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Title:
METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING AN INVERTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/001596
Kind Code:
A1
Abstract:
Method (100) and apparatus (220) for controlling an inverter (310). In order to supply an electrical machine (210), the inverter (310) converts an input voltage, in particular a DC voltage, from an energy source (230) into an output voltage, in particular a multiphase AC voltage, in a pulse-width-modulated manner using a predefined switching frequency (TF). Conversely, in order to charge the energy source (230), the inverter (310) converts an input voltage, in particular a multiphase AC voltage, generated by the rotating electrical machine (210) into an output voltage, in particular a DC voltage, in a pulse-width-modulated manner using the predefined switching frequency (TF). During the pulse width modulation, switching elements of the inverter (310) are actuated using the predefined switching frequency (TF) which is a multiple of the electrical frequency (EF) of the electrical machine (210). The apparatus (220) is set up to carry out the following method steps: determining (120) a parameter (P) of the electrical machine (210); determining (130) the switching frequency (TF) to be predefined on the basis of the determined parameter (P), and predefining (140) the switching frequency (TF) for controlling the inverter (310).

Inventors:
UZAN, Tankut (Lindenstrasse 93, Tamm, 71732, DE)
Application Number:
EP2017/059599
Publication Date:
January 04, 2018
Filing Date:
April 24, 2017
Export Citation:
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Assignee:
ROBERT BOSCH GMBH (Postfach 30 02 20, Stuttgart, 70442, DE)
International Classes:
H02P29/02; H02P8/36; H02P29/032
Foreign References:
US20100320953A12010-12-23
US20110089875A12011-04-21
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren (100) zur Ansteuerung eines Wechselrichters (310), wobei der Wechselrichter (310) zur Versorgung einer elektrischen Maschine (210) eine Eingangsspannung, insbesondere eine Gleichspannung einer Energiequelle (230) pulsweitenmoduliert mit einer vorgegebenen Schaltfrequenz (TF) in eine Ausgangsspannung, insbesondere eine mehrphasige Wechselspannung, wandelt,

oder umgekehrt der Wechselrichter (310) zur Ladung der Energiequelle (230) eine seitens der sich drehenden elektrischen Maschine (210) generierte Eingangsspannung, insbesondere eine mehrphasige Wechselspannung, pulsweitenmoduliert mit der vorgegebenen Schaltfrequenz (TF) in eine Ausgangspannung, insbesondere eine Gleichspannung, wandelt;

wobei bei der Pulsweitenmodulation Schaltelemente des Wechselrichters (310) mit der vorgegebenen Schaltfrequenz (TF) betätigt werden, die ein Vielfaches der elektrischen Frequenz (EF) der elektrischen Maschine (210) beträgt;

mit den Schritten:

Ermitteln (120) eines Parameters (P) der elektrischen Maschine (210);

Ermitteln (130) der vorzugebenden Schaltfrequenz (TF) in Abhängigkeit des ermittelten Parameters (P) und

Vorgeben (140) der Schaltfrequenz (TF) für die Ansteuerung des Wechselrichters (310).

2. Verfahren nach Anspruch 1

wobei die vorzugebende Schaltfrequenz (TF) kontinuierlich und/ oder variabel einstellbar ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche

wobei der Parameter (P) der elektrischen Maschine (210) ein die Drehzahl (D) oder die elektrische Frequenz (EF) der elektrischen Maschine (210) charakterisierender Parameter ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei das Ermitteln (130) der vorzugebenden Schaltfrequenz (TF) eine Berechnung (132) der vorzugebenden Schaltfrequenz (TF) in Abhängigkeit des ermittelten Parameters (P) umfasst.

