DE102021121936A1

DE102021121936A1 - Electrically or partially electrically driven vehicle with a current-controlled pulse-controlled inverter

Info

Publication number: DE102021121936A1
Application number: DE102021121936.1A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Barkow; Patrick Fuchs; Timijan Velic
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-08-24
Filing date: 2021-08-24
Publication date: 2023-03-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug aufweisend eine Traktionsbatterie, eine elektrische Maschine und aufweisend einen Pulswechselrichter (3) mit einem Leistungsteil (4) zur Umwandlung eines von der Traktionsbatterie bereitgestellten Gleichstroms in einen mehrphasigen Wechselstrom (6) zum Betreiben der elektrischen Maschine. Der Pulswechselrichter (3) ist als Stromregler ausgebildet, wobei einer oder mehrere der Phasenströme (6) des mehrphasigen Wechselstroms (6) die Regelgröße bilden. Der Pulswechselrichter (3) weist einen oder mehrere Stromsensoren (8) auf, wobei der eine oder die mehreren Stromsensoren (8) dazu eingerichtet sind, einen oder mehrere der Phasenströme (6) des mehrphasigen Wechselstroms (6) zu erfassen, wobei ein Ausgangssignal (9) des jeweiligen Stromsensors (8) über einen Signalübertragungsweg an den Controller (7) übertragen wird, wobei zumindest ein Abschnitt des Signalübertragungswegs als optischer Abschnitt (10) ausgebildet ist, wobei in dem optischen Abschnitt (10) die Signalübertragung optisch erfolgt.

The invention relates to an electrically or partially electrically driven vehicle having a traction battery, an electrical machine and having a pulse-controlled inverter (3) with a power unit (4) for converting a direct current provided by the traction battery into a multi-phase alternating current (6) for operating the electrical machine. The pulse-controlled inverter (3) is designed as a current controller, with one or more of the phase currents (6) of the polyphase alternating current (6) forming the controlled variable. The pulse-controlled inverter (3) has one or more current sensors (8), the one or more current sensors (8) being set up to detect one or more of the phase currents (6) of the polyphase alternating current (6), an output signal ( 9) of the respective current sensor (8) via a signal transmission path to the controller (7), at least one section of the signal transmission path being designed as an optical section (10), the signal transmission taking place optically in the optical section (10).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem stromgeregelten Pulswechselrichter.The present invention relates to an electrically or partially electrically driven vehicle with a current-controlled pulse-controlled inverter.

In einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug wird für den Betrieb der elektrischen Maschine ein Pulswechselrichter benötigt. Dieser konvertiert die Gleichspannung bzw. den Gleichstrom einer Traktionsbatterie in eine mehrphasige Wechselspannung bzw. einen mehrphasigen Wechselstrom für den Betrieb der elektrischen Maschine und übernimmt damit einhergehend die Regelung der elektrischen Maschine. Aus der EP 1 515 425 A2 ist eine elektrische Maschine sowie ein Inverter zur Ansteuerung der elektrischen Maschine bekannt. Weiteren Stand der Technik hinsichtlich eines Inverters und einer elektrischen Maschine offenbart die US 2017/0366118 A1 .In an electrically driven vehicle, a pulse-controlled inverter is required to operate the electric machine. This converts the DC voltage or the direct current of a traction battery into a multi-phase AC voltage or a multi-phase alternating current for the operation of the electrical machine and, at the same time, takes over the regulation of the electrical machine. From the EP 1 515 425 A2 an electrical machine and an inverter for controlling the electrical machine are known. Further prior art with regard to an inverter and an electric machine is disclosed in the U.S. 2017/0366118 A1 .

