DE69303123T2

DE69303123T2 - Synchronmotor-Steuereinrichtung für ein Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE69303123T2
Application number: DE69303123T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Kanai; Katsuyuki Kusano; Yuji Saito; Akishiro Takeuchi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1992-08-04
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 1996-10-10
Anticipated expiration: 2013-08-05
Also published as: EP0582470A1; JP3066622B2; JPH0662592A; US5583411A; DE69303123D1; EP0582470B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Regelung des Synchronmotors eines Elektrofahrzeugs.
Synchronmotor-Regelsysteme für Elektrofahrzeuge sind bekannt geworden. Die bekannten Synchronmotor-Regelsysteme regeln Erregungsströme mittels Pulsweitenmodulation zur Erregung eines Synchronmotors zum Vortrieb des Elektrofahrzeugs, d.h. zur Betätigung des Synchronmotors in einem Vortriebsmodus oder zum Wiedergewinnen elektrischer Energie aus dem Synchronmotor, d.h. zur Betätigung des Synchronmotors in einem Wiedergewinnungsmodus, und zwar auf Basis eines Kommutationssignals, das mit der Drehung des Synchronmotors in Phase ist.
Jedoch erzeugen die herkömmlichen Synchronmotor-Regelsysteme für Elektrofahrzeuge Ausgabebefehle in zeitlicher Beziehung zu dem Kommutationssignal, das von einem Kommutationssensor erfaßt wird, d.h. einem Drehzahlsensor, wenn der Synchronmotor in dem Vortriebs- oder Wiedergewinnungsmodus arbeitet, und bewirken somit keinen besonderen Regelprozeß zum Erzeugen einer voreilenden oder nacheilenden Phase. Falls die Drehzahl des Synchronmotors variiert, variieren dabei die Ströme des Synchronmotors in ihrer Phase, weil über die Wicklungen des Synchronmotors gegenelektromotorische Kräfte induziert werden und sich die Reaktanzen der Wicklungen aufgrund einer Frequenzänderung ändern. Wenn die Ströme des Synchronmotors in der Phase variieren, wird der Synchronmotor außer Synchronität gedreht, und dessen Wirkungsgrad sinkt, obwohl der Synchronmotor in dem Vortriebs- oder Wiedergewinnungsmodus betrieben werden kann.
Weil die Elektrofahrzeuge eine am Fahrzeug angebrachte Batterie als elektrische Energiequelle zur Versorgung des Synchronmotors verwenden, ergibt der reduzierte Wirkungsgrad des Synchronmotors eine Minderung der Reichweite, die die Elektrofahrzeuge fahren können, nachdem die Batterie in einem einzelnen Ladezyklus vollständig aufgeladen wurde. Demzufolge waren die herkömmlichen Synchronmotor-Regelsysteme zur Regelung der Synchronmotoren von Elektrofahrzeugen nicht zufriedenstellend.
Ein Regelsystem für einen Induktionsmotor ist aus der US-A-5 057 760 bekannt.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Synchronmotor-Regelsystem zum Regeln elektrischer Ströme anzugeben, die einem Synchronmotor an einem Elektrofahrzeug zugeführt werden, sodaß diese um ein geeignetes Maß bezüglich der Drehzahl des Synchronmotors voreilen oder nacheilen, sodaß der Synchronmotor mit hohem Wirkungsgrad in einem Vortriebs- oder Wiedergewinnungsmodus betrieben werden kann, und daher das Elektrofahrzeug über eine größeren Reichweite fahren kann, nachdem die Batterie an dem Elektrofahrzeug in einem einzigen Ladezyklus vollständig aufgeladen wurde.
Erfindungsgemäß wird ein Synchronmotor-Regelsystem für ein Elektrofahrzeug angegeben, umfassend: einen Synchronmotor an dern Elektrofahrzeug zum Vortrieb des Elektrofahrzeugs in einem Vortriebsmodus oder zum Wiedergewinnen elektrischer Energie in einem Wiedergewinnungsmodus, eine an dem Elektrofahrzeug angebrachte Batterie, einen Drehzahlsensor zum Erfassen einer Drehzahl des Synchronmotors, ein Fahrbetätigungselement zum Erzeugen eines Soll-Drehmomentsignals, einen zwischen der Batterie und dem Synchronmotor angeschlossenen Treiber zur Betätigung des Synchronmotors in entweder dem Vortriebsmodus oder dem Wiedergewinnungsmodus, sowie ein Regelmittel, das auf die von dem Drehzahlsensor erfaßte Drehzahl und das von dem Fahrbetätigungselement erzeugte Soll-Drehmomentsignal anspricht, zur Regelung des Treibers, um den Synchronmotor entweder in dem Vortriebsmodus oder dem Wiedergewinnungsmodus zu betreiben, wobei das Regelmittel ein Kennfeldmittel zum Speichern von Voreil- und Verzögerungswerten aufweist, die zum Ansteuern des Treibers wahlweise auslesbar sind, um den Synchronmotor mit maximalem Wirkungsgrad auf Basis zweier Parameter zu betreiben.
