DE102009033955A1

DE102009033955A1 - Leistungsverarbeitungssyteme und -verfahren zur Verwendung in Steckdosen-Elektrofahrzeugen

Info

Publication number: DE102009033955A1
Application number: DE200910033955
Authority: DE
Inventors: Mohammad N. Van Buren Anwar; Erkan Rochester Hills Mese
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-07-21
Filing date: 2009-07-20
Publication date: 2010-02-11
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: US20100013438A1; CN101635529B; DE102009033955B4; CN101635529A; US8183820B2

Abstract

Ausführungsformen umfassen ein Leistungsverarbeitungssystem und Verfahren zum Betrieb desselben in einem Steckdosen-Elektrofahrzeug. Das Leistungsverarbeitungssystem umfasst mindestens einen AC-Elektromotor, ein bidirektionales Wechselrichtersystem und ein elektronisches Steuerungssystem. Das elektronische Steuerungssystem stellt eine Antriebsfunktion bereit, indem es erste Steuerungssignale an das bidirektionale Wechselrichtersystem liefert, welches in Ansprechen darauf elektrische DC-Leistung aus einer DC-Energiequelle entnimmt, die DC-Leistung in AC-Leistung umsetzt und die AC-Leistung an Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors liefert. Das elektronische Steuerungssystem stellt auch eine Aufladefunktion bereit, indem es zweite Steuerungssignale an das bidirektionale Wechselrichtersystem liefert, welches in Ansprechen darauf AC-Leistung aus den Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors entnimmt, die AC-Leistung in DC-Leistung umsetzt und die DC-Leistung an die DC-Energiequelle liefert, um die DC-Energiequelle wieder aufzuladen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen von Systemen und Verfahren betreffen Leistungsverarbeitungssysteme und -verfahren für deren Verwendung in Steckdosen-Elektrofahrzeugen (z. B. vollständigen und hybriden Elektrofahrzeugen).
HINTERGRUND
Ein herkömmliches Steckdosen-Elektrofahrzeug (z. B. ein vollständiges oder ein hybrides Elektrofahrzeug) verwendet ein fahrzeugeigenes oder fahrzeugfremdes Batterieladegerät, um die Batterie des Fahrzeugs von einer Wechselstromsteckdose (AC-Steckdose) einer Versorgungseinrichtung wieder aufzuladen. Wenn das Fahrzeug nicht gefahren wird (z. B. wenn das Fahrzeug zuhause über Nacht geparkt ist), kann der Bediener des Fahrzeugs das Fahrzeug über das Batterieladegerät an eine Steckdose anschließen. Das Batterieladegerät kann dann Strom aus der Versorgungseinrichtung entnehmen, um die Batterie wieder aufzuladen.
Herkömmliche Batterieladegeräte weisen einige Probleme in Bezug auf physikalische, Herstellungs- und/oder Betriebsmerkmale eines Fahrzeugs auf. Zum Beispiel trägt die Aufnahme eines fahrzeugeigenen Batterieladegeräts bei einem Steckdosen-Elektrofahrzeug zu dem Gesamtgewicht des Fahrzeugs bei, was die Reichweite des Fahrzeugs bei einer vorgegebenen Batterieladung verringert. Zudem verbraucht ein Batterieladegerät als zu sätzliche Komponente physikalischen Raum und trägt zu den Herstellungskosten des Fahrzeugs bei.
Herkömmliche Batterieladegeräte können auch Leistung aus einer elektrischen Versorgungseinrichtung wahllos entnehmen, was die Gesamtkosten zum Betreiben eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs für einen Verbraucher erhöhen kann. Viele Versorgungsunternehmen verfügen über Ratenpläne, die erhöhte Verbrauchsgebühren für Leistung umfassen, die während Zeitspannen entnommen wird, in denen das Versorgungsunternehmen typischerweise einen Spitzenverbrauch erlebt (z. B. ”Spitzenverbrauchszeitspannen”). Eine Spitzenverbrauchszeitspanne kann beispielsweise eine Spanne zwischen 17.00 Uhr und 23.00 Uhr umfassen, wenn viele Verbraucher abends zuhause sind und leistungsverbrauchende Tätigkeiten ausführen (z. B. Kochen, Wäsche waschen und so weiter). Zudem wird eine derartige Spitzenverbrauchszeitspanne wahrscheinlich mit einer Zeitspanne zusammenfallen, wenn das Batterieladegerät eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs wie zuvor beschrieben an eine AC-Steckdose einer Versorgungseinrichtung angeschlossen ist. Wenn der Batterieaufladeprozess während einer Spitzenverbrauchszeitspanne auftritt, können die Verbrauchsgebühren, die mit dem Wiederaufladen der Batterie verbunden sind und dem Verbraucher in Rechnung gestellt werden, höher sein als sie wären, wenn die Batterie während einer Nichtspitzenverbrauchszeitspanne aufgeladen würde (z. B. eine Zeitspanne, wenn die Gebühren niedriger sind, etwa zwischen Mitternacht und 5.00 morgens).
Um die Anreize für Verbraucher zum Kaufen und Verwenden von Steckdosen-Elektrofahrzeugen zu erhöhen, ist es wünschenswert, Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, um die Gesamtkosten zum Betreiben eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs für den Verbraucher zu verringern. Zudem ist es wünschenswert, Verfahren und Vorrichtungen zum Bereit stellen von Batterieauflademöglichkeiten bereitzustellen, während die Fahrzeugherstellkosten, das Fahrzeuggewicht und/oder der von einem herkömmlichen Batterieladegerät verbrauchte physikalische Raum verringert werden. Weitere wünschenswerte Merkmale und Eigenschaften werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und dem vorstehenden technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Ausführungsform eines Leistungsverarbeitungssystems zur Verwendung in einem Steckdosen-Elektrofahrzeug umfasst mindestens einen AC-Elektromotor, der mit einem bidirektionalen Wechselrichtersystem elektrisch gekoppelt ist, und ein elektronisches Steuerungssystem. Das elektronische Steuerungssystem dient zum Bereitstellen einer Antriebsfunktion, indem es erste Steuerungssignale an das bidirektionale Wechselrichtersystem liefert, um das bidirektionale Wechselrichtersystem dazu zu veranlassen, elektrische DC-Leistung aus einer DC-Energiequelle des Fahrzeugs zu entnehmen, die DC-Leistung in AC-Leistung umzusetzen und die AC-Leistung an Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors zu liefern, um das Fahrzeug anzutreiben. Das elektronische Steuerungssystem dient auch dazu, eine Aufladefunktion bereitzustellen, indem es zweite Steuerungssignale an das bidirektionale Wechselrichtersystem liefert, um das bidirektionale Wechselrichtersystem dazu zu veranlassen, AC-Leistung aus den Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors zu entnehmen, die AC-Leistung in DC-Leistung umzusetzen und die DC-Leistung an die DC-Energiequelle zu liefern, um die DC-Energiequelle wieder aufzuladen.
Eine andere Ausführungsform eines Leistungsverarbeitungssystems zur Verwendung in einem Steckdosen-Elektrofahrzeug umfasst mindestens einen AC-Elektromotor, der mit einem bidirektionalen Wechselrichtersystem und mit einem Traktionssystem elektrisch gekoppelt ist. Bei einer Ausführungsform umfasst das bidirektionale Wechselrichtersystem mehrere Schalter und ist so ausgelegt, dass es das System zur Bereitstellung einer Antriebsfunktion veranlasst, indem es elektrische DC-Leistung aus einer DC-Energiequelle des Fahrzeugs in Ansprechen auf den Empfang erster Steuerungssignale entnimmt, die DC-Leistung in AC-Leistung umsetzt und die AC-Leistung an Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors liefert, um das Fahrzeug anzutreiben. Das bidirektionale Wechselrichtersystem ist auch so ausgelegt, dass es das System zur Bereitstellung einer Aufladefunktion veranlasst, indem es AC-Leistung aus den Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors in Ansprechen auf den Empfang zweiter Steuerungssignale entnimmt, die AC-Leistung in DC-Leistung umsetzt und die DC-Leistung an die DC-Energiequelle liefert, um die DC-Energiequelle wieder aufzuladen.
Eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben eines Leistungsverarbeitungssystems eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs umfasst, dass während einer ersten Zeitspanne Wicklungen von mindestens einem AC-Elektromotor und ein bidirektionales Wechselrichtersystem verwendet werden, um eine Antriebsfunktion bereitzustellen, indem das bidirektionale Wechselrichtersystem dazu veranlasst wird, elektrische DC-Leistung aus einer DC-Energiequelle des Fahrzeugs in Ansprechen auf den Empfang erster Steuerungssignale zu entnehmen, die DC-Leistung in AC-Leistung umzusetzen und die AC-Leistung an die Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors zu liefern, um das Fahrzeug anzutreiben. Das Fahrzeug umfasst auch, dass die Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors und das bidirektionale Wechselrichtersystem während einer zweiten Zeitspanne zum Bereitstellen einer Aufladefunktion verwendet werden, indem das bidirektionale Wechselrichtersystem dazu veranlasst wird, AC-Leistung aus den Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors in Ansprechen auf den Empfang zweiter Steuerungssignale zu entnehmen, die AC-Leistung in DC-Leistung umzusetzen und die DC-Leistung an die DC-Energiequelle zu liefern, um die DC-Energiequelle wieder aufzuladen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsformen des erfinderischen Gegenstands werden hier nachstehend in Verbindung mit den folgenden Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und
1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs ist, das eine Ausführungsform eines Wechselrichtersystems beinhaltet;
2 eine Schaltplandarstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugleistungsverarbeitungssystems gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform ist;
3 eine Schaltplandarstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugleistungsverarbeitungssystems gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform ist;
4 eine Schaltplandarstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugleistungsverarbeitungssystems gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform ist;
5 eine Schaltplandarstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugleistungsverarbeitungssystems gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform ist;
6 eine Schaltplandarstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugleistungsverarbeitungssystems gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform ist;
7 eine Schaltplandarstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugleistungsverarbeitungssystems gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform ist; und
8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Leistungsverarbeitungssystems eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende genaue Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und ist nicht dazu gedacht, den Umfang der Anmeldung und die Verwendungsmöglichkeiten des erfinderischen Gegenstands einzuschränken. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch irgendeine explizite oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem vorstehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der Zusammenfassung oder der folgenden genauen Beschreibung dargestellt ist. In der folgenden Beschreibung beziehen sich in jeder der Figuren gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente.
Ausführungsformen umfassen Leistungsverarbeitungssysteme und -verfahren zur Verwendung mit Steckdosen-Elektrofahrzeugen. Der Begriff ”Leistungsverarbeitung” umfasst eine oder mehrere Funktionen mit Bezug auf eine Leistungsverarbeitung, die ohne eine Einschränkung eine Batterieaufladefunktion (oder eine Aufladefunktion einer anderen Gleichstromleistungsquelle), eine Wechselstromleistungsquellenfunktion, eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsgenerators, eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Blindleistungsgenerators und/oder eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsfilters umfassen, welche alle nachstehend genauer beschrieben werden. Bei der Verwendung hierin umfasst der Begriff ”Elektrofahrzeug” sowohl vollständige Elektrofahrzeuge (z. B. reine Elektrofahrzeuge) als auch hybride Elektrofahrzeuge. Folglich kann der Begriff Steckdosen-Elektrofahrzeug, so wie er hier verwendet wird, ein Steckdosen-Vollelektrofahrzeug oder ein Steckdosen-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) oder beides bedeuten. Ausführungsformen können in einem Steckdosen-Elektrofahrzeug, einem fahrzeugeigenen Batterieladegerät und/oder einem fahrzeugfremden Batterieladegerät vollständig enthalten sein.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systemkomponenten, Elemente, Knoten oder Merkmale, die miteinander ”gekoppelt” sind. Bei der Verwendung hierin bedeutet der Begriff ”gekoppelt”, sofern es nicht ausdrücklich anderweitig angegeben ist, dass eine Komponente bzw. ein Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt mit einer weiteren Komponente bzw. einem weiteren Element/Knoten/Merkmal direkt oder indirekt verbunden ist (oder direkt oder indirekt damit kommuniziert), und zwar nicht unbedingt mechanisch. Obwohl die in 2–7 gezeigten Schaltpläne verschiedene beispielhafte Anordnungen von Komponenten/Elementen/Knoten/Merkmalen darstellen, können daher zusätzliche dazwi schenkommende Komponenten, Elemente, Knoten, Merkmale oder Geräte bei anderen Ausführungsformen des dargestellten Gegenstands vorhanden sein.
1 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs 100, das eine Ausführungsform eines Leistungsverarbeitungssystems beinhaltet, wie nachstehend genauer beschrieben ist. Bei der in 1 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist das Fahrzeug 100 ein Steckdosen-Vollelektrofahrzeug oder ein Steckdosen-Hybridelektrofahrzeug mit einem elektrischen Traktionssystem. In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen bedeutet der Begriff ”Steckdose” bei der Anwendung auf ein Fahrzeug ein Fahrzeug mit mindestens einer DC-Energiequelle (z. B. der DC-Energiequelle 110) und einer Hardwareschnittstelle (z. B. der AC-Leistungsschnittstelle 114), wobei die Hardwareschnittstelle zur Verbindung mit einer externen Last (z. B. einem Stromverbrauchergerät) oder einer Wechselstromsteckdose einer Versorgungseinrichtung ausgelegt ist, um die DC-Energiequelle unter Verwendung von Leistung aufzuladen, die von der elektrischen Versorgungseinrichtung bereitgestellt wird.
Das Fahrzeug 100 kann ein beliebiger einer Anzahl verschiedener Typen von Kraftfahrzeugen sein, wie zum Beispiel eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen oder ein Sportnutzfahrzeug, und es kann ein Zweiradantrieb (d. h. Heckantrieb oder Frontantrieb), ein Vierradantrieb oder ein Allradantrieb sein. Das Fahrzeug 100 kann auch einen beliebigen oder eine Kombination aus einer Anzahl verschiedener Typen von Maschinen und/oder Traktionssystemen beinhalten, wie zum Beispiel eine benzin- oder dieselgespeiste Brennkraftmaschine, eine Maschine eines ”Fahrzeugs mit flexiblem Kraftstoff” (d. h., die ein Gemisch aus Benzin und Alkohol verwendet), eine mit einer gasförmigen Verbindung (z. B. Wasserstoff und Erdgas) ge speiste Maschine, eine hybride Brennkraft/Elektromotormaschine und einen Elektromotor.
In Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Fahrzeug 100 ein oder mehrere elektronische Steuerungssysteme 108, eine oder mehrere DC-Energiequellen 110, eine oder mehrere AC-Leistungsschnittstellen 114, ein oder mehrere Wechselrichtersysteme 116 und einen oder mehrere Motoren 118, 119, 120. Bei Ausführungsformen, in welchen das Fahrzeug 100 ein Hybridelektrofahrzeug ist, kann das Fahrzeug 100 auch eine Maschine 122 (z. B. eine Brennkraftmaschine) enthalten. Obwohl jeweils nur ein elektronisches Steuerungssystem 108, eine DC-Energiequelle 110, eine AC-Leistungsschnittstelle 114 und ein Wechselrichtersystem 116 in 1 veranschaulicht ist, können in dem Fahrzeug 100 bei anderen Ausführungsformen mehr als eine (z. B. zwei oder drei) von jeder beliebigen oder mehreren dieser Komponenten enthalten sein. Zudem kann das System 100, obwohl in 1 drei Motoren 118, 119, 120 veranschaulicht sind, bei anderen Ausführungsformen einen, zwei, oder mehr als drei Motoren enthalten.
