用于逆變器的運(yùn)行狀態(tài)電路以及用于設(shè)定逆變器的運(yùn)行狀態(tài)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于逆變器的運(yùn)行狀態(tài)電路以及用于設(shè)定逆變器、尤其是用于給同步電機(jī)供電的逆變器的運(yùn)行狀態(tài)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動(dòng)力或電動(dòng)車(chē)輛的電驅(qū)動(dòng)裝置可以具有被永久勵(lì)磁的電機(jī)、尤其是同步電機(jī)，所述電機(jī)借助于脈沖逆變器被供應(yīng)交變電壓。在此，在低壓側(cè)上出現(xiàn)故障狀態(tài)的情況下、例如在電子控制、能量供應(yīng)、不同的傳感器、數(shù)據(jù)通信或保險(xiǎn)裝置失靈的情況下可能必需在逆變器中設(shè)定安全狀態(tài)、即逆變器的如下開(kāi)關(guān)狀態(tài):在該開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，動(dòng)用車(chē)輛的人員、例如發(fā)生事故時(shí)的救援隊(duì)的安全性和電系統(tǒng)的完整性仍然被保證。
[0003]通常，逆變器的控制設(shè)備由車(chē)輛的低壓系統(tǒng)來(lái)供電。在低壓供電失靈時(shí)，逆變器的控制設(shè)備可以自主地將逆變器切換到安全狀態(tài)，以便防止電部件例如由于到給逆變器饋電的直流電壓中間電路中的不受控的能量輸入而造成的可能損傷。在此，可以以常規(guī)方法實(shí)現(xiàn)不同的電路狀態(tài)。
[0004]例如，全部與低電位連接的開(kāi)關(guān)、所謂的低側(cè)開(kāi)關(guān)可以被閉合，并且所有與高電位連接的開(kāi)關(guān)、所謂的高側(cè)開(kāi)關(guān)可以被斷開(kāi)。所述運(yùn)行方式也被稱(chēng)為到低電位的短路狀態(tài)。替代地，也可以閉合所有高側(cè)開(kāi)關(guān)，并且斷開(kāi)所有低側(cè)開(kāi)關(guān)，使得形成到高電位的短路狀態(tài)。在另一關(guān)斷方法中，脈沖逆變器的全部開(kāi)關(guān)都被斷開(kāi)。這也被稱(chēng)為空轉(zhuǎn)模式。
[0005]從文獻(xiàn)DE 10 2006 003 254 Al中例如已知關(guān)斷方法的組合:例如因?yàn)橄嚯娏髟谇袚Q到短路狀態(tài)以后仍然可以短時(shí)間升高，所以在那里提出，順序地使用兩種已知的關(guān)斷運(yùn)行方式并且將電機(jī)首先切換到空轉(zhuǎn)模式并且接著切換到短路狀態(tài)。
[0006]文獻(xiàn)DE 10 2009 047 616 Al公開(kāi)了一種用于電機(jī)的逆變器電路，該逆變器電路在故障情況下可以從有效短路的運(yùn)行狀態(tài)被置于空轉(zhuǎn)的運(yùn)行狀態(tài)。
[0007]文獻(xiàn)WO 2012/000710 A2公開(kāi)了一種用于運(yùn)行充當(dāng)機(jī)動(dòng)車(chē)輛中的驅(qū)動(dòng)機(jī)組的至少三相的電機(jī)的方法，該電機(jī)通過(guò)逆變器、尤其是脈沖逆變器來(lái)驅(qū)動(dòng)，其中該逆變器包括半橋形式的開(kāi)關(guān)元件，并且各一個(gè)半橋與電機(jī)的一相電連接。如果與第一相連接的第一半橋的第一開(kāi)關(guān)元件由于故障而被持久地閉合，則根據(jù)本發(fā)明，持久地?cái)嚅_(kāi)第一半橋的第二開(kāi)關(guān)元件，并且在電轉(zhuǎn)動(dòng)的不受第一相影響的第一角范圍內(nèi)，以常規(guī)方式控制另外半橋的全部開(kāi)關(guān)元件。
[0008]在短路狀態(tài)下，通過(guò)同步電機(jī)的發(fā)電運(yùn)行所生成的制動(dòng)力矩產(chǎn)生。在牽引(Anschleppen)車(chē)輛時(shí)，例如該制動(dòng)力矩是有妨礙的。尤其是在小轉(zhuǎn)速的情況下，電機(jī)的由于短路狀態(tài)引起的制動(dòng)力矩是相對(duì)大的。文獻(xiàn)JP 60005791 Al例如提出，為了限制制動(dòng)力矩使用可根據(jù)中間電路電壓來(lái)控制的力矩限制器，以便避免中間電路電容器的過(guò)載。
