專利名稱：在干擾情況下關(guān)斷電機(jī)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的用于在干擾情況下
關(guān)斷具有脈沖逆變器(Pulswechselrichter)的電機(jī)的方法、以及一 種根據(jù)權(quán)利要求8的前序部分的相應(yīng)的裝置。
背景技術(shù)：
例如在混合動(dòng)力車輛中采用具有脈沖逆變器的電機(jī)，在混合動(dòng)力 車輛中電機(jī)選擇性地在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行或發(fā)電機(jī)運(yùn)行中運(yùn)行。在電動(dòng)機(jī)運(yùn) 行中，電機(jī)生成例如在加速階段中支持內(nèi)燃機(jī)的附加的傳動(dòng)力矩，在 發(fā)電機(jī)運(yùn)行中，電機(jī)生成存儲(chǔ)在諸如電池或超級(jí)電容(Super-Cap)的 儲(chǔ)能器中的電能。借助脈沖逆變器來調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行方式和功率。
已知的脈沖逆變器(PWR)包括一系列的開關(guān)，利用這些開關(guān)選擇 性地相對(duì)于高電位、即所謂的中間電路電壓或相對(duì)于低參考電位、尤 其是地來切換電機(jī)的各個(gè)相(U， V， W)。由外部的控制設(shè)備來控制開 關(guān)，該控制設(shè)備根據(jù)司機(jī)愿望(加速或制動(dòng))來計(jì)算電機(jī)的額定運(yùn)行 點(diǎn)。脈沖逆變器與控制設(shè)備相連接，并從該控制設(shè)備獲得相應(yīng)的運(yùn)行 數(shù)據(jù)或控制指令。
在可能例如由于過高的電池電流或過高的引線電流而形成的干擾 的情況下，將脈沖逆變器切換到安全狀態(tài)下，以便防止電氣元件的可 能的損壞。從現(xiàn)有技術(shù)中主要已知兩種替代地被應(yīng)用的不同的關(guān)斷方 法在第一種方法中，閉合所有與低電位相連接的開關(guān)(低側(cè)開關(guān))， 并且打開所有與高電位相連接的開關(guān)(高側(cè)開關(guān))。該運(yùn)行方式也稱 為短路模式。在另一種關(guān)斷方法中，打開脈沖逆變器的所有的開關(guān)。 這也稱為斷開(Freischalt)模式'
已知的關(guān)斷方法原則上適于保護(hù)儲(chǔ)能器或連接在其上的電氣元 件，但是具有一些缺點(diǎn)。因此例如相電流可能在轉(zhuǎn)換到短路模式之后 還短時(shí)間(1-1. 5個(gè)半波)上升。所以必須相應(yīng)低地調(diào)節(jié)短路模式的觸 發(fā)閾值。除此之外，到短路模式的轉(zhuǎn)換還引起機(jī)器力矩的跳躍式的改 變，該改變可能對(duì)車輛特性產(chǎn)生干擾影響。此外，在短路模式下還在 電機(jī)中生成可能導(dǎo)致過熱的可觀的電損耗功率。而斷開模式尤其是具
有以下缺點(diǎn)，即中間電路電壓在轉(zhuǎn)換到斷開模式之后還可能上升50V 和更多。因此可能使儲(chǔ)能器和另外的電氣元件過充電或損壞。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的任務(wù)是創(chuàng)造一種用于關(guān)斷電機(jī)的方法，該方法在后 續(xù)的電流上升或電壓上升方面具有較小的副作用，并導(dǎo)致對(duì)機(jī)器力矩 的較小的影響和電機(jī)的較少的發(fā)熱。在此情況下，該方法應(yīng)可以盡可 能簡(jiǎn)單和低成本地實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)通過在權(quán)利要求1中以及在權(quán)利要求8中所 說明的特征來解決。本發(fā)明的其它的擴(kuò)展方案是從屬權(quán)利要求的主題。
本發(fā)明的一個(gè)主要的方面在于，順序地利用兩種已知的關(guān)斷運(yùn)行 方式，并且首先將電機(jī)切換到斷開模式，并且隨后切換到短路模式。 如果斷開模式是足夠短的并且相對(duì)快地轉(zhuǎn)換到短路模式，則可以限制
與斷開模式相關(guān)聯(lián)的負(fù)面效應(yīng).除此之外，僅還在顯著更小的程度上 出現(xiàn)與短路模式相關(guān)聯(lián)的效應(yīng).斷開模式和短路模式的順序的耦合因 此具有可以顯著降低或完全消除上述缺點(diǎn)的主要優(yōu)點(diǎn)。