Eine Drehmomentanforderung wird durch den Pulswechselrichter durch Einstellen der entsprechenden Spannungen in einen erforderlichen Strom, nämlich mehrere Phasenströme, umgesetzt, welche in der angeschlossenen elektrischen Maschine zum gewünschten Drehmoment führen. In der Regel ist ein solcher Pulswechselrichter als Stromregler ausgebildet. Da auf den Strom geregelt wird, müssen ein oder mehrere der Phasenströme als Regelgröße erfasst werden. Dazu werden üblicherweise Stromsensoren verwendet, die nach verschiedenen Prinzipien arbeiten können. In der Regel wird der gemessene Strom in ein analoges Spannungssignal umgesetzt, das über einen in einem Controller des Pulswechselrichters integrierten Analog-Digital-Wandler eingelesen wird. Der Controller dient der Ansteuerung des Leistungsteils des Pulswechselrichters, wobei das Leistungsteil der eigentlichen Umwandlung des Gleichstroms in den mehrphasigen Wechselstrom dient. Zu diesem Zweck weist das Leistungsteil schaltbare Bauteile, bei denen es sich in der Regel um Halbleiter-Schalter handelt, auf. Bei den Halbleiter-Schaltern kann es sich beispielsweise um IGBTs, MOSFETs oder GTO-Thrystors handeln. Der Controller steuert das Leistungsteil mit entsprechenden Schaltsignalen für die schaltbaren Bauteile an. Problematisch für die korrekte Erfassung der Phasenströme bzw. der Übermittlung der gemessenen Phasenströme an den Controller zwecks Regelung ist, dass die in dem Leistungsteil geschalteten hohen Ströme bzw. Spannungen das Messsignal bzw. das Ausgangssignal des Stromsensors aufgrund von elektromagnetischer Wechselwirkung verfälschen können. Bspw. können die in dem Leistungsteil geschalteten hohen Ströme bzw. Spannungen starke Einkopplungen in elektrischen Abschnitten, bspw. elektrischen Leitungen, des Signalübertragungswegs vom Sensor zum Controller verursachen, die das Messsignal des Stromsensors verfälschen könne.A torque request is converted by the pulse-controlled inverter by setting the appropriate voltages into a required current, namely a plurality of phase currents, which lead to the desired torque in the connected electrical machine. As a rule, such a pulse-controlled inverter is designed as a current controller. Since regulation is based on the current, one or more of the phase currents must be recorded as a controlled variable. For this purpose, current sensors are usually used, which can work according to different principles. As a rule, the measured current is converted into an analog voltage signal, which is read in via an analog-to-digital converter integrated in a controller of the pulse-controlled inverter. The controller is used to control the power section of the pulse-controlled inverter, with the power section actually converting the direct current into the multi-phase alternating current. For this purpose, the power section has switchable components, which are usually semiconductor switches. The semiconductor switches can be IGBTs, MOSFETs or GTO thystors, for example. The controller controls the power section with appropriate switching signals for the switchable components. The problem for the correct detection of the phase currents or the transmission of the measured phase currents to the controller for the purpose of regulation is that the high currents or voltages switched in the power unit can falsify the measurement signal or the output signal of the current sensor due to electromagnetic interaction. For example, the high currents or voltages switched in the power unit can cause strong couplings in electrical sections, for example electrical lines, of the signal transmission path from the sensor to the controller, which can falsify the measurement signal of the current sensor.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem stromgeregelten Pulswechselrichter derart weiterzubilden, dass Verfälschungen eines Ausgangssignals von einem Stromsensor durch das Leistungsteil reduziert werden, um die Regelung zu verbessern.The object of the present invention is therefore to develop an electrically or partially electrically driven vehicle with a current-controlled pulse-controlled inverter in such a way that falsifications of an output signal from a current sensor by the power unit are reduced in order to improve control.

Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeug, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist, gelöst.This object is achieved by a vehicle having the features of patent claim 1.

Bei dem Fahrzeug handelt es sich um ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug, das eine Traktionsbatterie, eine elektrische Maschine und einen Pulswechselrichter mit einem Leistungsteil zur Umwandlung eines von der Traktionsbatterie bereitgestellten Gleichstroms in einen mehrphasigen Wechselstrom zum Betreiben der elektrischen Maschine aufweist. Der Pulswechselrichter umfasst einen Controller, wobei der Controller dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von einem angeforderten Drehmoment das Leistungsteil des Pulswechselrichters derart anzusteuern, dass das Leistungsteil den entsprechenden, mehrphasigen Wechselstrom ausgibt. Die Drehmomentanforderung kann beispielsweise mittels eines Antriebssteuergeräts an den Controller des Pulswechselrichters übermittelt werden. Der Pulswechselrichter ist als Stromregler ausgebildet, wobei ein oder mehrere Phasenströme des mehrphasigen Wechselstroms die Regelgröße bilden. Zu diesem Zweck weist der Pulswechselrichter einen oder mehrere Stromsensoren auf, wobei der eine oder die mehreren Stromsensoren dazu eingerichtet sind, einen oder mehrere der Phasenströme des mehrphasigen Wechselstroms zu erfassen, wobei ein Ausgangssignal des jeweiligen Stromsensors über einen Signalübertragungsweg an den Controller übertragen wird. Es ist vorgesehen, dass zumindest ein Abschnitt des Signalübertragungswegs als optischer Abschnitt ausgebildet ist, wobei in dem optischen Abschnitt die Signalübertragung optisch erfolgt.The vehicle is an electrically or partially electrically driven vehicle that has a traction battery, an electric machine and a pulse-controlled inverter with a power unit for converting a direct current provided by the traction battery into a multi-phase alternating current for operating the electric machine. The pulse-controlled inverter includes a controller, wherein the controller is set up to control the power part of the pulse-controlled inverter as a function of a requested torque in such a way that the power part outputs the corresponding multi-phase alternating current. The torque request can be transmitted to the controller of the pulse-controlled inverter, for example by means of a drive control unit. The pulse-controlled inverter is designed as a current regulator, with one or more phase currents of the multi-phase alternating current forming the controlled variable. For this purpose, the pulse-controlled inverter has one or more current sensors, with the one or more current sensors being set up to detect one or more of the phase currents of the polyphase alternating current, with an output signal of the respective current sensor being transmitted to the controller via a signal transmission path. Provision is made for at least one section of the signal transmission path to be in the form of an optical section, with the signal transmission taking place optically in the optical section.

