DE19722175A1

DE19722175A1 - Antriebssystem für ein elektrisches Fahrzeug

Info

Publication number: DE19722175A1
Application number: DE19722175A
Authority: DE
Inventors: Sanshiro Obara; Hiroshi Katada; Suetaro Shibukawa; Nobunori Matsudaira; Shotaro Naito
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-05-29
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 1997-12-04
Also published as: JP3328509B2; US6236172B1; JPH09322302A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebssystem und ein Antriebsverfahren für ein elektrisches Fahrzeug mit einem Wechselrichter zum Umwandeln von Gleichstrom, wie elek trischem Strom von einer Batterie, in Wechselstrom und einen Synchronmotor als Antrieb des Fahrzeugs, und insbesondere ein Antriebssystem und ein Antriebsverfahren für ein elektrisches Fahrzeug mit einem Dauermagnet-Synchronmotor als Antrieb des Fahrzeugs.

Die Entwicklung eines Dauermagnet-Synchronmotors (der im folgenden als Synchronmotor bezeichnet wird) als Motor zum Antrieb eines elektrischen Fahrzeugs wurde vorangetrieben. Der Wirkungsgrad des Dauermagnet-Synchronmotors kann im Ver gleich zu einem Induktions- bzw. Asynchronmotor in einem Be reich mit niedriger Drehzahl und niedrigem Drehmoment gestei gert werden. Ein Antriebssystem für ein elektrisches Fahr zeug, bei dem ein derartiger Dauermagnet-Synchronmotor ver wendet wird, ist beispielsweise in der japanischen Patentof fenlegungsschrift Nr. 6-315201 offenbart.

Bei einem elektrischen Fahrzeug, beispielsweise einem elektrischen Kraftfahrzeug, kann zum Erhalt einer Bremskraft für das Fahrzeug eine sogenannte regenerierende Bremssteue rung ausgeführt werden, bei der der Motor als Generator ver wendet wird. Bei einem derartigen elektrischen Fahrzeug gibt es einige Fälle, in denen der Motor im Schubbetrieb auf einer abfallenden Straße mit einer hohen Drehzahl über einer maxi mal steuerbaren Drehzahl angetrieben werden kann.

Wenn bei der Steuerung eines im industriellen Bereich allgemein verwendeten Synchronmotors die Drehzahl des Motors gesteigert wird und den steuerbaren Bereich überschreitet, wird der Motor gesteuert, indem festgestellt wird, daß er sich in einem anomalen Zustand befindet. Bei einem elektri schen Fahrzeug ist das Steuersystem derart aufgebaut, daß der Motor gesteuert wird, indem er wiederholt auf eine für das Kraftübertragungssystem maximal zulässige Drehzahl angetrie ben und dann bei einer normalen Wiederbetätigung innerhalb des steuerbaren Bereichs betrieben wird, wenn die Drehzahl des Motors abnimmt. Wenn der Motor mit einer Drehzahl über der maximal steuerbaren Drehzahl angetrieben wird, wird ein zusätzlich zwischen dem Wechselrichter und dem Motor vorgese henes Schutzrelais betätigt. Damit kann es vorkommen, daß das Wechselrichterrelais abgeschaltet wird, um den Wechselrich ter, die Batterie und die Steuerschaltungen für diese von ei ner in dem Dauermagnet-Synchronmotor (Generator) induzierten hohen Spannung zu schützen, wenn der Motor mit einer Drehzahl über der maximal steuerbaren Drehzahl angetrieben wird.

Das Anordnen eines zusätzlichen Schutzrelais zwischen dem Wechselrichter und dem Motor macht jedoch die Steuerung komplex, das System groß und kostspieliger.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorste hend beschriebenen Probleme zu lösen und ein Antriebssystem und ein Antriebsverfahren für ein elektrisches Fahrzeug mit einem Synchronmotor als Antriebsquelle zu schaffen, die selbst dann eine hohe Zuverlässigkeit und einen guten Schutz gegen eine Fehlfunktion des Wechselrichters aufweisen, wenn der Motor mit der maximal zulässigen Drehzahl angetrieben wird, und die kostengünstig sind.

Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Antriebssystem für ein elektrisches Fahrzeug mit einem Synchronmotor zum Antreiben des elektrischen Fahr zeugs, einem Wechselrichter zum Umwandeln von Gleichstrom von einer Batterie in Wechselstrom und zur Zufuhr des Wechsel stroms zu dem Synchronmotor, einem mit dem Wechselrichter parallel geschalteten Glättungskondensator zum Glätten des Gleichstroms, einer PSM- bzw. PWM- bzw. PWM-Steuerung zur Ausführung einer Ein-Aus-Steuerung mehrerer Leistungsschal tungselemente, die den Wechselrichter bilden, auf der Grund lage eines Drehmomentsollwerts und eines Motorstroms, ein Spitzenwert der induzierten elektromotorischen Kraft bzw. Spannung des Synchronmotors des elektrischen Fahrzeugs bei einer maximal zulässigen Drehzahl auf einen Wert gesetzt wird, der mit einer zulässigen Spannung des Glättungskonden sators des Wechselrichters übereinstimmt oder darunter liegt und mit einer maximal zulässigen Spannung der den Wechsel richter bildenden Leistungsschaltungselemente übereinstimmt oder darunter liegt.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, daß bei einem Antriebssystem für ein elektrisches Fahrzeug mit einem Dauermagnet-Synchronmotor zum Antreiben des elek trischen Fahrzeugs, einem Wechselrichter zum Umwandeln von Gleichstrom von einer Batterie in Wechselstrom und zur Zufuhr des Wechselstroms zu dem Synchronmotor, einem mit dem Wech selrichter parallel geschalteten Glättungskondensator zur Glättung des Gleichstroms, einer PSM- bzw. PWM- bzw. PWM-Steuerung zur Ausführung einer Ein-Aus-Steuerung mehrerer den Wechselrichter bildenden Leistungsschaltungselemente auf der Grundlage eines Drehmomentsollwerts und eines Motorstroms ei ne induzierte elektromotorische Kraft bzw. Spannung des Syn chronmotors derart eingestellt ist, daß ein Spitzenwert V_0max der maximal induzierten elektromotorischen Kraft bzw. Span nung bei der maximal zulässigen Drehzahl N₂ des Synchronmo tors die Bedingung V_0max V_Cmax erfüllt, wobei V_Cmax eine zuläs sige Spannung des Glättungskondensators ist.

Erfindungsgemäß ist ein Spitzenwert einer induzierten elektromotorischen Kraft bzw. Spannung des Synchronmotors des elektrischen Fahrzeugs bei einer maximal zulässigen Drehzahl auf einen Wert eingestellt, der mit einer zulässigen Spannung des Glättungskondensators des Wechselrichters übereinstimmt oder darunter liegt und kleiner als eine maximal zulässige Spannung der Leistungsschaltungselemente ist, die den Wech selrichter bilden. Anders ausgedrückt ist eine induzierte elektromotorische Kraft bzw. Spannung des Synchronmotors der art eingestellt, daß ein Spitzenwert V_0max der maximal indu zierten elektromotorischen Kraft bzw. Spannung bei der maxi mal zulässigen Drehzahl N₂ des Synchronmotors die Bedingung V_0max V_Cmax erfüllt, wobei V_Cmax eine zulässige Spannung des Glättungskondensators ist, der ein Hauptteil des Wechselrich ters ist.

Es ist daher möglich, ein Antriebssystem und ein An triebsverfahren für ein elektrisches Fahrzeug zu schaffen, durch die eine Fehlfunktion des Wechselrichters und ein Über laden der Batterie selbst dann verhindert werden können, wenn der Motor mit der maximal zulässigen Drehzahl angetrieben wird, und die eine geringe Größe aufweisen und kostengünstig sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das den Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems zeigt;

Fig. 2 ist ein Diagramm, das den Aufbau des Dauerma gnet-Synchronmotors gemäß Fig. 1 erläutert;

Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das den detaillier ten Aufbau der PSM- bzw. PWM-Steuereinheit gemäß Fig. 1 dar stellt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Phasenbeziehung zwi schen einem Ausgangssignal des Polpositionssensors und einem Ausgangssignal der Codiereinrichtung gemäß Fig. 3 zeigt;

Fig. 5 ist ein Vektordiagramm bei normaler Fahrt;

Fig. 6 ist ein Diagramm, das den Zustand des Ausgangs drehmoments bei normalem Betrieb zeigt;

Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Drehmomentkennlinie eines Motors im Fahrbereich zeigt; und

Fig. 8 ist ein Diagramm, das ein erfindungsgemäßes Mo torsteuerungsverfahren zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine Ausführungsform eines Antriebssystems für ein elektrisches Fahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Fig. 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das den Aufbau einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebssystems für ein elektrisches Fahrzeug zeigt. Gemäß der Figur ist eine Batterie 10 über ein Hauptrelais 11 und ein Wechselrichterre lais 12 mit einem Wechselrichter 14 verbunden. Das Hauptre lais 11 wird derart gesteuert, daß es durch einen Schlüssel schalter 13 IGN geöffnet und geschlossen wird. Ein Vorladere lais 17 und ein Vorladewiderstand 19 sind mit dem Wechsel richterrelais parallel geschaltet.

