LEISTUNGSSTEUERUNG


Controlling power during driving and charging.Tesla's Power Electronics control power during driving and charging.

Das Power Electronics Module fungiert als Engergiebrücke zwischen Ladeanschluss, Akku und Motor. Jedes Elektron, das jemals in einem Roadster verwendet wurde, vom Antrieb bis zur Innenbeleuchtung, fließt durch das Power Electronics Module.

Alle Leistungselektroniksysteme im Roadster besitzen die gleichen grundlegenden Funktionen, die Weiterleitung der Leistung von einer Quelle zur Umwandlung in mechanische Leistung oder zur Speicherung im Akku. Der Akku des Roadsters, wie bei allen Batterien und Akkus, speichert Elektrizität als Gleichspannung. Der Motor nutzt Energie in Form einer Wechselspannung. Die Spannung wird durch Schalter, die IGBTs genannt werden, sehr schnell ein- und ausgeschaltet. Da die IGBTs mehr Strom aus dem Akku zum Motor leiten, wächst die Wechselspannung in der Amplitude, bis das maximale Drehmoment im Motor erzeugt wird. In dem folgenden Video sehen Sie, wie die Wechselspannung ansteigt, wenn der Roadster von 0 auf 60 mph beschleunigt.

Das Aufladen des Roadsters erfolgt mit Wechselstrom. Das Ladegerät im PEM konvertiert beim Laden des Akkus Wechselspannung in Gleichspannung und der Antriebsumrichter im PEM wandelt zum Fahren wieder Gleichspannung in Wechselspannung.

Im Fahrbetrieb reagiert das PEM auf Informationen von Gaspedal, Drehzahlsensor, ABS-Drehzahlsensoren und anderen Antriebsstrangsensoren. Das Power Electronics Module bestimmt das über die Gaspedalstellung angeforderte Drehmoment und überwacht die ABS-Drehzahlsensoren, um ein Durchdrehen der Reifen zu erkennen. Basierend auf der Rückkopplung der Sensoren produziert es Drehmoment durch die Umwandlung der im Akku gespeicherten Gleichspannung in die entsprechende Wechselspannung an den Motorklemmen. Wenn der Fahrer das Gaspedal niedertritt, erhöht das Power Electronics Module Motorstrom und -spannung, um das für eine Beschleunigung von 0 auf 60 mph in 3,7 Sekunden erforderliche Drehmoment zu erzeugen.  

Im Lademodus wandelt das Power Electronics Module Wechselspannung im Bereich von 90 V und 265 V aus dem Stromnetz in Gleichspannungen zwischen 250 V und 425 V. Der breite zulässige Eingangswechselspannungsbereich ermöglicht das Laden des Fahrzeugs an nahezu jeder Steckdose weltweit. Die Eingangsfrequenz kann entweder 50 Hz oder 60 Hz betragen, was wiederum für eine weltweite Kompatibilität sorgt. Das Vehicle Management-System (VMS) berechnet den Akku-Ladezustand und sendet Anfragen an das PEM, das dann, basierend auf dem angeforderten Ladestrom, Strom an den Akku ausgibt.

 

UNTER DER PEM-ABDECKUNG

Innerhalb des Power Electronic Modules sind drei Hauptsysteme vorhanden - Leistungsstufen, ein Controller und ein Netzfilter. Die Leistungsstufen, genannt Megapoles, bilden den komplexesten Teil. Megapoles sind große Halbleiterschalter-Arrays, die den Ladeanschluss oder den Motor mit dem Akku verbinden, je nachdem, ob das Fahrzeug geladen wird oder fährt.

Innerhalb der Megapoles befinden sich sechs verschiedene Schalter, die in drei Paaren, Halbbrücken genannt, gruppiert sind. Im Fahrbetrieb bildet jede Brücke eine Phase. Jede Phase wird mit einer Phase des dreiphasigen Wechselstrom-Induktionsmotors verbunden. Im Lademodus sind nur zwei Brücken erforderlich, eine für jeden Draht des Wechselspannungsnetzes. Die Lade- und Fahrbetriebsmodi sind als ein Satz von vier großen Relais, Schütze genannt, konfiguriert. Die Schütze verwenden die Halbleiterschalter, um den Akku mit dem Ladeanschluss oder dem Motor zu verbinden. Wenn der Roadster eingeschaltet wird, ist eine Reihe von Klickgeräuschen hörbar, wenn die Schütze die Verbindung zum Motor zu schließen.