Durch die Verwendung eines optischen Abschnitts, in dem die Signalübertragung optisch erfolgt, reduzieren sich die elektromagnetischen Einflüsse des Leistungsteils im Signalübertragungsweg, da ein optisches Signal durch die elektromagnetischen Einflüsse des Leistungsteils nicht oder zumindest in geringerem Maße verfälscht werden. Dadurch kann der Signalübertragungsweg trotz der elektromagnetischen Einflüsse des Leistungsteils relativ nahe am Leistungsteil vorbeigeführt werden, ohne dass das Leistungsteil das zur Regelung notwendige Signal verfälscht. Dadurch kann der Pulswechselrichter besonders kompakt gebaut werden. Ferner ist es nicht notwendig, besondere Abschirmmaßnahmen zu ergreifen, da der optische Abschnitt bzw. das in diesem optischen Abschnitt übertragene optische Signal nicht oder nur wenig von elektromagnetischen Feldern, wie sie im Bereich des Leistungsteils entstehen, beeinflusst werden. Dementsprechend kann im Gegensatz zu einem elektrischen Abschnitt des Signalübertragungswegs, in dem die Signalübertragung elektrisch erfolgt, auf besondere Abschirmmaßnahmen verzichtet werden.The use of an optical section in which the signal is transmitted optically reduces the electromagnetic influences of the power unit in the signal transmission path, since an optical signal is not corrupted by the electromagnetic influences of the power unit, or at least to a lesser extent. As a result, the signal transmission path can be routed relatively close to the power unit, despite the electromagnetic influences of the power unit, without the power unit falsifying the signal required for regulation. As a result, the pulse-controlled inverter can be constructed in a particularly compact manner. Furthermore, it is not necessary to take special shielding measures, since the optical section or the optical signal transmitted in this optical section is not or only slightly influenced by electromagnetic fields as they arise in the area of the power unit. Accordingly, in contrast to an electrical section of the signal transmission path, in which the signal transmission takes place electrically, special shielding measures can be dispensed with.

Vorzugsweise werden zumindest zwei Phasenströme, insbesondere sämtliche Phasenströme erfasst. Insbesondere ist für jeden der zu erfassenden Phasenströme jeweils ein Stromsensor vorgesehen.At least two phase currents, in particular all phase currents, are preferably detected. In particular, a current sensor is provided for each of the phase currents to be detected.

Der optische Abschnitt des Signalübertragungswegs ist insbesondere durch einen Lichtwellenleiter, beispielsweise eine Glasfaser, gebildet.The optical section of the signal transmission path is formed in particular by an optical waveguide, for example a glass fiber.

Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn angrenzend an den optischen Abschnitt ein sensorseitiger elektrisch-optischer Wandler, auch als elektrooptischer Wandler oder E/O-Wandler bezeichnet, angeordnet ist, zur Umwandlung eines elektrischen Ausgangssignals des Stromsensors in das optische Signal, und/oder wobei angrenzend an den optischen Abschnitt ein controllerseitig optisch-elektrischer Wandler, auch als optoelektrischer Wandler oder O/E-Wandler bezeichnet, angeordnet ist zur Umwandlung des optischen Signals in ein elektrisches Signal. Bei dem elektrisch-optischen Wandler kann es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode (LED) oder eine Laserdiode handeln. Bei dem optisch-elektrischen Wandler kann es sich beispielsweise um einen Fototransistor oder eine Fotodiode handeln.It is considered advantageous if a sensor-side electrical-optical converter, also referred to as an electro-optical converter or E/O converter, is arranged adjacent to the optical section, for converting an electrical output signal of the current sensor into the optical signal, and/or wherein an optical-electrical converter on the controller side, also referred to as an opto-electrical converter or O/E converter, is arranged adjacent to the optical section for converting the optical signal into an electrical signal. The electrical-to-optical converter can be, for example, a light-emitting diode (LED) or a laser diode. The optical-electrical converter can be a phototransistor or a photodiode, for example.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn angrenzend an den optischen Abschnitt ein sensorseitiger Analog-Optik-Wandler angeordnet ist, zur Umwandlung eines analogen elektrischen Ausgangssignals des Stromsensors in ein analoges optisches Signal. Insbesondere in diesem Zusammenhang wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn angrenzend an den optischen Abschnitt ein controllerseitiger Optik-Analog-Wandler angeordnet ist zur Umwandlung des analogen optischen Signals in ein analoges elektrisches Signal. Die Gestaltung mit einem sensorseitigen Analog-Optik-Wandler und einem controllerseitigen Optik-Analog-Wandler hat den Vorteil, dass die gesamte Signalübertragung rein analog aufgebaut werden kann, sodass keine Verzögerungszeiten durch digitale Wandlung und ggf. notwendige Handshake-Verfahren entstehen.It is considered to be particularly advantageous if an analog-to-optical converter on the sensor side is arranged adjacent to the optical section, for converting an analog electrical output signal of the current sensor into an analog optical signal. In this context in particular, it is considered to be particularly advantageous if a controller-side optics-to-analog converter is arranged adjacent to the optical section for converting the analog optical signal into an analog electrical signal. The design with a sensor-side analog-to-optical converter and a controller-side optics-to-analog converter has the advantage that the entire signal transmission can be set up in a purely analog manner, so that there are no delay times due to digital conversion and any handshake processes that may be necessary.

Es ist aber auch durchaus denkbar, dass angrenzend an den optischen Abschnitt ein sensorseitiger Digital-Optik-Wandler angeordnet ist zur Umwandlung eines digitalen elektrischen Ausgangssignals des Stromsensors in ein digitales optisches Signal. Insbesondere in diesem Zusammenhang wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn angrenzend an den optischen Abschnitt ein controllerseitiger Optik-Digital-Wandler angeordnet ist zur Umwandlung des digitalen optischen Signals in ein digitales elektrisches Signal.However, it is also entirely conceivable for a sensor-side digital-optical converter to be arranged adjacent to the optical section in order to convert a digital electrical output signal from the current sensor into a digital optical signal. In this context in particular, it is considered to be particularly advantageous if a controller-side optics-to-digital converter is arranged adjacent to the optical section for converting the digital optical signal into a digital electrical signal.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn der elektrisch-optische Wandler als Leuchtdiode oder Laserdiode ausgebildet ist oder eine Leuchtdiode oder Laserdiode aufweist.It is considered particularly advantageous if the electrical-to-optical converter is in the form of a light-emitting diode or laser diode or has a light-emitting diode or laser diode.

Der optisch-elektrische Wandler ist vorzugsweise als Fototransistor oder Fotodiode ausgebildet oder weist einen Fototransistor oder eine Fotodiode auf.The optical-electrical converter is preferably designed as a phototransistor or photodiode or has a phototransistor or a photodiode.

Es wird als vorteilhaft angesehen, wenn die Signalübertragung entlang des Signalübertragungswegs vom jeweiligen Stromsensor zu dem Controller ausschließlich analog erfolgt. Dadurch können Verzögerungszeiten durch digitale Wandlung und ggf. notwendige Handshake-Verfahren vermieden werden. Handshake-Verfahren dienen insbesondere zur Sicherstellung der Integrität der digitalen Signale, wobei Handshake-Verfahren in der Regel zusätzliche Laufzeiten verursachen.It is considered advantageous if the signal transmission along the signal transmission path from the respective current sensor to the controller takes place exclusively in analog form. In this way, delay times due to digital conversion and any necessary handshake procedures can be avoided. Handshake methods are used in particular to ensure the integrity of the digital signals, with handshake methods usually causing additional runtimes.

Der stromsensorseitige Wandler ist vorzugsweise möglichst nah an dem Stromsensor, insbesondere unmittelbar an dem Stromsensor, positioniert. Es ist durchaus denkbar, dass der stromsensorseitige Wandler integraler Bestandteil des Stromsensors ist.The converter on the current sensor side is preferably positioned as close as possible to the current sensor, in particular directly to the current sensor. It is quite conceivable that the converter on the current sensor side is an integral part of the current sensor.

Ferner wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der controllerseitige Wandler möglichst nah am Controller platziert ist, um die elektrische Signalstrecke zwischen diesem Wandler und dem Controller möglichst kurz zu halten. Es ist durchaus denkbar, dass der controllerseitige Wandler integraler Bestandteil des Controllers ist.Furthermore, it is considered advantageous if the controller-side converter is placed as close as possible to the controller in order to keep the electrical signal path between this converter and the controller as short as possible. It is quite conceivable that the controller-side converter is an integral part of the controller.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Controller eine Analog-Digital-Schnittstelle aufweist, wobei der Signalübertragungsweg mit der Analog-Digital-Schnittstelle des Controllers verbunden ist.A preferred embodiment provides for the controller to have an analog/digital interface, with the signal transmission path being connected to the analog/digital interface of the controller.