Eine bevorzugte Ausführung der vorliegenden Erfindung wird nun beispielshalber und unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm eines Synchronmotor-Regelsystems für ein Elektrofahrzeug nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist ein Zeitdiagramm von Drehzahlsensorsignalen und Phasenströmen mit Darstellung, wie das in Fig. 1 gezeigte Synchronmotor-Regelsystem arbeitet.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt ein Synchronmotor-Regelsystem 1 für ein Elektrofahrzeug nach der vorliegenden Erfindung allgemein eine Batterie 2 zur Ausgabe einer Gleichspannung von 200 Volt, einen Treiber 3, einen Synchronmotor 4 und einen Regler 5. Die Batterie 2, der Treiber 3, der Synchronmotor 4 und der Regler 5 sind an dem Elektrofahrzeug angebracht.
Der Regler 5 umfaßt eine Berechnungseinheit 6 momentanen Drehmoments, ein Drehmomentkennfeld 7, eine Tastzyklus-Gebereinheit 8, ein Voreil-Kennfeld 9, ein Nacheilkennfeld 10, eine Zeitberechnungseinheit 11, einen Dekodierer 12 und einen PWM (Pulsweitenmodulation) Signalgenerator 13.
Der Synchronmotor 4 ist durch den Treiber 3 mit der Batterie 2 verbunden. Der Synchronmotor 4 kann in einem Vortriebsmodus betrieben werden, d.h. kann zum Vortrieb des Elektrofahrzeugs durch von dem Treiber 3 zugeführte Ströme erregt werden, und kann ferner in einem Wiedergewinnungsmodus betrieben werden, d.h. kann elektrische Energie wiedergewinnen, die dem Treiber 3 zum Laden der Batterie 2 zugeführt werden kann.
Der Treiber 3 umfaßt eine Mehrzahl von Schalttransistoren UH, UL, VH, VL, WH, WL, die durch von dem Regler 5 zugeführte pulsweitenmodulierte Gebersignale aufeinanderfolgend an und ausgeschaltet werden, um hierdurch die von der Batterie 2 zugeführte Gleichspannung in dreiphasige Wechselspannungen zu wandeln, die an den Synchronmotor 4 angelegt werden. Demzufolge ist der Synchronmotor 4 durch die von der Batterie 2 durch den Treiber 3 zugeführte elektrische Energie erregbar.
Die Spannung und der Strom, die von der Batterie 2 dem Treiber 3 zugeführt werden, werden durch ein Voltmeter 14 bzw. ein Amperemeter 15 erfaßt. Die erfaßte Spannung und der erfaßte Strom werden während der Berechnungseinheit 6 momentanen Drehmoments zugeführt, welche die erfaßte Spannung mit dem erfaßten Strom multipliziert, um die dem Treiber 3 zugeführte elektrische Energie zu berechnen.
Das Fahrpedal an dem Elektrofahrzeug erzeugt ein Soll-Drehmomentsignal, welches proportional zu der Tiefe ist, mit der das Fahrpedal niedergedrückt wird. Die Berechnungseinheit 6 momentanen Drehmoments berechnet ein von dem Synchronmotor 4 zu erzeugendes momentanes Drehmoment, und zwar auf Basis des Soll-Drehmomentsignals unter Berücksichtigung der dem Treiber 3 zugeführten berechneten elektrischen Energie und eines Ausgangssignals von einem Kommutationssensor, d.h. einem Drehzahlsensor 16, der mit dem Synchronrnotor 4 gekoppelt ist. Das berechnete momentane Drehmoment wird der Tastzyklus-Gebereinheit 8 zugeführt.
Das Drehmoment-Kennfeld 7, das in einem ROM (Nurlesespeicher) oder dergleichen gespeichert ist, enthält eine Liste von Soll- Tastzyklussignalen, die entsprechend momentanen Drehmomenten als Parameter experimentell bestimmt wurden, insbesondere Soll-Drehmomentsignale von dem Fahrpedal, Drehzahlen des Synchronmotors 4 und berechnete elektrische Leistungen zur Minimierung der Stromausgabe von der Batterie 2.
Die Tastzyklus-Gebereinheit 8 bestimmt ein Soll-Tastzyklussignal aus dem Drehrnoment-Kennfeld 7 auf Basis des momentanen Drehmoments, das von der Berechnungseinheit 6 momentanen Drehmoments berechnet ist, und führt das bestimmte Soll-Tastzyklussignal dem PWM Signalgenerator 13 zu.
Der Drehzahlsensor 16 umfaßt drei Sensorelemente A, B, C zum Erfassen der magnetischen Flüsse (siehe Fig. 2 bei (a) , (b) und (c)) der U-, V-, W-Phasen des Synchronmotors 4, durch die jeweilige Phasenströme fließen (siehe Fig. 2 bei (d) , (e) , und (f)) . Daher erfaßt der Drehzahlsensor 16 die Winkelstellung seines Rotors, um hierdurch die Drehzahl des Synchronmotors 4 zu erfassen. Die Flußsignale von den Sensorelementen A, B, C, welche die Drehzahl des Synchronmotors 4 indizieren, werden der Berechnungseinheit 6 momentanen Drehmoments und der Zeitberechnungseinheit 11 zugeführt.