Der Wechselrichter 14 wandelt Gleichstrom von der Bat terie 10 in Wechselstrom zur Zufuhr zu einem Synchronmotor 16 zum Antrieb des elektrischen Fahrzeugs um. Bei dieser Ausfüh rungsform ist der Synchronmotor 16 ein Dauermagnet- Synchronmotor. Der Wechselrichter 14 weist mehrere Leistungs schaltungselemente auf, an denen von einer PSM- bzw. PWM-Steuereinheit 20 die Ein-Aus-Steuerung ausgeführt wird.

Die Einheit 22 zur Erzeugung eines Drehmomentsollwerts erzeugt sowohl beim Leistungsantrieb als auch beim Regenera tionsbetrieb auf der Grundlage der Umwandlungseinheit 23 für den Sollwert einer Beschleunigungseinrichtung einen der Öff nung einer Beschleunigungseinrichtung entsprechenden Drehmo mentsollwert τ_M*, und der Drehmomentsollwert τ_M* wird an die PSM- bzw. PWM-Steuereinheit 20 übertragen.

Ein Motorstrom des Synchronmotors 16 wird mit einem Stromdetektor 15 erfaßt. Eine Polposition des Dauermagnetmo tors 16 wird durch einen Polpositionssensor 24 und ein Dreh winkel durch eine Codiereinrichtung 26 erfaßt. Anschließend werden die erfaßten Werte an die PSM- bzw. PWM-Steuereinheit 20 übertragen.

Die PSM- bzw. PWM-Steuereinheit 20 führt auf der Grund lage der von dem Stromdetektor 15, dem Polpositionssensor und der Codiereinrichtung 26 erfaßten Werte sowie des von der Einheit 22 zur Erzeugung eines Drehmomentsollwerts übertrage nen Drehmomentsollwerts τ_M* eine Ein-Aus-Steuerung der Schal tungselemente des Wechselrichters 14 durch. Das Bezugszeichen 28 bezeichnet ein Getriebe TM des elektrischen Fahrzeugs und das Bezugszeichen 30 die weiteren Hilfsbauteile, wie einen Gleichstrom-/Gleichstrom-Wandler.

In der Figur bezeichnet das Bezugszeichen V_B eine Bat teriespannung, das Bezugszeichen V₁ eine Ausgangsspannung des Wechselrichters, das Bezugszeichen V₀ eine induzierte elek tromotorische Kraft bzw. Spannung des Synchronmotors und das Bezugszeichen V_C eine zulässige Spannung des Glättungskonden sators.

Erfindungsgemäß erfüllt ein Spitzenwert V_0max der maxi mal induzierten elektromotorischen Kraft bzw. Spannung bei der maximal zulässigen Drehzahl N₂ des Synchronmotors die Be dingung V_0max V_Cmax, wobei V_Cmax eine zulässige Spannung des Glättungskondensators ist, der einen Hauptteil des Wechsel richters bildet.

Fig. 2 zeigt den Aufbau des Synchronmotors 16. Das Be zugszeichen 160 bezeichnet einen Rotor mit mehreren eingebet teten Magneten 161 und einer Drehwelle 162 und das Bezugszei chen 163 einen Stator mit Statorwicklungen 164 (N = n_u, n_v, n_w) für die Phasen U, V, W.

Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, das die interne Verarbei tung der PSM- bzw. PWM-Steuereinheit 20 zeigt. Die PSM- bzw. PWM-Steuereinheit 20 umfaßt einen I_dI_q-Detektor 202, eine I_dI_q-Stromsteuereinheit 204, einen 2/3-Phasenwandler 206, ei ne PWM-Steuereinheit 208, einen Phasenrechner 201 und einen Drehzahlrechner 212. Der Drehzahlrechner 212 ist mit der Co diereinrichtung 26 und der Phasenrechner 210 mit dem Polposi tionssensor 24 verbunden. Die PSM- bzw. PWM-Steuereinheit 20 weist ferner eine I_q-Steuereinheit 224 und eine I_d-Steuereinheit 226 auf.