Es wird ferner als besonders vorteilhaft angesehen, wenn der optische Abschnitt für das dem jeweiligen Phasenstrom des mehrphasigen Wechselstroms zugeordnete Signal einen eigenen optischen Kanal aufweist, bspw. in Form von einem separaten Lichtwellenleiter.It is also considered particularly advantageous if the optical section for the signal assigned to the respective phase current of the multiphase alternating current has its own optical channel, for example in the form of a separate optical waveguide.

Es ist aber auch durchaus denkbar, mehrere Phasen in einem optischen Leiter, beispielsweise einem gemeinsamen Lichtwellenleiter, zusammenzufassen, beispielsweise durch Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen für die Signale der verschiedenen Phasenströme.However, it is also quite conceivable to have several phases in an optical conductor, for example a common optical waveguide, for example by using different wavelengths for the signals of the different phase currents.

Bei dem optischen Signal handelt es sich vorzugsweise um ein amplitudenmoduliertes und/oder frequenzmoduliertes und/oder pulsweitenmoduliertes optisches Signal.The optical signal is preferably an amplitude-modulated and/or frequency-modulated and/or pulse-width-modulated optical signal.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Signalübertragung des Ausgangssignals der Sensoren in demselben Lichtwellenleiter unter Verwendung unterschiedlicher Wellenlängen für verschiedene Phasenströme erfolgt.In a preferred embodiment it is provided that the signal transmission of the output signal of the sensors takes place in the same optical waveguide using different wavelengths for different phase currents.

Vorzugsweise beträgt eine Wellenlänge des optischen Signals 400 nm bis 780 nm. A wavelength of the optical signal is preferably 400 nm to 780 nm.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Wellenlänge des optischen Signals sich im Bereich des sichtbaren Lichts befindet.It is considered particularly advantageous if the wavelength of the optical signal is in the visible light range.

Das im optischen Abschnitt übertragene Licht, das der Signalübertragung dient, ist vorzugsweise unpolarisiert, wodurch Störeinflüsse durch den Faraday-Effekt vermieden werden. Es ist aber auch durchaus denkbar, dass die Polarisationsrichtung des Lichts in dem optischen Abschnitt für die mit dem Licht übertragenen Informationen des Signals keine Rolle spielt. Dadurch werden wiederum Störeinflüsse durch den Faraday-Effekt irrelevant für die mit dem Signal übertragene Information.The light transmitted in the optical section, which is used for signal transmission, is preferably unpolarized, as a result of which interference from the Faraday effect is avoided. However, it is also quite conceivable that the direction of polarization of the light in the optical section plays no role for the information of the signal transmitted with the light. This in turn means that interference from the Faraday effect becomes irrelevant for the information transmitted with the signal.

Insbesondere bei Verwendung eines amplitudenmodulierten optischen Signals wird es als vorteilhaft angesehen, wenn bei Verwendung des Systems eine Offset-Kompensation durchgeführt wird bzw. Korrekturwerte für die im Controller hinterlegten Kennlinien ermittelt werden, um Einflüsse durch Alterung der Bauteile oder Ähnliches zu kompensieren. Unter Amplitudenmodulation wird vorliegend die Anpassung der Leuchtstärke bzw. Lichtstärke verstanden, wobei die Modulation die Information trägt. Beispielsweise könnte bei einem höherem Phasenstrom eine Leuchtdiode heller leuchten als bei einem geringerem Phasenstrom.In particular when using an amplitude-modulated optical signal, it is considered advantageous if offset compensation is carried out when using the system or correction values for the characteristic curves stored in the controller are determined in order to compensate for influences due to aging of the components or the like. In the present case, amplitude modulation is understood to mean the adaptation of the luminosity or luminous intensity, with the modulation carrying the information. For example, a light-emitting diode could shine brighter with a higher phase current than with a lower phase current.

Die Verwendung einer Pulsweitenmodulation des Lichts hat sich als besonders vorteilhaft hinsichtlich einer besonders geringen Auswirkung von Alterungseffekten der verwendeten Bauteile erwiesen. Nachteilig ist jedoch die prinzipbedingte entstehende Verzögerungszeit bei der Auswertung der Pulsbreiten.The use of a pulse width modulation of the light has proven to be particularly advantageous with regard to a particularly low impact of aging effects on the components used. A disadvantage, however, is the inherent delay time that occurs when evaluating the pulse widths.