Bei einigen Ausführungsformen, insbesondere bei Hybridelektrofahrzeugen vom seriellen Typ, kann das Fahrzeug 100 einen ersten Motor 118 oder ”Antriebsmotor” umfassen, der zum Liefern von Antriebsleistung an Räder 106 durch seine elektrische Kopplung mit einem Traktionssystem des Fahrzeugs ausgelegt ist (z. B. um das Fahrzeug anzutreiben), und einen zweiten Motor 119 oder einen ”Generator”, der so ausgelegt ist, dass er als Generator zum Anlassen der Brennkraftmaschine (oder eines anderen Maschinentyps) wirkt, wenn gestartet wird, und/oder, um zusätzliche mechanische Leistung an das Traktionssystem zum Beschleunigen zu liefern. Bei anderen Ausführungsformen, insbesondere bei Hybridelektrofahrzeugen vom parallelen Typ, kann das Fahrzeug 100 einen einzigen Motor 118 umfassen, der so ausgelegt ist, dass er Antriebsleistung liefert und auch als Generator funktioniert. Bei noch anderen Ausführungsformen, insbesondere bei Hybridelektrofahrzeugen vom Leistungsverzweigungstyp (auch als Hybridelektrofahrzeuge vom Seriell-Parallel-Typ bezeichnet) kann das Fahrzeug 100 einen ersten Motor 118, der zum Liefern von Antriebsleistung ausgelegt ist, einen zweiten Motor 119, der so ausgelegt ist, dass er als Generator funktioniert, und einen dritten Motor 120 umfassen, der so ausgelegt ist, dass er als Hilfsmotor funktioniert (z. B. um Leistung an eine elektrische Pumpe, einen Klimaanlagenkompressor oder eine andere Fahrzeugkomponente zu liefern).
Bei einer Ausführungsform kann jeder Motor 118–120 einen dreiphasigen Wechselstromelektromotor (AC-Elektromotor) umfassen, obwohl auch andere Motortypen mit einer anderen Phasenzahl verwendet werden können. Wie in 1 gezeigt ist, kann der Motor 118 auch ein Getriebe enthalten oder damit zusammenarbeiten, sodass der Motor 118 und das Getriebe mit mindestens einigen der Räder des Fahrzeugs durch eine oder mehrere (nicht dargestellte) Antriebswellen mechanisch gekoppelt sind.
Das elektronische Steuerungssystem 108 steht in funktionaler Kommunikation mit den Motoren 118–120, der DC-Energiequelle 110 und dem Wechselrichtersystem 116. Obwohl es nicht im Detail gezeigt ist, kann das elektronische Steuerungssystem 108 verschiedene Sensoren und Kraftfahrzeugsteuerungsmodule oder elektronische Steuerungseinheiten (ECUs) (z. B. ein Wechselrichtersteuerungsmodul und einen Fahrzeug-Controller), mindestens einen Prozessor und/oder einen Speicher (oder ein anderes computerlesbares Medium), der darin gespeicherte Anweisungen zum Ausführen der Prozesse und Verfahren wie nachstehend beschrieben umfasst, umfassen.
Die DC-Energiequelle 110 kann eine oder mehrere wiederaufladbare Batterien, Batteriestapel, Brennstoffzellen, Superkondensatoren oder dergleichen umfassen. Die DC-Energiequelle 110 steht in funktionaler Kommunikation mit dem elektronischen Steuerungssystem 108 und dem Wechselrichtersystem 116 und/oder ist mit diesen elektrisch gekoppelt. Bei Ausführungsformen, bei denen das Fahrzeug 100 mehrere DC-Energiequellen 110 umfasst, kann eine erste DC-Energiequelle 110 eine erste Nennbetriebsspannung (z. B. in einem Bereich von 42 bis 350 Volt) aufweisen und andere DC-Energiequellen können andere Nennbetriebsspannungen (z. B. in einem Bereich von 12 bis 42 Volt) aufweisen.
Eine AC-Leistungsschnittstelle 114 steht in funktionaler Kommunikation mit dem Wechselrichtersystem 116 und/oder ist mit diesem elektrisch gekoppelt. Die AC-Leistungsschnittstelle 114 umfasst eine Hardwareschnittstelle, die zur Kopplung mit einer elektrischen Versorgungseinrichtung oder einer anderen externen Last ausgelegt ist, um AC-Leistung mit der elektrischen Versorgungseinrichtung oder der anderen elektrischen Last auszutauschen. Bei einer Ausführungsform umfasst die AC-Leistungsschnittstelle 114 eine Anschlussdose (z. B. die Anschlussdosen 212, 312, 412, 512, 612, 712 in 2–7), die zur Aufnahme eines elektrischen Steckers (z. B. der elektrischen Stecker 290, 390, 490, 590, 690, 790 in 2–7) ausgelegt ist, der mit einer AC-Steckdose einer Versorgungseinrichtung oder einer externen Last elektrisch gekoppelt oder damit verbindbar ist. Bei einer alternativen Ausführungsform umfasst die AC-Leistungsschnittstelle 114 einen elektrischen Stecker, der zum Einführen in eine Anschlussdose (z. B. eine nicht veranschaulichte elektrische Steckdose) ausgelegt ist, wobei die Anschlussdose mit einer elektrischen Versorgungseinrichtung oder einer anderen elektrischen Last elektrisch gekoppelt oder mit dieser verbindbar ist. Insbesondere umfasst die AC-Leistungsschnittstelle 114 bei verschiedenen Ausführungsformen eine Hardwareschnittstelle, die aus einer Gruppe von Hardwareschnittstellen ausgewählt ist, welche eine AC-Leistungsschnittstelle mit zwei Leitern, eine AC-Leistungsschnittstelle mit drei Leitern, eine einphasige Anschlussdose, eine zweiphasige Anschlussdose, eine dreiphasige Anschlussdose, einen einphasigen Stecker, einen zweiphasigen Stecker und einen dreiphasigen Stecker umfasst. In Verbindung mit 2–7 nachstehend beschriebene Ausführungsformen umfassen Fahrzeugleistungsverarbeitungssysteme, die eine AC-Leistungsschnittstelle in der Form einer Anschlussdose umfassen, die zur Aufnahme eines elektrischen Steckers ausgelegt ist. Die veranschaulichten und beschriebenen Ausführungsformen sollen nicht einschränken und es versteht sich, dass andere Ausführungsformen von Wechselrichtersystemen einen elektrischen Stecker enthalten können, der zum Einführen in eine Anschlussdose ausgelegt ist.
Zu verschiedenen Zeitpunkten kann sich das Fahrzeug 100 entweder in einem Antriebszustand oder einem Parkzustand befinden. Bei beiden Zuständen können verschiedene Systemkomponenten als Fahrzeugleistungsverarbeitungssystem zusammenarbeiten (z. B. die Fahrzeugleistungsverarbeitungssysteme 200, 300, 400, 500, 600, 700 in 2–7). Insbesondere kann ein Fahrzeugleistungsverarbeitungssystem ein oder mehrere DC-Kopplungskondensatoren (nicht veranschaulicht), elektronische Steuerungssysteme 108, DC-Energiequellen 110, AC-Leistungsschnittstellen 114, Wechselrichtersysteme 116 und Motoren 118–120 neben weiteren Dingen umfassen. Verschiedene Ausführungsformen von Fahrzeugleistungsverarbeitungssystemen werden nachstehend in Verbindung mit 2–7 beschrieben.
Im Antriebszustand kann das Fahrzeug 100 stehen oder sich bewegen und die AC-Leistungsschnittstelle 114 ist von jeglicher elektrischer Ver sorgungseinrichtung oder externen Last getrennt. In dem Antriebszustand stellt das Leistungsverarbeitungssystem eine Antriebsfunktion bereit, bei welcher das Wechselrichtersystem 116 DC-Leistung aus der DC-Energiequelle 110 entnehmen, die DC-Leistung in AC-Wellenformen umsetzen und die AC-Wellenformen an die Motoren 118–120 liefern kann, um das Fahrzeug anzutreiben, Generatorleistung bereitzustellen und/oder Hilfsleistung zu liefern.
Im Parkzustand steht das Fahrzeug 100 und die AC-Leistungsschnittstelle 114 ist mit einer elektrischen Versorgungseinrichtung und/oder einem anderen Typ von externer Last gekoppelt (z. B. über eine physikalische Kopplung zwischen einer Anschlussdose und einem Stecker). Im Fahrzeugparkzustand kann sich das Fahrzeug 100 gemäß verschiedenen Ausführungsformen entweder in einem Auflademodus oder einem Leistungsverarbeitungsmodus befinden.
In dem Auflademodus stellt das Leistungsverarbeitungssystem eine Aufladefunktion bereit, um die DC-Energiequelle 110 des Fahrzeugs (z. B. eine Batterie) aufzuladen, indem es Leistung aus einer elektrischen Versorgungseinrichtung entnimmt, um die DC-Energiequelle 110 gemäß einer Ausführungsform wieder aufzuladen. Im Gegensatz dazu funktioniert das Leistungsverarbeitungssystem in dem Leistungsverarbeitungsmodus so, dass es die DC-Energiequelle 110 des Fahrzeugs entlädt, indem es Leistung aus der DC-Energiequelle 110 entnimmt und diese Leistung gemäß einer anderen Ausführungsform an die elektrische Versorgungseinrichtung liefert.
Insbesondere kann das Wechselrichtersystem 116, wenn sich das Fahrzeug 100 in dem Auflademodus befindet, eine Aufladefunktion bereitstellen, indem es AC-Leistung von der elektrischen Versorgungseinrichtung über einen oder mehrere Motoren 118–120 und die AC-Leistungsschnittstelle 114 aufnimmt, die aufgenommene AC-Leistung in DC-Leistung umsetzt und die DC-Energiequelle 110 mit der DC-Leistung wieder auflädt. Folglich kann das Fahrzeug 100 so funktionieren, dass es eine DC-Energiequelle 110 wieder auflädt, während sich das Fahrzeug 100 in dem Auflademodus befindet.
Im Leistungsverarbeitungsmodus und gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die Systemkomponenten (z. B. das Wechselrichtersystem 116 und der oder die Motoren 118–120) dazu dienen, eine beliebige oder mehrere Funktionen bereitzustellen, die aus einer Funktionsgruppe gewählt sind, die eine Funktion einer alleinstehenden AC-Leistungsquelle, eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsgenerators, eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Blindleistungsgenerators und/oder eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsfilters umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist. Durch ein Steuern der Systemkomponenten durch ein elektronisches Steuerungssystem 108 kann eine beliebige oder mehrere dieser Funktionen bereitgestellt werden. Mit anderen Worten kann ein elektronisches Steuerungssystem 108 Anweisungen ausführen, die das elektronische Steuerungssystem 108 dazu veranlassen, Steuerungssignale an die Systemkomponenten auf eine Weise zu liefern, die bewirkt, dass die Systemkomponenten eine oder mehrere der vorstehenden Funktionen bereitstellen.
Wenn sich das Fahrzeug 100 in dem Leistungsverarbeitungsmodus befindet, kann das Wechselrichtersystem 116 gemäß verschiedenen Ausführungsformen so arbeiten, dass es DC-Leistung aus der DC-Energiequelle 110 entnimmt, die DC-Leistung in AC-Leistung umsetzt und die AC-Leistung über einen oder mehrere Motoren 118–120 und die AC- Leistungsschnittstelle 114 an eine externe Last liefert (z. B. eine elektrische Versorgungseinrichtung oder eine andere Art von Last). Wenn sich das Fahrzeug 100 in dem Leistungsverarbeitungsmodus befindet und eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Blindleistungsgenerators bereitstellt, kann das Wechselrichtersystem 116 zudem auch so arbeiten, dass es AC-Leistung über einen oder mehrere Motoren 118–120 und die AC-Leistungsschnittstelle 114 aus einer elektrischen Versorgungseinrichtung entnimmt, die AC-Leistung in DC-Leistung umsetzt und die DC-Leistung an die DC-Energiequelle 110 liefert. Genauere Beschreibungen der Funktionsweise verschiedener Systemkomponenten werden nachstehend in Verbindung mit den Beschreibungen der Leistungsverarbeitungssysteme von 2–7 bereitgestellt.
Bei einer Ausführungsform kann das Fahrzeug 100 automatisch zwischen dem Auflademodus und dem Leistungsverarbeitungsmodus auf der Grundlage verschiedener Faktoren umschalten, wie zum Beispiel dem Ladezustand (SOC) der Batterie und/oder der Tageszeit. Zum Beispiel kann das Fahrzeug 100 so programmiert sein, dass es nicht in den Leistungsverarbeitungsmodus umschaltet, wenn der SOC der Batterie unter einem ersten Schwellenwert liegt. Als ein weiteres Beispiel kann das Fahrzeug 100 so programmiert sein, dass es automatisch von dem Leistungsverarbeitungsmodus in den Auflademodus umschaltet, wenn der SOC der Batterie unter einem zweiten Schwellenwert liegt, welcher gleich dem ersten Schwellenwert oder verschieden von diesem sein kann. Als noch ein weiteres Beispiel kann das Fahrzeug 100 so programmiert sein, dass es zu einer ersten Tageszeit automatisch in den Leistungsverarbeitungsmodus schaltet (z. B., um während einer Spitzenverbrauchszeitspanne Leistung an eine Versorgungseinrichtung zu liefern), und dass es zu einer zweiten Tageszeit in den Auflademodus umschaltet (z. B., um während einer Nichtspitzenverbrauchszeitspanne Leistung aus der Versorgungseinrichtung zu entnehmen). Zudem oder alternativ kann ein Anwender das Fahrzeug 100 dazu veranlassen, entweder in den Auflademodus oder in den Leistungsverarbeitungsmodus umzuschalten, indem eine Anwendereingabe durch eine Anwenderschnittstelleneinrichtung bereitgestellt wird, welche dem Anwender die Option zum Wählen des Modus bereitstellt.
Ausführungsformen, die hier im Detail beschrieben sind, zeigen an, dass einige oder alle gleichen Systemkomponenten (z. B. das Wechselrichtersystem 116, der bzw. die Motoren 118–120, die DC-Kopplungskondensatoren (nicht veranschaulicht)) sowohl im Antriebszustand als auch im Parkzustand verwendet werden können, um Antriebsleistung für das Fahrzeugtraktionssystem zu liefern, um die DC-Energiequelle 110 aufzuladen (z. B. im Auflademodus), oder um elektrische AC-Leistung zu liefern (z. B. in dem Leistungsverarbeitungsmodus). Es versteht sich, dass das Fahrzeug 100 bei anderen Ausführungsformen getrennte Systemkomponenten zur Verwendung entweder in dem Antriebszustand oder dem Parkzustand umfassen können. Ferner kann das Fahrzeug 100 getrennte Systemkomponenten zur Verwendung entweder beim Auflademodus oder beim Leistungsverarbeitungsmodus umfassen.
2–7 veranschaulichen Ausführungsformen von Leistungsverarbeitungssystemen, die zur Verwendung in Steckdosen-Elektrofahrzeugen (z. B. dem Fahrzeug 100 von 1) geeignet sind. Die nachstehende Beschreibung von 2–7 trifft auf Konfigurationen zu, wenn sich ein Fahrzeug in einem Parkzustand befindet (z. B. steht das Fahrzeug und die AC-Leistungsschnittstelle des Fahrzeugs ist mit einer elektrischen Versorgungseinrichtung und/oder einem anderen Typ externer Last gekoppelt).
2 ist eine Schaltplandarstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugleistungsverarbeitungssystems 200 gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform. Das System 200 kann zur Verwendung mit einem Hybridelektrofahrzeug vom Leistungsverzweigungstyp geeignet sein, obwohl das System 200 auch zur Verwendung mit anderen Typen von Hybridelektrofahrzeugen ausgelegt sein kann. Bei einer Ausführungsform umfasst das System 200 ein Wechselrichtersystem 202 (z. B. das Wechselrichtersystem 116 von 1), einen ersten AC-Elektromotor 204 (z. B. einen Antriebsmotor 118 von 1), einen zweiten AC-Elektromotor 206 (z. B. einen Generator 119 von 1), eine wiederaufladbare DC-Energiequelle 208 (z. B. die DC-Energiequelle 110 von 1), einen DC-Buskondensator 210, eine Anschlussdose 212 und ein elektronisches Steuerungssystem 213 (z. B. das elektronische Steuerungssystem 108 von 1).
Das Wechselrichtersystem 202 kann als bidirektionaler Umsetzer betrieben werden. Wenn es so gesteuert wird, dass es als DC/AC-Umsetzer funktioniert, ist das Wechselrichtersystem 202 zum Umsetzen von DC-Leistung aus der DC-Energiequelle 208 in AC-Leistung zur Versorgung des ersten und zweiten AC-Elektromotors 204, 206 ausgelegt. Wenn es so gesteuert wird, dass es als AC/DC-Umsetzer funktioniert, ist das Wechselrichtersystem 202 zum Umsetzen von AC-Leistung aus dem ersten und zweiten AC-Elektromotor 204, 206 in DC-Leistung zur Versorgung der DC-Energiequelle 208 ausgelegt.
