements. It is noted that many alternative or additional functional relationships or physical connections may be present in an embodiment of the subject matter.
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