Bei Verwendung einer Frequenzmodulation wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn ein entsprechender Sender des optischen Signals eine in der Wellenlänge veränderliche Lichtquelle aufweist, beispielsweise die Lichtquelle als abstimmbarer Laser ausgebildet ist. Als Empfänger bzw. optisch-elektrischer Wandler wird in diesem Zusammenhang insbesondere ein Farbsensor verwendet.When using frequency modulation, it is considered particularly advantageous if a corresponding transmitter of the optical signal has a light source with a variable wavelength, for example the light source is designed as a tunable laser. In this context, a color sensor, in particular, is used as the receiver or optical-electrical converter.

In den nachfolgenden Figuren wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne auf dieses beschränkt zu sein. Es zeigen:

1 einen Antriebsstrang gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 einen Pulswechselrichter des Antriebsstrangs gemäß 1.

The invention is explained in more detail in the following figures using an exemplary embodiment, without being restricted to this. Show it:

1 a powertrain according to an embodiment of the present invention,
2 according to a pulse-controlled inverter of the drive train 1 .

Die 1 und 2 zeigen einen Antriebsstrang bzw. Komponenten des Antriebsstrangs eines als Elektrofahrzeug ausgebildeten Fahrzeugs in einer schematischen Darstellung. Der Antriebsstrang weist eine Traktionsbatterie 1, einen Pulswechselrichter 3 und eine elektrische Maschine 2 auf. Der Pulswechselrichter 3 dient der Ansteuerung der elektrischen Maschine 2, wobei der Pulswechselrichter 3 die elektrische Maschine 2 in Abhängigkeit von einem Signal 14, das ein Eingangssignal des Pulswechselrichters 3 darstellt, ansteuert. Bei dem Signal 14 handelt es sich um eine Drehmomentanforderung. Das Signal 14 kann beispielsweise von einem Antriebssteuergerät stammen.The 1 and 2 show a drive train or components of the drive train of a vehicle designed as an electric vehicle in a schematic representation. The drive train has a traction battery 1 , a pulse-controlled inverter 3 and an electric machine 2 . The pulse-controlled inverter 3 serves to control the electrical machine 2 , the pulse-controlled inverter 3 controlling the electrical machine 2 as a function of a signal 14 which represents an input signal of the pulse-controlled inverter 3 . Signal 14 is a torque request. The signal 14 can come from a drive control unit, for example.

Der Pulswechselrichter 3 weist ein Leistungsteil 4 zur Umwandlung eines von der Traktionsbatterie 1 bereitgestellten Gleichstroms 5 in einen mehrphasigen Wechselstrom 6 auf, zum Betreiben der elektrischen Maschine 2. Der Pulswechselrichter 3 weist zu diesem Zweck einen Controller 7 auf, wobei der Controller 7 dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit von dem angeforderten Drehmoment das Leistungsteil 4 des Pulswechselrichters 3 derart anzusteuern, dass das Leistungsteil 4 den entsprechen, mehrphasigen Wechselstrom 6 ausgibt. Zu diesem Zweck übermittelt der Controller 7 Schaltsignale 13 an das Leistungsteil 4. Diese Schaltsignale 13 dienen zur Ansteuerung der in dem Leistungsteil 4 verbauten Halbleiter-Schalter, bei denen es sich insbesondere um IGBTs, MOSFETs oder ähnliche Halbleiter-Schalter handeln kann. Das Leistungsteil 4 kann zusätzliche einen Zwischenkreiskondensator umfassen.The pulse-controlled inverter 3 has a power section 4 for converting a direct current 5 provided by the traction battery 1 into a multi-phase alternating current 6 for operating the electric machine 2. The pulse-controlled inverter 3 has a controller 7 for this purpose, with the controller 7 being set up for this purpose to control the power unit 4 of the pulse-controlled inverter 3 as a function of the requested torque in such a way that the power unit 4 outputs the corresponding multi-phase alternating current 6 . For this purpose, the controller 7 transmits switching signals 13 to the power unit 4. These switching signals 13 are used to control the semiconductor switches installed in the power unit 4, which can in particular be IGBTs, MOSFETs or similar semiconductor switches. The power unit 4 can also include an intermediate circuit capacitor.