優(yōu)選地在預(yù)先給定的時(shí)間閾值之后進(jìn)行從斷開模式到短路模式的 轉(zhuǎn)換。該時(shí)間閾值應(yīng)優(yōu)選地與相應(yīng)的應(yīng)用相匹配，并且例如可以為10 ms ?？梢院?jiǎn)單地并且低成本地例如借助時(shí)間元件來實(shí)現(xiàn)時(shí)間閾值的預(yù) 先給定。
上述的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)可以選擇性地與一個(gè)或多個(gè)附加的標(biāo)準(zhǔn)、尤其是 儲(chǔ)能器或電機(jī)的電流狀態(tài)和/或電壓狀態(tài)相關(guān)聯(lián)。由此實(shí)現(xiàn)，脈沖逆變 器較長(zhǎng)時(shí)間地保持在斷開模式下，并且只有當(dāng)在電機(jī)上或在連接在該 電機(jī)上的電網(wǎng)中達(dá)到臨界電流和/或電壓狀態(tài)時(shí)，才從斷開模式轉(zhuǎn)換到 短路模式。
根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施形式，當(dāng)滿足了時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)并且諸如電池電 流的電流值附加地超過預(yù)先給定的閾值時(shí)，進(jìn)行從斷開模式到短路模 式的過渡。因此只有當(dāng)電池(充電)電流達(dá)到臨界值時(shí)，才進(jìn)行到短 路模式的轉(zhuǎn)換，
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施形式，當(dāng)滿足了所述的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)并且諸如 中間電路電壓的電壓值超過預(yù)先給定的閾值時(shí)，進(jìn)行到短路模式的轉(zhuǎn) 換。因此尤其可以防止損壞對(duì)電壓敏感的元件。設(shè)置有合適的電流傳 感器或電壓傳感器，用于測(cè)量所述的電流或電壓。這些電流傳感器或
電壓傳感器可以被集成在控制設(shè)備中。
根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施形式，當(dāng)滿足了所述的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)并且電機(jī) 的轉(zhuǎn)速超過預(yù)先給定的閾值時(shí)，進(jìn)行到短路模式的轉(zhuǎn)換。如開始時(shí)已 提及的那樣，斷開模式特別是在高轉(zhuǎn)速時(shí)是關(guān)鍵的，因?yàn)樵诖饲闆r下 由電機(jī)生成可能損壞電池或儲(chǔ)能器的相應(yīng)高的電壓。轉(zhuǎn)速的閾值優(yōu)選
地為電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速的大約50%,優(yōu)選地設(shè)置有合適的轉(zhuǎn)速傳感器，用 于測(cè)量所述的轉(zhuǎn)速。


以下借助附圖示例性地更詳細(xì)地闡述本發(fā)明。
圖l展示具有脈沖逆變器的三相電機(jī)的示意圖2展示在干擾情況下電機(jī)的不同運(yùn)行狀態(tài)的狀態(tài)圖；以及
圖3展示與轉(zhuǎn)速有關(guān)的到短路模式的轉(zhuǎn)換的示例圖。
具體實(shí)施例方式
圖1展示電機(jī)1和連接在其上的脈沖逆變器2的示意圖。脈沖逆 變器(PWR) 2包括多個(gè)開關(guān)3a-3f，這些開關(guān)3a-3f與電機(jī)1的各個(gè) 相U、 V、 W相連接，并相對(duì)于高的供電電位(電池電壓UBat)或相對(duì)于 低的參考電位(地)切換所述相U、 V、 W。與高的供電電位UB"相連接 的開關(guān)3a-3c在此也稱為"高側(cè)開關(guān)"，而與地相連接的開關(guān)3d-3f 稱為"低側(cè)開關(guān)".脈沖逆變器2此外還包括多個(gè)以六脈沖整流器橋 電路形式布置的自振蕩二極管(Freilaufdiode) 4a-4f。在此，各一 個(gè)二極管4a-4f與開關(guān)3a-3f之一并聯(lián)布置。
