DE69322718T2

DE69322718T2 - Steuersystem für Elektrofahrzeug

Info

Publication number: DE69322718T2
Application number: DE69322718T
Authority: DE
Inventors: Ryoso Masaki; Nobuyoshi Mutoh; Tsutomu Ohmae; Toshiaki Okuyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1993-09-16
Publication date: 1999-08-19
Anticipated expiration: 2013-09-17
Also published as: EP0588628B1; CA2106174A1; US5414339A; EP0588628A1; JPH0698410A; KR100294392B1; CN1043516C; KR940006837A; DE69322718D1; CA2106174C; JP2884942B2; CN1088521A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die folgende Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem für ein batteriegetriebenes elektrisches Fahrzeug. Insbesondere stellt diese Erfindung ein hochzuverlässiges Steuersystem für ein elektrisches Fahrzeug bereit, das durch eine einfache Anordnung angetrieben wird.
Steuersysteme für batteriegetriebene elektrische Fahrzeuge sind in der Vergangenheit beschrieben worden, einschließlich von Verfahren in den japanischen Offenlegungsschriften 3-251002 und 2-133005. Das frühere Verfahren in der japanischen Offenlegungsschrift 3-251002 verwendet ein einfaches Antriebssystem, um ein Fahrzeug anzutreiben, bei dem ein einzelner Inverter einen Antriebsmotor steuert. Das spätere Verfahren in der japanischen Offenlegungsschrift 2-133005 stellt eine optimierte Antriebskraft für jeden einer Vielzahl von Motoren bereit, um das Fahrzeug hocheffizient arbeiten zu lassen und dadurch seine Laufdistanz pro Ladung zu erhöhen.
Verfahren zum Antreiben eines Wechselstrom-Motors mit einer Vielzahl von Leistungswandlern sind auch bekannt, einschließlich beispielsweise die Verfahren, die in den japanischen Offenlegungsschriften 63-323589, 63-305792 offenbart sind. Diese Verfahren zum Antreiben einer Vielzahl von Wicklungen eines Wechselstrom-Motors mit jeweiligen Leistungswandlern sind für eine hohe Kapazität geeignet.
Jede dieser Vorrichtungen des Standes der Technik leidet jedoch an zumindest einem bestimmten Nachteil. Bei der ersten Steuerung des Standes der Technik, die oben erwähnt worden ist, kann der Motor, wenn ein Versagen in dem Leistungswandler des Motors auftritt, nicht angetrieben werden und das Fahrzeug kann daher nicht laufen.
Die zweite Vorrichtung des Standes der Technik kann das Fahrzeug antreiben, auch wenn ein Leistungswandler ausfällt, da es dieselbe Anzahl von Leistungswandlern wie Motoren hat. Diese Erfordernis von mehreren Motoren verkompliziert jedoch das Antriebssystem für das elektrische Fahrzeug.
Die Vorrichtungen gemäß dem dritten und vierten Stand der Technik stellen eine Vielzahl von Leistungswandlern bereit. Diese Patentdokumente betrachten jedoch nicht, welche oder wie viele Leistungswandler zum Antreiben verwendet werden.
US-A-4426611 offenbart ein Steuersystem zum Antreiben einer Wechselstrom- Belastung, wie z. B. ein synchroner Mehrphasen-Motor, der zumindest zwei Sätze von dreiphasigen Wicklungen aufweist. Bei dieser Referenz übernimmt ein abhängiger Geschwindigkeitsregulator den Ausfall eines Master- Geschwindigkeitsregulators derart, daß effektiv keine Drehmoment-Fluktuation auftritt. Dies wird durch Zurückführen von Drehmoment-Steuersignalen der Geschwindigkeitsregulatoren und durch die Wirkung von Klammern erreicht, auch wenn einer der Geschwindigkeitsregulatoren abgeschaltet ist, kann er durch den anderen Geschwindigkeitsregulator gesteuert werden. Die Referenz offenbart keine Steuereinheit zum kooperativen Steuern mehrerer Wandler.
Die Patent Abstracts of Japan, Band 005, Nummer 082 (E-059) vom 29. Mai 1981 und JP-A-56029467 offenbaren ein System zum Verbinden mehrerer Wandler mit einer Last, wodurch im Falle des Ausfalls eines Inverters das System durch die · verbleibenden Inverter angetrieben wird. Die Hauptverwendung des Systems, das in dieser Referenz gezeigt ist, ist die nicht unterbrochene Energiezufuhr für einen Computer.
Die Patent Abstracts of Japan, Band 10, Nummer 352 (E-458) vom 27. Oktober 1986 und JP-A-61150698 offenbaren einen Dreiphasen-Wechselstrom-Motor, bei dem die Wicklungen jeder Phase elektrisch unabhängig sind und unabhängig durch Leistungswandler gesteuert werden. Wenn einer der Leistungswandler ausfällt, wird der Motor durch Änderung der Phase des verbleibenden Leistungswandlers angetrieben.
Diese Erfindung will eine Vorrichtung und ein Verfahren für den Betrieb eines elektrischen Motors bereitstellen, das dem elektrischen Fahrzeug ermöglichen wird, sicher zu laufen, auch wenn einer der Leistungsumrichter ausfällt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem ersten Gesichtspunkt dieser Erfindung ist eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren gemäß Anspruch 25 bereitgestellt.
In der Erfindung wird der Motor durch zumindest einen einer Vielzahl von Leistungswandlern angetrieben, und die Steuereinheit steuert den Betriebszustand der Leistungswandler basierend auf dem Antriebszustand des Fahrzeugs. Wenn ein Ausfall in einem oder mehreren (aber nicht allen) der Leistungswandler erfaßt wird, werden nur die nicht ausgefallenen Leistungswandler verwendet, um den Motor anzutreiben, und die Steuervorrichtung steuert eine maximale Geschwindigkeit des Fahrzeugs oder ein maximales Drehmoment davon.
Die Anzahl von antreibenden Leistungswandlern wird basierend auf einem Ausgangsdrehmoment des Motors oder einer Geschwindigkeit davon variiert.
Die Steuereinheit gibt einen Drehmomentbefehl basierend auf einer Gaspedal- Position und einer Bremspedal-Position des Fahrzeuges aus. Für den Drehmomentbefehl bestimmt die Steuereinheit einen Leistungsbefehl für die Ausgabe von jedem der Leistungswandler. Der Leistungsbefehl steuert jeden Leistungswandler, der wiederum die notwendige Leistung zu dem Motor liefert. Unter einer gewöhnlichen Bedingung bestimmt die Steuereinheit die optimale Anzahl von Leistungswandlern, die angetrieben werden sollen (abhängig von dem Ausgangsdrehmoment-Befehl und der Motorgeschwindigkeit) und aktiviert die notwendige Anzahl von Leistungswandlern, wobei der/die anderen Leistungswandler gestoppt werden. Diese Anordnung erlaubt immer das Antreiben mit einer hohen Effizienz innerhalb eines optimalen Kapazitätsbereiches des Leistungswandlers, ohne die Effizienz des Leistungswandlers zu verringern, auch wenn der Ausgangsdrehmoment-Befehl und die Motorgeschwindigkeit abgesenkt sind. D. h., die Laufentfernung des Fahrzeuges pro Ladung kann erhöht werden.
Wenn die Steuereinheit bestimmt, daß einer oder mehrere (aber nicht alle) der Leistungswandler ausgefallen sind, schaltet die Steuereinheit den/die ausgefallenen Leistungswandler aus, stoppt dadurch die Energiezufuhr zu dem Wandler und erlaubt nur den anderen normalen Leistungswandlern, Leistung zu dem Motor zu liefern, um das Rotationsfeld zu erzeugen. Das Rotationsfeld kann daher den Motor antreiben, um das Fahrzeug laufen zu lassen.
Andere Ziele, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung offensichtlich werden, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, in dem ein Induktionsmotor, der zwei Dreiphasen-Wicklungen aufweist, ein elektrisches Fahrzeug antreibt;
Fig. 2 ist ein Flußdiagramm für den Prozeß, der durch den Drehmoment- Verteilungsabschnitt in Fig. 1 durchgeführt wird;
Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Verbindung der beiden Dreiphasen-Wicklungen des Induktionsmotors mit zwei Invertern in Fig. 1 veranschaulicht;
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm, in dem der Induktionsmotor eine einzelne Dreiphasen-Wicklung aufweist, um das elektrische Fahrzeug anzutreiben;