Der Pulswechselrichter 3 ist als Stromregler ausgebildet, wobei die Phasenströme 6 des mehrphasigen Wechselstroms 6 die Regelgrößen bilden. Zu diesem Zweck weist der Pulswechselrichter 3 einen oder mehrere Stromsensoren 8 auf, wobei die Stromsensoren 8 dazu eingerichtet sind, die Phasenströme 6 des mehrphasigen Wechselstroms 6 zu erfassen. Ausgangssignale 9 des jeweiligen Stromsensors 8 werden über einen Signalübertragungsweg an den Controller 7 übermittelt, wobei zumindest ein Abschnitt des Signalübertragungswegs als optischer Abschnitt 10 ausgebildet ist. In diesem optischen Abschnitt 10 erfolgt die Signalübertragung optisch, das bedeutet unter Verwendung eines optischen Signals. Insbesondere erfolgt die Signalübertragung im Bereich des optischen Abschnitts 10 mittels sichtbarem Lichts.The pulse-controlled inverter 3 is designed as a current controller, with the phase currents 6 of the polyphase alternating current 6 forming the controlled variables. For this purpose, the pulse-controlled inverter 3 has one or more current sensors 8, with the current sensors 8 being set up to detect the phase currents 6 of the polyphase alternating current 6. Output signals 9 of the respective current sensor 8 are transmitted to the controller 7 via a signal transmission path, with at least a section of the signal transmission path is designed as an optical section 10 . In this optical section 10, the signal is transmitted optically, ie using an optical signal. In particular, the signal is transmitted in the area of the optical section 10 by means of visible light.

Vorliegend handelt es sich bei dem Ausgangssignal 9 des Stromsensors 8 um ein analoges elektrisches Signal. Daher ist es notwendig, dieses elektrische Signal zunächst in ein optisches Signal zu wandeln. Dieses analoge elektrische Ausgangssignal 9 wird daher an einen sensorseitigen elektrisch-optischen Wandler 11 übertragen, zur Umwandlung des elektrischen Ausgangssignals 9 des Stromsensors 8 in ein analoges optisches Signal. In dem optischen Abschnitt 10 wird das analoge optische Ausgangssignal des Wandlers 11 zu einem controllerseitigen Wandler 12 übertragen, bei dem es sich vorliegend um einen optisch-elektrischen Wandler 12 handelt, zur Umwandlung des optischen Signals in ein elektrisches Signal. Bei dem Wandler 12 handelt es sich vorliegend um einen optisch-elektrischen Wandler 12, der das analoge optische Signal in ein digitales elektrisches Signal umwandelt. Der Wandler 12 ist vorliegend unmittelbar mit dem Controller 7 verbunden.In the present case, the output signal 9 of the current sensor 8 is an analog electrical signal. It is therefore necessary to first convert this electrical signal into an optical signal. This analog electrical output signal 9 is therefore transmitted to an electrical-optical converter 11 on the sensor side in order to convert the electrical output signal 9 of the current sensor 8 into an analog optical signal. In the optical section 10, the analog optical output signal of the converter 11 is transmitted to a controller-side converter 12, which is here an optical-electrical converter 12, for converting the optical signal into an electrical signal. In the present case, the converter 12 is an optical-electrical converter 12, which converts the analog optical signal into a digital electrical signal. In the present case, the converter 12 is connected directly to the controller 7 .

Wie der schematischen Darstellung der 2 zu entnehmen ist, wird das Signal des Stromsensors 8 über eine möglichst lange Strecke in dem optischen Abschnitt 10 übertragen, sodass der elektrische Signalübertragungsweg möglichst gering ist, um Störeinflüsse des Leistungsteils 4 auf das Signal zu reduzieren. Die in dem Leistungsteil 4 geschalteten hohen Ströme bzw. Spannungen verursachen elektromagnetische Felder, die starke Einkopplungen in elektrischen Abschnitten des Signalübertragungswegs verursachen, die das Messsignal der Stromsensoren 8 verfälschen könne.As the schematic representation of 2 can be seen, the signal of the current sensor 8 is transmitted over as long a distance as possible in the optical section 10, so that the electrical signal transmission path is as short as possible in order to reduce the interference of the power unit 4 on the signal. The high currents or voltages switched in the power unit 4 cause electromagnetic fields that cause strong couplings in electrical sections of the signal transmission path, which could falsify the measurement signal of the current sensors 8 .

Der optische Abschnitt 10 kann insbesondere als Lichtwellenleiter, bspw. als Glasfaserkabel, ausgebildet sein. Der Lichtwellenleiter ist vorzugsweise über eine Steckverbindung mit einer den Stromsensor 8 und den Controller 7 tragenden Platine verbunden.The optical section 10 can in particular be designed as an optical waveguide, for example as a glass fiber cable. The optical waveguide is preferably connected to a circuit board carrying the current sensor 8 and the controller 7 via a plug connection.

Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn der Pulswechselrichter 3 ein Gehäuse aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses zumindest der Controller 7, das Leistungsteil 4, der Stromsensor 8, der Wandler 11 und der Wandler 12 sowie der Signalübertragungsweg, insbesondere der optische Abschnitt 10, angeordnet sind.It is considered to be particularly advantageous if the pulse-controlled inverter 3 has a housing, with at least the controller 7, the power unit 4, the current sensor 8, the converter 11 and the converter 12 as well as the signal transmission path, in particular the optical section 10, being arranged inside the housing are.

BezugszeichenlisteReference List

11: Traktionsbatterietraction battery
22: elektrische Maschineelectric machine
33: Pulswechselrichterpulse inverter
44: Leistungsteilpower section
55: Gleichstromdirect current
66: Wechselstrom/PhasenstromAC/phase current
77: Controllercontrollers
88th: Stromsensorcurrent sensor
99: Ausgangssignaloutput signal
1010: optischer Abschnittoptical section
1111: Wandlerconverter
1212: Wandlerconverter
1313: Schaltsignalswitching signal
1414: Signalsignal

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

EP 1515425 A2 [0002]
US20170366118A1[0002]

Claims

Electrically or partially electrically driven vehicle having a traction battery (1), an electrical machine (2) and having a pulse-controlled inverter (3) with a power unit (4) for converting a direct current (5) provided by the traction battery (1) into a multi-phase alternating current ( 6) for operating the electrical machine (2), the pulse-controlled inverter (3) comprising a controller (7), the controller (7) being set up to switch the power section (4) of the pulse-controlled inverter (3) as a function of a requested torque controlled in such a way that the power part (4) outputs the corresponding multi-phase alternating current (6), the pulse-controlled inverter (3) being designed as a current controller, one or more of the phase currents (6) of the multi-phase alternating current (6) forming the control variable, with the pulse-controlled inverter (3) has one or more current sensors (8), the one or more current sensors (8) being set up for this purpose are to detect one or more of the phase currents (6) of the polyphase alternating current (6), with an output signal (9) of the respective current sensor (8) being transmitted to the controller (7) via a signal transmission path, with at least a section of the signal transmission path being used as optical section (10) is formed, wherein the signal transmission takes place optically in the optical section (10).

Electrically or partially electrically powered vehicle claim 1 , wherein a sensor-side electro-optical converter (11) is arranged adjacent to the optical section (10) for converting an electrical output signal (9) of the current sensor (8) into the optical signal, and/or wherein adjacent to the optical section (10 ) a controller-side optical-electrical converter (12) is arranged to convert the optical signal into an electrical signal.

Electrically or partially electrically powered vehicle claim 1 or 2 , wherein an analog-optical converter (11) on the sensor side is arranged adjacent to the optical section (10) for converting an analog electrical output signal (9) of the current sensor (8) into an analog optical signal, and/or wherein adjacent to the optical Section (10) has a controller-side optics-to-analog converter (12) arranged to convert the analog optical signal into an analog electrical signal.

Electrically or partially electrically powered vehicle according to one of Claims 1 until 3 , wherein a sensor-side digital-optical converter (11) is arranged adjacent to the optical section (10) for converting a digital electrical output signal (9) of the current sensor (8) into a digital optical signal, and/or adjacent to the optical section (12) a controller-side optical-to-digital converter is arranged to convert the digital optical signal into a digital electrical signal.

Electrically or partially electrically powered vehicle according to one of claims 2 until 4 , wherein the electrical-to-optical converter (11) is designed as a light-emitting diode or has a light-emitting diode, and/or wherein the optical-to-electrical converter (12) is designed as a phototransistor or has a phototransistor.

Electrically or partially electrically powered vehicle according to one of Claims 1 until 5 , wherein the signal transmission along the signal transmission path from the respective current sensor (8) to the controller (7) is exclusively analog.

Electrically or partially electrically powered vehicle according to one of Claims 1 until 6 , wherein the controller (7) has an analog-to-digital interface, wherein the signal transmission path is connected to the analog-to-digital interface of the controller (7).

Electrically or partially electrically powered vehicle according to one of Claims 1 until 7 , wherein the optical section (10) has its own optical channel for each phase current of the polyphase alternating current (6).

Electrically or partially electrically powered vehicle according to one of Claims 1 until 8th , wherein the optical signal is an amplitude modulated or frequency modulated or pulse width modulated optical signal.

Electrically or partially electrically powered vehicle according to one of Claims 1 until 9 , wherein the signal transmission of the output signal (9) of the sensors (8) takes place in the same optical waveguide using different wavelengths for the different phase currents (6).

Electrically or partially electrically powered vehicle according to one of Claims 1 until 10 , wherein a wavelength of the optical signal is in the range of visible light, in particular 400 nm to 780 nm.