Das Wechselrichtersystem 202 umfasst einen ersten Wechselrichterabschnitt 240 und einen zweiten Wechselrichterabschnitt 250. Bei einer Ausführungsform umfasst der Wechselrichterabschnitt 240 ein Feld von sechs Schaltern 260, 261, 262, 263, 264, 265, und der Wechselrichterabschnitt 250 umfasst ein Feld von sechs Schaltern 270, 271, 272, 273, 274, 275. Die Schalter 260, 262, 264, 270, 272, 274 können als ”obere Schalter” bezeichnet werden, und die Schalter 261, 263, 265, 271, 273, 275 können als ”untere Schalter” bezeichnet werden. Jeder Schalter 260– 265, 270–275 umfasst einen Transistor (z. B. einen Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode (IGBT), einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), einen kommutierten Thyristor mit integrierter Gateelektrode (IGCT) oder eine andere Hochfrequenzschalteinrichtung) und eine antiparallele Diode. Im Betrieb ist die Stromrichtung durch den Transistor der Richtung des zulässigen Stroms durch die jeweilige Diode entgegengesetzt. Im Betrieb liefert ein von dem elektronischen Steuerungssystem 213 ausgeführter Wechselrichtersteuerungsalgorithmus (nicht veranschaulichte) Treibersignale an die Transistoren jedes der Schalter 260–265, 270–275, wobei die Treibersignale Eigenschaften aufweisen, die von der Funktion abhängen, die zu diesem Zeitpunkt von dem System 200 gerade ausgeführt wird (z. B. eine Antriebsfunktion, eine Aufladefunktion, eine Funktion einer alleinstehenden AC-Leistungsquelle, eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsgenerators, eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Blindleistungsgenerators oder eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsfilters). Bei einer Ausführungsform umfassen die Transistortreibersignale hochfrequente impulsbreitenmodulierte Signale (PWM-Signale) mit veränderlichen Eigenschaften (z. B. ein Tastverhältnis), die eingestellt werden können, um das Schalten der Schalter 260–265, 270–275 zu steuern und somit die Spannung und den Strom zu steuern, die von den Wechselrichterabschnitten 240 und 250 erzeugt werden (z. B., um eine gewünschte Spannungs- und/oder Stromamplitude und/oder Phasenverschiebung zu erzeugen).
Wie gezeigt ist, sind die Schalterpaare 260–265 in dem Wechselrichterabschnitt 240 miteinander elektrisch in Reihe geschaltet und jedes Paar umfasst einen Schaltschenkel 242, 243 und 244. Die Schaltschenkel 242–244 sind zueinander elektrisch parallel geschaltet. Auf ähnliche Weise sind Schalterpaare 270–275 in dem Wechselrichterabschnitt 250 miteinander elektrisch in Reihe geschaltet und jedes Paar umfasst einen Schaltschenkel 252, 253 und 254. Die Schaltschenkel 252–254 sind zueinander elektrisch parallel geschaltet. Leitfähige Komponenten an ersten Enden der Schaltschenkel 242–244 und 252–254 sind mit einem ersten Wechselrichteranschluss 280 elektrisch gekoppelt, und leitfähige Komponenten an zweiten entgegengesetzten Enden der Schaltschenkel 242–244 und 252–254 sind einem zweiten Wechselrichteranschluss 282 elektrisch gekoppelt.
Die wiederaufladbare DC-Energiequelle 208 ist zu dem Wechselrichtersystem 202 über den ersten Wechselrichteranschluss 280 und zweiten Wechselrichteranschluss 282 elektrisch parallel geschaltet. Die wiederaufladbare DC-Energiequelle 208 kann eine oder mehrere wiederaufladbare Batterien, Batteriestapel, Superkondensatoren oder dergleichen umfassen. Zudem ist der DC-Buskondensator 210 über die wiederaufladbare DC-Energiequelle 208 elektrisch gekoppelt und ist somit auch zu dem Wechselrichtersystem 202 über den ersten Wechselrichteranschluss 280 und den zweiten Wechselrichteranschluss 282 parallel geschaltet. Der DC-Buskondensator 210 ist zum Bereitstellen einer DC-Busspannungsfilterung ausgelegt. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der DC-Buskondensator 210 einen oder mehrere Elektrolytkondensatoren, Filmkondensatoren oder andere Arten von Kondensatoren umfassen.
Jeder der AC-Elektromotoren 204, 206 ist ein dreiphasiger Motor, der einen Satz mit drei Wicklungen (oder Spulen) 214, 215, 216, 217, 218, 219 umfasst. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, umfasst jeder AC-Elektromotor 204, 206 eine Statoranordnung (welche die Wicklungen umfasst) und eine Rotoranordnung (welche einen ferromagnetischen Kern, Wicklungen und/oder Permanentmagnete umfasst). Die Wicklungen 214–216 des ersten AC-Elektromotors 204 sind mit dem ersten Wechselrichterabschnitt 240 wie folgt elektrisch gekoppelt: 1) eine erste Wicklung 214 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 242 elektrisch gekoppelt; 2) eine zweite Wicklung 215 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 243 elektrisch gekoppelt; und 3) eine dritte Wicklung 216 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 244 elektrisch gekoppelt. Auf ähnliche Weise sind die Wicklungen 217–219 des zweiten AC-Elektromotors 206 mit dem zweiten Wechselrichterabschnitt 250 wie folgt elektrisch gekoppelt: 1) eine erste Wicklung 217 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 252 elektrisch gekoppelt; 2) eine zweite Wicklung 218 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 253 elektrisch gekoppelt; und 3) eine dritte Wicklung 219 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 254 elektrisch gekoppelt.
Die Anschlussdose 212 ist zur Aufnahme und zur elektrischen Kopplung mit einem einphasigen oder zweiphasigen elektrischen Stecker 290 ausgelegt, welcher wiederum mit einer externen Last 292 (z. B. einem Gerät oder einer elektrischen Versorgungseinrichtung) elektrisch gekoppelt ist. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das System 200 anstelle der Anschlussdose 212 einen (nicht veranschaulichten) einphasigen oder zweiphasigen elektrischen Stecker umfassen. Bei einer derartigen Ausführungsform kann der elektrische Stecker zur Aufnahme und zur elektrischen Kopplung mit einer (nicht veranschaulichten) externen Anschlussdose ausgelegt sein. Die Anschlussdose wiederum kann mit einer externen Last (z. B. einem Gerät oder einer elektrischen Versorgungseinrichtung) elektrisch gekoppelt sein. Bei beiden Ausführungsformen (z. B., wenn das System 200 entweder eine Anschlussdose oder einen Stecker umfasst) kann die Anschlussdose oder der Stecker des Fahrzeugs allgemeiner als eine AC-Leistungsschnittstelle mit zwei Leitern (z. B. die AC-Leistungsschnittstelle 114 von 1) aufgefasst werden.
Bei einer Ausführungsform kann ein Neutralpunkt 230 des ersten AC-Elektromotors 204 mit einem ersten Leiter 232 zwischen dem ersten AC-Elektromotor 204 und der Anschlussdose 212 elektrisch gekoppelt sein. Auf ähnliche Weise kann ein Neutralpunkt 234 des zweiten AC-Elektromotors 206 mit einem zweiten Leiter 236 zwischen dem zweiten AC-Elektromotor 206 und der Anschlussdose 212 elektrisch gekoppelt sein. Wenn das System 200 zur Verarbeitung einer einphasigen AC-Leistung ausgelegt ist, kann der erste Leiter 232 eine Phasenkomponente der AC-Leistung führen und der zweite Leiter 236 kann eine Neutralkomponente der AC-Leistung führen oder umgekehrt. Wenn das System 200 zur Verarbeitung einer zweiphasigen AC-Leistung ausgelegt ist, kann der erste Leiter 232 eine erste Phasenkomponente der AC-Leistung führen und der zweite Leiter 236 kann eine zweite Phasenkomponente der AC-Leistung führen.
Wenn sich das System 200 in einem Antriebszustand befindet, ist die Anschlussdose 212 typischerweise von dem Stecker 290 getrennt, um eine Bewegung des Fahrzeugs zu ermöglichen. Um eine Antriebsfunktion bereitzustellen kann das elektronische Steuerungssystem 213 zudem Transistortreibersignale an das Wechselrichtersystem 202 liefern, welche das Wechselrichtersystem 202 dazu veranlassen, DC-Leistung aus der DC-Energiequelle 208 zu entnehmen, die DC-Leistung in AC-Leistung umzusetzen und die AC-Leistung an die Motoren 204, 206 zu liefern, um das Fahrzeug anzutreiben und/oder Generatorleistung bereitzustellen. Mit Bezug auf den ersten Wechselrichterabschnitt 240 liefert das elektronische Steuerungssystem 213 bei einer Ausführungsform die Transistortreibersignale, um die oberen Schalter 260, 262, 264 zueinander phasenver setzt zu schalten (z. B. 120 Grad zueinander phasenversetzt), und um alle unteren Schalter 261, 263, 265 zueinander phasenversetzt und auch phasenversetzt (z. B. 180 Grad phasenversetzt) zu den Schaltzyklen der entsprechenden oberen Schalter 260, 262, 264 innerhalb jedes Schenkels 242, 243, 244 zu schalten. Die entsprechenden Schalter (z. B. Schalter in der gleichen Position in dem Feld von sechs Schaltern, etwa die Schalter 260 und 270) des ersten Wechselabschnitts 240 und des zweiten Wechselrichterabschnitts 250 können miteinander synchron geschaltet werden oder auch nicht.
Wenn sich das System 200 in einem Parkzustand befindet, ist die Anschlussdose 212 mit dem Stecker 290 und somit mit einer externen Last 292 (z. B. einem Gerät oder einer elektrischen Versorgungseinrichtung) verbunden. Wenn sich das System 200 in dem Parkzustand befindet und sich zusätzlich in einem Auflademodus befindet, kann eine Aufladefunktion bereitgestellt werden, wenn das elektronische Steuerungssystem 213 Transistortreibersignale an das Wechselrichtersystem 202 liefert, welche das Wechselrichtersystem 202 dazu veranlassen, AC-Leistung aus den Motoren 204, 206 zu entnehmen, die AC-Leistung in DC-Leistung umzusetzen und die DC-Leistung an die DC-Energiequelle 208 zu liefern, um die DC-Energiequelle 208 wieder aufzuladen. Mit Bezug auf den ersten Wechselrichterabschnitt 240 liefert das elektronische Steuerungssystem 213 bei einer Ausführungsform die Transistortreibersignale, um die oberen Schalter 260, 262, 264 miteinander in Phase zu schalten (z. B. werden die Schaltzyklen synchronisiert), und um alle unteren Schalter 261, 263, 265 miteinander in Phase aber phasenversetzt (z. B. 180 Grad phasenversetzt) zu den Schaltzyklen der entsprechenden oberen Schalter 260, 262, 264 in jedem Schenkel 242, 243, 244 zu schalten. Sowohl bei einem einphasigen Betrieb als auch bei einem zweiphasigen Betrieb wird eine erste Schaltergruppe, welche die oberen Schalter jedes Schenkels des ersten Wechselrichterabschnitts 240 (z. B. die Schalter 260, 262, 264) und die unteren Schalter jedes Schenkels des zweiten Wechselrichterabschnitts 250 (z. B. die Schalter 271, 273, 275) umfasst, synchron geschaltet. Mit anderen Worten werden alle sechs Schalter der ersten Schaltergruppe simultan ein- oder ausgeschaltet. Auf ähnliche Weise wird eine zweite Schaltergruppe, welche die unteren Schalter jedes Schenkels des ersten Wechselrichterabschnitts 240 (z. B. die Schalter 261, 263, 265) und die oberen Schalter jedes Schenkels des zweiten Wechselrichterabschnitts 250 (z. B. die Schalter 270, 272, 274) umfasst, synchron geschaltet. Mit anderen Worten werden alle sechs Schalter der zweiten Schaltergruppe simultan ein- oder ausgeschaltet. Das Schalten der ersten Gruppe von sechs Schaltern ist zu dem Schalten der zweiten Gruppe von sechs Schaltern um 180 Grad phasenversetzt.
Wenn sich das System 200 alternativ in einem Parkzustand befindet und sich zusätzlich in einem Leistungsverarbeitungsmodus befindet, können eine oder mehrere einer Vielzahl von Funktionen in Übereinstimmung mit den Transistortreibersignalen, welche von dem elektronischen Steuerungssystem 213 geliefert werden, bereitgestellt werden. Bei einer speziellen Ausführungsform und wie zuvor erwähnt können die Funktionen, welche in dem Parkzustand und dem Leistungsverarbeitungsmodus bereitgestellt werden können, eine oder mehrere Funktionen umfassen, die aus einer Gruppe von Funktionen gewählt sind, die eine Funktion einer allein stehenden AC-Leistungsquelle, eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsgenerators, eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Blindleistungsgenerators und/oder eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsfilters umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind. Für die in dem vorherigen Satz aufgelisteten Funktionen kann die Steuerung der Schalter 260–265 des ersten Wechselrichterabschnitts 240 und des zweiten Wechselrichterabschnitts 250 auf eine ähnliche Weise wie die Steuerung der Schalter 260–265 des ersten Wechselrichterabschnitts 240 und des zweiten Wechselrichterabschnitts 250 im Auflademodus ausgeführt werden. Mit anderen Worten liefert das elektronische Steuerungssystem 213 bei einer Ausführungsform mit Bezug auf den ersten Wechselrichterabschnitt 240 die Transistortreibersignale zum Schalten der oberen Schalter 260, 262, 264 miteinander in Phase und zum Schalten alle unteren Schalter 261, 263, 265 miteinander in Phase aber phasenversetzt zu den Schaltzyklen der entsprechenden oberen Schalter 260, 262, 264 in jedem Schenkel 242, 243, 244. Zudem werden die entsprechenden Schalter des zweiten Wechselrichterabschnitts 250 mit den entsprechenden Schaltern des ersten Wechselrichterabschnitts 240 synchron geschaltet.
Die Funktion einer allein stehenden AC-Leistungsquelle kann beispielsweise bereitgestellt werden, wenn das System 200 mit einer externen Last 292 in der Form eines Geräts (z. B. eines Geräts, das unter Verwendung von 120 oder 240 Volt AC arbeitet) über die Anschlussdose 212 und den Stecker 290 in funktionaler Kommunikation steht und/oder elektrisch damit gekoppelt ist. Um die Funktion einer AC-Leistungsquelle bereitzustellen, liefert das elektronische Steuerungssystem 213 Transistortreibersignale an das Wechselrichtersystem 202, welche das Wechselrichtersystem 202 dazu veranlassen, DC-Leistung aus der DC-Energiequelle 208 zu entnehmen, die DC-Leistung in AC-Leistung umzusetzen und die AC-Leistung über die Wicklungen 214–219 der Motoren 204, 206, die Anschlussdose 212 und den Stecker 290 an die externe Last 292 zu liefern.
Die Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsgenerators, die Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Blindleistungsgenerators und/oder die Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsfilters kann zum Beispiel bereitgestellt werden, wenn das System 200 über die Anschlussdose 212 und den Stecker 290 mit einer externen Last 292 in der Form einer elektrischen Versorgungseinrichtung in funktionaler Kommunikation steht und/oder mit dieser elektrisch gekoppelt ist. Um die Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsgenerators bereitzustellen, liefert das elektronische Steuerungssystem 213 Transistortreibersignale an das Wechselrichtersystem 202, welche das Wechselrichtersystem 202 dazu veranlassen, DC-Leistung aus der DC-Energiequelle 208 zu entnehmen, die DC-Leistung in AC-Leistung umzusetzen und die AC-Leistung über die Wicklungen 214–219 der Motoren 204, 206, die Anschlussdose 212 und den Stecker 290 an die externe Last 292 (z. B. die elektrische Versorgungseinrichtung) zu liefern. Um die Menge der Wirkleistung, die von dem System 200 an die elektrische Versorgungseinrichtung geliefert wird, zu steuern, kann die Größe der AC-Leistung durch Einstellung der Eigenschaften der Transistortreibersignale eingestellt werden, welche von dem elektronischen Steuerungssystem 213 an das Wechselrichtersystem 202 geliefert werden (z. B. wird die Größe der AC-Leistung erhöht, um mehr Wirkleistung an die Versorgungseinrichtung zu liefern, und verringert, um weniger Wirkleistung an die Versorgungseinrichtung zu liefern).