5. Verfahren nach Anspruch 4,

wobei die vorzugebende Schaltfrequenz (TF) das n-fache des ermittelten Parameters (P) beträgt. 6. Verfahren nach Anspruch 5,

wobei der Wechselrichter ein m-phasiger Wechselrichter ist und wobei n einen

Wert zwischen 2*m und 12*m aufweist

und insbesondere ganzzahlig und/ oder konstant ist. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche

wobei die vorzugebende Schaltfrequenz (TF) größer als eine untere Grenzfrequenz (GU F) eines Frequenzbereiches und kleiner als eine obere Grenzfrequenz (GOF) des Frequenzbereiches ist. 8. Verfahren nach Anspruch 7

wobei das Ermitteln (130) der vorzugebenden Schaltfrequenz (TF) einen Vergleich (134) der ermittelten vorzugebenden Schaltfrequenz (TF) mit der unteren Grenzfrequenz (GU F) und der oberen Grenzfrequenz (GOF) des Frequenzbereiches umfasst und

falls die vorzugebende Schaltfrequenz (TF) kleiner als die untere Grenzfrequenz

(GU F) ist, als vorzugebende Schaltfrequenz (TF) die untere Grenzfrequenz (GU F) vorzugeben und

falls die vorzugebende Schaltfrequenz (TF) größer als die obere Grenzfrequenz (GOF) ist, als vorzugebende Schaltfrequenz (TF) die obere Grenzfrequenz (GOF) vorzugeben.

9. Computerprogramm, das eingerichtet ist, das Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1-8 auszuführen. 10. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.

11. Vorrichtung (220) zur Ansteuerung eines Wechselrichters (310), wobei der Wechselrichter (310) zur Versorgung einer elektrischen Maschine (210) eine Eingangsspannung, insbesondere Gleichspannung, von einer Energiequelle (230) pulsweitenmoduliert mit einer vorgegebenen Schaltfrequenz (TF) in eine Ausgangsspannung, insbesondere eine mehrphasige Wechselspannung, wandelt,

oder umgekehrt zur Ladung der Energiequelle (230) eine seitens der sich drehenden elektrischen Maschine (210) generierte Eingangsspannung, insbesondere eine mehrphasige Wechselspannung, pulsweitenmoduliert mit der vorgegebenen Schaltfrequenz (TF) in eine Ausgangsspannung, insbesondere eine Gleichspannung, wandelt;

wobei bei der Pulsweitenmodulation Schaltelemente des Wechselrichters (310) mit der vorgegebenen Schaltfrequenz (TF) betätigt werden, die ein Vielfaches der elektrischen Frequenz (EF) der elektrischen Maschine (210) beträgt;

mit einer Steuerung zur Ansteuerung des Wechselrichters (310), wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist,

einen Parameter (P) der elektrischen Maschine (210) zu ermitteln;

die vorzugebende Schaltfrequenz (TF) in Abhängigkeit des ermittelten Parameters (P) zu ermitteln und

die Schaltfrequenz (TF) für die Ansteuerung des Wechselrichters (310) vorzugeben.

Antriebsstrang (300) mit einer Vorrichtung (220) gemäß Anspruch 11.

13. Fahrzeug (400) mit einem Antriebsstrang (300) nach Anspruch 12.

Description:
Beschreibung Titel

Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines Wechselrichters

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Wechselrichters. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einer entsprechenden Vorrichtung und ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang sowie ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.

Stand der Technik

Aus der DE 10 2011 081 216 ist ein Verfahren zum Ansteuern einer elektrischen Drehstrommaschine bekannt, wobei die elektrische Drehstrommaschine mittels eines Wechselrichters mehrphasig bestromt wird. Der Wechselrichter wird in einem ersten Drehzahlbereich der Drehstrommaschine in einem ersten Ansteue- rungsmodus angesteuert und in einem zweiten Drehzahlbereich in einem zweiten Ansteuerungsmodus. Vorteilhaft wird damit ein effizienter Betrieb in unterschiedlichen Drehzahlbereichen erreicht. Es besteht das Bedürfnis derartige Verfahren weiter zu verbessern und/oder alternative Verfahren zur weiteren Reduktion von Verlusten beim Betrieb elektrischer Maschinen bereitzustellen.