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm für den Prozeß, der durch den Drehmoment- Verteilungsabschnitt in Fig. 4 durchgeführt wird;
Fig. 6 ist ein Flußdiagramm, das ein anderes Ausführungsbeispiel des Prozesses zeigt, der durch den Drehmoment-Verteilungsabschnitt in Fig. 4 durchgeführt wird;
Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm für ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Temperatursensoren zum Erfassen der Invertertemperaturen;
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das den Prozeß zeigt, der durch den Drehmoment-Verteilungsprozeß-Abschnitt durchgeführt wird, unter Verwendung der Temperatursensoren in Fig. 7;
Fig. 9 ist ein Flußdiagramm für den Prozeß, der durch die Inverter- Benutzungsverteilungs-Steuerung in Fig. 8 durchgeführt wird;
Fig. 10 ist ein charakteristischer Graph für zwei aufgeteilte Bereiche des Motordrehmoments, die mit Bezug auf die Motorgeschwindigkeit in Fig. 9 verfügbar sind;
Fig. 11 ist ein schematisches Diagramm für ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Drehmomentdetektor;
Fig. 12 ist ein Flußdiagramm für den Prozeß, der durch den Verteilungsprozeßabschnitt unter Verwendung eines Drehmomentdetektors in Fig. 11 ausgeführt wird.
Fig. 13 ist ein schematisches Diagramm eines anderen Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung mit drei Invertereinheiten, die darin verwendet werden;
Fig. 14 ist ein Schaltungsdiagramm für die Invertereinheit in Fig. 13;
Fig. 15 ist ein Flußdiagramm für die Inverter-Aufteilsteuerung in Fig. 13;
Fig. 16 ist ein charakteristischer Graph der drei aufgeteilten Bereiche des Drehmomentbefehls mit Bezug auf die Motorgeschwindigkeiten in Fig. 13;
Fig. 17 ist ein schematisches Diagramm für noch ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, in dem ein Induktionsmotor mit drei unabhängigen Phasenwicklungen das elektrische Fahrzeug antreibt;
Fig. 18 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Verbindung des Induktionsmotors mit den drei Einzelphasen-Invertern in Fig. 17 veranschaulicht;
Fig. 19 ist ein Schaltungsdiagramm in noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das unterschiedliche Batterieverbindungen mit einer Einzelphasen-Hauptschaltung aufweist;
Fig. 20 ist ein schematisches Diagramm, in dem ein neutraler Punkt in der primären Wicklung des Induktionsmotors mit einem Spannungszentrum der Batterie verbunden ist; und
Fig. 21 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Verbindungen der Umschaltschaltung in Fig. 20 veranschaulicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Bezugnehmend jetzt auf die Fig. 1 ist dort ein schematisches Diagramm gezeigt, in dem ein Induktionsmotor 3, der zwei Dreiphasen-Wicklungen aufweist, die Vorderräder 2a und 2b eines elektrischen Fahrzeugs 1 antreibt. Die Vorderräder 2a und 2b sind mit dem Induktionsmotor 3 über die Differentialgetriebe 4 verbunden.
Jede der beiden Dreiphasen-Wicklungen des Induktionsmotors 3 (später beschrieben) ist über jeweilige erste und zweite DC-AC-Inverter 5 und 6 verbunden. Die ersten und zweiten Inverter 5 und 6 werden auf eine an sich bekannte Art und Weise durch pulsbreiten-modulierte Impulse PU1, PV1 und PW1 bzw. PU1, PV2 und PW2 von einer Steuereinheit 7 gesteuert, um die Gleichstromenergie von der Batterie 8 in Wechselstrom umzuwandeln, bevor er zu dem Induktionsmotor 3 geliefert wird. Die Steuereinheit 7, die beispielsweise in der Form eines Mikroprozessors sein kann, empfängt ein Gaspedal- Positionssignal Xa und ein Bremspedal- Positionssignal Xb von dem Gaspedal 9 und dem Bremspedal 10, die durch einen Fahrer betätigt werden. Zusätzlich empfängt die Steuereinheit 7 auch ein Modussignal Mb eine Motordrehzahl ωm, Ströme iU1, iV1 und iW1 von dem ersten Inverter 5 und Ströme iU2, iV2, und iW2 von dem zweiten Inverter 6. Wenn die Steuereinheit 7 ein konventioneller Mikroprozessor ist, werden die Sensorausgangs signale Xa und Xb, MD, WM und die Ströme iU1- iW2 zuerst auf konventionelle Weise digitalisiert. Alternativ kann die Steuereinheit 7 auch in Form von analogen Komponenten auf eine Weise implementiert sein, die einfach vom Fachmann für Vektorsteuerung von Induktionsmotoren verstanden werden wird, wie in den US Patenten mit den Nummern 4,455,522 und 4,862,343 diskutiert ist.
Das Modussignal wird von einem Antriebsmodus-Hebel 11 bereitgestellt, der durch den Fahrer betätigt wird, um das elektrische Fahrzeug 1 vorwärts, rückwärts oder zum Parken zu richten, während die Motordrehzahl ωM durch einen Motordrehzahl-Detektor 12 erfaßt wird. Die Ausgangsströme iU1, iV1 und iW1 des ersten Inverters S und die Ausgangsströme iU2, iV2 und iW2 des zweiten Inverters 6 werden durch jeweilige Stromdetektoren 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, und 13f erfaßt. Die ersten und zweiten Inverter geben auch Inverter-Ausfallsignale S&sub1; und S&sub2; zu der Steuereinheit 7 aus.
Die Steuereinheit 7 weist einen Drehmomentbefehl-Erzeugungsabschnitt 14, einen Drehmomentverteilungsprozeß-Abschnitt 15, einen ersten Drehmoment- Steuerabschnitt 16 und einen zweiten Drehmoment-Steuerabschnitt 17 auf. Der Drehmomentbefehl-Erzeugungsabschnitt 14 gibt einen Motor-Drehmomentbefehl basierend auf der Gaspedal-Position Xa und der Bremspedal-Position Xb, dem Modus-Signal MD und der Motordrehzahl ωM aus.
Der Betrieb des Drehmomentverteilungsprozeß-Abschnittes 15 ist in dem Flußdiagramm der Fig. 2 gezeigt. Als erstes werden der Motordrehmomentbefehl τR und die Inverter-Ausfallsignale S&sub1; und S&sub2; in Schritt 101 eingegeben. (Die Inverter- Ausfallsignale S&sub1; und S&sub2; werden während eines Ausfalls der Inverter ausgegeben und setzen sich fort bis die Inverter sich von den Ausfällen erholt haben.) In Schritt 102 wird eine Bestimmung basierend auf dem Inverter-Ausfallsignal S&sub1; gemacht, ob der Inverter 5 normal ist oder ausgefallen ist, und in den Schritten 103 oder 104 wird dieselbe Bestimmung für den Inverter 6 basierend auf dem Signal S&sub2; gemacht. Wenn die Inverter alle normal sind, geht die Verarbeitung weiter zu Schritt 105, und das gesamte Drehmoment, das von dem Drehmomentbefehl τR aufgerufen wird, wird gleich zwischen den beiden Drehmomentbefehlen τR1 und τR2 für jeweils den ersten und zweiten Inverter aufgeteilt. Das heißt, τR1 und τR2 werden gleich zueinander auf einen Pegel gesetzt, so daß ihre Summe gleich groß τR ist. Wenn nur der zweite Inverter 6 als ausgefallen durch das Inverter-Ausfallsignal S&sub2; beurteilt wird, geht die Verarbeitung zu Schritt 106 weiter, wobei der erste Drehmomentbefehl τR1 auf den Wert des Motordrehmomentbefehls τR eingestellt wird und der zweite Drehmomentbefehl τR1 auf 0 eingestellt wird, um den zweiten Inverter 6 zu stoppen. Wenn nur der erste Inverter 5 als ausgefallen von dem Inverter-Ausfallsignal S&sub1; beurteilt wird, setzt auf der anderen Seite der Schritt 107 den ersten Drehmomentbefehl τR1 auf 0 und den zweiten Drehmomentbefehl auf τR2, auf den Wert des Motordrehmomentbefehl τR, um den ersten Inverter 5 zu stoppen. Wenn bestimmt worden ist, daß beide Inverter ausgefallen sind, werden sowohl der erste als auch der zweite Drehmomentbefehl τR1 und τR2 auf 0 gesetzt, um die beiden Inverter zu stoppen. Daher kann der Ausfall eines Inverters, der sonst umgekehrt die Bewegung des elektrischen Fahrzeuges beeinflussen würde, augenblicklich durch Ausschalten des ausgefallenen Inverters kompensiert werden, da der andere Inverter das notwendige Drehmoment erzeugen kann. Auf diese Weise kann das elektrische Fahrzeug sicher gehalten werden ohne plötzliche Beschleunigung oder plötzliches Abbremsen, auch bei Ausfall irgendeines Inverters.