Um die Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Blindleistungsgenerators bereitzustellen, liefert das elektronische Steuerungssystem 213 während einer ersten Hälfte eines elektrischen Zyklus Transistortreibersignale an das Wechselrichtersystem 202, welche das Wechselrichtersystem 202 dazu veranlassen, DC-Leistung aus der DC-Energiequelle 208 zu entnehmen, die DC-Leistung in AC-Leistung umzusetzen und die AC-Leistung über die Wicklungen 214–219 der Motoren 204, 206, die Anschlussdose 212 und den Stecker 290 an die externe Last 292 (z. B. die elektrische Versorgungseinrichtung) zu liefern. Während einer zweiten Hälfte des elektrischen Zyklus liefert das elektronische Steuerungssystem 213 Transistortreibersignale an das Wechselrichtersystem 202, welche das Wechselrichtersystem 202 dazu veranlassen, AC-Leistung über die Wicklungen 214–219 der Motoren 204, 206, die Anschlussdose 212 und den Stecker 290 aus der externen Last 292 (z. B. der elektrischen Versorgungseinrichtung) zu entnehmen, die AC-Leistung in DC-Leistung umzusetzen und die DC-Leistung an die DC-Energiequelle 208 zu liefern. Um die Menge an Blindleistung zu steuern, die von dem System 200 zwischen sich und der elektrischen Versorgungseinrichtung zirkuliert wird, kann die Phasenverschiebung zwischen den Spannungs- und Stromwellenformen der AC-Leistung durch Einstellen der Eigenschaften der Transistortreibersignale eingestellt werden, welche von dem elektronischen Steuerungssystem 213 an das Wechselrichtersystem 202 geliefert werden (zum Beispiel kann die Phasenverschiebung in Richtung zu 90 Grad hin erhöht werden, um der Versorgungseinrichtung mehr Blindleistung zu liefern, und in Richtung zu 0 Grad hin verringert werden, um weniger Blindleistung an die Versorgungseinrichtung zu liefern).
Um schließlich die Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Leistungsfilters bereitzustellen, liefert das elektronische Steuerungssystem 213 Transistortreibersignale an das Wechselrichtersystem 202, welche das Wechselrichtersystem 202 dazu veranlassen, DC-Leistung aus der DC-Energiequelle 208 zu entnehmen, die DC-Leistung in AC-Leistung umzusetzen und die AC-Leistung über die Wicklungen 214–219 der Motoren 204, 206, die Anschlussdose 212 und den Stecker 290 an die externe Last 292 (z. B. die elektrische Versorgungseinrichtung) im Bestreben zu liefern, die elektrische Versorgungseinrichtung beim Erzeugen sinusförmigerer Spannungs-/Stromwellenformen zu unterstützen.
3 ist eine Schaltplandarstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugleistungsverarbeitungssystems 300 gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform. Das System 300 kann zur Verwendung mit einem Hybridelektrofahrzeug eines parallelen Typs geeignet sein, obwohl das System 300 auch zur Verwendung mit anderen Typen von Hybridelektrofahrzeugen ausgelegt sein kann. Bei einer Ausführungsform umfasst das System 300 ein Wechselrichtersystem 302 (z. B. das Wechselrichtersystem 116 von 1), einen AC-Elektromotor 304 (z. B. den Motor 118, 119 oder 120 von 1), eine wieder aufladbare DC-Energiequelle 308 (z. B. die DC-Energiequelle 110 von 1), einen DC-Buskondensator 310, eine Anschlussdose 312, ein elektronisches Steuerungssystem 313 (z. B. das elektronische Steuerungssystem 108 von 1) und ein Schalterfeld 318. Die Funktionen und verschiedene Ausführungsformen bezüglich der DC-Energiequelle 308 und dem DC-Buskondensator 310 ähneln den Funktionen verschiedener Ausführungsformen der analogen Komponenten von 2 (z. B. der DC-Energiequelle 208 und dem DC-Buskondensator 310) und werden folglich hier der Kürze halber nicht wiederholt.
Das Wechselrichtersystem 302 kann als bidirektionaler Umsetzer betrieben werden, wie in Verbindung mit 2 beschrieben ist, und umfasst einen Wechselrichterabschnitt 340. Bei einer Ausführungsform umfasst der Wechselrichterabschnitt 340 ein Feld aus sechs Schaltern, welche auf die gleiche Weise ausgestaltet sein und funktionieren können wie Ausführungsformen der Schalter 260–265, die vorstehend in Verbindung mit 2 erörtert wurden. Zudem liefert im Betrieb ein von einem elektronischen Steuerungssystem 313 ausgeführter Wechselrichtersteuerungsalgorithmus (nicht veranschaulichte) Transistortreibersignale in Abhängigkeit von der Funktion, die zu dem Zeitpunkt von dem System 300 gerade ausgeführt wird, wie ebenfalls vorstehend in Verbindung mit 2 erörtert ist. Um eine Antriebsfunktion bereitzustellen oder um eine Aufladefunkti on bereitzustellen, können die Schalter des Wechselrichterabschnitts 340 auf im Wesentlichen die gleiche Weise gesteuert werden, wie es vorstehend beschrieben ist, wenn die Schalter 260–265 (2) zum Bereitstellen einer Antriebsfunktion gesteuert werden. Um andernfalls eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsgenerators, eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Blindleistungsgenerators und/oder eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsfilters bereitzustellen, können die Schalter des Wechselrichterabschnitts 340 auf im Wesentlichen die gleiche Weise gesteuert werden, wie vorstehend beschrieben ist, wenn die Schalter 260–265 (2) gesteuert werden, um die entsprechenden Funktionen bereitzustellen.
Wie gezeigt ist, sind Schalterpaare in dem Wechselrichterabschnitt 340 miteinander elektrisch in Reihe geschaltet und jedes Paar umfasst einen Schaltschenkel 342, 343 und 344. Die Schaltschenkel 342–344 sind zueinander elektrisch parallel geschaltet. Leitfähige Komponenten an ersten Enden der Schaltschenkel 342–344 sind mit einem ersten Wechselrichteranschluss 380 elektrisch gekoppelt, und leitfähige Komponenten an zweiten entgesetzten Enden der Schaltschenkel 342–344 sind mit einem zweiten Wechselrichteranschluss 382 elektrisch gekoppelt.
Die wiederaufladbare DC-Energiequelle 308 ist über den ersten Wechselrichteranschluss 380 und den zweiten Wechselrichteranschluss 382 zu dem Wechselrichtersystem 302 elektrisch parallel geschaltet. Zudem ist der DC-Buskondensator 310 über die wiederaufladbare DC-Energiequelle 308 elektrisch gekoppelt und somit auch über den ersten Wechselrichteranschluss 380 und den zweiten Wechselrichteranschluss 382 zu dem Wechselrichtersystem 302 parallel geschaltet.
Im Gegensatz zu der Anschlussdose 212 von 2 ist die Anschlussdose 312 zur Aufnahme und zur elektrischen Kopplung mit einem dreiphasigen elektrischen Stecker 390 ausgelegt, welcher wiederum mit einer externen Last 392 (z. B. einem Gerät oder einer elektrischen Versorgungseinrichtung) elektrisch gekoppelt ist. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das System 300 einen (nicht veranschaulichten) dreiphasigen elektrischen Stecker anstelle der Anschlussdose 312 umfassen, wie vorstehend in Verbindung mit 2 beschrieben ist. Bei beiden Ausführungsformen (z. B., wenn das System 200 entweder eine Anschlussdose oder einen Stecker umfasst) kann die Anschlussdose oder der Stecker des Fahrzeugs allgemeiner als eine AC-Leistungsschnittstelle mit drei Leitern (z. B. die AC-Leistungsschnittstelle 114 von 1) aufgefasst werden.
Der AC-Elektromotor 304 ist ein dreiphasiger Motor, der einen Satz aus drei Wicklungen (oder Spulen) 314, 315, 316 umfasst. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, umfasst der AC-Elektromotor 304 eine Statoranordnung (welche die Wicklungen umfasst) und eine Rotoranordnung (welche einen ferromagnetischen Kern, Wicklungen und/oder Permanentmagnete umfasst). Die Wicklungen 314–316 des AC-Elektromotors 204 sind mit dem Wechselrichterabschnitt 340 wie folgt elektrisch gekoppelt: 1) ein erstes Ende der Wicklung 314 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 342 elektrisch gekoppelt; 2) ein erstes Ende der zweiten Wicklung 315 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 343 elektrisch gekoppelt; und 3) ein erstes Ende der dritten Wicklung 316 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 344 elektrisch gekoppelt.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Schalterfeld 318 drei Festkörperschalter in der Form von drei Thyristoren oder gesteuerten Siliziumgleichrichtern (SCRs), die Rücken an Rücken angeordnet sind. Die Wicklungen 314–316 des AC-Elektromotors 204 sind mit dem Schalterfeld 318 wie folgt elektrisch gekoppelt: 1) ein zweites Ende der Wicklung 314 ist mit einem ersten Schalter des Schalterfelds 318 elektrisch gekoppelt; 2) ein zweites Ende der zweiten Wicklung 315 ist mit einem zweiten Schalter des Schalterfelds 318 elektrisch gekoppelt; und 3) ein zweites Ende der dritten Wicklung 316 ist mit einem dritten Schalter des Schalterfelds 318 elektrisch gekoppelt.
Bei einer Ausführungsform ist ein Neutralpunkt 305 des AC-Elektromotors 304 durch das Schalterfeld 318 getrennt. Bei einer Ausführungsform umfasst das Schalterfeld 318 drei Schalter, die parallel angeordnet sind. Jeder Schalter des Schalterfelds 318 kann in eine erste Position (wie in 3 gezeigt ist) oder eine zweite Position gesteuert sein. Bei einer Ausführungsform kann die Position der Schalter in dem Schalterfeld 318 durch eine (nicht veranschaulichte) Koordinierungsschaltung in dem System 300 in Abhängigkeit davon gesteuert sein, ob der Stecker 390 in die Anschlussdose 312 eingeführt ist oder nicht. Wenn der Stecker 390 nicht in die Anschlussdose 312 eingeführt ist, können die Schalter des Schalterfelds 318 so gesteuert sein, dass sie in der ersten Position bleiben. Wenn der Stecker 390 in die Anschlussdose 312 eingeführt ist, können die Schalter des Schalterfelds 318 bei einer Ausführungsform so gesteuert sein, dass sie in der zweiten Position bleiben.
In der ersten Position sind die zweiten Enden der Wicklungen 314, 315, 316 von der Anschlussdose 312 getrennt und sind miteinander verbunden, um den Neutralpunkt 305 zu bilden. Bei einer Ausführungsform können die Schalter des Schalterfelds 318 beispielsweise in dem Antriebszustand in die erste Position gesteuert sein. In der zweiten Position ist das zweite Ende jeder Wicklung 314, 315, 316 mit einem der drei Leiter 332, 333, 334 zwischen der Anschlussdose 312 und dem Schalterfeld 318 elektrisch gekoppelt. Wenn sich die Schalter des Schalterfelds 318 entsprechend in der zweiten Position befinden, kann der erste Leiter 332 eine erste Phasenkomponente der AC-Leistung führen, der zweite Leiter 333 kann eine zweite Phasenkomponente der AC-Leistung führen und der dritte Leiter 334 kann eine dritte Phasenkomponente der AC-Leistung führen. Bei einer Ausführungsform können die Schalter des Schalterfelds 318 beispielsweise in dem Parkzustand in die zweite Position gesteuert sein, um das System 300 über die Anschlussdose 312 mit der externen Last 392 zu verbinden, und um das System 300 in die Lage zu versetzen, die Aufladefunktion, die Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsgenerators, die Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Blindleistungsgenerators und/oder die Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsfilters bereitzustellen.
4 ist eine Schaltplandarstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugleistungsverarbeitungssystems 400 gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform. Das System 400 kann zur Verwendung mit einem Hybridelektrofahrzeug von einem Leistungsverzweigungstyp geeignet sein, obwohl das System 400 auch zur Verwendung mit anderen Typen von Hybridelektrofahrzeugen ausgelegt sein kann. Bei einer Ausführungsform umfasst das System 400 ein Wechselrichtersystem 402 (z. B. das Wechselrichtersystem 116 von 1), einen ersten AC-Elektromotor 404 (z. B. einen Antriebsmotor 118 von 1), einen zweiten AC-Elektromotor 405 (z. B. einen Generator 119 von 1), einen dritten AC-Elektromotor 406 (z. B. einen Hilfsmotor 120 von 1), eine wiederaufladbare DC-Energiequelle 408 (z. B. die DC-Energiequelle 110 von 1), einen DC-Buskondensator 410, eine Anschlussdose 412 und ein elektronisches Steuerungssystem 413 (z. B. das elektronische Steuerungssystem 108 von 1). Die Funktionen und verschiedene Ausführungsformen bezüglich der DC-Energie quelle 408 und dem DC-Buskondensator 410 ähneln den Funktionen und verschiedenen Ausführungsformen analoger Komponenten in 2 (z. B. der DC-Energiequelle 208 und dem DC-Buskondensator 310), und werden hier folglich der Kürze halber nicht wiederholt.
Das Wechselrichtersystem 402 kann als bidirektionaler Umsetzer betrieben werden, wie in Verbindung mit 2 beschrieben ist, und umfasst einen ersten Wechselrichterabschnitt 440, einen zweiten Wechselrichterabschnitt 450 und einen dritten Wechselrichterabschnitt 480. Bei einer Ausführungsform umfasst jeder Wechselrichterabschnitt 440, 450, 480 ein Feld aus sechs Schaltern, welche auf die gleiche Weise ausgestaltet sein und funktionieren können wie Ausführungsformen der Schalter 260–265, die vorstehend in Verbindung mit 2 erörtert sind. Bei einer Ausführungsform können die Schalter der ersten und zweiten Wechselrichterabschnitte 440, 450 jedoch für Hochleistungsanwendungen ausgelegt sein (z. B., da sie mit einem Antriebsmotor 404 bzw. einem Generatormotor 405 elektrisch gekoppelt sein können), und die Schalter des dritten Wechselrichterabschnitts 480 können für Anwendungen mit wesentlich niedriger Leistung ausgelegt sein (z. B., da sie mit einem Hilfsmotor 406 elektrisch gekoppelt sein können). Zudem liefert im Betrieb ein von dem elektronischen Steuerungssystem 413 ausgeführter Wechselrichtersteuerungsalgorithmus (nicht veranschaulichte) Transistortreibersignale in Abhängigkeit von der Funktion, die von dem System 400 zu dem Zeitpunkt gerade ausgeführt wird, wie ebenfalls vorstehend in Verbindung mit 2 erörtert ist. Bei einer Ausführungsform werden die Motoren 404–406 durch ein Steuern des Schalterns des ersten, zweiten und dritten Wechselrichterabschnitts 440, 450, 480 zueinander phasenversetzt betrieben (z. B. 120 Grad phasenversetzt).
Wie gezeigt, sind Schalterpaare in dem Wechselrichterabschnitt 440 miteinander elektrisch in Reihe geschaltet und jedes Paar umfasst einen Schaltschenkel 442, 443 und 444. Die Schaltschenkel 442–444 sind zueinander elektrisch parallel geschaltet. Auf ähnliche Weise sind Schalterpaare in dem Wechselrichterabschnitt 450 miteinander elektrisch in Reihe geschaltet und jedes Paar umfasst einen Schaltschenkel 452, 453 und 454. Die Schaltschenkel 452–454 sind zueinander elektrisch parallel geschaltet. Schließlich sind Schalterpaare in dem Wechselrichterabschnitt 480 miteinander elektrisch in Reihe geschaltet und jedes Paar umfasst einen Schaltschenkel 482, 483 und 484. Die Schaltschenkel 482–484 sind zueinander elektrisch parallel geschaltet. Leitfähige Komponenten an ersten Enden der Schaltschenkel 442–444, 452–454 und 482–484 sind mit einem ersten Wechselrichteranschluss 486 elektrisch gekoppelt und leitfähige Komponenten an zweiten entgegengesetzten Enden der Schaltschenkel 442–444, 452–454 und 482–484 sind mit einem zweiten Wechselrichteranschluss 488 elektrisch gekoppelt.
