Reichweitenverlängerung von Elektrofahrzeugen durch Optimierung des elektrischen Antriebsstranges

In der Arbeit wird das Optimierungspotential von Elektrofahrzeugen durch Anpassung mehrerer Parameter im Betrieb untersucht. Neben der durch einen DC/DC Wandler anpassbaren Zwischenkreisspannung werden weitere je nach Lastpunkt optimierbare Parameter ausgearbeitet. Auf Basis eines Verlustleistungsmodells werden die Optimierungspotentiale nachgewiesen. Um diese praktisch zu validieren, erfolgt der Aufbau eines speziellen Prüfstandes. Die Einsparpotentiale liegen bei 20% der Verlustenergie

Metaheuristics for online drive train efficiency optimization in electric vehicles

Utilization of electric vehicles provides a solution to several challenges in today’s individual mobility. However, ensuring maximum efficient operation of electric vehicles is required in order to overcome their greatest weakness: the limited range. Even though the overall efficiency is already high, incorporating DC/DC converter into the electric drivetrain improves the efficiency level further. This inclusion enables the dynamic optimization of the intermediate voltage level subject to the current driving demand (operating point) of the drivetrain. Moreover, the overall drivetrain efficiency depends on the setup of other drivetrain components’ electric parameters. Solving this complex problem for different drivetrain parameter setups subject to the current driving demand needs considerable computing time for conventional solvers and cannot be delivered in real-time. Therefore, basic metaheuristics are identified and applied in order to assure the optimization process during driving. In order to compare the performance of metaheuristics for this task, we adjust and compare the performance of different basic metaheuristics (i.e. Monte-Carlo, Evolutionary Algorithms, Simulated Annealing and Particle Swarm Optimization). The results are statistically analyzed and based on a developed simulation model of an electric drivetrain. By applying the bestperforming metaheuristic, the efficiency of the drivetrain could be improved by up to 30% compared to an electric vehicle without the DC/DC- converter. The difference between computing times vary between 30 minutes (for the Exhaustive Search Algorithm) to about 0.2 seconds (Particle Swarm) per operating point. It is shown, that the Particle Swarm Optimization as well as the Evolutionary Algorithm procedures are the best-performing methods on this optimization problem. All in all, the results support the idea that online efficiency optimization in electric vehicles is possible with regard to computing time and success probability

Elektromobilität: Prüfstände für die Optimierung des elektrischen Antriebsstrangs

Der vorliegende Beitrag beschreibt die Motivation hinter den Forschungsarbeiten im Electric Mobility Competence Center (EMC^2) rund um elektrische Antriebskomponenten für die Elektromobilität sowie die Notwendigkeit, diese Forschungsarbeiten an Prüfständen zu testen und zu validieren. Zunächst wird näher auf die Charakteristik von elektrischen Maschinen eingegangen, um anschließend die verwendete Prüfstandtechnik vorzustellen.The present article describes the motivation behind the research work about electric drivetrain components for electromobility usage of the Electric Mobility Competence Center (EMC^2). Furthermore, the need for testbenches to test and validate this research work is explained. At first the characteristic of electrical machines is described, later on the used test bench technology is presented

Online Identification of Semiconductor Switching Times in Inverters with Inductive Load Using an FPGA and Potential Separated Comparators

The nonlinear behavior of inverters is largely impacted by the interlocking and switching times. A method for online identifying the switching times of semiconductors in inverters is presented in the following work. By being able to identify these times, it is possible to compensate for the nonlinear behavior, reduce interlocking time, and use the information for diagnostic purposes. The method is first theoretically derived by examining different inverter switching cases and determining potential identification possibilities. It is then modified to consider the entire module for more robust identification. The methodology, including limitations and boundary conditions, is investigated and a comparison of two methods of measurement acquisition is provided. Subsequently the developed hardware is described and the implementation in an FPGA is carried out. Finally, the results are presented, discussed, and potential challenges are encountered

Verfahren zum Betrieb eines batterieelektrischen Fahrzeugs (DE102021003611A1)

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines batterieelektrischen Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs und einem Inverter (1) zum Ansteuern eines Stators (2) der elektrischen Maschine, wobei der Inverter (1) eine dreiphasige Brückenschaltung mit einer Anzahl von als Halbleiter ausgebildeten Schaltern (3) umfasst, wobei im Inverter (1) und/oder in der elektrischen Maschine entstehende Verluste zum Heizen eines Innenraums des Fahrzeugs und/oder zum Temperieren einer Batterie und/oder zum Temperieren von Getriebeöl verwendet werden, wobei eine als Wechselstrom ausgebildete nichtdrehmomentbildende Statorstromkomponente (Id) in die elektrische Maschine eingeprägt wird, wobei im Stillstand eine drehmomentbildende Statorstromkomponente (Iq) zu Null geregelt wird, wobei im Fahrbetrieb ein Kompensationsstrom als drehmomentbildende Statorstromkomponente (Iq) eingeprägt wird, der ein durch die Variation der nichtdrehmomentbildenden Statorstromkomponente (Id) entstehendes Drehmoment kompensiert

Regelung von Drehstromantrieben

Elektrische Antriebe sind ein innovationstreibender Kernbestandteil vieler industrieller Anlagen und Einrichtungen. Damit sie diese herausragende Rolle mit den daran geknüpften Erwartungen erfüllen können, ist neben optimierten Elektromotoren und sie speisenden, schnell schaltenden Stromrichterstellgliedern auch eine hochdynamische Regelung erforderlich. Diesem Umstand wird mit der angebotenen Veranstaltung in Form einer detaillierten Einführung in die Thematik der Regelung elektrischer Antriebe Rechnung getragen