Die Einheit 22 zur Erzeugung eines Drehmomentsollwerts 22 erzeugt unter Verwendung einer Öffnung eines von einem Fahrer betätigten Fahrpedals und einer Motordrehzahl einen Drehmomentsollwert τ_M* der PSM- bzw. PWM-Steuereinheit.

In der PSM- bzw. PWM-Steuereinheit 20 wird von der I_q-Steuereinheit zur Berechnung des q-Achsen-Stromsollwerts I_q* auf der Grundlage des Drehmomentsollwerts τ_M* ein einem Drehmomentkomponentenstrom entsprechender q-Achsensollwert I_q* berechnet. Andererseits wird von der I_d-Steuereinheit 226 auf der Grundlage des Drehmomentsollwerts τ_M* und der Drehzahl ein d-Achsen-Stromsollwert I_d* berechnet. Auf der Grundlage der Drehzahl berechnen die I_d-Steuereinheit 224 und die I_q-Steuereinheit 226 wie vorstehend beschrieben die zur Steue rung eines hohen Wirkungsgrads, durch die Verluste des Wech selrichters und des Synchronmotors minimiert werden, erfor derlichen Stromsollwerte I_q*, I_d*.

Der I_dI_q-Detektor 202 berechnet d- und q-Achsenströme I_d, I_q durch Ausführen einer 3-Phasen-/2-Phasen- Koordinatenumwandlungsverarbeitung des von dem Stromdetektor 15 erfaßten Drei-Phasen-Wechselstroms des Motorstroms. Die I_dI_q-Stromsteuereinheit 204 berechnet durch Ausführen einer Proportional- oder Proportional-Integral-Steuerungsverarbeitung auf der Grundlage der erfaßten Werte und der Stromsollwerte I_q*, I_d* Spannungssollwerte V_q*, V_d*.

Ferner werden in dem 2-/3-Phasen-Wandler 206 durch 2-Phasen-/3-Phasen-Koordinatenumwandlung Drei-Phasen- Wechselstromsollwerte VU*, VV*, VW* berechnet. Die PWM-Steuereinheit 20 erzeugt durch Ausführen einer Vergleichsver arbeitung mit einem Trägerwellensignal eines Dreieckswellen signals unter Verwendung der Drei-Phasen- Wechselstromsollwerte VU*, VV*, VW* ein PWM-Signal für den Wechselrichter 14 zum Antreiben des Wechselrichters 14. Auf die vorstehend beschriebene Weise werden die Motorströme durch Anlegen der PWM-gesteuerten Spannung an den Motor 16 auf die Stromsollwerte I_q*, I_d* gesteuert.

In dem Phasenrechner 24 werden unter Verwendung von Ausgängen des Polpositionssensors 24, der ein Signal ausgibt, das die gleiche Phase wie eine induzierte elektromotorische Kraft bzw. Spannung des Motors 16 aufweist, und der Co diereinrichtung 26, die ein Drehwinkelsignal (Impulssignal) ausgibt, in dem 2-/3-Phasenwandler 206 und dem I_dI_q-Detektor 202 bei den Koordinatenumwandlungsverarbeitungen verwendete Phasenwinkel θ₁, θ₂ berechnet.

Fig. 4 zeigt die Phasenbeziehung zwischen dem Ausgangs signal des Polpositionssensors 24 und dem Ausgangssignal der Codiereinrichtung 26. Ein durch Summieren der Impulssignale der Codiereinrichtung 26 erhaltenes Phasensignal des Phasen rechners 210 wird unter Verwendung des Polpositionssignals, wie in Fig. 4 durch die sägezahnförmige Welle dargestellt, mit der induzierten elektromotorischen Kraft bzw. Spannung des Motors 16 synchronisiert.

Durch Ausführen einer derartigen Verarbeitung wird der Motor 16 derart gesteuert, daß er ein Drehmoment mit dem Drehmomentvorgabewert τ_M* und einen hohen Wirkungsgrad bei mi nimalem Verlust aufweist.