Offenbarung der Erfindung Es wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines Wechselrichters bereitgestellt. Der

Wechselrichter wandelt zur Versorgung einer elektrischen Maschine eine Eingangsspannung, insbesondere eine Gleichspannung, einer Energiequelle puls- weitenmoduliert mit einer vorgegebenen Schaltfrequenz in eine Ausgangsspannung, insbesondere eine mehrphasige Wechselspannung. Oder der Wechsel- richter wandelt umgekehrt zur Ladung der Energiequelle eine seitens der sich drehenden elektrischen Maschine generierte Eingangsspannung, insbesondere mehrphasige Wechselspannung, pulsweitenmoduliert mit der vorgegebenen Schaltfrequenz in eine Ausgangspannung, insbesondere eine Gleichspannung. Bei der Pulsweitenmodulation werden Schaltelemente des Wechselrichters mit der vorgegebenen Schaltfrequenz betätigt, so dass eine Eingangsgleichspannung in eine dreiphasige Ausgangsspannung mit veränderlicher Amplitude, Phase und Frequenz umgesetzt wird oder umgekehrt eine dreiphasige Ausgangsspannung in eine Gleichspannung umgesetzt wird. Die vorgegebene Schaltfrequenz beträgt ein Vielfaches der elektrischen Frequenz, insbesondere der elektrischen Drehfrequenz, der elektrischen Maschine. Das Verfahren umfasst die Schritte: Ermitteln eines Parameters der elektrischen Maschine, Ermitteln der vorzugebenden Schaltfrequenz in Abhängigkeit des ermittelten Parameters und Vorgeben der Schaltfrequenz für die Ansteuerung des Wechselrichters.

Wechselrichter werden zur Versorgung einer elektrischen Maschine pulsweitenmoduliert mit einer vorgegebenen, üblicherweise konstanten, Schaltfrequenz betrieben, um eine Eingangsspannung, insbesondere Gleichspannung, einer Energiequelle in eine Ausgangsspannung, insbesondere eine mehrphasige Wechselspannung, zu wandeln. Umgekehrt werden Wechselrichter zur Ladung einer Energiequelle pulsweitenmoduliert mit einer vorgegebenen, üblicherweise konstanten, Schaltfrequenz betrieben, um eine seitens der sich drehenden elektrischen Maschine generierte Eingangsspannung, insbesondere mehrphasige Wechselspannung, in eine Ausgangsspannung, insbesondere eine Gleichspannung, zu wandeln. Bei der Pulsweitenmodulation werden die Schaltelemente des Wechselrichters mit der vorgegebenen, üblicherweise konstanten, Schaltfrequenz betätigt. Durch das abrupte Zu- und Abschalten der anliegenden Eingangsspannung ergibt sich eine abrupt an- und absteigende Ausgangsspannung. Aus diesen nacheinander durchgeführten dynamischen Schaltvorgängen ergibt sich bei der Spannungswandlung ein gemittelter Ausgangsspannungsverlauf. Die vorgegebene Schaltfrequenz ist üblicherweise konstant und deutlich größer als die elektrische Frequenz der elektrischen Maschine. Beispielsweise beträgt eine übliche Schaltfrequenz eines Wechselrichters 10 kHz. Sie beträgt somit stets ein Vielfaches der elektrischen Frequenz der elektrischen Maschine damit sich bei der Spannungswandlung ein möglichst gleichmäßiger Spannungsverlauf, beispielsweise idealerweise sinusförmig oder gleichförmig, der resultierenden Aus- gangsspannung ergibt. Für das Verfahren zur Ansteuerung des Wechselrichters wird zunächst ein Parameter der elektrischen Maschine ermittelt. Dieser Parameter kann direkt oder indirekt ermittelt werden. Eine Ermittlung ist somit beispielsweise unmittelbar direkt an der elektrischen Maschine möglich, beispielsweise eine Ermittlung der Drehzahl der elektrischen Maschine als Parameter der elektrischen Maschine. Indirekt ist eine Ermittlung beispielsweise an einem Antriebsstrang oder an einer anderen Stelle möglich, an der ein Wert ermittelt werden kann, der mit dem Parameter der elektrischen Maschine korreliert, beispielsweise die Drehzahl einer Antriebswelle des Antriebsstrangs. In Abhängig- keit des ermittelten Parameters wird die vorzugebende Schaltfrequenz ermittelt.