[0009]因此，需要用于控制具有電機(jī)的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的逆變器的解決方案，其中在控制裝置的低壓供電失靈的情況下也可以以安全和有效的方式設(shè)定逆變器的運(yùn)行狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)一方面，本發(fā)明創(chuàng)造一種用于控制逆變器的運(yùn)行狀態(tài)電路，該逆變器具有擁有相應(yīng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的半橋，該逆變器通過(guò)分配給相應(yīng)半橋的相接線端子給η相電機(jī)供應(yīng)η相供電電壓，其中η多I。該運(yùn)行狀態(tài)電路包括:分析設(shè)備，該分析設(shè)備一方面與逆變器的相接線端子連接并且另一方面與逆變器的輸入接線端子連接，并且該分析設(shè)備被配置用于檢測(cè)逆變器的輸入電壓以及逆變器的相接線端子處的相電流；以及控制設(shè)備，該控制設(shè)備與分析設(shè)備耦合并且該控制設(shè)備被配置用于根據(jù)所檢測(cè)的輸入電壓將逆變器從短路狀態(tài)切換到空轉(zhuǎn)模式，其中分析設(shè)備被配置用于在所檢測(cè)的輸入電壓小于可設(shè)定的空轉(zhuǎn)閾值時(shí)生成空轉(zhuǎn)觸發(fā)信號(hào)并且將其輸出到控制設(shè)備，并且其中控制設(shè)備被配置用于在接收到空轉(zhuǎn)觸發(fā)信號(hào)以后在所分配的相接線端子處的所檢測(cè)的相應(yīng)相電流過(guò)零點(diǎn)或者具有從逆變器中指向外的電流方向時(shí)才將半橋的相應(yīng)開(kāi)關(guān)設(shè)備置于斷開(kāi)狀態(tài)。
[0011]根據(jù)另一方面，本發(fā)明創(chuàng)造一種電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其具有:直流電壓中間電路，該直流電壓中間電路被配置用于由高壓電壓源來(lái)供應(yīng)直流電壓；逆變器，該逆變器具有擁有相應(yīng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的半橋，該逆變器與直流電壓中間電路連接并且被配置用于在η個(gè)相接線端子處為η相電機(jī)提供η相供電電壓，其中η多I ;以及根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行狀態(tài)電路，該運(yùn)行狀態(tài)電路被配置用于控制逆變器的多個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)備以用于設(shè)定空轉(zhuǎn)狀態(tài)或有效短路。
[0012]根據(jù)另一方面，本發(fā)明創(chuàng)造一種用于設(shè)定逆變器的運(yùn)行狀態(tài)的方法，該逆變器包括具有相應(yīng)開(kāi)關(guān)設(shè)備的半橋并且該逆變器通過(guò)分配給相應(yīng)半橋的相接線端子給η相電機(jī)供應(yīng)η相供電電壓，其中η多I。該方法包括下列步驟:檢測(cè)逆變器的輸入電壓；檢測(cè)逆變器的相接線端子處的相電流；在所檢測(cè)的輸入電壓小于可設(shè)定的空轉(zhuǎn)閾值時(shí)生成空轉(zhuǎn)觸發(fā)信號(hào)；以及根據(jù)所檢測(cè)的輸入電壓將逆變器從短路狀態(tài)切換到空轉(zhuǎn)模式。在此，在接收空轉(zhuǎn)觸發(fā)信號(hào)以后，當(dāng)所分配的相接線端子處的所檢測(cè)的相應(yīng)相電流過(guò)零點(diǎn)或者具有從逆變器中指向外的電流方向時(shí)才將半橋的相應(yīng)開(kāi)關(guān)設(shè)備置于斷開(kāi)狀態(tài)。