PWR 2確定電機(jī)1的功率和運(yùn)行方式，并由控制設(shè)備6來相應(yīng)地控 制。電機(jī)1因此可以選擇性地在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行或發(fā)電機(jī)運(yùn)行中運(yùn)行。在 電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，它生成例如在加速階段中支持內(nèi)燃機(jī)的附加的傳動(dòng)力 矩。而在發(fā)電機(jī)運(yùn)行中將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，并存儲(chǔ)在儲(chǔ)能器中，這 里存儲(chǔ)在電池5中。
主要用來穩(wěn)定電池電壓UBat的所謂的中間電路電容器C與脈沖逆變 器2并聯(lián)布置。
圖2展示在關(guān)斷電機(jī)1時(shí)不同運(yùn)行狀態(tài)的狀態(tài)圖。在此，狀態(tài)Z1 表示正規(guī)(正常)運(yùn)行，狀態(tài)Z2表示斷開模式，而狀態(tài)Z3表示短路 模式。在系統(tǒng)的可能例如由過高的電流值或電壓值或由過高的溫度引 起的干擾情況下，脈沖逆變器2 (由控制設(shè)備6觸發(fā))自動(dòng)切換到斷開 模式Z2下，以便避免損壞電機(jī)l或?qū)﹄妷好舾械脑?br> 轉(zhuǎn)換條件在這里用B12來表示，并可以按照應(yīng)用來自由選擇。在 斷開模式Z2下打開所有的開關(guān)3a-3f 。轉(zhuǎn)換條件B12通常被表達(dá)為電 壓、電流或溫度的函數(shù)。設(shè)置有(例如在控制設(shè)備6中集成)相應(yīng)的 傳感器，用于測(cè)量所需要的電流值、電壓值或溫度值。
在出現(xiàn)條件B23時(shí)，電機(jī)1或脈沖逆變器2自動(dòng)地從斷開模式(Z2 ) 轉(zhuǎn)換到短路模式(Z3)下。對(duì)于到短路模式(Z3)下的轉(zhuǎn)換，可以表 達(dá)不同的條件B23。應(yīng)選擇轉(zhuǎn)換條件B23，使得避免尤其是電池5的損 壞.
第一可能性例如在于預(yù)先給定純粹的時(shí)間條件。在此情況下，當(dāng)
斷開模式Z2的持續(xù)時(shí)間已超出了譬如10 ms的預(yù)先給定的時(shí)間閾值時(shí)，
進(jìn)行到短路模式Z3下的轉(zhuǎn)換。該實(shí)現(xiàn)方案是特別簡(jiǎn)單的.優(yōu)選地在持
續(xù)時(shí)間t之后進(jìn)行到短路模式Z3下的轉(zhuǎn)換，其中 t = L.K'lmax/[Uzk + FMmax.K
式中
t =線性地到值零的衰減時(shí)間， L/R電感/電阻(繞組星形連接)
=在關(guān)斷之前的最大的引線電流
K =系數(shù)(值1.5…2.0) Uzk =中間電路電壓
第二可能性在于，當(dāng)滿足了上述的時(shí)間條件并且電池充電電流(發(fā) 電機(jī)運(yùn)行)大于譬如20A的預(yù)先給定的閾值時(shí)，轉(zhuǎn)換到短路模式Z3下。 在此情況下，當(dāng)電池充電電流已達(dá)到了臨界值時(shí)，進(jìn)行到短路模式的 轉(zhuǎn)換。
第三可能性在于，當(dāng)滿足了上述的時(shí)間條件并且中間電路電壓Uzk 超出了預(yù)先給定的閣值時(shí)，將脈沖逆變器2轉(zhuǎn)換到短路模式Z3下。在 此情況下，因此能夠防止PWR 2的損壞。
第四可能性在于，當(dāng)電機(jī)l中的轉(zhuǎn)速n超出了預(yù)先給定的閣值時(shí)， 將脈沖逆變器2轉(zhuǎn)換到短路模式Z3下。該閾值在此優(yōu)選地為最高轉(zhuǎn)速 的大約50%。
控制設(shè)備6包括讀入并處理對(duì)于所實(shí)施的方法來說必需的量(電 壓和/或電流和/或溫度和/或轉(zhuǎn)速)的算法。控制設(shè)備優(yōu)選地包括至少
一個(gè)定時(shí)器，利用該定時(shí)器來檢驗(yàn)所述的時(shí)間條件。該算法在此如上
所述工作。當(dāng)干擾被確定、即滿足了條件B12時(shí)，控制設(shè)備6生成用 于PWR 2的控制信號(hào)A，利用該控制信號(hào)A將PWR 2首先切換到斷開模 式。在出現(xiàn)條件B23時(shí)，控制設(shè)備6于是生成用于PWR 2的控制信號(hào)A， 利用該控制信號(hào)A將PWR 2切換到短路模式Z3下。