Die ersten und zweiten Drehmomentbefehle τR1 und τR2, die oben erhalten worden sind, werden jeweils zu dem ersten Drehmoment-Steuerabschnitt 16 und dem zweiten Drehmoment-Steuerabschnitt 17 eingegeben. Der erste Drehmoment- Steuerabschnitt 16 führt eine. Vektror-Steuerungsberechnung unter Verwendung des ersten Drehmomentbefehls τR1 und der Motordrehzahl ωM aus, um einen Strombefehl iU1R, iV1R, iW1R für die jeweiligen Phasen U, V, und W für den ersten Inverter zu erzeugen. Der Strombefehl it*, der in dem US Patent mit der Nummer 4,862,343 gezeigt ist, ist proportional zu dem Drehmomentbefehl, und demgemäß können die Strombefehle iU1R, iV1R, iW1R auf dieselbe Weise wie darin beschrieben erhalten werden.
Die Ströme iU1, iV1 iW1 für die jeweiligen Phasen U, V und W des Inverters 5 werden in den ersten Drehmoment-Steuerabschnitt 16 zurückgeführt und die Strombefehle für die jeweiligen Phasen iU1R, iV1R, iW1R werden mit jedem der Ströme iU1, iV1, iW1 für jede entsprechende Phase verglichen, um Stromabweichungen für jede Phase Δ iU1, Δ iV1, Δ iW1 zu erzeugen. Unter Verwendung der oben beschriebenen Abweichungen Δ iU1, Δ iV1, Δ iW1 als Eingangsdaten wird eine proportionale Berechnung oder eine proportionale Integrierung durchgeführt, um Spannungsbefehle für die jeweilige Phase zu erhalten.
Eine Berechnung zum Erzeugen von PWM-Signalen, so daß die Durchschnitts- Spannungen für jede Phase in dem Inverter 5 mit den Spannungsbefehlen für jede Phase übereinstimmen, wird durchgeführt wie in dem Stand der Technik US Patent Nummer 4,862,343 beschrieben, und PWM-Impulse PU1, PV1 und PW1 werden zu dem ersten Inverter 5 eingegeben. Der Betrieb des zweiten Drehmoment- Steuerabschnittes 17 und des Inverters 6 sind exakt analog.
Fig. 3 zeigt die Verbindung der ersten und zweiten Inverter 5 und 6 mit dem Induktionsmotor 3. Der erste Inverter 5 umfaßt eine Dreiphasen- Inverterhauptschaltung 18 mit sechs Leistungsvorrichtungen, Impulsverteilungsschaltungen 20a, 20b und 20c und eine Ausfallerfassungsschaltung 22. Ähnlich ist der zweite Inverter 6 aus einer Dreiphasen-Inverterhauptschaltung 19 mit sechs Leistungsvorrichtungen, Impulsverteilungsschaltungen 21a, 21b, 21c und einer Ausfallserfassungsschaltung 23 aufgebaut. Der Induktionsmotor 3 ist aus zwei Dreiphasen-Primär-(Stator)-Wicklungen 24 und 25 und einer Sekundär-(Rotor)- Wicklung 26 aufgebaut. Der erste Inverter 5 arbeitet wie folgt. Die PWM-Impulse PU1, PV1 und PW1 von der Steuereinheit 7 werden in die jeweiligen Impulsverteilungsschaltungen 20a, 20b und 20c eingegeben (die beispielsweise bistabile Multivibratoren oder "Flip-Flops" sein können), die beiden Leistungsvorrichtungen von jeder Phase aktivieren. Die beiden Leistungsvorrichtungen geben zwei PWM- Impulse in nicht überlappenden Intervallen aus. Die zwei PWM-Impulse aktivieren die Dreiphasen-Inverterhauptschaltung 18, die die Spannung der Batterie 8 in eine Dreiphasen-Wechselspannung umwandelt, die an die Dreiphasenwicklung 24 des Indukltionsmotors 3 angelegt wird.
Es ist wesentlich, daß entweder der erste Inverter 5 oder der zweite Inverter 6, die alleine arbeiten, ein Rotationsfeld in der Sekundärwicklung 26 des Induktionsmotors 3 induzieren kann. Daher kann der Rotor des Induktionsmotors 3 durch Steuern entweder der Inverter 5 oder 6 angetrieben werden.
Das Folgende beschreibt den Betrieb der Fig. 3, wenn irgendeine der Leistungsvorrichtungen der Dreiphasen-Inverterhauptschaltung 18 ausfällt. Die Impulsverteilungsschaltungen 20a, 20b und 20c zum Verteilen der Impulse zu den Leistungsvorrichtungen in der Inverterhauptschaltung 18 können solch einen Ausfall durch Vergleichen der Spannung über die Leistungsvorrichtungen (Transistoren) der Inverterhauptschaltung 1·8 mit vorbestimmten Referenzspannungen erfassen. Wenn irgendeine solcher Spannungen den Referenzwert überschreitet, stellt die zugeordnete Impulsverteilungsschaltung ein Leistungsvorrichtungs-Ausfallsignal zu der Ausfallerfassungsschaltung 22 bereit, die wiederum das Inverter- Ausfallsignal S&sub1; zu der Steuereinheit 7 ausgibt, was den ersten Inverter 5 dazu veranlaßt, das Liefern der Leistung zu der Dreiphasenwicklung 24 zu stoppen. Da der zweite Inverter 6 normal ist, wird jedoch Leistung weiter an die Primärwicklung 25 geliefert, die das Rotationsfeld erzeugen kann. Daher, auch wenn der erste Inverter 5 nicht betrieben werden kann, kann der Induktionsmotor 3 noch angetrieben werden und dadurch ermöglichen, daß das elektrische Fahrzeug 1 weiter arbeitet. Ähnlich, wenn der zweite Inverter 6 ausfällt, kann der erste Inverter 5 alleine das elektrische Fahrzeug 1 am Laufen halten.
Das Steuersystem für ein elektrisches Fahrzeug in dem obigen Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß es in einem elektrischen Fahrzeug verwendet werden kann, das nur einen Motor aufweist. Das Ausführungsbeispiel kann daher ein billiges elektrisches Fahrzeug bereitstellen, das sicher laufen kann, auch wenn ein Inverter ausfällt. Da der eine ausgefallene Inverter (der sonst umgekehrt die Bewegung des elektrischen Fahrzeugs beeinflussen kann) augenblicklich ausgeschaltet werden kann, kann das elektrische Fahrzeug weiter sicher ohne plötzliche Beschleunigung oder plötzliches Abbremsen laufen, trotz dem Ausfall des Inverters.
Fig. 4 ist ein schematisches Diagramm für ein anderes Ausführungsbeispiel, in dem der Induktionsmotor 3 eine einzelne Dreiphasenwicklung aufweist. Das Folgende beschreibt nur die Teile in Fig. 4, die sich von denjenigen in Fig. 1 unterscheiden. Der Induktionsmotor 3 ist vom gewöhnlichen Typ mit einer dreiphasigen Primärwicklung, und die Ausgabe der ersten und zweiten Inverter 5 und 6 sind über Reaktoren 27 und 28 verbunden. Die Ausgangsanschlüsse der Reaktoren 27 und 28 sind mit den jeweiligen Phasenanschlüssen des Induktionsmotors 3 verbunden. Auf diese Weise verbunden, unterdrücken die Reaktoren 27 und 28 die Ströme, so daß jeder der Inverter den Induktionsmotor 3 antreiben kann, ohne daß ein Kurzschlußstrom durch den ersten Inverter 5 und den zweiten Inverter 6 fließt. Der Motor kann daher auch angetrieben werden, wenn einer der Inverter ausfällt. Demgemäß kann das System in Fig. 4 mit geringeren Kosten unter Verwendung eines konventionellen Allzweckmotors ausgeführt werden.
Die Steuereinheit 7 in Fig. 4 unterscheidet sich von derjenigen in Fig. 1 darin, daß der Abschnitt für den Drehmoment-Verteilungsprozeß 15 die Motordrehzahl ωM als eine zusätzliche Eingabe empfängt und ein Anzeigesignal SP ausgibt. Der Betrieb des Abschnittes 15 für den Drehmoment-Verteilungsprozeß der Fig. 4 ist in Fig. 5 gezeigt. Als erstes werden in Schritt 111 der Motordrehmomentbefehl τR, die Inverterausfallsignale S&sub1; und S&sub2; und die Motordrehzahl ωM eingegeben. In Schritt 112 wird eine Bestimmung darüber gemacht, ob die Inverterausfallsignale S&sub1; und S&sub2; normal sind oder einen Ausfall anzeigen. Wenn alle normal sind, setzt Schritt 113 die ersten und zweiten Drehmomentbefehle τR1 und τR2 als gleiche Hälften des Motordrehmomentbefehls τR. Wenn es einen Ausfall gibt, überprüft der Schritt 114, ob die beiden Inverter beide ausgefallen sind, und wenn dies der Fall, setzt Schritt 115 sowohl den ersten als auch den zweiten Drehmomentbefehl τR1 und τR2 auf 0, um die beiden Inverter zu stoppen. Diese Prozesse sind insofern ähnlich zu denjenigen in Fig. 2. Wenn nur einer der beiden Inverter ausgefallen ist, werden die zusätzlichen Verarbeitungsschritte 116 bis 125 wie folgt durchgeführt. Die Schritte 116 und 117 stellen Grenzen für das maximale Drehmoment τMAX und die maximale Drehzahl ωMAX des Induktionsmotors 3 bereit, wobei diese Grenzen niedriger als die gewöhnlichen gestellten Werte sind. Als nächstes vergleicht der Schritt 118 die derzeitige Motordrehzahl ωM mit der maximalen Geschwindigkeit ωM. Wenn die derzeitige Motordrehzahl ωM größer als die maximale Drehzahl ωMAX ist, geht die Verarbeitung weiter zu Schritt 119, in dem ein Drehmomentgrenzwert τL auf 0 gesetzt wird, so daß der Motor kein Drehmoment erzeugen kann, bis die Motordrehzahl ωM auf eine sichere Stoppgeschwindigkeit verlangsamt ist.