Die Zeitberechnungseinheit 11 berechnet Zeiten zum Erzeugen von PWM Signalen auf Basis der Flußsignale von den Sensorelementen A, B, C und Voreil- oder Nacheilinformation, die von dern Voreil-Kennfeld 9 oder dem Nacheil-Kennfeld 10 zugeführt werden.
Die Voreil- und Nacheil-Kennfelder 9, 10, die einem ROM oder dergleichen gespeichert sind, enthalten eine Liste von Voreilwerten bzw. eine Liste von Nacheilwerten, die entsprechend Drehzahlen des Synchronmotors 4 und Soll-Drehmomentsignalen von dem Fahrpedal experimentell bestimmt wurden, um den Wirkungsgrad des Synchronmotors 4 zu maximieren. Wenn eine bestimmte Drehzahl und ein bestimmtes Soll-Drehmomentsignal als Parameter dem Voreil-Kennfeld 9 oder Nacheil-Kennfeld 10 zugeführt werden, bestimmt das Voreil-Kennfeld 9 oder das Nacheil-Kennfeld 10 eine entsprechende Voreilung oder Nacheilung für die Phasenströme (siehe Fig. 2 bei (g) - (1)) nach einem Such- oder Tabellenprozeß und einem Interpolationsprozeß auf Basis der zugeführten Parameter. Dann führt das Voreil-Kennfeld 9 oder das Nacheil-Kennfeld 10 die bestimmte Voreilung oder Nacheilung der Zeitberechnungseinheit 11 zu.
Insbesondere wenn der Synchronmotor 4 in dem Vortriebsmodus betrieben wird, erzeugt die Zeitberechnungseinheit 11 Daten zur Vorverlagerung dem Synchronrnotor 4 zuzuführender Phasenstrombefehle (siehe Fig. 2 bei (g) - (i)) unter Bezug auf das Drehzahlsignal von dem Drehzahlsensor 16.
Wenn der Synchronmotor 4 in dem Wiedergewinnungsmodus betrieben wird, erzeugt die Zeitberechnungseinheit 11 Daten zur Verzögerung dem Synchronmotor 4 zuzuführender Phasenstrombefehle (siehe Fig. 2 bei (j) - (i)) unter Bezug auf das Drehzahlsignal von dem Drehzahlsensor 16.
Der Dekodierer 12 dekodiert die Daten von der Zeitberechnungseinheit 11 und führt die dekodierten Daten als Zeitgebersignal dern PWM Signalgenerator 13 zu.
Der PWM Signalgenerator 13 erzeugt pulsweitenmodulierte Signale auf Basis des Tastzyklus-Gebersignals von der Tastzyklus- Gebereinheit 8 und des Zeitgebersignals von dem Dekodierer 12. Die von dem PWM Signalgenerator 13 erzeugten pulsweitenmodulierten Signale werden an den Treiber 3 angelegt, um die Schalttransistoren UH, UL, VH, VL, WH, WL an und abzuschalten.
In dem Vortriebsmodus führt der Treiber 3 dem Synchronmotor 4 gesteuerte Phasenströme zu, um den Synchronmotor 4 zu erregen.
In dem Wiedergewinnungsmodus lädt der Treiber 3 die Batterie 2 mit elektrischer Energie, die von dem Synchronmotor 4 durch die Schalttransistoren UH, UL, VH, VL, WH, WL zugeführt wird, welche durch pulsweitenmodulierte Signale von dem PWM Signalgenerator 13 gesteuert werden.
Demzufolge werden die Phasenströme des Synchronmotors 4 durch eine Rückkopplungsschleife derart geregelt, daß sie um ein optimales Ausmaß voreilen oder nacheilen, um einen maximalen Wirkungsgrad des Synchronmotors 4 zu erzielen, und zwar in Abhängigkeit von der Tiefe, mit der das Fahrpedal niedergedrückt wird.
Weil der Synchronmotor 4 höchst wirkungsvoll mit einer optimalen Voreilung oder Nacheilung der Phasenströme bezüglich der Drehzahl des Synchronmotors 4 betrieben werden kann, vergrößert sich die Reichweite, mit der das Elektrofahrzeug pro vollem Batterieladungszyklus fahren kann. Hierdurch wird das Elektrofahrzeug mit dem Synchronmotor-Regelsystem besonders wirtschaftlich. Ferner unterliegen die verschiedenen Komponenten des Synchronmotor-Regelsystems einer reduzierten Belastung, weil sie den Synchronmotor 4 zur maximalen Ausgangsleistung mit reduzierten Strömen erregen können.
Obwohl hierin das beschrieben wurde, was gegenwärtig als bevorzugte Ausführung der Erfindung betrachtet wird, so ist dies so zu verstehen, daß die Erfindung in anderen bestimmten Formen enthalten sein kann, ohne von ihren wesentlichen Charakteristika abzuweichen. Die vorliegende Erfindung wird daher in jeder Hinsicht als illustrativ und nicht restrektiv betrachtet. Der Umfang der Erfindung ist durch die folgenden Ansprüche festgelegt und sollte daher nicht als durch die vorstehende Beschreibung begrenzt betrachtet werden.

