DE102010017650A1

DE102010017650A1 - Vorrichtung zur Bestimmung eines Spannungskabel-Verbindungsstatus

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Publication number: DE102010017650A1
Application number: DE102010017650A
Authority: DE
Inventors: Joe Youqing Canton Xiang; Venkateswa Anand Farmington Hills Sankaran; Michael W. Novi Degner
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-07-07
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2011-01-13
Also published as: CN101943736B; US20110010126A1; US9026393B2; CN101943736A

Abstract

Eine als HVIS bezeichnete Hochspannungsunterbrechungsstrategie verwendet einen Feedback-Strom zur Bestimmung des Kabelverbindungsstatus eines Hochspannungskabels (130, 530), welches dahingehend konfiguriert ist, eine Stromrichterschaltung (124, 524) mit einem entfernt angeordneten und als PMSM bezeichneten Permanentmagnet-Synchronmotor (134, 534) zu verbinden. Einer oder mehrere Feedback-Faktoren werden basierend auf dem erfassten Feedback-Strom berechnet. Diverse Algorithmen zur Berechnung eines Feedback-Faktors und zur Bestimmung des Verbindungsstatus basierend auf den berechneten Feedback-Faktoren können gemäß dem Betriebsmodus des PMSM ausgeführt werden. Eine Fehlererfassungsaktion kann in Reaktion auf den Nachweis einer Kabelloslösung bzw. -abkopplung durchgeführt werden. Die HVIS kann durch Software implementiert werden, was sie zu einer sicheren, ökonomischen Lösung für den Nachweis eines Kabelverbindungszustandes macht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Spannungskabel-Verbindungsstatus. Generell bezieht sich die Erfindung auf elektrische Antriebssysteme. Insbesondere betrifft die Erfindung ein elektrisches Antriebssystem mit einer Stromrichterschaltung, welche an einen entfernten Permanentmagnet-Synchronmotor, nachfolgend PMSM genannt, über ein Hochspannungs-Schnittstellenkabel gekoppelt ist.
Bei elektrischen Maschinen, wie z. B. ein Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeugen, kann elektrische Energie zum Antrieb über ein elektrisches Antriebssystem genutzt werden. Ein elektrisches Antriebssystem kann eine Reihe von Komponenten aufweisen, welche typischerweise zumindest einen Leistungskreis wie z. B. einen Leistungsstromrichter (PEC = ”Power Electronic Converter”) und einen Motor umfassen. In einer derartigen Anordnung kann der Leistungskreis in kontrollierbarer Weise Energie von der Energiequelle an den Motor zum Antrieb einer Last übertragen. In der Vergangenheit war die Stromrichterschaltung bzw. der PEC typischerweise in den Motor integriert und gemeinsam mit diesem untergebracht. Eine Integration von PEC und Motor ist jedoch mit mehreren Nachteilen verbunden, einschließlich höheren Kosten, einer eingeschränkten Auswahl an Zulieferern und einer verminderten Zuverlässigkeit des PEC.
Eine Trennung des PEC von dem Motor ermöglicht eine größere Design-Flexibilität sowie eine Kostenreduzierung. Wenn jedoch das Hochspannungs-Schnittstellenkabel, welches einen PEC mit einem entfernten PMSM verbindet, während des Fahrzeugbetriebs oder bei Wartungsvorgängen gelöst bzw. abgekoppelt wird, ist es von kritischer Bedeutung, dass die Hochspannungsenergie innerhalb des PEC entladen wird. Anderenfalls kann das elektronische Antriebssystem weiterhin einen Hochspannungsstrom auf dem freigelegten Abschnitt erzeugen, was eine Gefährdung für Personen darstellt, die entweder mit dem freiliegenden Abschnitt in Kontakt kommen oder in dessen Nähe gelangen. Versuche zur Behebung der mit einem gelösten Kabel einhergehenden Gefährdungen beinhalten Kabelanschlussdesigns, welche die Wahrscheinlichkeit verringern, dass das Kabel gelöst wird. Allerdings haben sich solche Designs als vergleichsweise kostenträchtig und nicht ausfallsicher erwiesen.
Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Spannungskabel-Verbindungsstatus gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bereitgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachweis des Verbindungsstatus eines Schnittstellenkabels, welches dahingehend konfiguriert ist, einen Permanentmagnet-Synchronmotor bzw. PMSM mit einer entfernten Stromrichterschaltung wie z. B. einem Leistungsstromrichter, nachfolgend PEC genannt, zu koppeln. Eine beispielhafte Vorrichtung weist einen Leistungskreis auf, der dazu konfiguriert ist, Strom an den PMSM zu liefern, ein Schnittstellenkabel, welches dahingehend konfiguriert ist, den Leistungskreis und den PMSM miteinander zu koppeln, einen Stromsensor, der dahingehend konfiguriert ist, einen Stromfluss durch das Schnittstellenkabel nachzuweisen, einen Controller, welcher an den Leistungskreis gekoppelt und dahingehend konfiguriert ist, den Leistungskreisbetrieb zu steuern, und ein Hochspannungsunterbrechungsstrategie-Modul, nachfolgend HVIS-Modul genannt, welches dahingehend konfiguriert ist, Information von dem Stromsensor zur Ermittlung des Schnittstellenkabel-Verbindungsstatus zu nutzen.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung eines Kabelverbindungszustandes für ein Kabel, welches dahingehend konfiguriert ist, einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) mit einer Stromrichterschaltung zu verbinden, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erfassen, dass ein Vorladungskontakt geschlossen ist; Durchführen, in Reaktion auf die Erfassung, dass der Vorladungskontakt geschlossen ist, eines Vorladungsmodusnachweisalgorithmus; Durchführen in Reaktion darauf, dass der Kabelverbindungszustand als Ergebnis der Durchführung des Vorladungsmodusnachweisalgorithmus als gut bestimmt wird, eines Null-Strom-Modus-Nachweisalgorithmus, wenn ein Befehlsstrom für einen PMSM Null ist, oder eines Stromerzeugungsnachweisalgorithmus, wenn dieser Befehlsstrom für den PMSM nicht Null ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner die Durchführung einer Fehlererfassungsaktion, wenn bestimmt wird, dass das Kabel gelöst bzw. abgekoppelt worden ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Fehlererfassungsaktion die Auslösung einer Entladung eines Kondensators.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Stromerzeugungsnachweisalgorithmus eine Version mit geschlossenem Regelkreis, welche dahingehend konfiguriert ist, während einer Stromregelungsschleife des PMSM-Betriebs durchgeführt zu werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Stromerzeugungsmodusnachweisalgorithmus eine Version mit offenem Regelkreis, welche dahingehend konfiguriert ist, während einer langsamen Schleife des PMSM-Betriebs durchgeführt zu werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung eines Spannungskabelverbindungsstatus, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Berechnen wenigstens eines Feedback-Faktors basierend auf einem Feedback-Strom; Verwenden des wenigstens einen berechneten Feedback-Faktors zur Bestimmung eines Kabelverbindungszustandes für ein Kabel, welches dahingehend konfiguriert ist, einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) mit einer Stromrichterschaltung zu verbinden, die dahingehend konfiguriert ist, einen Strom an den PMSM über dieses Kabel zu liefern, und Durchführen einer Aktion in Reaktion auf die Bestimmung des Kabelverbindungszustandes.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Feedback-Strom während eines Null-Strom-Betriebsmodus des PMSM erfasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Feedback-Strom während eines Vorladungsbetriebsmodus des PMSM erfasst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der berechnete Feedback-Faktor eine Größe eines Feedback-Strom-Vektors, welcher den erfassten Feedback-Strom in einem d-q-Bezugssystem eines Rotors des PMSM darstellt.