[0013]發(fā)明優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明的構(gòu)思在于，在將電機(jī)、尤其是同步電機(jī)的逆變器的運(yùn)行狀態(tài)從有效短路狀態(tài)變換成空轉(zhuǎn)模式時(shí)，監(jiān)視逆變器中的瞬時(shí)相電流并且個(gè)別化和彼此分開(kāi)地控制逆變器的半橋。因此，當(dāng)相電流過(guò)零點(diǎn)或者在運(yùn)行狀態(tài)變換的時(shí)間點(diǎn)相電流從逆變器流入到電機(jī)中時(shí)才使半橋的開(kāi)關(guān)設(shè)備中的一個(gè)或多個(gè)從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)變到截止?fàn)顟B(tài)。
[0014]該處理方式的優(yōu)點(diǎn)是，未進(jìn)行到直流電壓中間電路中的能量輸入，使得空轉(zhuǎn)模式可以保持更長(zhǎng)時(shí)間。因?yàn)樵诳辙D(zhuǎn)模式中不出現(xiàn)制動(dòng)力矩，所以例如在行駛期間出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，可以利用電運(yùn)行的車(chē)輛進(jìn)行更平緩的滑行(Ausrollen)。此外，減小為了對(duì)電運(yùn)行車(chē)輛進(jìn)行牽引所需的功率。在一些故障情況下、例如在低壓供電失靈時(shí)、對(duì)電機(jī)的顯極轉(zhuǎn)子的低壓側(cè)的位置檢測(cè)失靈時(shí)、在其余低壓側(cè)的電子控制部件失靈或其余低壓側(cè)的運(yùn)行故障的情況下，電運(yùn)行的車(chē)輛可以被推動(dòng)，而不必在有效短路狀態(tài)下克服電機(jī)的制動(dòng)力矩。
[0015]有利地避免逆變器在有效短路狀態(tài)下的負(fù)荷或熱過(guò)載，因?yàn)樵诳辙D(zhuǎn)模式下不出現(xiàn)短路電流。這尤其是在逆變器的冷卻系統(tǒng)由于低壓能量供應(yīng)發(fā)生故障而不能運(yùn)行時(shí)是有利的。
[0016]根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)電路的一個(gè)實(shí)施方式，分析設(shè)備可以被配置用于在相接線端子處檢測(cè)逆變器的輸出電壓并且尤其是基于所檢測(cè)的輸出電壓確定電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在此，可設(shè)定的空轉(zhuǎn)閾值可以在所確定的轉(zhuǎn)速低于可設(shè)定的轉(zhuǎn)速閾值時(shí)具有第一電壓閾值，并且在所確定的轉(zhuǎn)速高于可設(shè)定的轉(zhuǎn)速閾值時(shí)具有比第一電壓閾值小的第二電壓閾值。在高轉(zhuǎn)速的情況下，由電機(jī)生成的制動(dòng)力矩比在低轉(zhuǎn)速的情況下更低，使得在高于可設(shè)定的轉(zhuǎn)速閾值的情況下，可以通過(guò)以下方式優(yōu)先保護(hù)直流電壓中間電路免受過(guò)壓損害，即在較低輸入電壓的情況下就已經(jīng)設(shè)定有效短路狀態(tài)。
[0017]根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)電路的另一實(shí)施方式，控制設(shè)備可以具有硬件電路，該硬件電路被配置用于，只要所檢測(cè)的輸入電壓大于可設(shè)定的短路閾值就將逆變器保持在短路狀態(tài)下。這有利地保證:直流電壓中間電路中的電壓不能超過(guò)安全臨界閾值。例如，可設(shè)定的短路閾值可以對(duì)應(yīng)于高壓電池的被降低一個(gè)安全余量的最小電池電壓。
[0018]根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)電路的另一實(shí)施方式，當(dāng)所確定的轉(zhuǎn)速低于可設(shè)定的轉(zhuǎn)速閾值時(shí)，可設(shè)定的短路閾值可以對(duì)應(yīng)于可