(Alternativ kann τL auf eine negative Zahl gesetzt werden, was äquivalent zum Abbremsen des Motors ist.) Wenn die Motordrehzahl ωM niedriger als die maximale Drehzahl ωMAX ist, kann der Motor leicht und sicher zu jedem Zeitpunkt gestartet werden. Der Schritt 120 vergleicht dann den Motordrehmomentbefehl τR, der durch den Abschnitt zur Erzeugung des Drehmomentbefehls 14 erzeugt worden ist, mit dem maximalen Drehmoment τMAX. Wenn τR τMAX überschreitet, wird in Schritt 121 der Drehmomentgrenzwert τL gleich dem maximalen Drehmoment τMAX gesetzt, wodurch das von dem Induktionsmotor 3 verfügbare Drehmoment begrenzt wird, wenn irgendeiner der Inverter ausfällt. Wenn der Motordrehmomentbefehl τR niedriger als das maximale Drehmoment τMAX ist, setzt der Schritt 122 den Drehmomentgrenzwert τL auf den Motordrehmomentbefehl τR.
Schritt 123 überprüft das Inverter-Ausfallsignal S&sub1;, um zu bestimmen, welcher Inverter ausgefallen ist. Das heißt, wenn das Inverterausfallsignal S&sub1; normal ist, dann ist nur der zweite Inverter 6 ausgefallen und Schritt 124 setzt dann den ersten Drehmomentbefehl τR1 auf den Drehmomentgrenzwert τL und den zweiten Drehmomentbefehl τR2 auf 0, wodurch der zweite Inverter 6 gestoppt wird. Wenn das Inverterausfallsignal S&sub1; einen Fehler des ersten Inverters 5 bei Schritt 123 anzeigt, setzt der Schritt 125 den ersten Drehmomentbefehl τR1 auf 0 und den zweiten Drehmomentbefehl τR2, auf den Drehmomentgrenzwert τL, was den ersten Inverter 5 stoppt. Wenn beide Inverterausfallsignale S&sub1; und S&sub2; einen Ausfall anzeigen, gibt der nächste Schritt 126 ein Signal SP aus, das von dem Abschnitt 15 für den Drehmomentverteilungsprozeß zu einer Signaleinheit 29 gesandt wird, die den Fahrer von dem Ausfall des Inverters mittels eines hörbaren oder sichtbaren Alarmsignals aufmerksam macht. Der Fahrer wird dann wissen, daß die maximale Geschwindigkeit des elektrischen Fahrzeuges 1 und das maximale Drehmoment davon begrenzt sind, so daß ein sicheres Fahren aufrechterhalten werden kann.
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel (wie in Fig. 5 ausgeführt) stellt daher das zusätzliche Sicherheitsmerkmal bereit, daß die maximale Geschwindigkeit und das maximale Drehmoment des elektrischen Fahrzeugs automatisch begrenzt werden können und ein Signal für den Fahrer bereitgestellt wird, wenn ein Inverterausfall vorliegt.
Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das sich von einem in Fig. 5 durch die Hinzufügung der Schritte 128 und 129 unterscheidet. Der Schritt 128 setzt sowohl das maximale Drehmoment τMAX als auch die maximale Drehzahl ωMAX auf 0, wenn sowohl das Inverterausfallsignal S&sub1; als auch S&sub2; einen Ausfall anzeigen. Wenn jedes der Inverterausfallsignale S&sub1; oder S&sub2; ausfällt, signalisiert Schritt 129 den Inverterausfall zu dem Fahrer und zeigt das maximale Drehmoment τMAX und die maximale Drehzahl ωMAX des elektrischen Fahrzeuges mit dem Anzeigesignal SP an. Mit diesem Merkmal kann der Fahrer sowohl wissen, ob das elektrische Fahrzeug angetrieben werden kann oder nicht, als auch die Distanz, die er fahren kann. Der Fahrer kann dann eine eigene korrigierte Aktion ausführen, um auf den Inverterausfall zu antworten. Mit anderen Worten, dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß es dem Fahrer helfen kann, eine geeignete Aktion zum Zeitpunkt des Inverterausfalls durchzuführen, wodurch weiter die Sicherheit des elektrischen Fahrzeugs erhöht wird.
Fig. 7 ist ein schematisches Diagramm für ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das zusätzlich zu den Elementen, die in Fig. 4 umfaßt sind, erste und zweite Temperatursensoren 30 und 31 aufweist, die jeweils Temperaturen T&sub1; und T&sub2; der ersten und zweiten Inverter 5 und 6 erfassen können. Die erfaßten Temperaturen werden zu dem Abschnitt 15 für den Drehmomentverteilungsprozeß der Steuereinheit 7 gespeist.
Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das die Verarbeitung zeigt, die durch den Abschnitt 15 für den Drehmomentverteilungsprozeß in diesem Ausführungsbeispiel durchgeführt wird. Es unterscheidet sich von demjenigen in der Fig. 5 bezüglich zweier Gesichtspunkte: Erstens werden in Schritt 130 die Temperaturen T&sub1; und T&sub2; der ersten Inverter 5 und 6 eingegeben; und zweitens, wenn die ersten und zweiten Inverter 5 und 6 beide normal sind, wird der Schritt 131 anstelle von Schritt 113 durchgeführt, wie in größerem Detail in Fig. 9 gezeigt ist.
In Fig. 9 wird zuerst in Schritt 132 eine Bestimmung dahingehend gemacht, ob der Motordrehmomentbefehl τR größer als die Hälfte des maximalen Drehmomentes τMAX ist. Fig. 10 ist ein charakteristischer Graph des verfügbaren Motordrehmomentes gegenüber der Motordrehzahl, der den Bereich zeigt, in dem der Motordrehmomentbefehl τR kleiner als die Hälfte des maximalen Drehmomentes τMAX ist, was der erste Bereich genannt wird, und wo der Motordrehmomentbefehl τR größer ist als die Hälfte des maximalen Drehmomentes τMAX ist, was hier der zweite Bereich genannt wird. Wenn in Schritt 132 bestimmt ist, daß der Motordrehmomentbefehl τR größer als die Hälfte des maximalen Drehmomentes τMAX ist, setzt der Schritt 133 jeden der ersten Drehmomentbefehle τR1 und der zweiten Drehmomentbefehle τR2 auf die Hälfte des Drehmomentsignales τR auf dieselbe Weise wie in Fig. 5. Wenn der Motordrehmomentbefehl τR geringer als die Hälfte des maximalen Drehmomentes τMAX ist (oder in anderen Worten, in dem ersten Bereich ist), vergleicht Schritt 134 die Temperatur T&sub1; des ersten Inverters 5 mit der Temperatur T&sub2; des zweiten Inverters 6. Wenn T&sub1; niedriger als T&sub2; ist, dann setzt der Schritt 135 den ersten Drehmomentbefehl τR1 auf den Wert des Motordrehmomentbefehls τR und den zweiten Drehmomentbefehl τR2 auf 0, um den zweiten Inverter 6 zu stoppen. Wenn T&sub1; größer als T&sub2; ist, dann setzt der Schritt 136 den ersten Drehmomentbefehl τR1 auf 0 und den zweiten Drehmomentbefehl τR2 auf den Motordrehmomentbefehl τR, um den ersten Inverter 5 zu stoppen.
Bei dem in diesem Ausführungsbeispiel beschriebenen Verfahren kann, wenn beide Inverter normal arbeiten, die Anzahl der Inverter von zwei auf einen reduziert werden, und der Inverterverlust zum Zeitpunkt des Antreibens mit niedrigem Drehmoment kann reduziert werden, verglichen mit demjenigen des geltenden Drehmomentantriebs. Das heißt, wenn ein Inverter gestoppt ist, wird der Gesamt inverterverlust reduziert, wodurch die Effizienz erhöht wird. Weil der Inverter, der ausgewählt worden ist, um gestoppt zu werden, derjenige ist, der eine höhere Invertertemperatur hat, kann die Lebenszeit des Inverters verlängert werden, wodurch die Zuverlässigkeit des elektrischen Fahrzeugs weiter erhöht wird. Da die Auswahl des Inverters mit der höheren Temperatur in einem höheren Inverterverlust resultieren würde, führt die Verwendung eines geringeren Inverterverlustes zu einem Erhöhen der Effizienz. Die Anordnung in Fig. 7 erlaubt auch eine Reduktion um die Hälfte der Stromkapazität der Inverter.