Extended algorithm for current slope estimation in inverter fed synchronous machines

The present work describes an extension of current slope estimation for parameter estimation of permanent magnet synchronous machines operated at inverters. The area of operation for current slope estimation in the individual switching states of the inverter is limited due to measurement noise, bandwidth limitation of the current sensors and the commutation processes of the inverter's switching operations. Therefore, a minimum duration of each switching state is necessary, limiting the final area of operation of a robust current slope estimation. This paper presents an extension of existing current slope estimation algorithms resulting in a greater area of operation and a more robust estimation result

Circuit Arrangement for a Motor Vehicle, in Particular for a Hybrid or Electric Vehicle (US20220032798A1)

A circuit arrangement of a motor vehicle includes a high-voltage battery for storing electrical energy, an electric machine for driving the motor vehicle, a converter via which high-voltage direct current voltage provided by the high-voltage battery is convertible into high-voltage alternating current voltage for operating the electric machine, and a charging connection for providing electrical energy for charging the high-voltage battery. The converter is a three-stage converter having a first switch unit which is assigned to a first phase of the electric machine. The first switch unit has two switch groups connected in series which each have two insulated-gate bipolar transistors (IGBTs) connected in series, where a connection is disposed between the IGBTs of one of the two switch groups, which connection is electrically connected directly to a line of the charging connection

Circuit pour véhicule automobile, en particulier pour véhicule hybride ou électrique

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einer Hochvolt-Batterie (12) zum Speichern von elektrischer Energie, mit wenigstens einer elektrischen Maschine (14) zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, mit einem Stromrichter (16), mittels welchem von der Hochvolt-Batterie (12) bereitstellbare Hochvolt-Gleichspannung in Hochvolt-Wechselspannung zum Betreiben der elektrischen Maschine (14) umwandelbar ist, und mit einem Ladeanschluss (20) zum Bereitstellen von elektrischer Energie zum Laden der Hochvolt-Batterie (12), wobei der Stromrichter (16) als ein Drei-Stufen-Stromrichter ausgebildet ist und wenigstens eine einer Phase (u) der elektrischen Maschine (14) zugeordnete Schaltereinheit (46) aufweist, welche zwei in Reihe geschaltete Schaltergruppen (52, 54) umfasst, die jeweils zwei in Reihe geschaltete IGBTs (T11, T12, T13, T14) aufweisen, wobei zwischen den IGBTs (T11, T12) einer der Schaltergruppen (52, 54) ein Anschluss (64) angeordnet ist, welcher direkt mit einer Leitung (34) des Ladeanschlusses (20) elektrisch verbunden ist.The invention relates to a circuit assembly (10) for a motor vehicle, comprising a high-voltage battery (12) for storing electric energy, at least one electric machine (14) for driving the motor vehicle, a converter (16), by means of which a high-voltage DC current which can be provided by the high-voltage battery (12) can be converted into a high-voltage AC current in order to drive the electric machine (14), and a charging terminal (20) for providing electric energy in order to charge the high-voltage battery (12). The converter (16) is designed as a three-level converter and has at least one switch unit (46) that is assigned one phase (u) of the electric machine (14) and comprises two switch groups (52, 54) which are connected in series and each of which has two IGBTs (T11, T12, T13, T14) connected in series, wherein a terminal (64) is arranged between the IGBTs (T11, T12) of one of the switch groups (52, 54), said terminal being directly electrically connected to a line (34) of the charging connection (20).L'invention concerne un circuit (10) pour un véhicule automobile, pourvu d'une batterie à haute tension (12) pour l'accumulation d'énergie électrique, d'au moins un moteur électrique (14) pour l'entraînement du véhicule automobile, d'un convertisseur de puissance (16), au moyen duquel la tension continue à haute tension pouvant être fournie par la batterie à haute tension (12) peut être convertie en tension alternative à haute tension pour le fonctionnement du moteur électrique (14), et d'un raccordement de charge (20) pour la fourniture d'énergie électrique permettant la charge de la batterie à haute tension (12), le convertisseur de puissance (16) étant réalisé sous la forme d'un convertisseur de puissance à trois étages et présentant au moins une unité de commutation (46) qui est associée à une phase (u) du moteur électrique (14) et qui comprend deux groupes de commutateurs (52, 54) montés en série, qui présentent respectivement deux transistors bipolaires à porte isolée (T11, T12, T13, T14) montés en série, un raccordement (64), lequel est relié électriquement directement à une ligne (34) du raccordement de charge (20), étant disposé entre les transistors bipolaires à porte isolée (T11, T12) d'un des groupes de commutateurs (52, 54)

A phase based approach for machine inductance estimation via current slope detection of an inverter fed IPMSM

The following describes a new method for estimating the parameters of an interior permanent magnet synchronous machine (IPMSM). For the estimation of the parameters the current slopes caused by the switching of the inverter are used to determine the unknowns of the system equations of the electrical machine. The angle and current dependence of the machine parameters are linearized within a PWM cycle. By considering the different switching states of the inverter, several system equations can be derived and a solution can be found within one PWM cycle. The use of test signals and filter-based approaches is avoided. The derived algorithm is explained and validated with measurements on a test bench