Insbesondere wird eine Schaltfrequenz vorgegeben, die mit dem Parameter korreliert. Beispielsweise wird mit steigender Drehzahl der elektrischen Maschine eine höhere Schaltfrequenz vorgegeben und mit geringer werdender Drehzahl eine geringere Schaltfrequenz vorgegeben. Für die Ansteuerung des Wechsel- richters wird nun die Schaltfrequenz vorgegeben, insbesondere wird die Schaltfrequenz einer Steuereinheit zur Ansteuerung des Wechselrichters vorgegeben. Vorteilhaft wird ein Verfahren zur Ansteuerung eines Wechselrichters bereitgestellt, welches eine Reduzierung der Verluste beim Betrieb des Wechselrichters ermöglicht. Damit werden auch die entstehenden Temperaturen im Wechselrich- ter reduziert.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die vorzugebende Schaltfrequenz kontinuierlich und/oder variabel einstellbar. Die vorzugebende Schaltfrequenz kann zeitlich kontinuierlich während des Betriebs des Wechselrichters variabel eingestellt werden. Die Höhe der Schaltfrequenz kann dabei kontinuierlich, also stufenlos, und/oder variabel eingestellt werden. Es besteht die Möglichkeit, die Schaltfrequenz, also die Häufigkeit der Betätigung der Schaltelemente, beliebig kontinuierlich und/oder variabel einzu- stellen. Je häufiger die Schaltelemente des Wechselrichters betätigt werden, umso mehr Schaltverluste treten in dem Wechselrichter auf und führen zur Erwärmung des Wechselrichters. Dementsprechend wird die vorzugebende Schaltfrequenz möglichst niedrig eingestellt, damit die Schaltelemente möglichst selten betätigt werden. Vorteilhaft wird ein alternatives Verfahren zur Ansteuerung eines Wechselrichters für einen verlustarmen Betrieb bereitgestellt. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der zu ermittelnde Parameter der elektrischen Maschine ein Parameter, der die Drehzahl oder die elektrische Frequenz der elektrischen Maschine charakterisiert.

Es wird ein Parameter ermittelt mittels dem eine Information über die Drehzahl oder die damit korrelierende elektrische Frequenz der elektrischen Maschine ermittelt werden kann. Somit kann als Parameter direkt die Drehzahl der elektrischen Maschine oder auch eine Drehzahl einer mit der elektrischen Maschine mechanisch verbundenen Welle ermittelt werden. Alternativ kann beispielsweise auch indirekt mittels der Auswertung der Versorgungsspannung oder der Ströme der elektrischen Maschine oder der Auswertung des Strom/Spannungsverlaufes auf der Gleichspannungsseite des Wechselrichters auf die Drehzahl der elektrischen Maschine geschlossen werden. Mit der Erhöhung der Drehzahl der elektrischen Maschine steigt auch die elektrische Frequenz der elektrischen Maschine. Die elektrische Frequenz der elektrischen Maschine ergibt sich aus der Multiplikation der Drehzahl der elektrischen Maschine mit der Polpaarzahl der elektrischen Maschine. Mit steigender elektrischer Frequenz steigt auch die Grundfrequenz der Ausgangsspannung des Wechselrichters, die zur elektrischen Versorgung der elektrischen Maschine seitens des Wechselrichters generiert wird. Für einen gleichmäßigen Ausgangsspannungsverlauf wird daher beispielsweise mit steigender Drehzahl der elektrischen Maschine die vorzugebende Schaltfrequenz erhöht. Vorteilhaft wird ein Parameter bereitgestellt, welcher einen verlustarmen Betrieb eines Wechselrichters und einen komfortablen Betrieb einer elektrischen Maschine ermöglicht.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung, umfasst das Ermitteln der vorzugebenden Schaltfrequenz eine Berechnung der Schaltfrequenz in Abhängigkeit des ermittelten Parameters.