Fig. 11 ist noch ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das zusätzlich zu dem Gerät der Fig. 7 einen Drehmomentdetektor 32 aufweist, der das ausgegebene Drehmoment τM des Induktionsmotors 3 erfaßt und ein entsprechendes Signal zu dem Abschnitt 15 für den Drehmomentverteilungsprozeß bereitstellt. Der Betrieb des Abschnittes 15 für den Drehmomentverteilungsprozeß in diesem Ausführungsbeispiel ist in Fig. 12 gezeigt. Er unterscheidet sich von der Ausführungsform in Fig. 8 durch die Hinzufügung der Schritte 137 und 138. Der Schritt 137, der den Schritt 130 in Fig. 8 ersetzt, weist eine zusätzliche Eingabe für das Motordrehmoment τM auf. Schritt 138 der dem Prozeß hinzugefügt ist, vergleicht das Motordrehmoment τM mit einem vorbestimmten Drehmomentausfallerfassungswert, der eine maximale erlaubbare Drehmomentausgabe darstellt, basierend auf der geltenden Kapazität des Motors. Wenn das Motordrehmoment τM geringer als der Drehmomentausfall-Erfassungswert ist, werden der Schritt 112 und die folgenden Schritte wie in Fig. 8 verarbeitet. Wenn das Motordrehmoment τM jedoch gleich dem Drehmomentausfall-Erfassungswert ist oder ihn überschreitet, geht die Verarbeitung zu Schritt 115, um die ersten und zweiten Inverter zu stoppen. Der Drehmomentausfall-Erfassungswert wird auf einen Pegel eingestellt, der nicht gegenteilig den Betrieb des elektrischen Fahrzeugs 1 für eine kurze Zeit beeinflußt, bis der Inverter stoppt. Im allgemeinen, wenn ein Inverter ausgefallen ist, stoppt das Inverterausfallsignal S&sub1; oder S&sub2; den Inverter, so daß das Motordrehmoment τM nicht gegensätzlich beeinflußt wird. Bei der Anordnung von Fig. 12 kann jedoch, auch wenn das Inverterausfallsignal S&sub1; oder S&sub2; nicht erfaßt worden ist, das Motordrehmoment τ begrenzt werden.
Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß ein Drehmoment nicht erzeugt werden kann, um plötzlich das elektrische Fahrzeug 1 zu beschleunigen oder abzubremsen, auch wenn irgendeines der Inverterausfallsignale S&sub1; und S&sub2; ausfällt, so daß die Sicherheit weiter erhöht ist. Auch, da das Verfahren einen doppelten Schutz gegenüber einem Antriebsausfall bereitstellt, ist die Verfügbarkeit des Systems weiter erhöht.
Fig. 13 ist ein schematisches Diagramm für noch ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung das drei Invertereinheiten 33, 34 und 35 anstelle von zwei in den vorangehenden Ausführungsformen bereitstellt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Steuereinheit 7 nur den Drehmomentbefehls- Erzeugungsabschnitt 14 und den Abschnitt 15 für den Drehmomentverteilungsprozeß auf, wobei die Drehmomentsteuerabschnitte in die Invertereinheiten 33, 34 und 35 eingefügt worden sind. Wie in Fig. 14 gezeigt, ist die Invertereinheit 33 (die für die beiden anderen repräsentativ ist) aus einem ersten Drehmomentsteuerabschnitt 16, einem ersten Inverter 5, Stromdetektoren 13a, 13b und 13c, einem Reaktor 27 und einem Temperatursensor 30 aufgebaut. Die Merkmale jeder dieser Vorrichtungen sind dieselben wie in Fig. 7. Jede der Invertereinheiten ist mit Spannungsterminals VB+ und VB- der Batterie und mit drei Phaseneingangsanschlüssen u, v und w des Induktionsmotors 3 verbunden und empfängt den Motordrehmomentbefehl und die Motordrehzahl ωM als eine Eingabe. Jeder gibt das Inverterausfallsignal und die Invertertemperatur aus. Mit dieser Anordnung sind die Vorrichtungen, die für die Drehmomentsteuerung benötigt werden, alle in der Invertereinheit eingebaut. Es ist daher möglich, eine zusätzliche Invertereinheit einfach durch Erweitern des Abschnittes 15 für den Drehmomentverteilungsprozeß zu erhalten. Das elektrische Fahrzeug kann daher einfach durch Hinzufügen von zusätzlichen Invertereinheiten mit hoher Leistung ausgeführt werden. Der Betrieb eines solchen Ausführungsbeispiels ist im wesentlichen derselbe wie derjenige, der in Fig. 8 gezeigt ist, der für drei Inverter auf eine einfache Weise erweitert werden kann.
Fig. 15 ist ein Flußdiagramm, das eine Steuerung zur Verteilung der Benutzung der Inverter zeigt. In Schritt 139 wird eine Bestimmung bezüglich des Arbeitsbereiches (basierend auf dem Drehmomentbefehl τR und der Motordrehzahl ωM) des Dreiphasen-Induktionsmotors 3 gemäß den in Fig. 16 definierten Bereichen gemacht. Fig. 16 ist eine graphische Darstellung der Merkmale des Motordrehmomentbefehls τR gegenüber der Motordrehzahl ωM, die zeigt, daß bei höheren Motorgeschwindigkeiten der Bereich, in dem vielfache Inverter verwendet werden können, erhöht ist, verglichen mit der Fig. 10. Mit anderen Worten, eine hohe Leistung wird für die hohe Geschwindigkeit sogar bei einem niedrigen Drehmoment benötigt. Die Verwendung der Vielzahl von Invertern stellt den Vorteil bereit, daß die Erhitzung des Inverters reduziert werden kann.
Bezugnehmend erneut auf Fig. 15 wird in Schritt 140 die Verarbeitung zu Schritt 141, 142 oder 143 abhängig von dem Bereich geleitet. Für den ersten Bereich, der eine relativ geringe Belastung hat, geht die Steuerung zum Schritt 141; für den zweiten Bereich, der eine höhere Belastung hat, geht die Steuerung zu Schritt 142; und für den dritten Bereich mit der stärksten Belastung geht die Steuerung zu Schritt 143. Schritt 141 vergleicht die erfaßten Invertertemperaturen T&sub1;, T&sub2; und T&sub3; und wählt, wenn die erforderliche Leistung durch einen Wandler geliefert werden kann, den Inverter aus, der die niedrigste Temperatur aufweist, wobei die anderen zwei Inverter gestoppt werden, um die Invertertemperaturen gleichförmig zu machen. Auf der anderen Seite stoppt Schritt 142 den Inverter der höchsten Temperatur und steuert die Drehmomentbefehle, so daß die Belastungsanteile der anderen Inverter abhängig von ihrer Temperaturdifferenz eingestellt werden können. In Schritt 143 werden die Belastungen, die den jeweiligen Invertern zugeordnet sind, eingestellt, indem diejenige des Inverters mit der höchsten Temperatur redu ziert wird und indem diejenige des Inverters mit der niedrigsten Temperatur erhöht wird, um die Temperaturen der drei Inverter in Gleichheit zu bringen, bevor die jeweiligen Drehmomentbefehle τR1, τR2 und τR3 gesteuert werden. Diese Steuerungen können daher die Inverter bei den niedrigstmöglichen Temperaturen antreiben, was dazu dient, ihre Zuverlässigkeit und Toleranz gegenüber Temperaturänderungen zu erhöhen. Bei einer niedrigeren Temperatur sind die Einschaltspannungen der Leistungsvorrichtungen, die in den Invertern verwendet werden, auch niedriger, was die Effizienz erhöht. Auch wenn die Inverter unterschiedliche Effizienz für dieselbe Belastung haben, kann der Inverter mit der höheren Effizienz bei einer hohen Rate verwendet werden, da der Inverter mit der niedrigeren Temperatur eine höhere Effizienz aufweist.
Fig. 17 ist noch ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das sich von denjenigen in den Fig. 1 und 4 durch den Wicklungsaufbau des Induktionsmotors 3 unterscheidet. Das heißt, der Induktionsmotor 3 in diesem Ausführungsbeispiel weist elektrisch unabhängige Phasenwicklungen U, V und W, wie in Fig. 18 gezeigt, auf. Jede der Wicklungen ist durch einen der drei Einzelphaseninverter 35, 37 bzw. 38 erregt. Die Inverter werden durch eine Steuereinheit 7 gesteuert, die unterschiedlich von der im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist. Die Steuereinheit 7 in Fig. 17 ist aus einem Drehmomentbefehls- Erzeugungsabschnitt 14, einem Drehmomentsteuerabschnitt 39, einem U- Phasenstrom-Steuerabschnitt 40, einem V-Phasenstrom-Steuerabschnitt 41 und einem W-Phasenstrom-Steuerabschnitt 42 aufgebaut. Der Drehmomentbefehls- Erzeugungsabschnitt 14 ist derselbe wie derjenige in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1.