Gemäß weiteren einer Ausführungsform wird das Kabel als ”angeschlossen” bzw. ”verbunden” bestimmt, wenn die Größe des Feedback-Strom-Vektors innerhalb eines vorbestimmten Wertebereichs liegt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Liefern konstanter Befehlsspannungen für eine vorbestimmte Zeitdauer vor der Berechnung des wenigstens einen Feedback-Faktors.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Feedback-Strom erfasst, während der PMSM nicht rotiert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in Reaktion auf die Bestimmung, dass das Kabel angeschlossen ist, das Verfahren nach einem vorbestimmten Zeitintervall wiederholt.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung eines Spannungskabelverbindungszustandes, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Berechnen einer Differenz zwischen einem Befehlsstrom für einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) und einem Feedback-Strom für den PMSM; Berechnen eines Mittelwerts des Quadrates der Differenz zwischen dem Befehlsstrom und dem Feedback-Strom über eine vorbestimmte Zeitdauer; Berechnen einer quadrierten Differenzgröße unter Verwendung dieses berechneten Mittelwertes; Berechnen einer quadrierten Befehlsstromgröße unter Verwendung des Quadrats des Befehlsstroms; und Vergleichen der quadrierten Differenzgröße und der quadrierten Befehlsstromgröße zur Bestimmung des Verbindungsstatus eines Kabels, welches dahingehend konfiguriert ist, den PMSM mit einem Leistungskreis zu verbinden, der dahingehend konfiguriert ist, Strom an den PMSM zu liefern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner die Durchführung einer Aktion in Reaktion auf die Bestimmung, dass das Kabel von dem Leistungskreis und/oder dem PMSM gelöst ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Feedback-Stromerfassung und die Berechnungen während einer Stromregelungsschleife der PMSM-Regelung durchgeführt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfassen die Schritte der Berechnung einer Differenz zwischen einem Befehlsstrom für einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) und einem Feedback-Strom für den PMSM die Berechnung einer Differenz unter Verwendung eines ersten Vektors, welcher den Befehlsstrom in einem d-q-Bezugssystem eines Rotors des PMSM darstellt, und eines zweiten Vektors, welcher den Feedback-Strom in dem d-q-Bezugssystem darstellt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Schritt des Berechnens des Quadrates einer Befehlsstromgröße den Schritt der Berechnung des Quadrates der Größe eines Vektors, welcher den Befehlsstrom in einem d-q-Bezugssystem eines Rotors des PMSM darstellt.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen eines Spannungskabelverbindungsstatus, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Berechnen einer Feedback-Strom-Vektorgröße für einen Stromvektor, welcher den Feedback-Strom darstellt; Berechnen einer Gegenspannung für einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM); Berechnen eines abgeschätzten Feedback-Strom-Vektors unter Verwendung der berechneten Gegenspannung; Berechnen einer abgeschätzten Feedback-Strom-Vektorgröße unter Verwendung des abgeschätzten Feedback-Strom-Vektors, und Vergleichen der Feedback-Strom-Vektorgröße mit der abgeschätzten Feedback-Strom-Vektorgröße zur Bestimmung des Verbindungsstatus eines Kabels, welches dahingehend konfiguriert ist, den PMSM mit einem Leistungskreis zu verbinden, der dahingehend konfiguriert ist, Strom an den PMSM zu liefern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren ferner die Durchführung einer Fehlererfassungsaktion in Reaktion auf die Bestimmung, dass das Kabel nicht an den PMSM und/oder den Leistungskreis angeschlossen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren in einer langsamen Schleife einer Elektromotorsteuerung des PMSM implementiert.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein computerlesbares Medium mit darin gespeicherten Befehlsfolgen, wobei die Befehlsfolgen, wenn sie von einem digitalen Prozessor ausgeführt werden, den Prozessor dazu veranlassen, einen Feedback-Faktor basierend auf einem Feedback-Strom zu berechnen und diesen Feedback-Faktor dazu zu verwenden, den Verbindungsstatus eines Kabels zu bestimmen, welches dahingehend konfiguriert ist, einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) mit einem Leistungskreis zu verbinden, der dahingehend konfiguriert ist, Strom an den PMSM zu liefern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Befehlsfolgen dahingehend konfiguriert, als prozessorbasierte Software auf einer Universalrechenvorrichtung ausgeführt zu werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein beispielhaftes Fahrzeugsystem mit einem als PEC bezeichneten Leistungsstromrichter, welcher an einen entfernt angeordneten und als PMSM bezeichneten Permanentmagnet-Synchronmotor über ein Schnittstellenkabel gekoppelt ist;
2 ein beispielhaftes Fahrzeugsteuerungssystem, welches an einen PEC-Controller gekoppelt sein kann;
3 einen beispielhaften PEC des in 1 gezeigten Systems;
4 ein beispielhaftes System, welches an einen PEC-Controller mit einem HVIS-Modul gekoppelt sein kann;
5 ein beispielhaftes System, in welchem ein PEC-Controller ein als HVIS-Modul bezeichnetes Hochspannungsunterbrechungsstrategie-Modul und eine als MGCU bezeichnete Motorgeneratorsteuerungseinheit aufweist;
6 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung eines Kabelverbindungsstatus;
7 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Erfassung eines Kabelverbindungsstatus;
8 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung eines Kabelverbindungsstatus;
9 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Systems einer als MGCU bezeichneten Motorgeneratorsteuerungseinheit;
10 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung eines Kabelverbindungsstatus;
11 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung eines Kabelverbindungsstatus;
12 Ergebnisse eines Tests, welcher während eines Vorladungs-Modus mit gelöstem Kabel durchgeführt wurde;
13 Ergebnisse eines Tests, welcher während eines Vorladungs-Modus mit angeschlossenem Kabel durchgeführt wurde;
14 Ergebnisse eines Tests, welcher während eines Stromerzeugungs-Modus mit losgelöstem Kabel durchgeführt wurde;
15 Ergebnisse eines Tests, welcher während eines Nullstrom-Modus mit angeschlossenem Kabel durchgeführt wurde;
16A Daten für einen Test, welcher während eines Nullstrom-Modus mit losgelöstem Kabel durchgeführt wurde;
16B Daten für einen Test, welcher während eines Nullstrom-Modus mit gelöstem Kabel durchgeführt wurde;
16C Daten für einen Test, welcher während eines Nullstrom-Modus mit gelöstem Kabel durchgeführt wurde; und
16D Daten für einen Test, welcher während eines Nullstrom-Modus mit gelöstem Kabel durchgeführt wurde.
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, dass die Erfindung in einer Vielfalt alternativer Ausführungsformen ausgeführt werden kann. Zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung und als Basis für die Ansprüche sind diverse Abbildungen aufgenommen. Die Abbildungen sind nicht maßstabsgetreu, und zugehörige Elemente können weggelassen worden sein, um die neuartigen Merkmale der Erfindung zu betonen. Strukturelle und funktionelle Details, welche in den Abbildungen dargestellt sind, dienen dazu, dem Fachmann eine Anleitung zur Ausführung der Erfindung zu geben und sind nicht als Einschränkungen auszulegen. Beispielsweise können Steuermodule bei diversen Systemen in unterschiedlicher Weise angeordnet und/oder kombiniert werden und sind nicht als auf die hier dargestellten beispielhaften Konfigurationen eingeschränkt zu betrachten.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Fahrzeuges 100. Das Fahrzeug 100 kann von beliebigem Typ sein, beispielsweise ein Elektro- oder Elektrohybrid-Fahrzeug. In wenigstens einer Ausführungsform kann das Fahrzeug 100 einen ersten Rädersatz 112, einen zweiten Rädersatz 114, einen Verbrennungsmotor 116, ein HEV-Getriebe 118 und ein elektrisches Antriebssystem 120 aufweisen. Das elektrische Antriebssystem 120 kann dahingehend konfiguriert sein, Drehmoment an den ersten Rädersatz 112 und/oder den zweiten Rädersatz 114 zu liefern. Das elektrische Antriebssystem 120 kann eine beliebige geeignete Konfiguration besitzen. Beispielsweise kann das elektrische Antriebssystem 120 eine Stromrichterschaltung in Form eines Leistungsstromrichters (PEC) 124 aufweisen, welche an einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) 134 gekoppelt ist. Der PMSM 134 kann an eine Energieübertragungseinheit 140 gekoppelt sein, welche wiederum an ein Differential 145 zur Steuerung des Rädersatzes 114 gekoppelt sein kann. Es versteht sich, dass der PMSM 134 als Motor zur Umwandlung elektrischer Energie in kinetische Energie oder als Generator zur Umwandlung von kinetischer Energie in elektrische Energie arbeiten kann. in einer beispielhaften Ausführungsform kann der PEC 124 an einen als Motor arbeitenden ersten PMSM über ein erstes Schnittstellenkabel und an einen als Generator arbeitenden zweiten PMSM über ein zweites Schnittstellenkabel angeschlossen sein. Darüberhinaus kann in einem Elektrohybrid-Fahrzeug das elektrische Antriebssystem 120 ein Parallelantrieb, Reihenantrieb oder Split-Hybrid-Antrieb sein, wie dies dem Fachmann geläufig ist.