Fig. 5 zeigt ein Vektordiagramm des Motors 16 in dem Zustand zu diesem Zeitpunkt. Der Motor wird unter Verwendung von I_d*, I_q* mit einem optimalen Vorschubwinkel β (β = arctan (I_d*/I_q*)) gesteuert, um einen Punkt mit hohem Wirkungsgrad zu erhalten. Der Referenzpunkt des Vorschubwinkels β ist ein in Fig. 4 gezeigter Zeitpunkt t₀, und die gestrichelte Linie stellt eine Wechselspannung V_u* dar, die zum Zeitpunkt t₀ ge steuert wird.

Das Ausgangsdrehmoment des Motors 16 kann durch die Gleichung (1) ausgedrückt werden.

τM = P_n [{V₀ + (1 - ρ) L_d I_d}I_q] (1)

wobei P_n eine Konstante, ρ ein Verhältnis von L_q zu L_d und V₀ eine induzierte elektromotorische Kraft bzw. Spannung ist.

In der Gleichung (1) wird der erste Term auf der rech ten Seite der Gleichung als synchrones Drehmoment und der zweite Term als Reaktanzdrehmoment bezeichnet.

Fig. 6 zeigt die Drehmomentkennlinie dieser Drehmomen te, wobei in der Abszisse der Vorschubwinkel β bei einer auf eine Konstante festgelegten an den Motor angelegten Spannung dargestellt ist. Das Ausgangsdrehmoment τM ist die Summe des synchronen Drehmoments und des Reaktanzdrehmoments. Wie in der Figur dargestellt, wird bei dem Synchronmotor mit einer nach hinten vorstehenden polaren Kennlinie, bei der ρ in der Gleichung (1) größer als 1 (Eins) ist, der Motor mit einem Vorschubwinkel über dem Winkel β gesteuert, da das maximale Drehmoment an einem Punkt nahe dem Vorschubwinkel β von 45° erzeugt wird. Das elektrische Fahrzeug wird in einem derarti gen Betrieb angetrieben.

Fig. 7 zeigt das Drehmoment beim Motorantrieb und das Drehmoment bei der regenerierenden Bremsfahrt als Drehmoment kennlinie des Synchronmotors in dem erfindungsgemäßen Steuer system, wenn sich das Getriebe 28 im D-Bereich (Fahrbereich) befindet. Die Linie N₀-N₁ drückt den steuerbaren Bereich beim Motorantrieb aus, und die Regenerationssteuerung erfolgt auf der Linie N₃-N₁. Daher ist die Obergrenze des steuerbaren Be reichs eine Motordrehzahl N₁.

Die maximal zulässige Motordrehzahl des erfindungsgemä ßen PSM wird durch N₂ ausgedrückt. Die maximal zulässige Mo tordrehzahl N₂ wird unter Berücksichtigung der maximalen Nei gung öffentlicher Straßen und eines Luftwiderstands des Fahr zeugkörpers bestimmt.

Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem wird das Wech selrichterrelais 17 innerhalb des Bereichs von N₁ bis N₂ der Drehzahl des Synchronmotors 16 unter der Voraussetzung geöff net, daß die Ausgangsfrequenz des Wechselrichters die Grenze erreicht.

Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen ei ner Ausgangsspannung V₁ des Wechselrichters und einem Spit zenwert V₀ der induzierten elektromotorischen Kraft bzw. Spannung des Motors bei der vorliegenden Erfindung und bei dem erfindungsgemäßen Motorsteuerungsverfahren zeigt. Bei dem normalen Drehmomentsteuerzustand wird sowohl beim Motoran triebszustand als auch beim regenerierenden Fahrzustand das Antriebssystem entlang der durch die gestrichelte Linie dar gestellten Spannung V₁ innerhalb des Bereichs N₀-N₁ gesteu ert. Die Beziehung zwischen dem Spitzenwert V₀ der induzier ten elektromotorischen Kraft bzw. Spannung des Synchronmotors und der Drehzahl wird zu der durch die durchgehende Linie dargestellten Kennlinie. Die Kennlinie des Spitzenwerts V₀ der induzierten elektromotorischen Kraft bzw. Spannung des Synchronmotors 16 ist V₀ = √ v₀ · α.

Daher ist v₀ ein Effektivwert der induzierten elektro motorischen Kraft bzw. Spannung und α ein Spitzenverhältnis, wenn Wicklungsschlitz-Brummspannungsfaktoren berücksichtigt werden. Das Spitzenverhältnis α liegt im Bereich 1,0 α 1,5, und im allgemeinen gilt α ≈ 1,1 - 1,2.

