Drivetrain integrated Dc-Dc converters utilizing zero sequence currents

Senol, Murat; de Doncker, Rik W. (Thesis advisor); Thiringer, Torbjörn (Thesis advisor)

Aachen (2017, 2018)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge des ISEA 108
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (xii, 134 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Kurzfassung

Die Revolution der E-Mobilität hat begonnen. Wo jeder große Spieler in der Autoindustrie, E-Versionen ihrer Produktlinien ankündigt, oder komplett neue elektrische Modelle baut, unterstützt durch das wachsende Bewusstsein der Konsumenten für die Umwelt und ihre Nachfrage nach nachhaltigen Transportmöglichkeiten, aller Unannehmlichkeiten zum Trotze, kann keiner die elektrische Zukunft die Transportmittel mehr bestreiten. Jedoch ist es unwahrscheinlich, dass der elektrische Antrieb den Verbrennungsmotor ersetzt, zumindest in den nächsten paar Jahrzehnten. Es wird geschätzt, dass trotz Elektrifizierung von bis zu 90% der Passagiertransportmittel bis 2030, mehr als 75% dieser Transportmittel mit einem Verbrennungsmotor versehen sein werden. Etwa die Hälfte aller hergestellten Fahrzeuge bis 2030 werden milde Hybride sein, die einen 48V Netzwerk für die Elektrifizierung des Antriebes benutzen werden. Zusammen mit der Zündungs- und der Zugleistungsasisstenzfunktion, werden die höchst stromverbrauchenden Subsysteme eines elektrischen Autos zum 48V Netzwerk abgewandert, um höhere Effizienzniveaus und niedrigere Kosten in diesen Hybriden zu erreichen. Andererseits, ist es sowohl Ökonomisch als auch Technisch vernünftiger, den Spannungsniveau der Low-Power-Electronik bei 12V zu halten. Aus diesem Grunde wird ein alleinstehender dc-dc Wandler eingesetzt, um den 12V Netzwerk zu bespeisen. Ein neuartiger Antrieb mit einer integrierten dc-dc Umrichtertopologie und einem Kontrollalgorhythmus, der den Stromtransfer zwischen dem 48V und dem 12V Netzwerk ermöglicht, wobei es den Zündungsgenerator und sein Invertor, anstatt dem alleinstehenden dc-dc Wandler, benutzt, um Kosten, Gewicht und Volumen zu sparen, wird vom Autor vorgestellt. In Anbetracht des Produktionsvolumens von milden Hybridantrieben im kommenden Jahrzehnt, kann die Auflösung des dc-dc Wandler eine massive Auswirkung in der Autoindustrie haben, nicht nur durch das Vorantreiben der Einsetzung von 48V Netzwerken in Luxusmodellen, sondern auch in günstige Serienmodellen. Der Vorschlag könnte ein Paradigmenwechseleffekt haben, was die milden Hybride angeht und türenöffnend für die kostengünstige Herstellung dieser sein. Der Antrieb mit einem integrierten dc-dc Wandler besteht aus einer Synchronmaschiene, einem konventionellen Dreiphaseninvertor und zwei zusätzliche Schaltern, die den Nullsequenzstrom in der Maschine kontrollieren. Der Nullsequenzstrom wird benutzt, um die Energie zwischen dem 48V und dem 12V Netzwerk zu transportieren. Dieser Energietransfer ist unabhängig von der Maschienengeschwindigkeit und dem Drehmoment; darum kann der integrierte dc-dc Wandler ohne jedwelche Degradierung des Maschienenbetriebsbereichs arbeiten. Diese Arbeit beweist, daß die vorgeschlagene Umrichtertopologie funktioniert und durchführbar ist. Die Resultate der Versuche, die über Prototypen, die Maschinen mit verschiedenen Statoren- und Rotorengeometrien einsetzten, erhalten wurden, zeigen dass, die Effizienz des Antriebes mit integriertem dc-dc Wandler mit einem alleinstehenden dc-dc Wandler über den gesamten Arbeitsbereich hindurch vergleichbar ist. Außerdem, entgegengesetzt des allgemein verbreiteten Missverständnisses, sättigt das Auftreten des Nullsequenzstromes weder den Kern, noch generiert es nennenswerte Verluste.

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