Die vorzugebende Schaltfrequenz wird in Abhängigkeit des ermittelten Parameters berechnet. Das Verfahren steuert Mittel an, die in Abhängigkeit des ermittelten Parameters die Schaltfrequenz berechnen. Diese Schaltfrequenz kann beispielsweise berechnet oder aus einem Kennfeld ausgelesen werden. Vorteilhaft wird ein Verfahren zur Ermittlung der vorzugebenden Schaltfrequenz bereitgestellt.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung beträgt die vorzugebende Schaltfrequenz das n-fache des ermittelten Parameters.

Die vorzugebende Schaltfrequenz beträgt ein Vielfaches, beispielsweise das n- fache, des ermittelten Parameters. Beispielsweise wird als Schaltfrequenz für einen gleichmäßigen Ausgangsspannungsverlauf ein ganzzahliges Vielfaches der elektrischen Frequenz der elektrischen Maschine vorgegeben. Da die vorzugebende Schaltfrequenz größer als der ermittelte Parameter ist, wird ein gleichmäßiger Ausgangsspannungsverlauf ermöglicht. Vorteilhaft wird ein optimiertes Verfahren zur Vorgabe der Schaltfrequenz bereitgestellt.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Wechselrichter ein m- phasiger Wechselrichter und der Wert n weist einen Wert zwischen 2*m und 12*m auf. Insbesondere ist n konstant und/oder ganzzahlig.

Für einen gleichmäßigen Stromverlauf haben sich bei einem m-phasigen Wechselrichter, der dazu eingerichtet ist, eine Gleichspannung in eine m-phasige Wechselspannung zu wandeln, Werte für n zwischen 2*m und 12*m bewährt. Mit ansteigendem Wert n reduzieren sich die Spannungsrippel die bei der Spannungswandlung ein- und ausgangsseitig entstehen. Insbesondere ist die Ansteuerung mittels der Schaltelemente im Wechselrichter symmetrischer, wenn für n ein Wert gewählt wird, der einem Vielfachen von 2*m entspricht. Die Verwendung eines ganzzahligen Wertes für n vereinfacht die Ermittlung der vorzugebenden Schaltfrequenz. Das Verfahren wird weiter vereinfacht, wenn für die Ansteuerung des Wechselrichters ein konstanter Wert von n verwendet wird. Insbesondere wird die Spannung einer Phase der mehrphasigen Ausgangsspannung stets mit der gleichen Anzahl an Modulationspunkten erzeugt, falls der Wechselrichter mit einem konstanten Wert für n betrieben wird. Modulationspunkte sind in diesem Zusammenhang die Zeitpunkte der Betätigung der Schaltelemente des Wechselrichters, wenn dieser mit der Schaltfrequenz betrieben wird. Vorteilhaft werden Vorgaben für den Wert n bereitgestellt. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die vorzugebende Schaltfrequenz größer als eine untere Grenzfrequenz eines Frequenzbereiches und kleiner als eine obere Grenzfrequenz des Frequenzbereiches.