Daher ist der Spitzenwert V₀ der induzierten elektromo torischen Kraft bzw. Spannung V₀ größer als der maximale Wert (√ v₀) der induzierten elektromotorischen Kraft bzw. Span nung.

Ferner ist der Spitzenwert V_0max der maximal induzierten elektromotorischen Kraft bzw. Spannung bei der maximal zuläs sigen Drehzahl N₂ des Synchronmotors 16 derart eingestellt, daß er die folgende Bedingung erfüllt:

V_0max V_Cmax (2),

wobei V_Cmax eine zulässige Spannung des Glättungskondensators 18 ist, der einen Hauptbestandteil des Wechselrichters 14 bildet.

Wenn der in Fig. 2 dargestellte Synchronmotor bei spielsweise Statorwicklungen (N_u, N_v, N_w) für Phasen U, V, W aufweist, ist der Synchronmotor derart beschaffen, daß der durch die folgende Gleichung erhaltene Wert V₀ die vorstehend aufgeführte Bedingung für V_0max erfüllt:

V₀ = √ v₀ · α (3),

v₀ = k · Φ₀ · N(u, v, w) · ω_r (4),

wobei v₀ ein effektiver Wert der induzierten elektromotori schen Kraft bzw. Spannung ist,
Φ₀ ein Magnetfluß des Magneten ist, N(u, v, w) die Anzahl der Windungen der Wicklung in jeder der Phasen U, V, W ist,
k eine Konstante ist, die durch die Anzahl der Pole, den Wicklungskoeffizienten, etc. bestimmt wird,
ω_r ein Winkelgeschwindigkeitswert ist, und
α ein Spitzenverhältnis ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem ist, selbst wenn der Wechselrichter 14 angehalten wird, d. h. wenn das An triebssignal für die Leistungsschaltungselemente aufgrund des Auftretens einer Anomalie bei der normalen Drehmomentsteue rung im gesamten Antriebsbereich bis zur maximal zulässigen Drehzahl N₂ des Synchronmotors 16 angehalten und dann der Spitzenwert V_0max der maximal induzierten elektromotorischen Kraft bzw. Spannung zu diesem Zeitpunkt an den Wechselrichter angelegt wird, während das Wechselrichterrelais offen gehal ten wird, der Spitzenwert V_0max der maximal induzierten elek tromotorischen Kraft bzw. Spannung kleiner als die zulässige Spannung V_Cmax des Glättungskondensators 18, da das erfin dungsgemäße Antriebssystem wie vorstehend beschrieben aufge baut ist. Daher kann der Wechselrichter 14 nicht beschädigt werden.

Wie vorstehend beschrieben, ist es gemäß der vorliegen den Erfindung möglich, ein kostengünstiges Antriebssystem für ein elektrisches Fahrzeug zu schaffen, das selbst dann eine hohe Zuverlässigkeit und einen guten Schutz gegen eine Fehl funktion des Wechselrichters beim Auftreten einer induzierten elektromotorischen Kraft bzw. Spannung aufweist, wenn der Mo tor mit der maximal zulässigen Drehzahl angetrieben wird.

Claims

1. Antriebssystem für ein elektrisches Fahrzeug mit einem Synchronmotor (16) zum Antrieb des elektrischen Fahr zeugs, einem Wechselrichter (14) zum Umwandeln von Gleichstrom von einer Batterie (10) in Wechselstrom und zur Zufuhr des Wechselstroms zu dem Synchronmotor (16), einem Glättungskondensator (18) zum Glätten des Gleich stroms, der mit dem Wechselrichter (14) parallel geschal tet ist, einer PWM-Steuereinrichtung (20) zur Ausführung einer Ein-Aus-Steuerung mehrerer den Wechselrichter (14) bildender Leistungsschaltungselemente auf der Grundlage eines Drehmomentsollwerts und eines Motorstroms, wobei ein Spitzenwert einer induzierten elektromotorischen Kraft bzw. Spannung des Synchronmotors (16) des elektri schen Fahrzeugs bei einer maximal zulässigen Drehzahl auf einen Wert eingestellt ist, der mit einer zulässigen Spannung des Glättungskondensators (18) des Wechselrich ters (14) übereinstimmt oder geringer als dieser ist, und der mit einer maximal zulässigen Spannung der den Wech selrichter (14) bildenden Leistungsschaltungselemente übereinstimmt oder geringer als diese ist.