Das System in Fig. 17 steuert die drei Einzelphaseninverter 36, 37 und 38 derart, um ein Rotationsfeld zu erzeugen, das das Drehmoment steuern kann. Zu diesem Zweck führt der Drehmomentsteuerabschnitt 39 eine Vektorsteuerungsoperation für den Motordrehmomentbefehl τR aus, um Strombefehle iUR, iVR und iWR für drei Phasen des Induktionsmotors 3 auf die Art und Weise zu erhalten, wie sie in den US-Patenten mit den Nummern 4,455,522 und 4,862,343 beschrieben ist. Auf der Basis der Strombefehle und der zurückgekoppelten Phasenströme iU, iV und iW von den Invertern 36, 37 und 38, stellen der U-Phasenstrom-Steuerabschnitt 40, der V-Phasenstrom-Steuerabschnitt 41 und der W-Phasenstrom-Steuerabschnitt 42 Ausgangs-PWM-Impulse PU, PV und PW bereit, um die drei Einzelphaseninverter 36, 37 und 38 zu steuern.
Fig. 18 zeigt die Verbindung des Induktionsmotors 3 mit den drei Einzelphaseninvertem 36, 37 und 38. Die Primärwicklungen des Induktionsmotors 3 sind unabhängige Phasenwicklungen 43, 44 und 45, von denen jede zwei Anschlußklemmen hat. Jeder der drei Einzelphaseninverter 36, 37 und 38 ist aus Einzelphasen-Hauptbrückenschaltungen 46, 47 und 48, Impulsverteilungsschaltungen 49, 50, 51 bzw. Ausfallerfassungsschaltungen 52, 53 und 54 gebildet. Die Einzelphasen-Hauptbrückenschaltungen 46, 47 und 48 sind jeweils mit den Phasenwicklungen 43, 44 und 45 verbunden, so daß Ströme ausgegeben werden können, um den Induktionsmotor 3 anzutreiben, wie durch den Drehmomentsteuer- Betriebsabschnitt 39 gesteuert. Wenn irgendeine der Leistungsvorrichtungen der Einzelphasen-Hauptschaltung 46 ausfällt, erfaßt die zugeordnete Ausfallerfassungsschaltung 52, 53 oder 54 den Ausfall und gibt ein Inverterausfallsignal S&sub1;, S&sub2; oder S&sub3; zu dem Drehmoment-Steuerbetriebabschnitt 39 aus. Bei dem Inverterausfall S&sub1; stoppt beispielsweise der Drehmomentsteuer-Betriebsabschnitt 39 die Einzelphasen-Hauptschaltung 46 und veranlaßt, daß die anderen Einzelphasen- Hauptschaltungen 47 und 48 den Induktionsmotor 3 selbst antreiben. Obwohl er nicht das nominelle Drehmoment erreichen kann, kann der Induktionsmotor 3 das Rotationsfeld erzeugen, das notwendig ist, um das elektrische Fahrzeug 1 zu bewegen.
Dieses Ausführungsbeispiel kann das elektrische Fahrzeug beim Auftreten eines Inverterausfalls mit der Verwendung der drei Stromsensoren bewegen. Das Aus führungsbeispiel hat daher den Vorteil, daß das System angeordnet sein kann, um eine hohe Zuverlässigkeit bei einer weiteren Reduzierung der Kosten bereitzustellen.
Fig. 19 zeigt noch ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer unterschiedlichen Batterieverbindungsanordnung und unterschiedlichen Einzelphasen-Hauptschaltungen als das Ausführungsbeispiel in Fig. 18. In Fig. 19 sind drei Batterien 8a, 8b und 8c mit den jeweiligen Einzelphasen- Hauptschaltungen 46, 47 und 48 verbunden. Jeder der Einzelphasen- Hauptschaltungen 46, 47 und 48 ist eine Brückenschaltung, die aus zwei Leistungsvorrichtungen und zwei Kondensatoren gebildet ist. Dieses System hat den Vorteil, daß es die Hälfte der Anzahl von Leistungsvorrichtungen verglichen mit derjenigen in Fig. 18 verwendet, während es noch erlaubt, daß das elektrische Fahrzeug 1 trotz des Ausfalls eines Inverters bewegt werden kann. Zusätzlich kann das Fahrzeug 1 sogar dann bewegt werden, wenn die Spannung einer Batterie erniedrigt ist.
Fig. 20 ist ein anderes Ausführungsbeispiel, in dem ein neutraler Punkt der Primärwicklung des Induktionsmotors 3 verwendet wird. Dieses System unterscheidet sich von demjenigen in Fig. 4 darin, daß ein Einzelinverter 5 den Induktionsmotor 3 antreibt und daß eine Umschaltschaltung 45 zwischen den Inverter 5 und den Induktionsmotor 3 eingefügt ist. Die Umschaltschaltung 55 ist durch Einschaltsignale SSO, SSU, SSV und SSW von dem Drehmomentsteuerabschnitt 16 gesteuert. Da das Antreiben durch den einzelnen Inverter gesteuert ist, hat die Steuereinheit 7 keinen Drehmomentverteilungs-Verarbeitungsabschnitt 15. Der Drehmoment-Steuerabschnnitt 16 empfängt die Phasenausfallsignale SU, SV und SW für die Phasen U, V und W des Invertereingangs von dem Inverter 5.
Fig. 21 zeigt die Verbindung des Inverters 5, der Umschaltschaltung 55 und des Induktionsmotors 3. Der neutrale Punkt der Primärwicklung des Induktionsmotors 3 kann über einen Schalter mit einer Verbindung von zwei seriellen Kondensatoren verbunden werden, die über die Batterie verbunden sind, in Antwort auf das Ein-Aus-Schaltsignal SSO. Bei einem gewöhnlichen Betrieb werden die Signale SU, SV und SW eingeschaltet und das Signal SSO wird ausgeschaltet, so daß die Steuerung auf dieselbe Weise wie ohne den neutralen Punkt der Primärwicklung des Induktionsmotors 3 ausgeführt wird. (Das Signal SSO ist normalerweise ausgeschaltet, da ein Nullphasenstrom von dem neutralen Punkt der Primärwicklung des Induktionsmotors 3 fließen kann, wenn es eingeschaltet ist.)
Wenn die Leistungsvorrichtung, die der U-Phase entspricht, ausfällt, empfängt der Drehmomentsteuerabschnitt 16 das Phasenausfallsignal SU, um das Ein- Ausschaltsignal SSU auszuschalten und SSO, SSV und SSW einzuschalten. Dies erlaubt, daß der Strom weiterfließt, um das Rotationsfeld zu erzeugen, um den Induktionsmotor 3 zu drehen, obwohl der Nullphasenstrom fließt. Alternativ kann der neutrale Punkt des Induktionsmotors 3 kontinuierlich mit dem Zentrum der Batterie verbunden sein und der Nullphasenstrom kann auf 0 beim gewöhnlichen Betrieb gesteuert werden, um die Effizienz zu verbessern.
Dieses Ausführungsbeispiel stellt eine einfache Steueranordnung ohne eine Vielzahl von Invertern bereit, die erlaubt, daß das elektrische Fahrzeug bei einer geringen Geschwindigkeit mit einer erhöhten Zuverlässigkeit läuft.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die soweit beschrieben worden sind, beinhalten einen Induktionsmotor 3, um ein elektrisches Fahrzeug 1 anzutreiben. Dasselbe Prinzip kann jedoch auf Ausführungsformen angewandt werden, die durch synchrone Wechselstrommotoren und Gleichstrommotoren angetrieben werden. Die begrenzte maximale Drehzahl und das maximale Drehmoment können bei Ausfall oder abhängig von der Temperatur variabel gemacht werden. Außerdem, obwohl alle zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele einen einzelnen Motor aufweisen, kann die Erfindung auch auf ein Steuersystem für ein elektrisches Fahrzeug angewandt werden, das eine oder mehrere Anordnungen aufweist, in dem eine Vielzahl von Invertern einen einzelnen Motor in einem elektrischen Fahrzeug antreiben, das eine Vielzahl von Antriebsmotoren aufweist.
Wie soweit beschrieben kann in dem elektrischen Fahrzeug, dessen Motor durch leistungswandelnde Einrichtungen angetrieben wird, das Steuersystem für ein elektrisches Fahrzeug gemäß der Erfindung, das ein zusätzliches Merkmal aufweist, das in der Lage ist, das elektrische Fahrzeug auch dann zu bewegen, wenn ein Ausfall der leistungswandelnden Einrichtungen auftritt, eine einfaches, hochzuverlässiges elektrisches Fahrzeugsystem bilden.
Obwohl die Erfindung detailliert beschrieben und veranschaulicht worden ist, muß klar verstanden werden, daß dies nur beispielhaft veranschaulichend geschehen ist und nicht beschränkend genommen werden darf.
Der Bereich der vorliegenden Erfindung ist nur durch die Begriffe der beigefügten Ansprüche beschränkt, die die Ausführungsbeispiele der Fig. 7 bis 19 umfassen.