Es ist ein Frequenzbereich vorgesehen, der sich zwischen einer unteren Grenzfrequenz und einer oberen Grenzfrequenz erstreckt. Die vorzugebende Schaltfrequenz wird aus diesem Frequenzbereich ausgewählt. Vorzugebende Schaltfrequenzen, die kleiner als die untere Grenzfrequenz sind, führen zu ungleichmäßigen Spannungsverläufen und einem unkomfortablen Lauf der elektrischen Maschine. Vorzugebende Schaltfrequenzen, die größer als eine obere Grenzfrequenz sind, führen zu hohen Verlusten sowie Überspannungen und elektromagnetischer Strahlung. Diese Bereiche werden daher bei der Vorgabe der Schaltfrequenzen vermieden. Ferner wird insbesondere die obere Grenze des Frequenzbereiches von der maximal möglichen Schaltfrequenz vorgegeben, beispielsweise 12 kHz bei der Verwendung von Silizium Halbleiterschaltern oder 20 oder 30 kHz bei der Verwendung von Silizium-Carbid Halbleiterschaltern als Schaltelemente im Wechselrichter. Die untere Grenze des Frequenzbereiches wird insbesondere über Betriebsbedingungen im Umfeld des Wechselrichters und der elektrischen Maschine vorgegeben. Mit sinkender Schaltfrequenz des Wechselrichters nehmen die Spannungsschwankungen auf der Gleichspannungsseite (Udc-Ripple) und auf der Wechselspannungsseite zu. Diese sind auf der Gleichspannungsseite nachteilig für zur Versorgung daran angeschlossener Verbraucher oder Gleichspannungswandler. Weiter erhöhen sich die elektromagnetischen und akustischen Emissionen. Auf der Wechselspannungsseite verstärkt sich die Akustik der versorgten elektrischen Maschine und die elektrische Maschine läuft zunehmend unkomfortabel und nicht mehr rund. So wird die untere Grenze insbesondere derart vorgegeben, dass während des Betriebs des Verfahrens keine der genannten Nachteile störend auftreten. Vorteilhaft wird ein effektiver Bereich für die vorzugebende Schaltfrequenz bereitgestellt.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Ermitteln der vorzugebenden Schaltfrequenz einen Vergleich der ermittelten vorzugebenden Schaltfrequenz mit der unteren Grenzfrequenz und der oberen Grenzfrequenz des Frequenzbereiches. Falls die vorzugebende Schaltfrequenz kleiner als die untere Grenzfrequenz ist wird die untere Grenzfrequenz als vorzugebende Schaltfrequenz vorgegeben und falls die vorzugebende Schaltfrequenz größer als die obere Grenzfrequenz ist wird die obere Grenzfrequenz als vorzugebende Schaltfrequenz vorgegeben.

Es wird ein Vergleich der ermittelten vorzugebenden Schaltfrequenz mit der unteren und der oberen Grenzfrequenz durchgeführt. Falls die vorzugebende Schaltfrequenz außerhalb des vorgesehenen Frequenzbereiches liegt, wird die vorzugebende Schaltfrequenz auf die untere oder die obere Grenzfrequenz eingestellt und vorgegeben, je nachdem welche Grenze überschritten wurde. Vorteilhaft wird ein optimiertes Verfahren zur Ermittlung der vorzugebenden Schaltfrequenz bereitgestellt.

Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das eingerichtet ist, die bisher beschriebenen Verfahren auszuführen.

Ferner umfasst die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das beschriebene Computerprogramm gespeichert ist.

Ferner umfasst die Erfindung eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Wechselrichters. Der Wechselrichter wandelt zur Versorgung einer elektrischen Maschine, eine Eingangsspannung, insbesondere eine Gleichspannung, von einer Energiequelle, pulsweitenmoduliert mit einer vorgegebenen Schaltfrequenz in eine Ausgangsspannung, insbesondere eine mehrphasige Wechselspannung, um. Oder der Wechselrichter wandelt umgekehrt zur Ladung der Energiequelle, eine seitens der sich drehenden elektrischen Maschine generierte Eingangsspannung, insbesondere eine mehrphasige Wechselspannung, pulsweitenmoduliert mit der vorgegebenen Schaltfrequenz in eine Ausgangsspannung, insbesondere eine Gleichspannung, um. Bei der Pulsweitenmodulation werden die Schaltelemente des Wechselrichters mit der vorgegebenen Schaltfrequenz betätigt. Die vorgegebene Schaltfrequenz beträgt ein Vielfaches der elektrischen Frequenz der elektrischen Maschine. Die Vorrichtung umfasst eine Steuerung zur Ansteuerung des Wechselrichters, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, einen Parameter der elektrischen Maschine zu ermitteln; die vorzugebende Schaltfrequenz in Abhängigkeit des ermittelten Parameters zu ermitteln, und die Schaltfrequenz für die Ansteuerung des Wechselrichters vorzugeben. Die Vorrichtung zur Ansteuerung des Wechselrichters ist dazu eingerichtet, zunächst einen Parameter der elektrischen Maschine zu ermitteln. Dieser Parameter kann direkt oder indirekt ermittelt werden. In Abhängigkeit des ermittelten Parameters wird mittels der Vorrichtung die vorzugebende Schaltfrequenz ermittelt. Die Vorrichtung gibt für die Ansteuerung des Wechselrichters die Schaltfrequenz vor, insbesondere mittels einer Steuereinheit der Vorrichtung zur Ansteuerung des Wechselrichters. Vorteilhaft wird eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Wechselrichters bereitgestellt, wobei der Wechselrichter derart angesteuert wird, dass dessen Verluste im Betrieb reduziert werden. Ebenso wird die beim Betrieb des Wechselrichters entstehende Wärme reduziert.