Der PEC 124 kann an einen PEC-Controller 126 gekoppelt sein. Der PEC 124 kann eine Hardware-Schaltung aufweisen, welche dahingehend konfiguriert ist, Energie an den PMSM 134 zu liefern. Der PEC-Controller 126 kann eine mikroprozessor-basierte Vorrichtung sein, die dahingehend konfiguriert ist, den Betrieb des PEC 124 zu steuern, und Hardware, Software, Firmware oder Kombinationen hiervon umfassen. Der PEC-Controller 126 kann elektrisch an ein als VCS bezeichnetes Fahrzeugsteuerungssystem 150 gekoppelt sein, von dem er Signale von anderen den Betrieb und die Steuerung des Fahrzeugsystems betreffenden Steuerungseinheiten empfangen kann.
Der PEC 124 kann an den PMSM 134 über ein Hochspannungs-Drei-Phasen-Schnittstellenkabel 130 elektrisch angeschlossen sein, über welches der PEC 124 Energie an den PMSM 134 liefert. Ein Stromsensor 132 kann Strom innerhalb des Kabels 130 erfassen und ein Stromsensorsignal, welches einen oder mehrere innerhalb des Kabels 130 fließende Ströme betrifft, bereitstellen. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Kabel 130 ein Drehstromkabel, welches dahingehend konfiguriert ist, drei Ströme unterschiedlicher Phasen zu leiten. Beispielsweise kann das Kabel 130 ein Satz von drei Kabeln aufweisen, von denen jedes dahingehend konfiguriert ist, einen Strom einer bestimmten Phase zu führen. In wenigstens einer Ausführungsform weist der Stromsensor 132 einen zur Erfassung eines Stromes mit einer ersten Phase konfigurierten ersten Stromsensor, einen zur Erfassung des Stromes mit einer zweiten Phase konfigurierten zweiten Stromsensor und einen zur Erfassung eines Stromes mit einer dritten Phase konfigurierten dritten Stromsensor auf. Jeder Sensor von dem ersten, zweiten und dritten Stromsensor kann ein Signal an den PEC-Controller 126 liefern. Die von dem Stromsensor 132 nachgewiesenen Phasenströme werden hier als Feedback-Ströme oder Feedback-Phasenströme bezeichnet.
Der PEC-Controller 126 kann ein als HVIS-Modul bezeichnetes Hochspannungsunterbrechungsstrategie-Modul 128 aufweisen, welches dahingehend konfiguriert ist, Information von dem Stromsensor 132 dazu zu nutzen, den Verbindungsstatus des Kabels 130 zu ermitteln. In wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform verwendet das HVIS-Modul 128 Stromsensorinformation dazu, einen Feedback-Faktor zu berechnen, welcher zur Ermittlung des Verbindungszustandes des Kabels 130 verwendet wird. Ein Nachweis, dass das Kabel 130 gelöst ist, weist darauf hin, dass entweder das Kabel 130 von dem PEC 124 abgekoppelt worden ist oder dass es von dem PMSM 134 abgekoppelt ist. In einer beispielhaften Ausführungsform, in welcher das Kabel 130 einen Kabelsatz von drei einphasigen Kabeln aufweist, erfordert ein guter Anschlusszustand, dass sämtliche drei Kabel angeschlossen sind. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das HVIS-Modul 128 Software, welche von dem PEC-Controller 146 ausgeführt werden kann, wodurch der Bedarf nach zusätzlicher Hardware oder Ausrüstung reduziert oder eliminiert wird.
Der PMSM 134 kann dahingehend konfiguriert sein, von einer oder mehreren Quellen zum Antrieb der Fahrzeugantriebsräder versorgt zu werden. Der PMSM 134 kann von beliebigem Typ sein, beispielsweise als Motor, Motor-Generator oder Starter-Wechselstrom-Generator ausgebildet sein. Zusätzlich kann der PMSM 134 mit einem regenerativen Bremssystem zur Rückgewinnung von Energie versehen sein.
Die Energieübertragungseinheit 140 kann selektiv an wenigstens einen PMSM 134 gekoppelt werden. Die Energieübertragungseinheit 140 kann von einem beliebigen Typ sein, beispielsweise ein Mehrgang-Stufengetriebe, ein stufenloses Getriebe oder ein elektronisches wandlerloses Getriebe, wie dies dem Fachmann geläufig ist. Die Energieübertragungseinheit 140 kann dahingehend ausgelegt sein, eines oder mehrere Fahrzeugräder anzutreiben. In der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Energieübertragungseinheit 140 an ein Differential 145 in beliebiger geeigneter Weise angeschlossen, beispielsweise über eine Antriebswelle oder eine andere mechanische Vorrichtung. Das Differential 145 kann an jedes Rad von dem zweiten Radsatz 114 über eine Welle 52, beispielsweise eine Radachse oder Halbwelle, gekoppelt sein.
Das Fahrzeug 100 kann auch ein als VCS bezeichnetes Fahrzeugsteuerungssystem 150 zur Überwachung und/oder Steuerung diverser Aspekte des Fahrzeuges 100 aufweisen. Das VCS 150 kann mit dem PEC-Controller 126 und der Energieübertragungseinheit 140 und deren diversen Komponenten zur Überwachung und Steuerung von Betrieb und Leistungsfähigkeit kommunizieren. Das VCS 150 kann von beliebiger geeigneter Konfiguration sein und einen oder mehrere Controller oder Steuerungsmodule aufweisen.
In einer in 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform weist das VCS 150 ein als PCM bezeichnetes Antriebsstrangsteuerungsmodul 152, ein als TCM bezeichnetes Getriebesteuerungsmodul 154, ein als VSCM bezeichnetes Fahrzeugstabilitätssteuerungsmodul 156, ein als HVBCM bezeichnetes Hochspannungsbatteriesteuerungsmodul 158 und ein als TBCM bezeichnetes Traktionsbatteriesteuerungsmodul 160 auf. Die Steuerungsmodule 152–160 können dahingehend konfiguriert sein, miteinander wie durch die Pfeile dargestellt zu kommunizieren, es versteht sich jedoch, dass die Kommunikation zwischen den Steuerungsmodulen auf unterschiedliche Arten erfolgen kann. Darüberhinaus können eines oder mehrere der Steuerungsmodule 152–160 dahingehend konfiguriert sein, mit diversen Einrichtungen des Fahrzeuges 100 zu kommunizieren und/oder diese zu steuern. Beispielsweise kann das TBCM 160 Umwelteigenschaften (z. B. die Temperatur) überwachen und den Betrieb von einer oder mehreren Energiequellen steuern. Das Getriebesteuerungsmodul TCM 154 kann mit dem PEC-Controller kommunizieren, um den PMSM 134 zu steuern und die Größe des an die Fahrzeugantriebsräder gelieferten Drehmoments zu steuern. Es ist darauf hinzuweisen, dass das TCM 154 alternativ innerhalb des PEC 124 oder des PEC-Controllers 126 untergebracht sein kann.