Die wieder aufladbare DC-Energiequelle 408 ist über den ersten Wechselrichteranschluss 486 und den zweiten Wechselrichteranschluss 488 zu dem Wechselrichtersystem 402 elektrisch parallel geschaltet. Zudem ist der DC-Buskondensator 410 über die wiederaufladbare DC-Energiequelle 408 elektrisch gekoppelt, und er ist somit auch über den ersten Wechselrichteranschluss 486 und den zweiten Wechselrichteranschluss 488 zu dem Wechselrichtersystem 402 parallel geschaltet.
Ähnlich wie die Anschlussdose 312 von 3 ist die Anschlussdose 412 zur Aufnahme und zur elektrischen Kopplung mit einem dreiphasigen elektrischen Stecker 490 ausgelegt, welcher wiederum mit einer externen Last 392 (z. B. einem Gerät oder einer elektrischen Versorgungseinrichtung) elektrisch gekoppelt ist. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das System 400 einen (nicht veranschaulichten) dreiphasigen elektrischen Stecker anstelle der Anschlussdose 412 umfassen, wie vorstehend in Verbindung mit 2 beschrieben ist. Bei beiden Ausführungsformen (z. B. wenn das System 200 entweder eine Anschlussdose oder einen Stecker umfasst) können die Anschlussdose oder der Stecker des Fahrzeugs allgemeiner als eine AC-Leistungsschnittstelle mit drei Leitern (z. B. die AC-Leistungsschnittstelle 114 von 1) aufgefasst werden.
Jeder AC-Elektromotor 404–406 ist ein dreiphasiger Motor, der einen Satz aus drei Wicklungen (oder Spulen) 414, 415, 416, 417, 418, 419, 420, 421, 422 umfasst. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, umfasst jeder AC-Elektromotor 404–406 eine Statoranordnung (welche die Wicklungen umfasst) und eine Rotoranordnung (welche einen ferromagnetischen Kern, Wicklungen und/oder Permanentmagnete umfasst). Die Wicklungen 414–416 des ersten AC-Elektromotors 404 sind mit dem ersten Wechselrichterabschnitt 440 wie folgt elektrisch gekoppelt: 1) eine erste Wicklung 414 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 442 elektrisch gekoppelt; 2) eine zweite Wicklung 415 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 443 elektrisch gekoppelt; und 3) eine dritte Wicklung 416 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 444 elektrisch gekoppelt. Auf ähnliche Weise sind die Wicklungen 417–419 des zweiten AC-Elektromotors 405 mit dem zweiten Wechselrichterabschnitt 450 wie folgt elektrisch gekoppelt: 1) eine erste Wicklung 417 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 452 elektrisch gekoppelt; 2) eine zweite Wicklung 418 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 453 elektrisch gekoppelt; und 3) eine dritte Wicklung 419 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 454 elektrisch gekoppelt. Schließlich sind die Wicklungen 420–422 des dritten AC-Elektromotors 406 mit dem dritten Wechselrichterabschnitt 480 wie folgt elektrisch gekoppelt: 1) eine erste Wicklung 420 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 482 elektrisch gekoppelt; 2) eine zweite Wicklung 421 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 483 elektrisch gekoppelt; und 3) eine dritte Wicklung 422 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 484 elektrisch gekoppelt.
Bei einer Ausführungsform kann ein Neutralpunkt 430 des ersten AC-Elektromotors 404 mit einem ersten Leiter 431 zwischen dem ersten AC-Elektromotor 404 und der Anschlussdose 412 elektrisch gekoppelt sein. Auf ähnliche Weise kann ein Neutralpunkt 432 des zweiten AC-Elektromotors 405 mit einem zweiten Leiter 433 zwischen dem zweiten AC-Elektromotor 405 und der Anschlussdose 412 elektrisch gekoppelt sein. Schließlich kann ein Neutralpunkt 434 des dritten AC-Elektromotors 406 mit einem dritten Leiter 435 zwischen dem dritten AC-Elektromotor 406 und der Anschlussdose 412 elektrisch gekoppelt sein.
Wie vorstehend erwähnt, werden die Motoren 404–406 durch ein Steuern des Schaltens der ersten, zweiten und dritten Wechselrichterabschnitte 440, 450, 480 zueinander phasenversetzt betrieben (z. B. um 120 Grad phasenversetzt). Entsprechend kann der erste Leiter 431 eine erste Phasenkomponente der AC-Leistung führen, der zweite Leiter 433 kann eine zweite Phasenkomponente der AC-Leistung führen und der dritte Leiter 435 kann eine dritte Phasenkomponente der AC-Leistung führen. Bei einer Ausführungsform sind die Phasenkomponenten der AC-Leistung durch die Kapazität des Wechselrichterabschnitts 480 begrenzt, welcher Schalter mit relativ niedriger Leistung umfassen kann, wie vorstehend beschrieben ist.
5 ist eine Schaltplandarstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugleistungsverarbeitungssystems 500 gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform. Das System 500 kann zur Verwendung mit einem Hybridelektrofahrzeug eines seriellen Typs oder einem Hybridelektrofahrzeug eines Leistungsverzweigungstyps geeignet sein, obwohl das System 500 auch zur Verwendung mit anderen Typen von Hybridelektrofahrzeugen ausgelegt sein kann. Bei einer Ausführungsform umfasst das System 500 ein Wechselrichtersystem 502 (z. B. das Wechselrichtersystem 116 von 1), einen ersten AC-Elektromotor 504 (z. B. einen Antriebsmotor 118 von 1), einen zweiten AC-Elektromotor 506 (z. B. einen Generator 119 von 1), eine wiederaufladbare DC-Energiequelle 508 (z. B. die DC-Energiequelle 110 von 1), mehrere DC-Buskondensatoren 510, 511, eine Anschlussdose 512, ein elektronisches Steuerungssystem 513 (z. B. das elektronische Steuerungssystem 108 von 1) und eine Induktivität 545. Die Funktionen und verschiedene Ausführungsformen bezüglich der DC-Energiequelle 508 ähneln den Funktionen und verschiedenen Ausführungsformen analoger Komponenten in 2 (z. B. der DC-Energiequelle 208) und werden folglich hier der Kürze halber nicht wiederholt.
Das Wechselrichtersystem 502 kann als bidirektionaler Umsetzer betrieben werden, wie in Verbindung mit 2 beschrieben ist, und umfasst einen ersten Wechselrichterabschnitt 540 und einen zweiten Wechselrichterabschnitt 550. Bei einer Ausführungsform umfassen die Wechselrichterabschnitte 540, 550 jeweils ein Feld aus sechs Schaltern, welche auf die gleiche Weise ausgestaltet sein und funktionieren können wie Ausführungsformen der Schalter 260–265, die vorstehend in Verbindung mit 2 erörtert sind. Zudem liefert im Betrieb ein von dem elektronischen Steuerungssystem 513 ausgeführter Wechselrichtersteuerungsalgorithmus (nicht veranschaulichte) Transistortreibersignale in Abhängigkeit von der Funktion, die zu dem Zeitpunkt gerade von dem System 500 ausge führt wird, wie ebenfalls vorstehend in Verbindung mit 2 erörtert ist. Bei einer Ausführungsform werden die Motoren 504, 506 durch ein Steuern des Schaltens der ersten und zweiten Wechselrichterabschnitte 540, 550 zueinander phasenversetzt betrieben (z. B. um 120 Grad phasenversetzt).
Wie gezeigt, sind Schalterpaare in dem Wechselrichterabschnitt 540 miteinander elektrisch in Reihe geschaltet, und jedes Paar umfasst einen Schaltschenkel 542, 543 und 544. Die Schaltschenkel 542–544 sind zueinander elektrisch parallel geschaltet. Auf ähnliche Weise sind Schalterpaare in dem Wechselrichterabschnitt 550 miteinander elektrisch in Reihe geschaltet und jedes Paar umfasst einen Schaltschenkel 552, 553 und 554. Die Schaltschenkel 552–554 sind zueinander elektrisch parallel geschaltet. Leitfähige Komponenten an ersten Enden der Schaltschenkel 542–544 und 552–554 sind mit einem ersten Wechselrichteranschluss 580 elektrisch gekoppelt, und leitfähige Komponenten an zweiten entgegengesetzten Enden der Schaltschenkel 542–544 und 552–554 sind mit einem zweiten Wechselrichteranschluss 582 elektrisch gekoppelt.
Die wieder aufladbare DC-Energiequelle 508 ist zu dem Wechselrichtersystem 502 über den ersten Wechselrichteranschluss 580 und den zweiten Wechselrichteranschluss 582 elektrisch parallel geschaltet. Bei einer Ausführungsform umfassen die DC-Buskondensatoren 510, 511 zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren 510, 511, obwohl das System 500 bei anderen Ausführungsformen mehr als zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren umfassen kann. Zudem sind die Enden der in Reihe geschalteten DC-Buskondensatoren 510, 511 über die wiederaufladbare DC-Energiequelle 508 elektrisch gekoppelt, und sie sind somit auch zu dem Wechselrichtersystem 502 über den ersten Wechselrichteranschluss 580 und den zweiten Wechselrichteranschluss 582 parallel geschaltet.
Ähnlich wie die Anschlussdose 312 von 3 ist die Anschlussdose 512 zur Aufnahme und zur elektrischen Kopplung mit einem dreiphasigen elektrischen Stecker 590 ausgelegt, welcher wiederum mit einer externen Last 592 (z. B. einem Gerät oder einer elektrischen Versorgungseinrichtung) elektrisch gekoppelt ist. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das System 500 einen (nicht veranschaulichten) dreiphasigen elektrischen Stecker anstelle der Anschlussdose 512 umfassen, wie vorstehend in Verbindung mit 2 beschrieben ist. Bei beiden Ausführungsformen (z. B. wenn das System 200 entweder eine Anschlussdose oder einen Stecker umfasst) können die Anschlussdose oder der Stecker des Fahrzeugs allgemeiner als eine AC-Leistungsschnittstelle mit drei Leitern (z. B. die AC-Leistungsschnittstelle 114 von 1) aufgefasst werden.
Jeder der AC-Elektromotoren 504, 506 ist ein dreiphasiger Motor, der einen Satz aus drei Wicklungen (oder Spulen) 514, 515, 516, 517, 518, 519 umfasst. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, umfasst jeder AC-Elektromotor 504, 506 eine Statoranordnung (welche die Wicklungen umfasst) und eine Rotoranordnung (welche einen ferromagnetischen Kern, Wicklungen und/oder Permanentmagnete umfasst). Die Wicklungen 514–516 des ersten AC-Elektromotors 504 sind mit dem ersten Wechselrichterabschnitt 540 wie folgt elektrisch gekoppelt: 1) eine erste Wicklung 514 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 542 elektrisch gekoppelt; 2) eine zweite Wicklung 515 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 543 elektrisch gekoppelt; und 3) eine dritte Wicklung 516 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 544 elektrisch gekoppelt. Auf ähnliche Weise sind die Wicklungen 517–519 des zweiten AC-Elektromotors 506 mit dem zweiten Wechselrichterabschnitt 550 wie folgt elektrisch gekoppelt: 1) eine erste Wicklung 517 ist mit einem Verbindungspunkt zwi schen den Schaltern des Schenkels 552 elektrisch gekoppelt; 2) eine zweite Wicklung 518 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 553 elektrisch gekoppelt; und 3) eine dritte Wicklung 519 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 554 elektrisch gekoppelt.
Ein Neutralpunkt 532 des ersten AC-Elektromotors 504 kann mit einem zweiter Leiter 533 zwischen dem ersten AC-Elektromotor 504 und der Anschlussdose 512 elektrisch gekoppelt sein. Auf ähnliche Weise kann ein Neutralpunkt 534 des zweiten AC-Elektromotors 506 mit einem dritten Leiter 535 zwischen dem zweiten AC-Elektromotor 506 und der Anschlussdose 512 elektrisch gekoppelt sein.
Bei einer Ausführungsform ist ein Verbindungspunkt 523 (z. B. ein elektrischer Mittelpunkt) zwischen den DC-Buskondensatoren 510, 511 mit einem ersten Ende der Induktivität 545 elektrisch gekoppelt und ein zweites Ende der Induktivität 545 ist mit einem ersten Leiter 531 zwischen der Induktivität 545 und der Anschlussdose 512 elektrisch gekoppelt. Die Induktivität 545 kann beispielsweise ein induktives Element umfassen, das zur Bereitstellung einer Stromregelung für den Strom ausgelegt ist, der aus dem Verbindungspunkt 523 entnommen wird.
Wie vorstehend erwähnt, werden die Motoren 504, 506 durch ein Steuern des Schaltens der ersten und zweiten Wechselrichterabschnitte 540, 550 zueinander phasenversetzt betrieben (z. B. um 120 Grad phasenversetzt). Wenn das System 500 gemäß einer Ausführungsform zudem ein ausgeglichenes dreiphasiges System ist, wird die Phase des Stromes an dem Verbindungspunkt 523 zwischen den DC-Buskondensatoren 510, 511 durch das direkte Steuern der Phasen der Ströme durch die Motoren 504, 506 indirekt gesteuert. Wenn beispielsweise der erste und der zweite Wechsel richterabschnitt 540, 550 so gesteuert werden, dass die Ströme an den Neutralpunkten 532, 534 zueinander um 120 Grad phasenversetzt sind, wird der Strom an dem Verbindungspunkt 523 zwischen den DC-Buskondensatoren 510, 511 zu den Motorströmen auch um 120 Grad phasenversetzt sein. Folglich kann mit den vorstehend beschriebenen Kopplungen zwischen den verschiedenen Systemkomponenten der erste Leiter 532 eine erste Phasenkomponente der AC-Leistung (z. B. von dem Verbindungspunkt 523) führen, der zweite Leiter 533 kann eine zweite Phasenkomponente der AC-Leistung führen (z. B. von dem Neutralpunkt 532), und der dritte Leiter 534 kann eine dritte Phasenkomponente der AC-Leistung führen (z. B. von dem Neutralpunkt 534).
6 ist eine Schaltplandarstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugleistungsverarbeitungssystems 600 gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform. Das System 600 kann zur Verwendung mit einem Hybridelektrofahrzeug eines seriellen Typs oder einem Hybridelektrofahrzeug eines Leistungsverzweigungstyps geeignet sein, obwohl das System 600 auch zur Verwendung mit anderen Typen von Hybridelektrofahrzeugen ausgelegt sein kann. Bei einer Ausführungsform umfasst das System 600 ein Wechselrichtersystem 602 (z. B. das Wechselrichtersystem 116 von 1), einen ersten AC-Elektromotor 604 (z. B. einen Antriebsmotor 118 von 1), einen zweiten AC-Elektromotor 606 (z. B. einen Generator 119 von 1), eine wiederaufladbare DC-Energiequelle 608 (z. B. die DC-Energiequelle 110 von 1), einen DC-Buskondensator 610, eine Halbbrücke 611, eine Induktivität 645, eine Anschlussdose 612 und ein elektronisches Steuerungssystem 613 (z. B. das elektronische Steuerungssystem 108 von 1). Die Funktionen und verschiedene Ausführungsformen bezüglich der DC-Energiequelle 608 und dem DC-Buskondensator 610 ähneln den Funktionen und verschiedenen Ausführungsformen analoger Komponenten in 2 (z. B. der DC-Energiequelle 208 und dem DC- Buskondensator 210), und werden folglich hier der Kürze halber nicht wiederholt.
Das Wechselrichtersystem 602 kann als bidirektionaler Umsetzer betrieben werden, wie in Verbindung mit 2 beschrieben ist, und umfasst einen ersten Wechselrichterabschnitt 640 und einen zweiten Wechselrichterabschnitt 650. Bei einer Ausführungsform umfasst jeder Wechselrichterabschnitt 640, 650 ein Feld aus sechs Schaltern, welche auf die gleiche Weise ausgestaltet sein und funktionieren können wie Ausführungsformen der Schalter 260–265, die vorstehend in Verbindung mit 2 erörtert sind. Zudem liefert im Betrieb ein von dem elektronischen Steuerungssystem 613 ausgeführter Wechselrichtersteuerungsalgorithmus (nicht veranschaulichte) Transistortreibersignale in Abhängigkeit von der Funktion, die zu dem Zeitpunkt gerade von dem System 600 ausgeführt wird, wie ebenfalls vorstehend in Verbindung mit 2 erörtert ist.