Ferner umfasst die Erfindung einen Antriebsstrang mit einer beschriebenen Vorrichtung. Ein derartiger Antriebsstrang dient beispielsweise dem Antrieb eines elektrischen Fahrzeugs. Er umfasst insbesondere eine Energiequelle oder Batterie, einen DC/DC-Wandler, einen Pulswechselrichter und/oder eine daran anschließbare elektrische Maschine. Mittels des Verfahrens und der Vorrichtung wird ein effizienter Betrieb des Antriebsstrangs ermöglicht.

Ferner umfasst die Erfindung ein Fahrzeug mit einem beschriebenen Antriebsstrang. Vorteilhaft wird somit ein Fahrzeug bereitgestellt, welches mittels des Verfahrens und der Vorrichtung effizient betrieben werden kann.

Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend auf die Vorrichtung bzw. den Antriebsstrang und das Fahrzeug und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen: Figur 1

ein schematisch dargestelltes Fahrzeug mit einem Antriebsstrang und einer Vorrichtung zur Ansteuerung eines Wechselrichters,

Figur 2

ein schematisch dargestelltes Verfahren zur Ansteuerung eines Wechselrichters, Figuren 3a, 3b und 3c

schematisch dargestellte Diagramme einer elektrischen Frequenz einer elektrischen Maschine und vorzugebenden Schaltfrequenzen.

Ausführungsformen der Erfindung

Die Figur 1 zeigt beispielhaft ein schematisch dargestelltes Fahrzeug 400 mit beispielsweise vier Rädern 410. Das Fahrzeug kann gleichermaßen ein zwei-, drei- oder mehrrädriges Landfahrzeug oder anderes Wasser- oder Luftfahrzeug sein. Das Fahrzeug 400 umfasst einen Antriebsstrang 300 mit einer Vorrichtung 220 zur Ansteuerung eines Wechselrichters 310. Weiter umfasst der Antriebsstrang insbesondere eine elektrische Energiequelle 230, insbesondere eine Batterie, Hochvoltbatterie oder Brennstoffzelle und/oder eine elektrische Maschine 210. Der Wechselrichter 310 wandelt die elektrische Energie aus der Energiequelle 230 in eine mehrphasige Wechselspannung zur Versorgung der elektrischen Maschine 210. Der Wechselrichter 310 wandelt diese Eingangsspannung pulsweitenmoduliert mit einer vorgegebenen Schaltfrequenz TF in eine mehrphasige Ausgangsspannung zur Versorgung der elektrischen Maschine 210 oder umgekehrt zur Ladung der Energiequelle. Die Schaltfrequenz TF wird mittels der Vorrichtung 220 zur Ansteuerung des Wechselrichters 310 vorgegeben. Hierzu ermittelt die Vorrichtung 220 einen Parameter P der elektrischen Maschine 210 und ermittelt die vorzugebende Schaltfrequenz TF in Abhängigkeit des ermittelten Parameters P. Die vorzugebende Schaltfrequenz TF wird seitens der Vorrichtung 220 zur Ansteuerung des Wechselrichters 310 vorgegeben.