3 zeigt eine beispielhafte Stromrichterschaltung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung. Der PEC 300 kann eine erste Energiequelle 310 aufweisen, welche an Schaltungsschütze 320 gekoppelt ist. In diversen Ausführungsformen wie beispielsweise in Ausführungsformen bei einem Elektro-Hybrid-Fahrzeug können zusätzliche Antriebssysteme vorgesehen sein. Beispielsweise kann ein zweites Antriebssystem mit einer elektrischen Energiequelle oder einer nicht-elektrischen Energiequelle wie z. B. einem Verbrennungsmotor vorgesehen sein. Die erste Energiequelle 310 kann von einem beliebigen geeigneten Typ sein. Beispielsweise kann die erste Energiequelle 310 eine elektrische Energiequelle wie z. B. eine Batterie mit einer Mehrzahl von elektrisch miteinander verbundenen Zellen, ein Kondensator oder eine Brennstoffzelle sein. Wenn eine Batterie verwendet wird, kann diese von beliebigem geeigneten Typ sein, beispielsweise vom Nickel-Metallhybrid (Ni-MH), Nickel-Eisen (Ni-Fe), Nickel-Kadmium (Ni-Cd), Bleisäure, Zink-Brom (Zn-Br) oder lithiumbasiertem Typ. Wenn ein Kondensator verwendet wird, kann dieser von beliebigem geeignetem Typ sein, beispielsweise ein Ultrakondensator, Superkondensator, elektrochemischer Kondensator oder ein elektronischer Doppelschichtkondensator, wie dies dem Fachmann geläufig ist.
Das oder die Schaltungsschütze) 320 können dahingehend ausgelegt sein, selektiv die erste Energiequelle 310 an das übrige elektrische Antriebssystem 120 anzuschließen oder von diesem zu trennen. Die Schaltungsschütze 320 können von beliebigem geeignetem Typ und an beliebigem geeignetem Ort angeordnet sein, beispielsweise innerhalb oder außerhalb eines die erste Energiequelle 310 aufnehmenden Gehäuses. Der PEC 300 weist eine Vorrichtung zum Speichern einer elektrischen Ladung wie z. B. einen Kondensator 342 auf, welcher an einen Wechselrichter 346 über einen Widerstand 344 gekoppelt ist. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Kondensator 342 ein Hochspannungskondensator. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann der Kondensator 342 zwei parallel geschaltete Kondensatoren aufweisen. Der Wechselrichter 340 kann elektrisch an wenigstens eine elektrische Maschine wie z. B. den PMSM 134 gekoppelt sein und dahingehend konfiguriert sein, Energie an diesen zu liefern. Falls das Kabel 130 gelöst wird, ist es ratsam, den Kondensator 342 zu entladen, um ein Verletzen von Bedienpersonen oder Wartungspersonal zu verhindern. Der Entladungsprozess kann über einen an den PEC 124 angeschlossenen PMSM oder über einen inneren Widerstand in dem PEC 124 durchgeführt werden. Beispielsweise kann gemäß 3 der Widerstand 344 in einem Entladungsprozess verwendet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform ist der Wechselrichter 346 dahingehend konfiguriert, drei separate Phasenströme an den PMSM 134 zu liefern, welcher in einer beispielhaften Ausführungsform als Drei-Phasen-Synchronmotor arbeitet. Der PEC 300 kann zusätzliche Schaltungsanordnungen aufweisen, welche nicht in 3 gezeigt sind.
4 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines EDS 400 mit einem PEC 410, welcher an einen ersten PMSM 480 und einen zweiten PMSM 485 gekoppelt ist. Der PEC 410 weist einen Leistungskreis 420 auf, welcher an eine Wechselrichterschaltung 430 gekoppelt ist. Der Leistungskreis 420 kann eine Energiequelle 422 in Reihe mit einem Widerstand 424 aufweisen. Der Leistungskreis 420 kann auch einen Kondensator 426 aufweisen, welcher parallel zur Energiequelle 422 geschaltet ist. Eine Spule 428 kann den Widerstand 424 mit Kontakten 432 und 434 koppeln. An die Kontakte 432 und 434 können ein erster Kondensator 436 und ein zweiter Kondensator 438 gekoppelt sein, welche gemeinsam einen Hochspannungskondensator für den PEC 410 bilden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Widerstand 439 in dem PEC 410 parallel geschaltet zum Hochspannungskondensator vorgesehen sein, um eine mögliche Entladungseinrichtung für den Hochspannungskondensator für den Fall bereitzustellen, dass ein Kabel wie z. B. das Kabel 470 oder 475, welches den PEC 410 mit einem PMSM verbindet, gelöst wird.
Der Wechselrichterkreis 430 umfasst einen ersten Wechselrichterabschnitt 440 für den ersten PMSM 470 und einen zweiten Wechselrichterabschnitt 441 für den zweiten PMSM 475. Der Wechselrichterkreis 430 kann IGBT-Transistoren (Bipolar-Transistoren mit isolierter Gate-Elektrode) 442, 444, 446, 448, 450, 452, 454, 456, 458, 460, 462 und 464 aufweisen. Die IGBT-Transistoren kombinieren die einfachen Gateansteuerungscharakteristika von Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) mit den hohen Strom- und niedrigen Sättigungsspannungseigenschaften bipolarer Transistoren. Folglich besitzen IGBT-Wechselrichter die Fähigkeit zu niedrigen Spannungsabfällen im EIN-Zustand und hohen Sperrspannungen. Die hohen Schaltgeschwindigkeiten eines IGBT-Wechselrichters machen ihn geeignet für elektrische Antriebssystemanwendungen, wie sie beispielsweise in Elektrofahrzeugen verwendet werden. In der beispielhaften Ausführungsform 400 wird der erste PMSM 470 als Motor und der zweite PMSM 475 als Generator betrieben.
5 zeigt ein beispielhaftes System 500 mit einem PEC 524, welches an ein Spannungskabel 530 angeschlossen ist, welches die elektrische Anschlussfähigkeit zwischen dem PEC 524 und einem PMSM 534 bereitstellt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der PMSM 534 eine Synchron-Wechselstrom-Drei-Phasen-Maschine, welche als Motor arbeitet. Dementsprechend werden in dem beispielhaften System 500 drei Phasenströme, Iu, Iv, Iw an den PMSM 534 durch den PEC 524 über das Kabel 530 geliefert. Das Kabel 530 ist ein dreiphasiges Kabel bzw. Drehstromkabel, welches drei einphasige Kabel aufweisen kann.
Der PEC 524 ist auch an einen PEC-Controller 526 gekoppelt, welcher den Betrieb des PEC 524 steuern kann. Der PEC-Controller 526 kann Hardware, Software, Firmware oder Kombinationen hiervon aufweisen. Der PEC-Controller 526 kann eine mikroprozessorbasierte Steuerungsvorrichtung 540 zur Durchführung von Steuerungsfunktionen und Verarbeitung von Information aufweisen. Die Steuerungsvorrichtung 540 kann dahingehend konfiguriert sein, Softwarealgorithmen auszuführen und Information zu speichern. Der PEC-Controller 526 kann eine als MGCU bezeichnete Motor-/Generator-Steuerungseinheit 542 aufweisen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die MGCU 542 in Form einer gedruckten Leiterplatte ausgestaltet sein, welche die erforderlichen Schaltungsanordnungen zum Empfangen eines Feedbackstroms, Empfangen oder Erzeugen von Referenzströmen und -spannungen, zum Regeln eines Stroms und zum Anfordern von Spannungen und Strömen sowie zur Durchführung anderer mit der Kontrolle und Steuerung des PMSM 534 verbundener Vorgänge aufweist. Obwohl er im Blockdiagramm von 5 als separater Block dargestellt ist, kann der PEC-Controller 526 oder ein beliebiger Teil hiervon in den PEC 524 integriert oder in diesem untergebracht sein. Beispielsweise kann die MGCU 542 innerhalb des PEC 524 untergebracht sein und in Kommunikation mit dem PEC-Controller 526 stehen. Der PEC-Controller 526 kann Eingangssignale von einem Sensor 532 empfangen, welcher einen Strom innerhalb des Kabels 530 erfasst. Beispielsweise kann ein von dem Sensor 532 erfasster Feedbackstrom an der MGCU 542 empfangen werden. Der Sensor 532 kann separate Sensoren aufweisen, um einen oder mehrere der separaten Ströme Iu, Iv und Iw nachzuweisen. Der PEC-Controller 526 kann, beispielsweise über die MGCU 542, auch Eingangssignale von einem Positionssensor 520 empfangen, welcher dahingehend konfiguriert ist, die Positionierung des PMSM 534 zu erfassen.