圖3展示根據(jù)電機(jī)1的轉(zhuǎn)速n (或成比例的轉(zhuǎn)速)從斷開模式Z2 到短路模式Z3下的轉(zhuǎn)換.如可以識(shí)別的那樣，電機(jī)l首先處于具有上 升轉(zhuǎn)速n的正規(guī)運(yùn)行中。在時(shí)刻t0出現(xiàn)滿足條件B12的干擾。于是將 脈沖逆變器2切換到斷開模式Z2下。在時(shí)刻t0之后不久達(dá)到10 ms 的時(shí)間閾值。電機(jī)1的轉(zhuǎn)速n在此之后繼續(xù)上升，直至它達(dá)到3000 min1 的值為止。在時(shí)刻tl滿足了條件B23 (t〉10ms并且n〉3000 min—')。 系統(tǒng)因此切換到短路模式Z3下?；靥鴹l件B21和B31在這里是上級(jí)的， 但是將不進(jìn)一步加以論述。
權(quán)利要求
1.用于在干擾情況下運(yùn)行具有脈沖逆變器(2)的電機(jī)(1)的方法，其特征在于，在干擾情況下所述電機(jī)(1)首先被切換到斷開模式(Z2)，并且隨后被切換到短路模式(Z3)，其中在所述斷開模式(Z2)下所述脈沖逆變器(2)的所有開關(guān)(3a-3f)都被打開，在所述短路模式(Z3)下與高電位相連接的開關(guān)(3a-3c)被打開，而與低電位(U0)相連接的開關(guān)(3d-3f)被閉合。
2. 按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，當(dāng)超出預(yù)先給定的 時(shí)間閾值時(shí)，所述電機(jī)(1)從所述斷開模式(Z2)被切換到所述短路 模式(Z3)。
3. 按照權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，根據(jù)以下關(guān)系式來選擇所述時(shí)間閾值<formula>formula see original document page 2</formula>
4. 按照以上權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，當(dāng)超出預(yù)先 給定的時(shí)間閾值并且電流值、尤其是電池電流(IBat)超出預(yù)先給定的 閾值時(shí)，所述電機(jī)(1 )從所述斷開模式(Z2 )被切換到所述短路模式(Z3)。
5. 按照權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，當(dāng)超出預(yù) 先給定的時(shí)間闞值并且電壓值、尤其是中間電路電壓(Uzk)超出預(yù)先 給定的閾值時(shí)，所述電機(jī)(1)從所述斷開模式(Z2)被切換到所述短 路模式(Z3)。
6. 按照權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，當(dāng)超出預(yù) 先給定的時(shí)間閾值并且轉(zhuǎn)速(n)超出預(yù)先給定的閾值時(shí)，所述電機(jī)(1 ) 從所述斷開模式(Z2)被切換到所述短路模式(Z3)。
7. 按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述閾值為最高轉(zhuǎn) 速的大約50%。
8. 用于在干擾情況下運(yùn)行具有脈沖逆變器(2)的電機(jī)(1)的裝 置，其特征在于，設(shè)置有控制設(shè)備(6),該控制設(shè)備(6)在干擾情況下控制所述 脈沖逆變器(2 ),使得所述脈沖逆變器(2 )首先切換到斷開模式(Z2 )， 并且隨后切換到短路模式(Z3)，其中在所述斷開模式(Z2)下所述 脈沖逆變器(2 )的所有開關(guān)(3a-3f )都被打開，在所述短路模式(Z3 ) 下與高電位相連接的開關(guān)(3a-3c)被打開，而與低電位(U。)相連接 的開關(guān)(3d-3f )被閉合.
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在干擾情況下關(guān)斷具有脈沖逆變器(2)的電機(jī)(1)的方法。當(dāng)將電機(jī)(1)首先切換到脈沖逆變器(2)的所有開關(guān)(3a-3f)被打開的斷開模式(Z2)下并且隨后切換到與高電位(U_Bat)相連接的開關(guān)(3a-3c)被打開而與低電位(地)相連接的開關(guān)(3d-3f)被閉合的短路模式(Z3)下時(shí)，可以使在關(guān)斷電機(jī)時(shí)的不受歡迎的副作用最小化并且使正規(guī)的電機(jī)運(yùn)行(Z1)最大化。
文檔編號(hào)H02P3/18GK101371431SQ200780002950
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月24日
發(fā)明者J·庫(kù)納, K·雷克伯格, M·斯塔爾, M·特魯恩克, M·阿克曼 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司