Die Figur 2 zeigt ein schematisch dargestelltes Verfahren 100 zur Ansteuerung eines Wechselrichters 310. Im Schritt 110 startet das Verfahren. Im Schritt 120 wird ein Parameter P der elektrischen Maschine 210 ermittelt. In Schritt 130 wird in Abhängigkeit des ermittelten Parameters P eine vorzugebende Schaltfrequenz TF ermittelt. Hierzu wird insbesondere in Schritt 132 die vorzugebende Schaltfrequenz TF in Abhängigkeit des ermittelten Parameters P berechnet. In Schritt 134 wird insbesondere die ermittelte vorzugebende Schaltfrequenz TF mit einer unteren Grenzfrequenz GU F und eine oberen Grenzfrequenz GOF eines zulässigen Frequenzbereiches für die vorzugebende Schaltfrequenz TF, verglichen. Falls die vorzugebende Schaltfrequenz TF kleiner als die untere Grenzfrequenz GU F ist, wird als vorzugebende Schaltfrequenz TF die untere Grenzfrequenz GU F er- mittelt. Falls die vorzugebende Schaltfrequenz TF größer als die obere Grenzfrequenz GOF ist, wird als vorzugebende Schaltfrequenz TF die obere Grenzfrequenz GOF ermittelt. In Schritt 140 wird die Schaltfrequenz TF für die Ansteue- rung des Wechselrichters 310 vorgegeben. Mit Schritt 150 endet das Verfahren. Die Diagramme der Figuren 3a, 3b und 3c zeigen eine gemeinsame Zeitachse t und einen Phasenwinkel Phi in x-Richtung. In y-Richtung ist in Diagramm 3a beispielhaft ein Verlauf der Spannung U einer Phase der mehrphasigen Ausgangsspannung zur Versorgung der elektrischen Maschine 210 dargestellt. Der Verlauf der Spannung ist beispielsweise idealisiert sinusförmig dargestellt. Die darge- stellte Frequenz der Spannung entspricht beispielsweise der elektrischen Frequenz EF der elektrischen Maschine 210. Der ermittelte Parameter P korreliert mit der elektrische Frequenz EF der elektrischen Maschine 210. Insbesondere korreliert die elektrische Frequenz EF mit der Drehzahl der elektrischen Maschine 210. Das Diagramm 3b zeigt mit der zu der Figur 3a entsprechenden Zeitach- se t die Modulationspunkte, also die Zeitpunkte der Betätigung der Schaltelemente des Wechselrichters 310, wenn dieser mit der Schaltfrequenz TF betrieben wird. In dem Diagramm 3b entspricht die vorzugebende Schaltfrequenz TF der sechsfachen elektrischen Frequenz EF, also beispielsweise dem 2*m fachen der elektrischen Frequenz bei einem m-phasigen Wechselrichter, also einem 3 pha- sigen Wechselrichter. Das Diagramm 3c zeigt ein dem Diagramm 3b entsprechendes Diagramm, wobei die dort dargestellte Schaltfrequenz TF dem zwölffachen der elektrischen Frequenz EF entspricht, also beispielsweise dem 4*m fachen der elektrischen Frequenz bei einem 3-phasigen Wechselrichter oder dem 2*m fachen der elektrischen Frequenz bei einem 6 phasigen Wechselrichter. Je nach Applikation ist auszuwählen, welches, insbesondere beliebige, Vielfache der elektrischen Frequenz EF als vorzugebende Schaltfrequenz TF für die An- steuerung des Wechselrichters 310 und des Betriebs des Antriebsstrangs 300 sinnvoll ist. Die Spannung U einer Phase der mehrphasigen Ausgangsspannung wird stets mit der gleichen Anzahl an Modulationspunkten erzeugt, wenn der Wechselrichter 310 mit einem konstanten Vielfachen der elektrischen Frequenz

EF der elektrischen Maschine 210 als vorzugebende Schaltfrequenz TF betrieben wird. Mit Ansteigen der vorgegebenen Schaltfrequenz TF wächst die Häufigkeit der Betätigung der Schaltelemente des Wechselrichters 310 an und damit die Schaltverluste. Daher ist ein möglichst geringes Vielfaches der elektrischen Frequenz EF als vorzugebende Schaltfrequenz TF anzustreben bei der noch ein ausreichend gleichmäßiger Spannungsverlauf der Ausgangsspannung für einen komfortablen Betrieb des Antriebsstrangs ohne zu hohe elektrische Überspannungen und zu starken elektromagnetischen Emissionen möglich ist.