Der PEC-Controller 526 weist ein HVIS-Modul 544 auf. Das HVIS-Modul 544 kann in Kommunikation mit der MGCU 542 stehen, um Informationen zu empfangen, welche die zum PMSM 534 zugehörigen Ströme und Spannungen betreffen, sowie weitere Informationen, welche die Betriebsvorgänge des PMSM 534 betreffen. Das HVIS-Modul 544 kann Informationen von der MGCU 542 sowie der Steuerungsvorrichtung 540 dazu nutzen, den Verbindungsstatus des Kabels 530 zu ermitteln. Das HVIS-Modul 544 kann Software sowie einen oder mehrere Algorithmen aufweisen, um den Verbindungsstatus des Kabels 530 basierend auf den vom Sensor 532 nachgewiesenen Feedback-Phasenströmen zu bestimmen. Beispielsweise kann das HVIS-Modul 544 Sensoreingangssignale dazu verwenden, einen Feedback-Faktor basierend auf einem oder mehreren nachgewiesenen Feedback-Strömen zu berechnen. In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das HVIS-Modul 544 Software, welche in einem computerlesbaren Medium gespeichert ist, und computerausführbare Instruktionen, welche von der Steuerungsvorrichtung 540 ausgeführt werden können. Obwohl zu Erläuterungszwecken als separater Block dargestellt, versteht es sich, dass in einer beispielhaften Ausführungsform das HVIS-Modul 544 Software aufweisen kann, deren Logik in die Steuerungsvorrichtung 540 einprogrammiert sein kann. Zusätzlich zur Ermittlung des Verbindungsstatus kann das HVIS-Modul 544 Aktionen in Reaktion auf die Ermittlung des Anschlusszustandes durchführen oder auslösen. Wenn der Kabelverbindungszustand gut ist, kann das HVIS-Modul 544 ein den Anschluss bestätigendes Bestätigungssignal aussenden. Wenn ein Loslösen bzw. Abkoppeln nachgewiesen wird, kann das HVIS-Modul 544 eine Fehlererfassungsaktion durchführen, wie z. B. die Benachrichtigung einer übergeordneten Steuerungseinheit, das Entladen des Hochspannungskondensators oder eine andere Aktion. Der Entladeprozess kann über einen Widerstand in der Stromrichterschaltung oder über einen im angeschlossenen Zustand bleibenden PMSM erfolgen. Gemäß 4 kann dann, wenn ermittelt wurde, dass das Kabel 470 gelöst bzw. abgekoppelt worden ist, ein Entladeprozess über den PMSM 485 durchgeführt werden.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung des Verbindungsstatus eines Schnittstellenkabels, welches dahingehend konfiguriert ist, einen PMSM mit einer Stromrichterschaltung zu verbinden, beispielsweise eines Kabels 530, welches dahingehend konfiguriert ist, den PEC 524 mit dem PMSM 534 zu verbinden. Im Schritt 604 erfolgt bei dem Verfahren 600 die Berechnung eines Feedback-Faktors unter Verwendung eines PMSM-Feedback-Stromes. Gemäß 5 kann der Sensor 532 einen oder mehrere der drei Ströme Iu, Iv, Iw erfassen oder abtasten, welche an den PMSM 534 geliefert werden und hier als Feedback-Ströme bezeichnet werden. Das Ausgangssignal des Sensors 532 kann von der MGCU 542 empfangen werden, und Feedback-Strom-Information wird an das HVIS-Modul 544 übertragen, welches dann einen Feedback-Faktorwert berechnet. Der Feedback-Faktor muss nicht die Größe oder ein Maß für irgendeinen bestimmten Feedback-Strom Iu, Iv, Iw sein, sondern kann stattdessen ein berechneter Wert als Funktion diverser Komponenten sein, von denen wenigstens eine einen der Feedback-Ströme Iu, Iv oder Iw betrifft. In einer beispielhaften Ausführungsform werden die von dem Sensor 532 abgetasteten Stromcharakteristika in ein digitales Format mittels eines Analog-Digital-Wandlers (A/D-Wandler) umgewandelt, beispielsweise eines A/D-Wandlers am Sensor 532 oder am PEC-Controller 526.
Im Schritt 608 verwendet das HVIS-Modul 544 den berechneten Feedback-Faktor dazu, den Verbindungsstatus eines Kabels zu ermitteln, welches dahingehend konfiguriert ist, einen PEC mit einem PMSM zu verbinden. Beispielsweise kann der abgetastete Feedback-Strom als ein Stromvektor dargestellt werden, und ein Feedback-Faktor kann eine berechnete Größe des Stromvektors umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der berechnete Feedback-Faktor mit einem vorbestimmten Referenz- oder Schwellenwert oder einem vorbestimmten Wertebereich zur Ermittlung des Verbindungsstatus verglichen werden. In einem Schritt 612 kann das HVIS-Modul 544 in Reaktion auf die Ermittlung des Kabelverbindungszustandes eine Aktion durchführen. Beispielsweise kann dann, wenn ermittelt wurde, dass ein Kabel gelöst worden ist, eine Fehlernachweis-Aktion durchgeführt werden. Beispielsweise kann das HVIS-Modul 544 die Übertragung eines Signals an ein übergeordnetes Steuersystem wie z. B. das VCS 150 zur Auslösung einer Aktion veranlassen. Als Beispiel kann das HVIS-Modul 544 ein Signal an den PCM 152 oder das VSCM 156 senden oder die PEC-Steuerungsvorrichtung 540 hierzu veranlassen, um die Fahrerinformationsanzeige zu aktualisieren oder die Kontakte 320 zu öffnen. Als ein anderes Beispiel kann das HVIS-Modul 544 die Entladung des Hochspannungskondensators 342 des PEC 300 auslösen. Bei Bestätigung des Abschlusses des Entladeprozesses kann ein Bestätigungssignal an einen hochrangigen Controller wie z. B. den VCS 150 gesendet werden. Wenn der Verbindungsstatus des Kabels als gut oder ”angeschlossen” ermittelt wurde, wird ein den Verbindungszustand bestätigendes Signal ausgesandt.
Es versteht sich, dass diverse Verfahren unter Verwendung eines Feedback-Faktors zur Bestimmung des Verbindungsstatus einzeln oder in Kombination ausgeführt werden können, und dass außerdem das verwendete Verfahren oder der genutzte Algorithmus von einem aktuellen Betriebsmodus eines EDS oder eines Fahrzeuges abhängig sein kann. 7 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 700, welches in einer Ausführungsform angewendet werden kann, in der die Erfindung in einem Elektrofahrzeug realisiert wird. Das Verfahren 700 umfasst eine Mehrzahl von Nachweisalgorithmen, wobei deren Auswahl und Betriebsverhalten von einem aktuellen Betriebsmodus abhängig sind. Im Schritt 704 beginnt das Verfahren, wenn ein Zündschlüssel des Fahrzeugs in die ”EIN”-Position gebracht wird. Der PEC-Controller 126 kann eine ”Zündung-EIN”-Information von einer übergeordneten Steuerungsvorrichtung wie z. B. dem VCS 150 empfangen. In einem Schritt 780 wird eine Entscheidung durchgeführt, ob ein Vorladungs-Kontakt geschlossen ist. Gemäß 1 und 3 kann der PEC-Controller 126 Information betreffend das Schließen der Kontakte 320 empfangen, welche an das HVIS-Modul 128 geliefert wird. Kontaktsensoren können ein Signal liefern, wenn die Kontakte 320 geschlossen sind. Dementsprechend kann der PEC-Controller 126 ein Kontaktschließsignal entweder von einem Kontaktsensor oder von einer anderen Einrichtung wie z. B. dem VCS 150 empfangen. Wenn die Kontakte nicht geschlossen worden sind, wird der Schritt 708 wiederholt. Nach dem Schließen der Vorladungskontakte wird ein Nachweisalgorithmus für einen Vorladungsmodus im Schritt 712 durchgeführt. Ein Beispiel für einen Vorladungsmodus-Algorithmus ist in 8 gezeigt und wird im Weiteren noch beschrieben.