Claims

1. Synchronmotor-Regelsystem für ein Elektrofahrzeug, umfassend:

einen Synchronmotor (4) an dem Elektrofahrzeug zum Vortrieb des Elektrofahrzeugs in einem Vortriebsmodus oder zum Wiedergewinnen elektrischer Energie in einem Wiedergewinnungsmodus;

eine an dem Elektrofahrzeug angebrachte Batterie (2);

einen Drehzahlsensor (16) zum Erfassen einer Drehzahl des Synchronmotors;

ein Fahrbetätigungselement zum Erzeugen eines Soll-Drehmomentsignals;

einen zwischen der Batterie und dem Synchronmotor angeschlossen Treiber (3) zur Betätigung des Synchronmotors in entweder dem Vortriebsmodus oder dem Wiedergewinnungsmodus;

und

ein Regelmittel (5), das auf die von dem Drehzahlsensor erfaßte Drehzahl und das von dem Fahrbetätigungselement erzeugte Soll-Drehmomentsignal anspricht, zur Regelung des Treibers, um den Synchronmotor in entweder dem Vortriebsmodus oder dern Wiedergewinnungsmodus zu betreiben, wobei das Regelmittel ein Kennfeldmittel (9, 10) zum Speichern von Voreil- und Nacheilwerten aufweist, die zum Ansteuern des Treibers wahlweise auslesbar sind, um den Synchronmotor mit maximalem Wirkungsgrad auf Basis zweier Parameter zu betreiben.

2. Synchronmotor-Regelsystem nach Anspruch 1, in dem das Kennfeldmittel (9,10) ein Paar von Kennfeldern aufweist, die Voreil- bzw. Nacheilwerte enthalten, wobei die zwei Parameter die von dem Drehzahlsensor erfaßte Drehzahl bzw. das von dem Fahrbetätigungselement erzeugte Soll-Drehmomentsignal beinhalten.

3. Synchronmotor-Regelsystem nach Anspruch 1 oder 2, in dem das Regelmittel ein Mittel (11) zur Ansteuerung des Treibers umfaßt, um den Synchronmotor in dem Vortriebsmodus mit Phasenströmen zu betreiben, die in ihrer Phase um einen der aus dem Kennfeldmittel (9) ausgelesenen Voreilwerte voreilen.

4. Synchronmotor-Regelsystem nach Anspruch 1, 2 oder 3, in dem das Regelmittel ein Mittel (11) zum Ansteuern des Treibers umfaßt, um den Synchronmotor in dem Wiedergewinnungsmodus mit Phasenströmen zu betreiben, die in ihrer Phase um einen der aus dem Kennfeldmittel (10) ausgelesenen Nacheilwerte nacheilen.

5. Synchronmotor-Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem der Treiber eine Mehrzahl von Schaltelementen aufweist, die zwischen der Batterie und dem Synchronmotor angeschlossen sind, wobei das Regelmittel ein Mittel (13) umfaßt zum Erzeugen und Anlegen von pulsweitenmodulierten Signalen an die Schaltelemente sowie ein Mittel (12) zum Zuführen von Daten zur zeitlichen Steuerung der pulsweitenmodulierten Signale auf Basis eines der aus dem Kennfeldmittel ausgelesenen Voreil- und Nacheilwerte.