2. Antriebssystem nach Anspruch 1, bei dem eine Strombestän digkeitsgröße der den Wechselrichter (14) bildenden Lei stungsschaltungselemente auf einen Wert eingestellt ist, der mit einem maximalen Strom, d. h. einem Drei-Phasen- Kurzschlußstrom des Synchronmotors (16), übereinstimmt oder größer als dieser ist.

3. Antriebssystem für ein elektrisches Fahrzeug mit einem Dauermagnet-Synchronmotor (16) zum Antrieb des elektri schen Fahrzeugs, einem Wechselrichter (14) zum Umwandeln von Gleichstrom von einer Batterie (10) in Wechselstrom und zur Zufuhr des Wechselstroms zu dem Synchronmotor (16), einem Glättungskondensator (18) zum Glätten des Gleichstroms, der mit dem Wechselrichter (14) parallel geschaltet ist, einer PWM-Steuereinrichtung (20) zur Aus führung einer Ein-Aus-Steuerung mehrerer den Wechselrich ter (14) bildender Leistungsschaltungselemente auf der Grundlage eines Drehmomentsollwerts und eines Motor stroms, wobei eine induzierte elektromotorische Kraft bzw. Spannung des Synchronmotors (16) derart eingestellt ist, daß ein Spit zenwert V_0max der maximal induzierten elektromotorischen Kraft bzw. Spannung bei der maximal zulässigen Drehzahl N₂ des Synchronmotors (16) die Bedingung V_0max V_Cmax er füllt, wobei V_Cmax eine zulässige Spannung des Glättungs kondensators (18) ist.

4. Antriebssystem nach Anspruch 3, bei dem der Dauermagnet synchronmotor (16) einen Rotor (160) mit Dauermagneten und einen Stator (163) mit Wicklungen (N_u, N_v, N_w) für Phasen U, V, W aufweist und der Rotor (160) und der Sta tor (163) des Synchronmotors (16) derart aufgebaut sind, daß der durch die folgende Gleichung erhaltene Wert V₀ die Bedingung für V_0max erfüllt: V₀ = √ v₀ · α
v₀ = k · Φ₀ · N(u, v, w) · ω_rwobei v₀ ein effektiver Wert der induzierten elektromoto rischen Kraft bzw. Spannung ist, Φ₀ ein Magnetfluß des Magneten ist, N(u, v, w) die Anzahl der Windungen der Wicklung jeder der Phasen U, V, W angibt, k eine durch die Anzahl der Pole, den Wicklungskoeffizienten, etc. be stimmte Konstante bezeichnet, ω_r ein Winkelgeschwindig keitswert ist, und α ein Spitzenverhältnis bezeichnet.

5. Antriebsverfahren für ein elektrisches Fahrzeug mit einem Synchronmotor (16) zum Antrieb des elektrischen Fahrzeugs mit einer Wechselrichtung zum Umwandeln von Gleichstrom in Wechselstrom und zur Zufuhr des Wechselstroms zu dem Synchronmotor (16), einer Glättung des Gleichstroms aus dem Wechselrichter, einer PWM-Steuerung zur Ausführung einer Ein-Aus-Steuerung mehrerer den Wechselrichter (14) bildender Leistungsschaltungselemente auf der Grundlage eines Drehmomentsollwerts und eines Motorstroms, wobei ein Spitzenwert einer induzierten elektromotorischen Kraft bzw. Spannung des Synchronmotors (16) des elektri schen Fahrzeugs bei einer maximal zulässigen Drehzahl auf einen Wert eingestellt ist, der mit einer zulässigen Spannung des Glättungskondensators (18) des Wechselrich ters (14) übereinstimmt oder geringer als dieser ist, und der mit einer maximal zulässigen Spannung der den Wech selrichter (14) bildenden Leistungsschaltungselemente übereinstimmt oder geringer als diese ist.

6. Antriebsverfahren nach Anspruch 5, bei dem eine Strombe ständigkeitsgröße der die Wechselrichtung vornehmenden Leistungsschaltungselemente auf einen Wert eingestellt ist, der mit einem maximalen Strom, d. h. einem Drei- Phasen-Kurzschlußstrom des Synchronmotors (16), überein stimmt oder größer als dieser ist.