Bei Beendigung des Vorladungsmodus-Algorithmus wird eine Entscheidung hinsichtlich des Kabelverbindungszustandes basierend auf den Ergebnissen des Vorladungsmodus-Algorithmus in Schritt 716 durchgeführt. Wenn ermittelt wird, dass der Kabelverbindungszustand nicht gut ist, wird eine Fehlererfassungsaktion im Schritt 732 durchgeführt. Wie zuvor diskutiert, kann die Fehlererfassungsaktion eine übergeordnete Steuerungseinheit wie z. B. das PCM 152 oder das VCS 150 benachrichtigen, den Hochspannungskondensator 320 entladen oder eine andere Aktion ausführen. Wenn ermittelt wird, dass der Kabelverbindungszustand gut ist, geht das Verfahren zu Schritt 720 über, wo ermittelt wird, ob sich das EDS in einem Stromerzeugungsmodus befindet oder nicht. Diese Bestimmung kann durchgeführt werden, indem der Befehlsstrom überprüft wird. In einer beispielhaften Ausführungsform kann Information betreffend den Befehlsstrom von der MGCU 542 oder alternativ der PEC-Steuerungseinrichtung 540 empfangen werden. Wenn der Befehlsstrom Null beträgt, geht das Verfahren zu Schritt 724 über, in welchem ein Nachweisalgorithmus für einen Null-Strom-Betriebsmodus durchgeführt wird. 8 zeigt ein Beispiel eines Null-Strom-Betriebsmodus-Algorithmus, welches in den nachfolgenden Abschnitten noch detaillierter diskutiert wird. Basierend auf dem Ergebnis des Null-Strom-Nachweis-Algorithmus wird im Entscheidungsschritt 728 bestimmt, ob der Kabelverbindungszustand zufriedenstellend ist. Wenn dies der Fall ist, wird das Verfahren unter Rückkehr zum Entscheidungsschritt 720 von Neuem durchgeführt. Wenn dies nicht der Fall ist, kann die Fehlererfassungsaktion im Schritt 732 durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Fehlersignal an ein PCM oder VCS übermittelt werden. Eine zusätzliche Fehlererfassungsaktion kann ebenfalls erfolgen. Beispielsweise kann im Schritt 744der Hochspannungskondensator 342 entladen werden. Bei Abschluss des Entladungsprozesses gemäß Bestimmung im Entscheidungsblock 748 kann ein Signal an eine übergeordnete Steuerungseinheit wie z. B. ein PCM oder VSC gemäß Schritt 752 gesendet werden.
Wenn der Befehlsstrom nicht gleich Null ist, wird im Schritt 736 ein Nachweisalgorithmus für einen Stromerzeugungsmodus durchgeführt. 10 und 11, welche im Weiteren noch erläutert werden, liefern Beispiele von Algorithmen, welche während eines Stromerzeugungsmodus durchgeführt werden können. Bei Abschluss des Algorithmus wird im Entscheidungsschritt 740 eine Bestimmung hinsichtlich des Kabelverbindungszustandes durchgeführt. Wenn das Kabel angeschlossen ist, wird der Prozess bei Schritt 720 solange wiederholt, bis die Zündung im ”EIN”-Zustand ist. Wenn das Kabel nicht angeschlossen ist, wird die Fehlererfassungsaktion, für die zuvor Beispiele beschrieben wurden, in Block 730 durchgeführt. In einer beispielhaften Ausführungsform wird das Verfahren 700 beendet, wenn die Zündung in den ”AUS”-Zustand überführt wird.
8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 800, welches zur Ermittlung des Kabelverbindungszustandes während eines Vorladungsbetriebsmodus durchgeführt werden kann. Vorzugsweise wird das Verfahren 800 vor der Ausführung irgendeines Anwendungscodes, welcher die PCM-Strom- und Drehmomentsteuerung durchführt, durchgeführt. In einem Schritt 804 wird die Größe eines Feedback-Stromes MAG(IS), welche die Größe eines Vektors darstellt, der den erfassten Feedback-Strom in einer d-q-Rotor-Referenzebene beschreibt, berechnet. Wie in 5 gezeigt ist, können zwei oder mehr Feedback-Ströme Iu, Iv, Iw von dem Sensor 532 abgetastet und an die MGCU 542 oder den PEC-Controller 526 geliefert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wandelt ein Analog-Digital-Wandler analoge Information in digitale Information um, um die Feedback-Strom-Information zu digitalisieren, bevor sie als Input an das HVIS-Modul 544 weitergegeben wird. Vorzugsweise wird der Schritt 804 unmittelbar durchgeführt, nachdem der PEC-Controller 526 ein Eingangssignal von einer übergeordneten Steuerungseinheit empfängt, dass ein Vorladungs-Schaltungsschütz geschlossen worden ist. Beispielsweise kann der PEC-Controller 526 ein solches Eingangssignal von dem VCS 150, z. B. von dem PCM 152, dem TCM 154 oder dem HVBCM 158 empfangen. Bei Empfang der Information, dass der Schaltungsschütz geschlossen worden ist, kann die PEC-Steuerungsvorrichtung 540 bestätigen, dass ein beliebiger zu dem EDS gehörender PMSM nicht rotiert. Beispielsweise kann die PEC-Steuerungsvorrichtung 540 oder die MGCU 542 Eingangssignale von dem Positionssensor 520 betreffend die Rotation des PMSM 534 empfangen. Für ein System wie das in 4 dargestellte können Eingangssignale von (nicht gezeigten) Positionssensoren, welche zu dem ersten PMSM 470 und dem zweiten PMSM 475 gehören, dazu verwendet werden, zu bestimmen, dass keiner rotiert. Der PEC-Controller 526 kann auch bestätigen, dass eine DC-Bus-Spannung für ein EDS niedrig, vorzugsweise kleiner als 30 Volt ist. In dem in 4 dargestellten Beispiel ist die DC-Bus-Spannung die Spannung über den Kondensatoren 436, 438 und dem Widerstand 439.