Wie gezeigt, sind Schalterpaare in dem Wechselrichterabschnitt 640 miteinander in Reihe geschaltet, und jedes Paar umfasst einen Schaltschenkel 642, 643 und 644. Die Schaltschenkel 642–644 sind zueinander elektrisch parallel geschaltet. Auf ähnliche Weise sind Schalterpaare in dem Wechselrichterabschnitt 650 miteinander elektrisch in Reihe geschaltet, und jedes Paar umfasst einen Schaltschenkel 652, 653 und 654. Die Schaltschenkel 652–654 sind zueinander elektrisch parallel geschaltet. Leitfähige Komponenten an ersten Enden der Schaltschenkel 642–644 und 652–654 sind mit einem ersten Wechselrichteranschluss 680 elektrisch gekoppelt, und leitfähige Komponenten an zweiten entgegengesetzten Enden der Schaltschenkel 642–644 und 652–654 sind mit einem zweiten Wechselrichteranschluss 682 elektrisch gekoppelt.
Die wiederaufladbare DC-Energiequelle 608 ist zu dem Wechselrichtersystem 602 über den ersten Wechselrichteranschluss 680 und den zweiten Wechselrichteranschluss 682 elektrisch parallel geschaltet. Zudem ist der DC-Buskondensator 610 über die wiederaufladbare DC-Energiequelle 608 elektrisch gekoppelt, und er ist somit auch zu dem Wechselrichtersystem 602 über den ersten Wechselrichteranschluss 680 und den zweiten Wechselrichteranschluss 682 parallel geschaltet.
Ähnlich wie die Anschlussdose 312 von 3 ist die Anschlussdose 612 zur Aufnahme und zur elektrischen Kopplung mit einem dreiphasigen elektrischen Stecker 690 ausgelegt, welcher wiederum mit einer externen Last 692 (z. B. einem Gerät oder einer elektrischen Versorgungseinrichtung) elektrisch gekoppelt ist. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das System 600 einen (nicht veranschaulichten) dreiphasigen elektrischen Stecker anstelle der Anschlussdose 612 umfassen, wie vorstehend in Verbindung mit 2 beschrieben ist. Bei beiden Ausführungsformen (z. B. wenn das System 200 entweder eine Anschlussdose oder einen Stecker umfasst) können die Anschlussdose oder der Stecker des Fahrzeugs allgemeiner als eine AC-Leistungsschnittstelle mit drei Leitern (z. B. die AC-Leistungsschnittstelle 114 von 1) aufgefasst werden.
Jeder AC-Elektromotor 604, 606 ist ein dreiphasiger Motor, der einen Satz aus drei Wicklungen (oder Spulen) 614, 615, 616, 617, 618, 619 umfasst. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, umfasst jeder AC-Elektromotor 604, 606 eine Statoranordnung (welche die Wicklungen umfasst) und eine Rotoranordnung (welche einen ferromagnetischen Kern, Wicklungen und/oder Permanentmagnete umfasst). Die Wicklungen 614–616 des ersten AC-Elektromotors 604 sind mit dem ersten Wechselrichterabschnitt 640 wie folgt elektrisch gekoppelt: 1) eine erste Wicklung 614 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 642 elektrisch gekoppelt; 2) eine zweite Wicklung 615 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 643 elektrisch gekoppelt; und 3) eine dritte Wicklung 616 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 644 elektrisch gekoppelt. Auf ähnliche Weise sind die Wicklungen 617–619 des zweiten AC-Elektromotors 606 mit dem zweiten Wechselrichterabschnitt 660 wie folgt elektrisch gekoppelt: 1) eine erste Wicklung 617 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 652 elektrisch gekoppelt; 2) eine zweite Wicklung 618 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 653 elektrisch gekoppelt; und 3) eine dritte Wicklung 619 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 654 elektrisch gekoppelt.
Ein Neutralpunkt 632 des ersten AC-Elektromotors 604 kann mit einem zweiter Leiter 633 zwischen dem ersten AC-Elektromotor 604 und der Anschlussdose 612 elektrisch gekoppelt sein. Auf ähnliche Weise kann ein Neutralpunkt 634 des zweiten AC-Elektromotors 606 mit einem dritten Leiter 636 zwischen dem zweiten AC-Elektromotor 606 und der Anschlussdose 612 elektrisch gekoppelt sein.
Die Halbbrücke 611 umfasst zwei in Reihe geschaltete Schalter 694, 696, obwohl das System 600 bei anderen Ausführungsformen mehr als zwei in Reihe geschaltete Schalter umfassen kann, um eine Halbbrücke auszubilden. Bei einer Ausführungsform können die Schalter 694, 696 im Wesentlichen gleich wie die Schalter des ersten und zweiten Wechselrichterabschnitts 640, 650 ausgestaltet sein. Zudem sind die Enden der in Reihe geschalteten Schalter 694, 696 über die wiederaufladbare DC-Energiequelle 608 elektrisch gekoppelt, und sie sind somit auch zu dem DC-Buskondensator 610 und dem Wechselrichtersystem 602 über den ersten Wechselrichteranschluss 680 und den zweiten Wechselrichteranschluss 682 parallel geschaltet.
Bei einer Ausführungsform ist ein Verbindungspunkt 623 zwischen den Schaltern 694, 696 mit einem ersten Ende der Induktivität 645 elektrisch gekoppelt, und ein zweites Ende der Induktivität 645 ist mit einem ersten Leiter 631 zwischen der Induktivität 645 und der Anschlussdose 612 elektrisch gekoppelt. Die Induktivität 645 kann beispielsweise ein induktives Element umfassen, das zur Bereitstellung einer Stromregelung für den aus dem Verbindungspunkt 623 entnommenen Strom ausgelegt ist.
Wie vorstehend erwähnt, werden die Motoren 604, 606 durch ein Steuern des Schaltens der ersten und zweiten Wechselrichterabschnitte 640, 650 zueinander phasenversetzt betrieben (z. B. um 120 Grad phasenversetzt). Zudem wird bei einer Ausführungsform das Schalten der Schalter 694, 696 der Halbbrücke 511 so gesteuert, dass ein Strom an dem Verbindungspunkt 623 erzeugt wird, der zu den Phasen der Ströme durch die Motoren 604, 606 phasenversetzt ist. Wenn die ersten und zweiten Wechselrichterabschnitte 640, 650 beispielsweise so gesteuert werden, dass die Ströme an den Neutralpunkten 632, 634 zueinander um 120 Grad phasenversetzt sind, können die Schalter 694, 696 so gesteuert werden, dass sie bei dem Verbindungspunkt 623 einen Strom erzeugen, der zu den Motorströmen um 120 Grad phasenversetzt ist. Mit den vorstehend beschriebenen Kopplungen zwischen den verschiedenen Systemkomponenten kann der erste Leiter 632 folglich eine erste Phasenkomponente der AC-Leistung führen (z. B. von dem Verbindungspunkt 623), der zweite Leiter 633 kann eine zweite Phasenkomponente der AC-Leistung führen (z. B. von dem Neutralpunkt 632) und der dritte Leiter 634 kann eine dritte Phasenkomponente der AC-Leistung führen (z. B. von dem Neutralpunkt 634).
7 ist eine Schaltplandarstellung einer Ausführungsform eines Fahrzeugleistungsverarbeitungssystems 700 gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform. Das System 700 kann zur Verwendung mit einem Hybridelektrofahrzeug eines seriellen Typs oder einem Hybridelektrofahrzeug eines Leistungsverzweigungstyps geeignet sein, obwohl das System 700 auch zur Verwendung mit anderen Typen von Hybridelektrofahrzeugen angepasst sein kann. Bei einer Ausführungsform umfasst das System 700 ein Wechselrichtersystem 702 (z. B. das Wechselrichtersystem 116 von 1), einen ersten AC-Elektromotor 704 (z. B. einen Antriebsmotor 118 von 1), einen zweiten AC-Elektromotor 706 (z. B. einen Generator 119 von 1), eine wiederaufladbare DC-Energiequelle 708 (z. B. die DC-Energiequelle 110 von 1), einen DC-Buskondensator 710, einen Schalter 721, eine Anschlussdose 712 und ein elektronisches Steuerungssystem 713 (z. B. das elektronische Steuerungssystem 108 von 1). Die Funktionen und verschiedene Ausführungsformen bezüglich der DC-Energiequelle 708 ähneln den Funktionen und verschiedenen Ausführungsformen analoger Komponenten in 2 (z. B. der DC-Energiequelle 208) und sind der Kürze halber folglich hier nicht wiederholt.
Das Wechselrichtersystem 702 kann als bidirektionaler Umsetzer betrieben werden, wie in Verbindung mit 2 beschrieben ist, und umfasst einen ersten Wechselrichterabschnitt 740 und einen zweiten Wechselrichterabschnitt 750. Bei einer Ausführungsform umfasst jeder Wechselrichterabschnitt 740, 750 ein Feld aus sechs Schaltern, welche auf dieselbe Weise ausgestaltet sein und funktionieren können, wie Ausführungsformen der Schalter 260–265, die vorstehend in Verbindung mit 2 erörtert sind. Zudem liefert im Betrieb ein von dem elektronischen Steuerungssystem 713 ausgeführter Wechselrichtersteuerungsalgorithmus (nicht veranschaulichte) Transistortreibersignale in Abhängigkeit von der Funktion, die zu dem Zeitpunkt gerade von dem System 700 ausgeführt wird, wie ebenfalls vorstehend in Verbindung mit 2 erörtert ist.
Wie gezeigt sind Schalterpaare in dem Wechselrichterabschnitt 740 miteinander elektrisch in Reihe geschaltet, und jedes Paar umfasst einen Schaltschenkel 742, 743 und 744. Die Schaltschenkel 742–744 sind zueinander elektrisch parallel geschaltet. Auf ähnliche Weise sind Schalterpaare in dem Wechselrichterabschnitt 750 miteinander elektrisch in Reihe geschaltet, und jedes Paar umfasst einen Schaltschenkel 752, 753 und 754. Die Schaltschenkel 752–754 sind zueinander elektrisch parallel geschaltet. Leitfähige Komponenten an ersten Enden der Schaltschenkel 742–744 und 752–754 sind mit einem ersten Wechselrichteranschluss 780 elektrisch gekoppelt, und leitfähige Komponenten an zweiten entgegengesetzten Enden der Schaltschenkel 742–744 und 752–754 sind mit einem zweiten Wechselrichteranschluss 782 elektrisch gekoppelt.
Die wiederaufladbare DC-Energiequelle 708 ist zu dem Wechselrichtersystem 702 über den ersten Wechselrichteranschluss 780 und den zweiten Wechselrichteranschluss 782 elektrisch parallel geschaltet. Zudem ist der DC-Buskondensator 710 über die wieder aufladbare DC-Energiequelle 708 elektrisch gekoppelt, und er ist somit auch zu dem Wechselrichtersystem 702 über den ersten Wechselrichteranschluss 780 und den zweiten Wechselrichteranschluss 782 parallel geschaltet.
Ähnlich wie die Anschlussdose 312 von 3 ist die Anschlussdose 712 zur Aufnahme und zur elektrischen Kopplung mit einem dreiphasigen elektrischen Stecker 790 ausgelegt, welcher wiederum mit einer externen Last 792 (z. B. einem Gerät oder einer elektrischen Versorgungseinrichtung) elektrisch gekoppelt ist. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das System 700 einen (nicht veranschaulichten) dreiphasigen elek trischen Stecker anstelle der Anschlussdose 712 umfassen, wie vorstehend in Verbindung mit 2 beschrieben ist. Bei beiden Ausführungsformen (z. B. wenn das System 200 entweder eine Anschlussdose oder einen Stecker umfasst) können die Anschlussdose oder der Stecker des Fahrzeugs allgemeiner als eine AC-Leistungsschnittstelle mit drei Leitern (z. B. die AC-Leistungsschnittstelle 114 von 1) aufgefasst werden.
Jeder der AC-Elektromotoren 704, 706 ist ein dreiphasiger Motor, der einen Satz aus drei Wicklungen (oder Spulen) 714, 715, 716, 717, 718, 719 umfasst. Obwohl es nicht veranschaulicht ist, umfasst jeder AC-Elektromotor 704, 706 eine Statoranordnung (welche die Wicklungen umfasst) und eine Rotoranordnung (welche einen ferromagnetischen Kern, Wicklungen und/oder Permanentmagnete umfasst). Die Wicklungen 714–716 des ersten AC-Elektromotors 704 sind mit dem ersten Wechselrichterabschnitt 740 wie folgt elektrisch gekoppelt: 1) ein erstes Ende der ersten Wicklung 714 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 742 elektrisch gekoppelt; 2) ein erstes Ende einer zweiten Wicklung 715 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 743 elektrisch gekoppelt; und 3) ein erstes Ende einer dritten Wicklung 716 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 744 elektrisch gekoppelt. Auf ähnliche Weise sind erste Enden der Wicklungen 717–719 des zweiten AC-Elektromotors 706 mit dem zweiten Wechselrichterabschnitt 750 wie folgt elektrisch gekoppelt: 1) ein erstes Ende der ersten Wicklung 717 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 752 elektrisch gekoppelt; 2) ein erstes Ende der zweiten Wicklung 718 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 753 elektrisch gekoppelt; und 3) ein erstes Ende der dritten Wicklung 719 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen den Schaltern des Schenkels 754 elektrisch gekoppelt.
Ein Neutralpunkt 732 des ersten AC-Elektromotors 704 kann mit einem ersten Leiter 733 zwischen dem ersten AC-Elektromotor 704 und der Anschlussdose 712 elektrisch gekoppelt sein. Ein Neutralpunkt 734 des AC-Elektromotors 706 ist bei einer Ausführungsform durch den Schalter 721 getrennt. Bei einer Ausführungsform umfasst der Schalter 721 einen Festkörperschalter in der Form eines SCR oder Thyristors. Der Schalter 721 kann in eine erste Position (wie in 7 gezeigt) oder in eine zweite Position gesteuert sein. Bei einer Ausführungsform kann die Position des Schalters 721 von einer (nicht veranschaulichten) Koordinierungsschaltung in dem System 700 in Abhängigkeit davon gesteuert werden, ob der Stecker 790 in die Anschlussdose 712 eingeführt ist oder nicht. Wenn der Stecker 790 in die Anschlussdose 712 nicht eingeführt ist, kann der Schalter 721 so gesteuert sein, dass er in der ersten Position verbleibt. Wenn der Stecker 790 in die Anschlussdose 712 eingeführt ist, kann der Schalter 721 bei einer Ausführungsform so gesteuert sein, dass er in der zweiten Position verbleibt.
Das zweite Ende der Wicklung 719 ist mit dem Schalter 721 elektrisch gekoppelt. Entsprechend ist das zweite Ende der Wicklung 719 in der ersten Position von der Anschlussdose 712 getrennt, und es ist mit dem zweiten Ende der Wicklungen 717, 718 verbunden, um den Neutralpunkt 734 zu bilden. Bei einer Ausführungsform kann der Schalter 721 beispielsweise in dem Antriebszustand in die erste Position gesteuert sein. In der zweiten Position ist das zweite Ende der Wicklung 719 mit einem zweiten Leiter 735 zwischen der Anschlussdose 712 und dem Schalter 721 elektrisch gekoppelt. Zweite Enden der Wicklungen 717, 718 bleiben miteinander und mit einem dritten Leiter 736 zwischen dem Motor 706 und der Anschlussdose 712 elektrisch gekoppelt.
Durch ein Steuern des Schaltens der ersten und zweiten Wechselrichterabschnitte 740, 750 wird der Motor 704 so betrieben, dass er einen ersten Phasenstrom erzeugt, und der Motor 706 wird so betrieben, dass er zweite und dritte Phasenströme erzeugt, wobei der erste, der zweite und der dritte Phasenstrom zueinander phasenversetzt sind (z. B. um 120 Grad phasenversetzt). Insbesondere wird das Schalten der ersten und zweiten Schaltschenkel 752, 753 des Wechselrichterabschnitts 750 synchron gesteuert, um einen Phasenstrom bei dem Neutralpunkt 734 des Motors 706 zu erzeugen, der zu dem Phasenstrom bei dem Neutralpunkt 732 des Motors 704 phasenversetzt ist (z. B. um 120 Grad phasenversetzt). Zudem wird das Schalten des dritten Schaltschenkels 754 des Wechselrichterabschnitts 750 so gesteuert, dass ein Phasenstrom an dem zweiten Ende der Wicklung 719 erzeugt wird, der zu den Phasenströmen bei den Neutralpunkten 732, 734 phasenversetzt ist (z. B. um 120 Grad phasenversetzt).