Claims

1. Gerät zur Steuerung des Betriebs eines elektrischen Motors (3), der gekoppelt ist, um ein elektrisches Fahrzeug anzutreiben, und der aufweist:

zumindest zwei Leistungswandler (5, 6, 33-35, 36-38), die so gekoppelt sind, daß sie eine elektrische Leistung für den Motor bereitstellen;

eine Steuereinheit (7) zum Steuern der mindestens zwei Leistungswandler;

wobei die Steuereinheit Einrichtungen (14, 16, 17) zum Einstellen der Leistungsausgabe jedes der Leistungswandler in Antwort auf eine gewünschte Drehmomentausgabe des Motors aufweist;

wobei die Einrichtungen (14, 16, 17) zum Einstellen der Leistungsausgabe jedes der Leistungswandler aufweisen:

eine Einheit (14) zum Erzeugen eines Drehmomentbefehls, die eine gewünschte Drehmomentausgabe des Motors bestimmt und ein Motordrehmoment-Steuersignal erzeugt, das dies anzeigt;

eine Einheit (15) zum Verteilen des Drehmoments, die die Leistungsausgabe durch jeden der Leistungswandler in Antwort auf die Motordrehmoment-Steuersignale steuert;

Einrichtungen (14, 15), um Eingangs-Betriebssignale von einem Treiber an das elektrische Fahrzeug zu erfassen;

wobei die Einheit (14) zum Erzeugen des Drehmomentbefehls Einrichtungen zum Empfangen der Betriebssignale und zum Erzeugen des Motordrehmoment-Steuersignals in Antwort darauf aufweist,

worin die Einrichtungen zum Einstellen (14, 16, 17) kooperativ die mindestens zwei Wandler so steuert, daß die Leistung, die von den Leistungswandlern geliefert wird, gleich unter den Leistungswandlern aufgeteilt wird und wobei basierend auf einem Ausgangsdrehmoment des Motors bei einer Geschwindigkeit davon, wenn nicht alle Leistungswandler erforder lich sind, um Leistung zu dem Motor zu liefern, dann nur die erforderliche Anzahl von Leistungswandlern verwendet werden;

und wobei Einrichtungen (15, 112, 114, 118, 120, 138) zum Erfassen des Ausfalls eines der Leistungswandler und zum Bereitstellen von Wandler- Ausfallsignalen, die dies anzeigen, bereitgestellt sind, und

wobei die Steuereinheit auch Einrichtungen (15, 115, 124, 125) aufweist, jeden der Leistungswandler in Antwort auf die Wandler-Ausfallsignale sperren, so daß die Leistung durch einen oder mehrere der übrigen Leistungswandler bereitgestellt wird.

2. Gerät nach Anspruch 1, worin Einrichtungen (141) bereitgestellt sind, die die Temperaturen der Leistungswandler erfassen und vergleichen, und die Last an dem Leistungswandler, der die höchste Temperatur aufweist, reduzieren, um die Temperatur der Wandler im wesentlichen zur Gleichheit zu bringen, oder wobei, wenn die Last durch weniger als die gesamte Anzahl von Leistungswandlern geliefert werden kann, die geringste Anzahl von Leistungswandlern ausgewählt wird, so daß die Leistungswandler, die die niedrigste(n) Temperatur(en) aufweisen, verwendet werden.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zwei Leistungswandler bereitgestellt sind und bei dem die Einrichtung (132, 134, 135, 136) zum Betreiben einen der Leistungswandler sperrt, der eine höhere erfaßte Temperatur aufweist, wenn die gewünschte Drehmomentausgabe geringer als die Hälfte der maximalen Drehmomentausgabe für den Motor ist.

4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Steuereinheit weiterhin aufweist:

Einrichtungen (116) zum Vergleichen der gewünschten Drehmomentausgabe des Motors mit einer vorbestimmten maximalen Drehmomentausgabe; und

Einrichtungen (117) zum Vergleichen der Geschwindigkeit des Motors mit einem vorbestimmten maximalen Geschwindigkeitswert.