9 zeigt ein Blockdiagramm einer beispielhaften MGCU 542. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Feedback-Strom-Eingangssignal an einem Umwandler 904 empfangen werden. In einer beispielhaften Ausführungsform werden Ströme Iu, Iv von dem Sensor 532 abgetastet. Der Umwandler 904 kann dahingehend konfiguriert sein, Feedback-Phasenströme Iu und Iv und möglicherweise Iw in einen Feedback-Strom-Vektor Is in einem rotierenden d-q-Bezugssystem umzuwandeln, welches mit einem Rotor des PMSM 534 verbunden ist. Beispielsweise kann der Umwandler 904 dahingehend konfiguriert sein, Park-Clark-Transformationen der abgetasteten Feedback-Ströme durchzuführen, um einen Vektor im d-q-Raum zu erzeugen. Wie im Stand der Technik bekannt ist, können Park-Clark-Transformationen unter Verwendung von zwei oder drei der Ströme durchgeführt werden, welche an das PMSM 534 geliefert werden, um einen Feedback-Strom im d-q-Raum bereitzustellen. Der Feedback-Strom-Vektor Is besitzt eine Flusskomponente des Feedback-Stromes IDS, welche mit dem Fluss ausgerichtet ist, und eine Drehmomentkomponente des Feedback-Stromes Iq_d, welche quadratisch in Id ist. Die MGCU 542 kann auch ein Befehlsmodul 908 aufweisen, welches Befehlsströme Iq_cmd und Id_cmd bereitstellen kann. Die Feedback-Ströme Id und Iq können mit Referenzbefehlsströmen Iq_cmd und Id_cmd am Komparator 912 zur Erzeugung eines Ausgangssignals e_k verglichen werden, welches den Fehler oder die Differenz zwischen den Befehlsströmen und den Feedback-Strömen darstellt. Der Fehler e_k kann an einen Stromregler 916 geliefert werden, welcher den Fehler e_k zur Erzeugung von Spannungen V_q und V_d nutzt, die einen Spannungsvektor bezüglich des Rotors des PMSM 534 repräsentieren. Die Spannungen V_q und V_d können dann zurück in ein Referenzbezugssystem basierend auf den u-, v-, w-Statorwicklungen über einen Invers-Umwandler 920 zurückverwandelt werden, um Spannungen Vu, Vv und Vw zu erzeugen. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Invers-Umwandler 920 dahingehend konfiguriert sein, inverse Park-Clark-Transformationen zur Bereitstellung der Spannungen Vu, Vv und Vw durchzuführen. Die Spannungen Vu, Vv und Vw können an einen als PWM bezeichneten Pulsweitenmodulator 924 zur Erzeugung von Ansteuerungsströmen Iu, Iv und Iw geliefert werden, welche in einer beispielhaften Ausführungsform Gate-Ansteuerungsströme für die IGBT-Transistoren des Umrichters 430 bilden. Obwohl als Abschnitte der MGCU 542 dargestellt, versteht es sich, dass der PWM 924 auch als Teil des PECs 524 angeordnet sein kann. Es versteht sich ferner, dass die Park-Clark-Transformationen und die inversen Park-Clark-Transformationen sowie der Vergleich zwischen Befehls- und Feedback-Strömen von dem PEC-Controller 540 oder alternativen Modulen durchgeführt werden können und nicht auf den Betrieb über die MGCU 542 beschränkt sind.
In einer beispielhaften Ausführungsform berechnet das HVIS-Modul 544 die Größe des Feedback-Strom-Vektors MAG(IS) unter Verwendung der Id_s und Iq_s, welche sich ergeben, wenn die abgetasteten Iu und Iv Clark- und Parktransformationen mittels eines Umwandlers 904 unterzogen werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird MAG(Is) mit folgender Gleichung berechnet: MAG(Is) = sqrt[(Id_s)² + (Iq_s)²] (1)
In Block 808 wird der inkrementelle Wert von MAG(Is) dazu verwendet, den Verbindungsstatus des Kabels 530 zu bestimmen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dann, wenn MAG(Is) größer als 20 bis 30 mA ist, bestimmt, dass das Kabel 530 angeschlossen ist, d. h. der Verbindungsstatus gut ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren dreimal wiederholt, um die Bestimmung des Verbindungsstatus zu bestätigen.
Nach der Bestimmung durch das HVIS-Modul 544, dass das Kabel 530 angeschlossen ist, kann ein Signal bereitgestellt werden, mit der Ausführung des Anwendungscodes zu beginnen. Sollte bestimmt werden, dass das Kabel 530 nicht angeschlossen ist, kann eine Fehlerverarbeitungsaktion durchgeführt werden.
10 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Erfassung des Kabelverbindungsstatus, wenn sich ein EDS in einem Stromerzeugungsmodus zur Erzeugung entweder von Motordrehmoment oder Generatordrehmoment befindet. Die Stromerzeugung kann eine Stromregelung mit geschlossenem Regelkreis während eines Betriebs mit niedriger Drehzahl oder eine Spannungsregelung mit offenem Regelkreis (wie z. B. ein sechsstufiger PWM) während eines Betriebs mit hoher Drehzahl sein. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das HVIS-Modul 544 eine Version mit geschlossenem Regelkreis eines Stromerzeugungsmodusnachweisalgorithmus und ferner auch eine Version mit offenem Regelkreis eines Stromerzeugungsnachweisalgorithmus durchführen. Das Verfahren 1000 gemäß 10 kann als Version mit geschlossenem Regelkreis eines Stromerzeugungsmodusnachweisalgorithmus ausgeführt werden. In einem Schritt 1004 berechnet das HVIS-Modul 544 die Differenzen zwischen Befehlsströmen und Feedback-Strömen gemäß Darstellung im d-q-Raum. In wenigstens einem Beispiel wird die Differenz ΔId zwischen dem Befehlsstrom Id_cmd und dem Feedback-Strom Id_s berechnet durch: ΔId = Id_CMD – Id_s (2)
In ähnlicher Weise wird die Differenz ΔIq zwischen dem Befehlsstrom Ig_cmd und dem Feedback-Strom Iq_s berechnet durch: ΔIq = Iq_CMD – Iq_s (3)
In einer beispielhaften Ausführungsform können die Differenzen zwischen den Befehls- und Feedback-Strömen von dem Komparator 812 erhalten werden. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform können Werte für die Befehls- und Feedback-Ströme an das HVIS-Modul 544 von der MGCU 542 geliefert werden, und das HVIS-Modul kann die notwendigen Berechnungen durchführen. Beispielsweise können Befehlsstromwerte von dem Befehlsmodul 808 bereitgestellt werden, und Feedback-Stromwerte können von dem Umwandler 804 oder von dem Sensor 532 bereitgestellt werden. In einem Schritt 1008 kann das HVIS-Modul 544 den Mittelwert der Quadrate der Differenzen zwischen den Befehls- und Rückführungsströmen über eine vorbestimmte Zeitdauer berechnen. In wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform verwendet das Verfahren 1000 die untenstehenden Gleichungen:
wobei n die Anzahl der berechneten Differenzquadrate ist, AVG[(ΔId)²] der Mittelwert des Quadrates der Differenz zwischen Id_cmd und Id_s ist und AVG[(ΔIq)²] der Mittelwert des Quadrates der Differenz zwischen Iq_cmd und Iq_s ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die vorbestimmte Periode ein elektrischer Zyklus eines EDS.
In einem Schritt 1012 kann eine Differenzgröße MAG(ΔI) unter Verwendung der berechneten Mittelwerte der Quadrate der Differenzen zwischen den Befehls- und Feedback-Strömen berechnet werden. Beispielsweise kann eine quadrierte Differenzgröße [MAG(ΔI)]² unter Verwendung der untenstehenden Gleichung berechnet werden: [MAG(ΔI)]² = AVG[(ΔId)²] + AVG[(ΔId)²] (6)
In einem Schritt 1016 wird das Quadrat der Größe des Befehlsstroms berechnet, was beispielsweise unter Verwendung der nachfolgenden Gleichung erfolgt: [MAG(I_CMD)]² = (Id_CMD)² + (Iq_CMD)² (7)
In einem Schritt 1020 wird [MAG(ΔI)]² mit [MAG(I_CMD)]² verglichen, um den Kabelverbindungszustand zu bestimmen. In wenigstens einem Beispiel wird dann, wenn [MAG(ΔI)]² ein vorbestimmter Prozentsatz von [MAG(I_CMD)]² ist oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von Prozentwerten von [MAG(I_CMD)]² liegt, bestimmt, dass das Kabel angeschlossen ist. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dann, wenn [MAG(ΔI)]² als 15% von [MAG(I_CMD)]² berechnet wird, der Kabelverbindungszustand als gut angesehen. Wenn [MAG(ΔI)]² nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereichs von Prozentwerten von [MAG(I_CMD)]² liegt, kann bestimmt werden, dass das Kabel gelöst bzw. abgekoppelt ist. In Reaktion auf die Erfassung eines gelösten bzw. abgekoppelten Status können Fehlererfassungsaktionen durchgeführt werden. Beispielsweise kann eine Entladungsprozedur für den Hochspannungskondensator 342 ausgelöst werden.