Wenn sich der Schalter 721 in der zweiten Position befindet, kann folglich mit den vorstehend beschriebenen Kopplungen zwischen den verschiedenen Systemkomponenten der erste Leiter 733 eine erste Phasenkomponente der AC-Leistung führen (z. B. von dem Neutralpunkt 732), der zweite Leiter 735 kann eine zweite Phasenkomponente der AC-Leistung führen (z. B. von der Wicklung 719), und der dritte Leiter 736 kann eine dritte Phasenkomponente der AC-Leistung führen (z. B. von dem Neutralpunkt 734). Bei einer Ausführungsform kann der Schalter 721 beispielsweise in dem Parkzustand in die zweite Position gesteuert sein, um das System 700 über die Anschlussdose 712 mit der externen Last 792 zu verbinden, und um es dem System 700 zu ermöglichen, die Aufladefunktion, die Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsgenerators, die Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Blindleistungsgenerators und/oder die Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsfilters bereitzustellen.
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Leistungsverarbeitungssystems eines Steckdosen-Elektrofahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das Verfahren von 8 kann zum Beispiel unter Verwendung einer beliebigen zuvor beschriebenen Ausführungsform eines Leistungsverarbeitungssystems implementiert sein, das mindestens eine DC-Energiequelle (z. B. eine Batterie), mindestens einen AC-Elektromotor und mindestens ein bidirektionales Wechselrichtersystem umfasst.
Es versteht sich, dass die erste Zeitspanne, die zweite Zeitspanne und die dritte Zeitspanne, auf die nachstehend Bezug genommen wird, zum Bezeichnen sich nicht überlappender Zeitspannen gedacht sind, nicht aber dazu gedacht sind, irgendeine Reihenfolge der Prozesse anzugeben, mit welchen sie beschrieben sind. Obwohl die Prozessblöcke von 8 so gezeigt sind, dass sie in einer speziellen beispielhaften Reihenfolge auftreten und das Auftreten nur eines Durchlaufs jedes Prozessblocks gezeigt ist, sollte insbesondere verstanden sein, dass die Prozessblöcke in anderen Reihenfolgen und/oder mehreren Durchläufen auftreten können oder dass während einer Zeitspanne keine Durchläufe eines Prozessblocks auftreten können. In der Praxis können die Prozesse, die den Blöcken 802, 804 und 806 zugeordnet sind, als eine Zustandsmaschine implementiert sein, und Übergänge zwischen zwei beliebigen Zuständen können zu verschiedenen Zeitpunkten auftreten. Der Einfachheit halber sind die den Blöcken 802, 804, 806 zugeordneten Prozesse jedoch in der Form eines Flussdiagramms veranschaulicht und beschrieben.
Das Verfahren kann mit Schritt 802 beginnen, wenn sich das Fahrzeug in einem Antriebszustand befindet (z. B. während einer ersten Zeitspanne, wenn das Fahrzeug von jeglicher elektrischen Versorgungseinrichtung oder externen Last getrennt ist). Im Antriebszustand können der bzw. die AC-Elektromotoren und das bidirektionale Wechselrichtersystem des Leistungsverarbeitungssystems gemäß einer Ausführungsform zum Bereitstellen einer Antriebsfunktion genutzt werden. Zum Bereitstellen der Antriebsfunktion veranlasst das System das bidirektionale Wechselrichtersystem dazu, in Ansprechen auf den Empfang erster Steuerungssignale elektrische DC-Leistung aus einer DC-Energiequelle zu entnehmen, die DC-Leistung in AC-Leistung umzusetzen und die AC-Leitung an den mindestens einen AC-Elektromotor zu liefern, um das Fahrzeug anzutreiben.
Schritt 804 kann auftreten, wenn sich das Fahrzeug in einem Parkzustand befindet (z. B. zu Zeitpunkten, an denen das Fahrzeug mit einer elektrischen Versorgungseinrichtung verbunden ist) und sich in einem Lademodus befindet (z. B. während einer zweiten Zeitspanne). Im Parkzustand und im Auflademodus können die Wicklungen des bzw. der sich nicht drehenden AC-Elektromotoren und das bidirektionale Wechselrichtersystem des Leistungsverarbeitungssystems gemäß einer Ausführungsform genutzt werden, um eine Aufladefunktion bereitzustellen. Um die Aufladefunktion bereitzustellen, veranlasst das System das bidirektionale Wechselrichtersystem dazu, in Ansprechen auf den Empfang zweiter Steuerungssignale AC-Leistung aus den Wicklungen des bzw. der AC-Elektromotoren zu entnehmen, die AC-Leistung in DC-Leistung umzusetzen und die DC-Leistung an die DC-Energiequelle zu liefern, um die DC-Energiequelle wiederaufzuladen.
Schritt 806 kann auftreten, wenn sich das Fahrzeug in einem Parkzustand (z. B. zu Zeitpunkten, wenn das Fahrzeug mit einer elektrischen Ver sorgungseinrichtung verbunden ist) und einem Leistungsverarbeitungsmodus befindet (z. B. während einer dritten Zeitspanne). Im Parkzustand und im Leistungsverarbeitungsmodus können die Wicklungen des bzw. der sich nicht drehenden AC-Elektromotoren und das bidirektionale Wechselrichtersystem des Leistungsverarbeitungssystems gemäß einer Ausführungsform genutzt werden, um eine oder mehrere Leistungsverarbeitungsfunktionen bereitzustellen. Wie vorstehend im Detail beschrieben ist, können die Leistungsverarbeitungsfunktionen eine Funktion einer AC-Leistungsquelle, eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsgenerators, eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Blindleistungsgenerators und/oder eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsfilters umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Um die Leistungsverarbeitungsfunktionen bereitzustellen, veranlasst das System das bidirektionale Wechselrichtersystem dazu, in Ansprechen auf den Empfang dritter Steuerungssignale DC-Leistung aus der DC-Energiequelle zu entnehmen, die DC-Leistung in AC-Leistung umzusetzen und die AC-Leistung an die Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors zu liefern, um AC-Leistung an eine externe Last zu liefern. Um insbesondere die Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Blindleistungsgenerators bereitzustellen, veranlasst das System das bidirektionale Wechselrichtersystem zudem dazu, während einer Hälfte eines elektrischen Zyklus AC-Leistung über den bzw. die AC-Elektromotoren aus der externen Last zu entnehmen, die AC-Leistung in DC-Leistung umzusetzen und die DC-Leistung an die DC-Energiequelle zu liefern.
Somit wurden verschiedene Ausführungsformen von Leistungsverarbeitungssystemen und Verfahren zur Verwendung mit Steckdosen-Elektrofahrzeugen vorstehend beschrieben. Die Ausführungsformen können einen oder mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Systemen aufweisen, bei welchen ein Steckdosen-Elektrofahrzeug ein Batterieladegerät umfasst. Zum Beispiel kann ein Vorteil darin bestehen, dass verfügbare Systemkomponenten (z. B. ein oder mehrere Wechselrichter, DC-Buskondensatoren und Motorwicklungen) im Antriebszustand zum selektiven Anlegen von Antriebsleistung an das Traktionssystem des Fahrzeugs und im Parkzustand zum Bereitstellen von Funktionen verwendet werden können, die mit einem Auflademodus und/oder einem Leistungsverarbeitungsmodus verbunden sind. Folglich kann es sein, dass die Funktion eines separaten Batterieladegeräts nicht benötigt wird, und ein derartiges Batterieladegerät kann aus dem System entfernt werden. Dies kann zu einem verringerten Fahrzeuggewicht (und folglich einer erweiterten Reichweite bei einer gegebenen Batterieladung) und verringerten Fahrzeugherstellkosten führen. Zudem kann der Raum, der andernfalls zum Unterbringen des Batterieladegeräts verwendet würde, für andere Zwecke verwendet werden oder aus dem Fahrzeug entfernt werden.
Ein weiterer Vorteil kann darin bestehen, dass die Betriebsausgaben des Fahrzeugs für den Verbraucher verringert werden können. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zum Beispiel die Aufladefunktion der Batterie (oder einer anderen DC-Energiequelle) von dem System so gesteuert werden, dass sie während Nichtspitzenverbrauchszeitspannen statt während Spitzenverbrauchszeitspannen auftritt. Folglich kann es sein, dass dem Verbraucher von dem Versorgungsunternehmen verringerte Verbrauchsgebühren in Rechnung gestellt werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Batterieladegeräten, die einen Stromfluss in nur eine Richtung ermöglichen (z. B. von der elektrischen Versorgungseinrichtung an die Batterie des Fahrzeugs), sind die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zudem insofern bidirektional, als sie einen Stromfluss von der elektrischen Versorgungseinrichtung an die Batterie des Fahrzeugs (oder eine andere DC-Energiequelle) während einiger Zeitspannen ermöglichen, und dass sie einen Stromfluss von der Batterie des Fahrzeugs (oder einer anderen DC-Energiequelle) an die elektrische Versorgungseinrichtung während anderer Zeitspannen ermöglichen.
Folglich kann Leistung sowohl von der elektrischen Versorgungseinrichtung an das Fahrzeug als auch von dem Fahrzeug an die elektrische Versorgungseinrichtung geliefert werden. In einigen Fällen kann ein Versorgungsunternehmen dem Verbraucher Rückerstattungen oder Gutschriften gewähren, wenn das Fahrzeug zum Nutzen des Versorgungsunternehmens funktioniert (z. B. durch Bereitstellen einer Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsgenerators, einer Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Blindleistungsgenerators und/oder einer Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsfilters).
Obwohl verschiedene Ausführungsformen von Systemen und Verfahren in der vorstehenden genauen Beschreibung dargestellt wurden, ist festzustellen, dass eine große Anzahl an anderen Variationen existiert. Es ist auch festzustellen, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen nur Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind, den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Ausgestaltung des erfinderischen Gegenstands in irgendeiner Weise einzuschränken. Stattdessen wird die vorstehende genaue Beschreibung Fachleuten eine brauchbare Anleitung zum Implementieren der beispielhaften Ausführungsform oder der beispielhaften Ausführungsformen bereitstellen. Es versteht sich, dass in der Funktion und Anordnung von Elementen verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang des erfinderischen Gegenstands zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen und deren juristischen Äquivalenten offengelegt ist.

Claims

Leistungsverarbeitungssystem zur Verwendung in einem Steckdosen-Elektrofahrzeug (plug-in electric vehicle), wobei das System umfasst: mindestens einen Wechselstromelektromotor (AC-Elektromotor) mit Wicklungen; ein bidirektionales Wechselrichtersystem, das mit dem mindestens einen AC-Elektromotor elektrisch gekoppelt ist, wobei das bidirektionale Wechselrichtersystem mehrere Schalter umfasst; und ein elektronisches Steuerungssystem, das mit dem bidirektionalen Wechselrichtersystem elektrisch gekoppelt ist, wobei das elektronische Steuerungssystem dazu dient, eine Antriebsfunktion bereitzustellen, indem es erste Steuerungssignale an das bidirektionale Wechselrichtersystem liefert, um das bidirektionale Wechselrichtersystem dazu zu veranlassen, elektrische Gleichstromleistung (DC-Leistung) aus einer DC-Energiequelle des Fahrzeugs zu entnehmen, die DC-Leistung in AC-Leistung umzusetzen und die AC-Leistung an die Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors zu liefern, um das Fahrzeug anzutreiben, und wobei das elektronische Steuerungssystem ferner dazu dient, eine Aufladefunktion bereitzustellen, indem es zweite Steuerungssignale an das bidirektionale Wechselrichtersystem liefert, um das bidirektionale Wechselrichtersystem dazu zu veranlassen, AC-Leistung aus den Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors zu entnehmen, die AC-Leistung in DC-Leistung umzusetzen und die DC-Leistung an die DC-Energiequelle zu liefern, um die DC-Energiequelle wieder aufzuladen.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine AC-Leistungsschnittstelle, die mit dem mindestens einen AC-Elektromotor elektrisch gekoppelt ist, wobei die AC-Leistungsschnittstelle eine Hardwareschnittstelle ist, die aus einer Gruppe von Hardwareschnittstellen gewählt ist, welche eine AC-Leistungsschnittstelle mit zwei Leitern, eine AC-Leistungsschnittstelle mit drei Leitern, eine einphasige Anschlussdose, eine zweiphasige Anschlussdose, eine dreiphasige Anschlussdose, einen einphasigen Stecker, einen zweiphasigen Stecker und einen dreiphasigen Stecker umfasst.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine AC-Leistungsschnittstelle, die zur elektrischen Verbindung mit einer externen Last ausgelegt ist, und wobei das elektronische Steuerungssystem ferner in einem Leistungsverarbeitungsmodus betrieben werden kann, um dritte Steuerungssignale an das bidirektionale Wechselrichtersystem zu liefern, um das bidirektionale Wechselrichtersystem dazu zu veranlassen, DC-Leistung aus der DC-Energiequelle zu entnehmen, die DC-Leistung in AC-Leistung umzusetzen und die AC-Leistung an die Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors zu liefern, um AC-Leistung durch die AC-Leistungsschnittstelle an die externe Last zu liefern.
System nach Anspruch 3, wobei die externe Last ein Stromverbrauchergerät umfasst, und wobei das elektronische Steuerungssystem in dem Leistungsverarbei tungsmodus betrieben werden kann, um eine AC-Leistungsquellenfunktion bereitzustellen, indem es die dritten Steuerungssignale liefert.
System nach Anspruch 3, wobei die externe Last eine elektrische Versorgungseinrichtung umfasst, und wobei das elektronische Steuerungssystem in dem Leistungsverarbeitungsmodus betrieben werden kann, um eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsgenerators bereitzustellen, indem es die dritten Steuerungssignale liefert.
System nach Anspruch 3, wobei die externe Last eine elektrische Versorgungseinrichtung umfasst, und wobei das elektronische Steuerungssystem in dem Leistungsverarbeitungsmodus betrieben werden kann, um eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Blindleistungsgenerators bereitzustellen, indem es die dritten Steuerungssignale während einer ersten Hälfte eines elektrischen Zyklus liefert, und indem es vierte Steuerungssignale während einer zweiten Hälfte des elektrischen Zyklus liefert, um das bidirektionale Wechselrichtersystem dazu zu veranlassen, AC-Leistung über die Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors aus der externen Last zu entnehmen, die AC-Leistung in DC-Leistung umzusetzen und die DC-Leistung an die DC-Energiequelle zu liefern.
System nach Anspruch 3, wobei die externe Last eine elektrische Versorgungseinrichtung umfasst, und wobei das elektronische Steuerungssystem in dem Leistungsverarbeitungsmodus betrieben werden kann, um eine Funkti on eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsfilters bereitzustellen, indem es die dritten Steuerungssignale liefert, um das bidirektionale Wechselrichtersystem dazu zu veranlassen, DC-Leistung aus der DC-Energiequelle zu entnehmen, die DC-Leistung in AC-Leistung umzusetzen und die AC-Leistung an die Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors zu liefern, um die AC-Leistung an die elektrische Versorgungseinrichtung zu liefern, um die elektrische Versorgungseinrichtung beim Erzeugen von sinusförmigeren Spannungs-/Stromwellenformen zu unterstützen.
System nach Anspruch 1, wobei das bidirektionale Wechselrichtersystem einen ersten Wechselrichterabschnitt und einen zweiten Wechselrichterabschnitt umfasst, und wobei der mindestens eine AC-Elektromotor einen ersten Motor und einen zweiten Motor umfasst, wobei der erste Motor einen ersten Neutralpunkt und erste Motorwicklungen mit ersten Enden und zweiten Enden aufweist und der zweite Motor einen zweiten Neutralpunkt und zweite Motorwicklungen mit ersten und zweiten Enden aufweist und wobei das System ferner umfasst: eine AC-Leistungsschnittstelle mit zwei Leitern; einen ersten Leiter zwischen dem ersten Motor und der AC-Leistungsschnittstelle; und den zweiten Leiter zwischen dem zweiten Motor und der AC-Leistungsschnittstelle, wobei die ersten Enden der ersten Motorwicklungen mit dem ersten Wechselrichterabschnitt elektrisch gekoppelt sind und der erste Neutralpunkt dazwischen zur elektrischen Kopplung mit dem ersten Leiter ausgelegt ist, und wobei die ersten Enden der zweiten Motorwicklungen mit dem zweiten Wechselrichterabschnitt elektrisch ge koppelt sind und der zweite Neutralpunkt zur elektrischen Kopplung mit dem zweiten Leiter ausgelegt ist.