Jeder Schalter besteht aus vierzehn Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs). Ohne IGBTs sind die heutigen fortschrittlichen Elektrofahrzeuge nicht möglich. Insgesamt werden 84 IGBTs im Power Electronics Module verwendet. Jeder IGBT misst weniger als 6,452 Quadratzentimeter und ist etwa 0,635 cm dick. Innerhalb des IGBT-Pakets befindet sich ein kleines Stück Silizium, mit der Dicke von etwa ein paar Blättern Papier und 0,635 cm Seitenlänge. Die Gesamtfläche des IGBT-Siliziums im gesamten PEM beträgt weniger als 32,26 Quadratzentimeter (etwa die Größe einer Visitenkarte).

Die zweite wichtige Komponente des Power Electronics Modules ist die Controller-Platine, die die Schalter ein- und ausschaltet. Die Schalter können bis 32.000 Mal pro Sekunde ein- und ausschalten. Der Controller enthält zwei Prozessoren: den Haupt-DSP und einen sekundären Sicherheitsprozessor. Der DSP steuert das Drehmoment, das Ladeverhalten und interpretiert Anfragen des Fahrzeug-Management-Systems. Der Sicherheitsprozessor überwacht das Gaspedal und den Motorstrom, um unerwartete Verhaltensweisen zu erkennen. Wenn der Sicherheitsprozessor einen mit der Gaspedalstellung nicht übereinstimmenden Motorstrom misst, kann dieser das System anhalten. Während dieses Verhalten äußerst unwahrscheinlich ist, bedeutet diese Redundanz, dass eine Störung im Haupt-DSP kein unerwartetes Drehmoment erzeugen kann.

Die dritte wichtige Komponente des Power Electronics Modules ist der Lade-Eingangsfilter. Beim Laden des Roadsters schalten die IGBTs mit 32 kHz, wodurch eine große Menge elektrischer Interferenzen auf der AC-Seite der Leistungsstufen erzeugt werden. Können die Interferenzen zurück in das Stromnetz gelangen, könnten andere Geräte, wie Radios, Handys, usw. beeinträchtigt werden. Eine Gruppe von großen Induktoren, Drosseln genannt, zwischen den IGBTs und dem Ladeanschluss filtern die Interferenzen und vermeiden unerwünschte Beeinträchtigungen.

Alles zusammen genommen ist es erstaunlich, dass ein paar winzige Stückchen Silizium, mit einer Fläche von insgesamt weniger als einer Visitenkarte, Zehntausende Mal pro Sekunde ein- und ausschalten können und den Fluss von über 900 Ampere des Roadster Motors steuern. Das erstaunliche Fahrerlebnis wird einfach durch Silizium-Chips und einem sich drehenden Rotor anstelle von Kolben, Einspritzdüsen, Nockenwellen, einer Kurbelwelle, Ventilen und einer ganzen Menge Benzin gesteuert.

TRAKTIONSKONTROLLE

Die Leistungsregelung von Tesla ermöglicht eine Traktionskontrolle mit erstaunlichen Verbesserungen gegenüber Systemen in Verbrennungsmotor-Fahrzeugen. Die Traktionskontrolle in Verbrennungsmotor-Fahrzeugen hat einige Optionen, um die Traktion auf vorgegebenem Niveau zu halten: Motorfunken löschen, Kraftstoffversorgung reduzieren oder eine elektronische Drosselklappensteuerung verwenden, um aktiv Drosselanforderungen zu modulieren. Grundsätzlich ist es praktisch unmöglich, ein nahe Null-Drehmoment in einem Verbrennungsmotor zu halten, wohingegen das Null-Drehmoment in einem elektrischen Antrieb einfach zu erzielen ist. Im Roadster kann das Motordrehmoment genau, entweder schrittweise oder schnell, reduziert werden - was zu einer besseren Kontrolle mit weniger spürbarem Leistungsverlust führt. Mit den an Bord befindlichen Sensoren prognostiziert das Fahrzeug eine erreichbare Traktion, bevor der Fahrer selbst den Befehl zur Änderung der Beschleunigung geben kann. Es ist viel sicherer, den Verlust an Traktion zu vermeiden als darauf zu reagieren. Professionelle Testfahrer stellten fest, dass sie in der Lage sind, höhere Leistung mit der Roadster Traktionskontrolle zu erzielen, als in vergleichbaren Kraftstofffahrzeugen.

 


Traktionskontrolle: Ein

Traktionskontrolle: Aus

X Deutschland Site Besuchen