11 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 1100, welches während eines Stromerzeugungsmodus mit offenem Regelkreis durchgeführt werden kann. In einem Schritt 1104 wird eine Größe eines Feedback-Strom-Vektors MAG(Is) berechnet. In wenigstens einer Ausführungsform wird MAG(Is) mittels folgender Gleichung berechnet: MAG(I_s) = sqrt[(Id_s)² + (Iq_s)²] (8)
Wie zuvor diskutiert können Id_s und Iq_s von der MGCU 542 oder dem PEC-Controller 540 bereitgestellt oder mittels des HVIS-Moduls 544 unter Verwendung des von dem Sensor 532 erfassten Feedback-Stroms berechnet werden. In einem Schritt 1108 wird eine Gegenspannung für PMSM (EPM) berechnet. In einer beispielhaften Ausführungsform wird EPM unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: Epm = ω·λpm (9)
Hierbei bezeichnet ω die Winkelgeschwindigkeit eines PMSM, und λpm ist der von dem Rotorpermanentmagneten erzeugte Fluss.
In einem Schritt 1112 können Schätzwerte für die Feedback-Ströme unter Verwendung des berechneten EPM-Wertes berechnet werden. In einem Beispiel werden die abgeschätzten Feedback-Ströme Id_est und Iq_est unter Verwendung der folgenden Gleichungen berechnet: Id_EST = [RsVd + ωLq(Vq – Epm)]/[(Rs)² + ω²LdLq] (10) Iq_EST = [–ωLqVd + Rs(Vq – Epm)]/[(Rs)² + ω²LdLq] (11)
Hierbei ist Rs der Statorwiderstand, Vd eine Spannung entlang der d-Achse des d-q-Bezugssystems, Vq eine Spannung entlang der q-Achse des d-q-Bezugssystems, Ld die Selbstinduktivität des Stators entlang der d-Achse des d-q-Bezugssystems, und Lq die Selbstinduktivität des Stators entlang der q-Achse des d-q-Bezugssystems.
In einem Schritt 1116 kann eine abgeschätzte Größe des Feedback-Strom-Vektors MAG(Is_EST) berechnet werden, indem die berechneten Schätzwerte Id_est und Iq_est verwendet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird MAG(Is_EST) unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet: MAG(Is_EST) = sqrt[(Id_EST)² + (Iq_EST)²] (12)
In einem Schritt 1120 kann MAG(Is) mit MAG(IS_est) verglichen werden, um den Kabelverbindungszustand zu ermitteln. In wenigstens einem Beispiel wird dann, wenn MAG(Is) gleich oder größer als ein vorbestimmter Prozentwert oder ein vorbestimmter Bereich von Prozentwerten von MAG(Is_est) ist, der Kabelverbindungsstatus als gut oder ”verbunden” angesehen. Beispielsweise kann dann, wenn MAG(Is) größer als 50% von MAG(Is_est) ist, der Kabelverbindungsstatus als gut angesehen werden. In wenigstens einem Beispiel kann dann, wenn MAG(Is) kleiner als ein vorbestimmter Prozentwert oder ein vorbestimmter Bereich von Prozentwerten von MAG(Is_est) ist, der Kabelverbindungsstatus als gelöst oder abgekoppelt bestimmt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform wird der Prozess alle 50 ms wiederholt.
Beispielhafte Verfahren 600, 800, 1000 und 1100 sind erfolgreich implementiert worden, um den Kabelverbindungszustand zu bestimmen. 12 zeigt Ergebnisse eines Tests, der mit einem gelösten Kabel während eines Vorladungsbetriebsmodus durchgeführt wurde. Ein AFIS-Modul erzeugte in korrekter Weise ein Fehlersignal nach 80 ms. 13 zeigt Daten, welche während eines Tests erhalten wurden, der während eines Vorladungsmodus mit angeschlossenem Kabel durchgeführt wurde. Es wurde kein Fehlersignal von dem getesteten HVIS-Modul erzeugt. 14 zeigt Daten und Resultate eines Tests, welcher während eines Stromerzeugungsmodus mit gelöstem Kabel durchgeführt wurde. Ein Fehlersignal wurde in korrekter Weise in Reaktion auf die Bestimmung, dass kein Kabel angeschlossen ist, erzeugt. 15 zeigt Testdaten und Resultate eines Tests, welcher während eines Null-Strom-Betriebsmodus mit angeschlossenem Kabel durchgeführt wurde. Es wurde kein Fehlersignal von dem getesteten HVIS-Modul erzeugt. Schließlich zeigen 16A–D Testdaten und Resultate eines Tests, welcher mit gelöstem Kabel während eines Null-Strom-Betriebsmodus durchgeführt wurde. Wie in 16C gezeigt, erzeugte das getestete HVIS-Modul ein Fehlersignal in Reaktion auf die Ermittlung, dass das Kabel losgelöst bzw. abgekoppelt wurde.
In der vorliegenden Beschreibung sind Verfahren zur Ermittlung des Kabelverbindungszustandes unter Verwendung eines Feedback-Faktors basierend auf einem Feedback-Strom beispielhaft dargestellt. Bevorzugte. Ausführungsformen beruhen auf Software zur Implementierung der Verfahren, wobei die Notwendigkeit nach zusätzlicher oder kundenspezifischer Hardware beseitigt wurde. Die enthaltenen Flussdiagramme zeigen Steuerungslogik, welche unter Verwendung der Hardware, Software oder Kombinationen aus Hardware und Software implementiert werden können. Die Steuerungslogik kann unter Verwendung einer Reihe bekannter Programmier- oder Verarbeitungstechniken oder -strategien implementiert werden und ist nicht auf die dargestellte Ordnung oder Reihenfolge beschränkt. Diverse Funktionen können in der dargestellten Reihenfolge oder im Wesentlichen gleichzeitig oder in einer anderen Reihenfolge unter Erzielung der Merkmale und Vorteile der Erfindung durchgeführt werden. Die dargestellten Funktionen können modifiziert oder in manchen Fällen weggelassen werden, ohne von dem Grundgedanken oder dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Eine VHIS-Strategie ist flexibel und für sämtliche HEV-Plattformen anwendbar, ohne dass Probleme der Einbettung oder Unterbringung gelöst werden müssen. Bei Implementierung als softwarebasierte Lösung für den Bedarf nach Erfassung eines losgelösten Kabels kann eine VHIS-Strategie in einer Kalibrierungsphase optimiert werden. Die Verwendung bekannter, leicht verfügbarer Stromsensoren, Positionssensoren und Wellenpositionsmeldern von nachgewiesener Zuverlässigkeit macht das VHIS-Modul zu einer robusten Lösung für den Nachweis der Abkopplung eines Hochspannungskabels.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung eines Spannungskabel-Verbindungsstatus, mit: einem als PMSM bezeichneten Permanentmagnet-Synchronmotor (134, 534); einer Stromrichterschaltung (124, 524), welche dahingehend konfiguriert ist, Energie an den PMSM (134, 534) zu liefern; einem Controller (126, 526), welcher an die Stromrichterschaltung (124, 524) gekoppelt und dahingehend konfiguriert ist, die Stromrichterschaltung (124, 524) zu steuern; einem Kabel (130, 530), welches dahingehend konfiguriert ist, die Stromrichterschaltung (124, 524) an den PMSM (134, 534) elektrisch anzuschließen; wenigstens einem Sensor (132, 532), welcher dahingehend konfiguriert ist, durch das Kabel (130, 530) geleiteten Strom zu erfassen, und einem als HVIS-Modul bezeichneten Hochspannungsunterbrechungsstrategie-Modul (128, 544), welches dahingehend konfiguriert ist, den Kabelverbindungsstatus zu bestimmen, indem wenigstens ein auf dem erfassten Strom basierender Feedback-Faktor berechnet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das HVIS-Modul (128, 544) Software aufweist, welche dahingehend konfiguriert ist, auf einer Universalrechnervorrichtung ausgeführt zu werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kabel (130, 530) ein Hochspannungsdrehstromkabel aufweist.