5. Gerät nach Anspruch 4, bei dem die Steuereinheit weiterhin aufweist: Einrichtungen (118-122) zum Einstellen eines Wertes, der das Ausgangsdrehmoment begrenzt, wenn die Motorgeschwindigkeit den maximalen Geschwindigkeitswert überschreitet.

6. Gerät nach Anspruch 5, bei dem der Wert, der das Drehmoment begrenzt, Null ist.

7. Gerät nach Anspruch 5, bei dem der Wert, der das Drehmoment begrenzt, negativ ist.

8. Gerät nach Anspruch 4, bei dem die Steuereinheit weiterhin aufweist: Einrichtungen (121) zum Einstellen eines Drehmoment-Grenzwertes gleich der maximalen Drehmomentausgabe, wenn das gewünschte Drehmoment größer als die maximale Drehmomentausgabe ist.

9. Gerät nach Anspruch 1, das weiterhin aufweist:

einen Drehmomentausgabe-Detektor (32), um das Ausgangsdrehmoment des Motors zu erfassen; und

eine Einrichtung (138) zum Sperren der Leistungsinverter, wenn das erfaßte Ausgangsdrehmoment des Motors einen vorbestimmten maximalen Wert überschreitet.

10. Gerät nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, das aufweist:

zumindest drei Leistungswandler (33-35); und

zumindest drei Temperatur-Detektoren (30), wobei bei jedem der Leistungswandler ein unterschiedlicher der Temperatur-Detektoren gekoppelt ist, um seine Temperatur zu erfassen;

wobei die Steuereinheit Einrichtungen (139-143) aufweist, die nur einen (141) der Leistungswandler betreiben, der die niedrigste erfaßte Temperatur hat, wenn die gewünschte Drehmomentausgabe geringer als ein erster Grenzschwellwert ist, die zwei (143) der Leistungswandler betreiben, die die niedrigsten erfaßten Temperaturen aufweisen, wenn die gewünschte Drehmomentausgabe größer als der erste Grenzschwellwert und kleiner als ein zweiter Grenzschwellwert ist, und zum Betreiben aller drei Leistungswandler (114), wenn das gewünschte Drehmoment größer als der zweite Grenzschwellwert ist.

11. Gerät nach Anspruch 10, bei dem der erste und zweite Grenzschwellwert variabel sind und mit einem Ansteigen der Motorgeschwindigkeit abnehmen.

12. Gerät nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Motor ein mehrphasiger Induktionsmotor ist und bei dem die Leistungswandler mehrphasige DC-AC-Wandler sind, die so gekoppelt sind, daß sie einen mehrphasigen elektrischen Strom zu dem mehrphasigen Induktionsmotor liefern.

13. Gerät nach Anspruch 12, bei dem der mehrphasige Induktionsmotor zumindest zwei primäre Wicklungen (24, 25) aufweist, wobei jede der primären Wicklungen so gekoppelt ist, daß sie einen mehrphasigen elektrischen Strom von einem unterschiedlichen der mindestens zwei Leistungswandler empfangen.

14. Gerät nach Anspruch 12, bei dem der mehrphasige Induktionsmotor eine einzelne primäre Wicklung aufweist und wobei jeder der mindestens zwei Leistungswandler so gekoppelt ist, daß er einen mehrphasigen elektrischen Strom zu der primären Wicklung bereitstellt.

15. Gerät nach Anspruch 14, bei dem zumindest zwei Leistungswandler jeweils an die primäre Wicklung des Induktionsmotors durch ein Reaktanzelement (27, 28) gekoppelt sind.

16. Gerät nach Anspruch 1, bei dem der Motor ein dreiphasiger Induktions- motor ist, der drei elektrisch unabhängige Phasenwicklungen aufweist.

17. Gerät nach Anspruch 16, bei dem die Steuereinheit aufweist:

eine Einheit zum Erzeugen eines Drehmomentbefehls (14), der eine gewünschte Drehmomentausgabe des Motors bestimmt und ein Motordrehmoment-Steuersignal erzeugt, das dies anzeigt; und

eine Drehmoment-Steuereinheit (39), die so gekoppelt ist, daß sie das Drehmoment-Steuersignal empfängt und Strombefehle für jede der Phasenwicklungen des Motors erzeugt;

zumindest drei Phasenstrom-Steuereinheiten (40-42), die so gekoppelt sind, daß sie Strombefehle empfangen und Signale ausgeben, um jeweilige der Einzelphasen-Inverter zu steuern.

18. Gerät nach Anspruch 17, bei dem die Einzelphasen-DC-AC-Inverter alle gekoppelt sind, um die elektrische Leistung von einer einzelnen Gleichstrom-Energiezufuhr (8) zu empfangen.

19. Gerät nach Anspruch 18, bei dem jeder der DC-AC-Inverter (46-48) eine Einzelphasen-Hauptbrückenschaltung aufweist, die vier elektrische Leistungsschaltvorrichtungen aufweist.

20. Gerät nach Anspruch 17, bei dem jeder der Einzelphasen-DC-AC-Inverter eine getrennte Gleichstrom-Energiezufuhr (8a, 8b, 8c) aufweist, die so gekoppelt ist, daß sie elektrische Leistung dazu liefert.

21. Gerät nach Anspruch 20, bei dem jeder der DC-AC-Inverter eine Einzelphasen-Hauptbrückenschaltung aufweist, die zwei elektrische Leistungsschaltvorrichtungen (46-48) aufweist und zwei Kondensatoren, die parallel dazu gekoppelt sind.

22. Gerät nach Anspruch 4, bei dem die Steuereinheit Einrichtungen (128, 116, 117) aufweist, um sowohl die maximale Drehmomentausgabe als auch den maximalen Geschwindigkeitswertin Antwort auf Wandler- Ausfallsignale, die einen Ausfall aller Leistungswandler anzeigen, auf Null zu setzen.

23. Gerät nach Anspruch 4, bei dem die Steuereinheit Einrichtungen (129) zum Anzeigen der maximalen Motor-Ausgangsinformation zu einem Betreiber des Motors in Antwort auf Wandler-Ausfallsignale anzeigt, die einen Ausfall von zumindest einem der Leistungswandler anzeigen.

24. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Betriebssignale zumindest ein Gaspedal-Positionssignal (XA), ein Bremspedal- Positionssignal (XW) oder ein Antriebsmodus-Signal (MD) aufweisen.

25. Verfahren zum Steuern eines elektrischen Motors, der gekoppelt ist, um ein elektrisches Fahrzeug anzutreiben, das die Schritte aufweist:

Bereitstellen von mindestens zwei Leistungswandler-Einheiten (5, 6, 33- 35, 36-38), die so gekoppelt sind, daß sie dem Motor elektrische Leistung bereitstellen,

kooperatives Betreiben der Leistungswandler, so daß die Leistung, die von den Leistungswandlern bereitgestellt wird, gleich unter den Leistungswandlern aufgeteilt wird und wobei basierend auf einem Ausgangsdrehmoment des Motors bei einer Geschwindigkeit davon, wenn nicht alle Leistungswandler erforderlich sind, um die Leistung zu liefern, dann Signale bereitgestellt werden, um nur die erforderliche Anzahl von Leistungswandlern für die erforderte Motorleistung anzutreiben;

Erfassen eines Ausfalls irgendeines der Leistungswandler und Bereitstellen von Wandler-Ausfallsignalen, die dies anzeigen;

Sperren irgendeines der Leistungswandler in Antwort auf die Leistungswandler-Ausfallsignale, und Einstellen der Leistung, die von einem oder mehr der übrigen Wandler abgeleitet ist, so daß sie geeignet zum Antreiben des Motors ist.

26. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die Temperaturen der Leistungswandler erfaßt und verglichen werden, so daß die Last an dem Leistungswandler, der die höchste Temperatur hat, reduziert wird, um die Temperaturen der Leistungswandler im wesentlichen zur Gleichheit zu bringen, oder, wenn die Last durch weniger als die gesamte Anzahl von Leistungswandlern geliefert werden kann, die geringste Anzahl von Leistungswandlern ausgewählt wird, so daß die Leistungswandler, die die niedrigste Temperatur(en) haben, verwendet werden.