System nach Anspruch 1, wobei das bidirektionale Wechselrichtersystem einen ersten Wechselrichterabschnitt umfasst, und wobei der mindestens eine AC-Elektromotor einen ersten Motor umfasst, der Wicklungen mit ersten und zweiten Enden aufweist, wobei die ersten Enden der Wicklungen mit dem ersten Wechselrichterabschnitt elektrisch gekoppelt sind, und wobei das System ferner umfasst: eine AC-Leistungsschnittstelle mit drei Leitern; ein Schalterfeld mit mehreren Schaltern; und drei Leiter zwischen dem Schalterfeld und der AC-Leistungsschnittstelle mit drei Leitern, wobei die zweiten Enden der Wicklungen des ersten Motors jeweils mit einem Schalter des Schalterfelds elektrisch gekoppelt sind, und die zweiten Enden verbunden sind, wenn sich die mehreren Schalter des Schalterfelds in einer ersten Position befinden, um einen Neutralpunkt des ersten Motors zu bilden, und jedes der zweiten Enden mit einem der drei Leiter zwischen dem Schalterfeld und der AC-Leistungsschnittstelle mit drei Leitern elektrisch gekoppelt ist, wenn sich die Schalter des Schalterfelds in einer zweiten Position befinden.
System nach Anspruch 1, wobei das bidirektionale Wechselrichtersystem einen ersten Wechselrichterabschnitt, einen zweiten Wechselrichterabschnitt und einen dritten Wechselrichterabschnitt umfasst, und wobei der mindestens eine AC-Elektromotor einen ersten Motor mit einem ersten Neutralpunkt und ersten Motorwicklungen mit ersten Enden und zweiten Enden, einen zweiten Motor mit einem zweiten Neutralpunkt und zweiten Motorwicklungen mit ersten Enden und zweiten Enden, und einen dritten Motor mit einem Neutralpunkt und dritten Motorwicklungen mit ersten Enden und zweiten Enden umfasst, und das System ferner umfasst: eine AC-Leistungsschnittstelle mit drei Leitern; einen ersten Leiter zwischen dem ersten Motor und der AC-Leistungsschnittstelle; einen zweiten Leiter zwischen dem zweiten Motor und der AC-Leistungsschnittstelle; und einen dritten Leiter zwischen dem dritten Motor und der AC-Leistungsschnittstelle, wobei die ersten Enden der ersten Motorwicklungen mit dem ersten Wechselrichterabschnitt elektrisch gekoppelt sind und der erste Neutralpunkt des ersten Motors zur elektrischen Kopplung mit dem ersten Leiter ausgelegt ist, die ersten Enden der zweiten Motorwicklungen mit dem zweiten Wechselrichterabschnitt elektrisch gekoppelt sind und der zweite Neutralpunkt des zweiten Motors zur elektrischen Kopplung mit dem zweiten Leiter ausgelegt ist, und die ersten Enden der dritten Motorwicklungen mit dem dritten Wechselrichterabschnitt elektrisch gekoppelt sind und der dritte Neutralpunkt des dritten Motors zur elektrischen Kopplung mit dem dritten Leiter ausgelegt ist.
System nach Anspruch 1, wobei das bidirektionale Wechselrichtersystem einen ersten Wechselrichterabschnitt und einen zweiten Wechselrichterabschnitt umfasst, und wobei der mindestens eine AC-Elektromotor einen ersten Motor und einen zweiten Motor umfasst, wobei der erste Motor einen ersten Neutralpunkt und erste Motorwicklungen mit ersten Enden und zweiten Enden aufweist, und der zweite Motor zweite Motorwicklungen mit ersten Enden und zweiten Enden aufweist, und wobei das System ferner umfasst: eine AC-Leistungsschnittstelle mit drei Leitern; mehrere DC-Buskondensatoren mit einem dazwischen liegenden Verbindungspunkt, wobei die mehreren DC-Buskondensatoren zu dem bidirektionalen Wechselrichtersystem elektrisch parallel geschaltet sind; eine Induktivität, die mit dem Verbindungspunkt zwischen den mehreren DC-Buskondensatoren elektrisch gekoppelt ist; einen ersten Leiter, der zwischen die Induktivität und die AC-Leistungsschnittstelle elektrisch gekoppelt ist; einen zweiten Leiter, der zwischen den ersten Motor und die AC-Leistungsschnittstelle elektrisch gekoppelt ist; und einen dritten Leiter zwischen den zweiten Motor und der AC-Leistungsschnittstelle, wobei die ersten Enden der ersten Motorwicklungen mit dem ersten Wechselrichterabschnitt elektrisch gekoppelt sind und der erste Neutralpunkt zur elektrischen Kopplung mit dem zweiten Leiter ausgelegt ist, und wobei die ersten Enden der zweiten Motorwicklungen mit dem zweiten Wechselrichterabschnitt elektrisch gekoppelt sind und der zweite Neutralpunkt zur elektrischen Kopplung mit dem dritten Leiter ausgelegt ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Wechselrichtersystem einen ersten Wechselrichterabschnitt und einen zweiten Wechselrichterabschnitt umfasst, und wobei der mindestens eine AC-Elektromotor einen ersten Motor und einen zweiten Motor umfasst, wobei der erste Motor einen ersten Neutralpunkt und erste Motorwicklungen mit ersten Enden und zweiten Enden umfasst, und der zweite Motor einen zweiten Neutralpunkt und zweite Motorwicklungen mit ersten Enden und zweiten Enden umfasst, wobei das System ferner umfasst: eine AC-Leistungsschnittstelle mit drei Leitern; eine Halbbrücke, die zu dem bidirektionalen Wechselrichtersystem elektrisch parallel geschaltet ist, wobei die Halbbrücke mindestens zwei in Reihe geschaltete Schalter und einen Verbindungspunkt zwischen den mindestens zwei Schaltern umfasst; eine Induktivität, die mit dem Verbindungspunkt zwischen den mindestens zwei Schaltern elektrisch gekoppelt ist; einen ersten Leiter, der zwischen die Induktivität und die AC-Leistungsschnittstelle elektrisch gekoppelt ist; einen zweiten Leiter, der zwischen den ersten Motor und die AC-Leistungsschnittstelle elektrisch gekoppelt ist; und einen dritten Leiter, der zwischen den zweiten Motor und die AC-Leistungsschnittstelle elektrisch gekoppelt ist, wobei die ersten Enden der ersten Motorwicklungen mit dem ersten Wechselrichterabschnitt elektrisch gekoppelt sind, der erste Neutralpunkt zur elektrischen Kopplung mit dem zweiten Leiter ausgelegt ist, die ersten Enden der zweiten Motorwicklungen mit dem zweiten Wechselrichterabschnitt elektrisch gekoppelt sind, und der zweite Neutralpunkt des zweiten Motors zur elektrischen Kopplung mit dem dritten Leiter ausgelegt ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Wechselrichtersystem einen ersten Wechselrichterabschnitt und einen zweiten Wechselrichterabschnitt umfasst, und der mindestens eine AC-Elektromotor einen ersten Motor und einen zweiten Motor umfasst, wobei der erste Motor einen ersten Neutralpunkt und erste Motorwicklungen mit ersten Enden und zweiten Enden umfasst, und der zweite Motor einen zweiten Neutralpunkt und zweite Motorwicklungen umfasst, die eine erste zweite Motorwicklung, eine zweite zweite Motorwicklung und eine dritte zweite Motorwicklung umfassen, wobei die zweiten Motorwicklungen erste und zweite Enden aufweisen und wobei das System ferner umfasst: eine AC-Leistungsschnittstelle mit drei Leitern; einen Schalter, der zum Schalten zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position ausgelegt ist; einen ersten Leiter zwischen dem ersten Motor und der AC-Leistungsschnittstelle; einen zweiten Leiter zwischen dem zweiten Motor und der AC-Leistungsschnittstelle; und einen dritten Leiter zwischen dem zweiten Motor und der AC-Leistungsschnittstelle, wobei die ersten Enden der ersten Motorwicklungen mit dem ersten Wechselrichterabschnitt elektrisch gekoppelt sind und der erste Neutralpunkt zur elektrischen Kopplung mit dem ersten Leiter ausgelegt ist, die ersten Enden der zweiten Motorwicklungen mit dem zweiten Wechselrichterabschnitt elektrisch gekoppelt sind und ein zweites Ende der ersten zweiten Motorwicklung mit dem Schalter elektrisch gekoppelt ist, wobei das zweite Ende der ersten zweiten Motorwicklung auch mit einem zweiten Ende der zweiten zweiten Motorwicklung und einem zweiten Ende der dritten zweiten Motorwicklung elektrisch gekoppelt ist, wenn sich der Schalter in der ersten Position befindet, und wobei das zweite Ende der ersten zweiten Motorwicklung mit dem zweiten Leiter elektrisch gekoppelt ist, wenn sich der Schalter in der zweiten Position befindet, und wobei das zweite Ende der zweiten zweiten Motorwicklung und das zweite Ende der dritten zweiten Motorwicklung elektrisch miteinander gekoppelt sind, um den zweiten Neutralpunkt zu bilden.
Leistungsverarbeitungssystem zur Verwendung in einem Steckdosen-Elektrofahrzeug, wobei das System umfasst: mindestens einen Wechselstromelektromotor (AC-Elektromotor) mit Wicklungen; und ein bidirektionales Wechselrichtersystem, das mit dem mindestens einen AC-Elektromotor elektrisch gekoppelt ist, wobei das bidirektionale Wechselrichtersystem mehrere Schalter umfasst, wobei das bidirektionale Wechselrichtersystem so ausgelegt ist, dass es das System zur Bereitstellung einer Antriebsfunktion veranlasst, indem es elektrische Gleitstromleistung (DC-Leistung) aus einer DC-Energiequelle des Fahrzeugs in Ansprechen auf den Empfang erster Steuerungssignale entnimmt, die DC-Leistung in AC-Leistung umsetzt und die AC-Leistung an die Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors liefert, um das Fahrzeug anzutreiben, und wobei das bidirektionale Wechselrichtersystem so ausgelegt ist, dass es das System zur Bereitstellung einer Aufladefunktion veranlasst, indem es AC-Leistung aus den Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors in Ansprechen auf den Empfang zweiter Steuerungssignale entnimmt, die AC-Leistung in DC-Leistung umsetzt und die DC-Leistung an die DC-Energiequelle liefert, um die DC-Energiequelle wieder aufzuladen.
System nach Anspruch 14, ferner umfassend: eine AC-Leistungsschnittstelle, die zur elektrischen Verbindung mit einer externen Last in der Form eines Stromverbrauchergeräts ausgelegt ist, und wobei das bidirektionale Wechselrichtersystem ferner so ausgelegt ist, dass es das System zur Bereitstellung einer Funktion einer AC-Leistungsquelle veranlasst, indem es DC-Leistung aus der DC-Energiequelle in Ansprechen auf dritte Steuerungssignale entnimmt, die DC-Leistung in AC-Leistung umsetzt und die AC-Leistung an die Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors liefert, um AC-Leistung an das Stromverbrauchergerät zu liefern.
System nach Anspruch 14, ferner umfassend: eine AC-Leistungsschnittstelle, die zur elektrischen Verbindung mit einer externen Last in der Form einer elektrischen Versorgungseinrichtung ausgelegt ist, und wobei das bidirektionale Wechselrichtersystem ferner so ausgelegt ist, dass es das System dazu veranlasst, eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsgenerators bereitzustellen, indem es DC-Leistung aus der DC-Energiequelle in Ansprechen auf dritte Steuerungssignale entnimmt, die DC-Leistung in AC-Leistung umsetzt und die AC-Leistung an die Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors liefert, um AC-Leistung an die elektrische Versorgungseinrichtung zu liefern.
System nach Anspruch 14, ferner umfassend: eine AC-Leistungsschnittstelle, die zur elektrischen Verbindung mit einer externen Last in der Form einer elektrischen Versorgungseinrichtung ausgelegt ist, und wobei das bidirektionale Wechselrichtersystem ferner so ausgelegt ist, dass es das System dazu veranlasst, eine Funktion eines mit einer Versorgungseinrichtung verbundenen Blindleistungsgenerators bereitzustellen, indem es DC-Leistung aus der DC-Energiequelle in Ansprechen auf dritte Steuerungssignale während einer ersten Hälfte eines elektrischen Zyklus entnimmt, die DC-Leistung in AC-Leistung während der ersten Hälfte des elektrischen Zyklus umsetzt und die AC-Leistung an die Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors liefert, um AC-Leistung an die elektrische Versorgungseinrichtung während der ersten Hälfte des elektrischen Zyklus zu liefern, und indem es AC-Leistung aus der elektrischen Versorgungseinrichtung über die Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors in Ansprechen auf vierte Steuerungssignale während einer zweiten Hälfte des elektrischen Zyklus entnimmt, die AC-Leistung in DC-Leistung während der zweiten Hälfte des elektrischen Zyklus umsetzt und die DC-Leistung an die DC-Energiequelle während der zweiten Hälfte des elektrischen Zyklus liefert.
System nach Anspruch 14, ferner umfassend: eine AC-Leistungsschnittstelle, die zur elektrischen Verbindung mit einer externen Last in der Form einer elektrischen Versorgungseinrichtung ausgelegt ist, und wobei das bidirektionale Wechselrichtersystem ferner so ausgelegt ist, dass es das System dazu veranlasst, eine Funktion eines mit einer elektrischen Versorgungseinrichtung verbundenen Wirkleistungsfilters bereitzustellen, indem es DC-Leistung aus der DC-Energiequelle in Ansprechen auf dritte Steuerungssignale entnimmt, die DC-Leistung in AC-Leistung umsetzt und die AC-Leistung an die Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors liefert, um die AC-Leistung an die elektrische Versorgungseinrichtung zu liefern, um die elektrische Versorgungseinrichtung beim Erzeugen sinusförmigerer Spannungs-/Stromwellenformen zu unterstützen.
Verfahren zum Betreiben eines Leistungsverarbeitungssystems in einem Steckdosen-Elektrofahrzeug, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: erste Steuerungssignale an ein bidirektionales Wechselrichtersystem des Fahrzeugs während einer ersten Zeitspanne geliefert werden, welche das bidirektionale Wechselrichtersystem dazu veranlassen, elektrische Gleichstromleistung (DC-Leistung) aus einer DC-Energiequelle des Fahrzeugs in Ansprechen auf die ersten Steuerungssignale zu entnehmen, die DC-Leistung in Wechselstromleistung (AC-Leistung) umzusetzen und die AC-Leistung an Wicklungen mindestens eines AC-Elektromotors des Fahrzeugs zu liefern, um das Fahrzeug anzutreiben, womit eine Antriebsfunktion bereitgestellt wird; und zweite Steuerungssignale an das bidirektionale Wechselrichtersystem während einer zweiten Zeitspanne geliefert werden, welche das bidirektionale Wechselrichtersystem dazu veranlassen, AC-Leistung aus den Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors in Ansprechen auf den Empfang der zweiten Steuerungssignale zu entnehmen, die AC-Leistung in DC-Leistung umzusetzen und die DC-Leistung an die DC-Energiequelle zu liefern, um die DC-Energiequelle wieder aufzuladen, womit eine Aufladefunktion bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, das ferner umfasst, dass: dritte Steuerungssignale an das bidirektionale Wechselrichtersystem während einer dritten Zeitspanne geliefert werden, welche das bidirektionale Wechselrichtersystem dazu veranlassen, DC- Leistung aus der DC-Energiequelle in Ansprechen auf den Empfang der dritten Steuerungssignale zu entnehmen, die DC-Leistung in AC-Leistung umzusetzen und die AC-Leistung an die Wicklungen des mindestens einen AC-Elektromotors zu liefern, um AC-Leistung an eine externe Last zu liefern, womit ein Leistungsverarbeitungsmodus bereitgestellt wird.