CN102612446B - 用于电机的逆变器和用于运行电机用的逆变器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电机的逆变器以及一种用于运行用于电机的逆变器的方法。在此，所述逆变器(2)具有至少一个用于制造电机(1)和能量供应网络(3)之间的连接部的末级单元(8)；用于控制所述至少一个末级单元(8)的控制单元(6)；用于所述末级单元(8)的能量供应的、与所述能量供应网络(3)无关的供电单元(7)；至少一个在故障情况下用于控制所述末级单元/末级单元们(8)的、配属于所述末级单元/末级单元们(8)的应急运行控制装置(12)；至少一个在故障情况下用于产生来自所述能量供应网络(3)的、所述末级单元/末级单元们用的供电能量的、配属于所述末级单元/末级单元们(8)的应急运行供电装置(13)。

Description

用于电机的逆变器和用于运行电机用的逆变器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于电机的逆变器以及一种用于运行电机用的逆变器的方法。
背景技术
具有逆变器的电机例如在混合动力汽车中得到应用，此处混合动力汽车可选地在电动机运行状态或发电机运行中状态中运行。在电动机运行状态中，该电机产生例如在加速阶段中支持内燃机的附加的驱动力矩；在发电机运行状态中，该电机产生存储在例如电池或超级驾驶室(Super-Cab)中的储能器中的电能。该电机的运行方式和功率借助于逆变器进行调整。
因为在混合动力汽车中必须提供相对较高的电压，以便能够应用电动地驱动机动车的电机，所以为了保护电网和在电网上连接的部件而总是采取避免持续损害的措施。
因此例如已知，当检测出电网的故障功能时，将电存储器与电网电分离。如果此刻电机处于发电机运行状态中，则会导致电网电压显著增高，这会导致逆变器的末级的损坏。
为了避免这种情况，例如在文献EP 1 524 761 A1中已知，在超过逆变器的可预设的极限电压时逆变器被切换至短路运行状态。
由文献DE 102 21 081 A1公开了一种用于电机的逆变器，该逆变器包括多个设置在桥接电路中并建立在电机和电池之间连接的开关元件。安装在逆变器的低端分支(Low-Side-Zweig)中的开关元件是无需施加控制电压而导电的、即所谓的常开开关元件(Normally-On-Schaltelement)。由此可以保证在缺少供电电压以及在电机旋转的情况下，使电机的线圈短路并且不会出现过电压。
由文献DE 10 2006 003 254 A1公开的、用于在存在干扰的情况下切断具有脉冲逆变器的电机的方法规定：在切断电机时，不期望的副作用通过以下方式最小化并使正常的机器运行状态最大化，从而电机首先切换到激活运行(Freischalt-Betrieb)状态、在所述激活运行中脉冲逆变器的整个开关中断开并且随后切换到短路模式下，在所述短路模式中断开与高电位连接的开关并且连接与低电位连接的开关。
由文献DE 10 2007 020 509A1公开了一种用于在混合驱动装置的电机中处理故障的方法，其中首先检测是否有至少一个电机运行参数超过了配属的运行参数的极限值。如果在此检测出，至少一个运行参数超过了配属的极限值，那么就激活电机的用于配属于运行参数的时间间隔的供电接头，并且在该时间间隔结束后使所述供电接头与接地短路。
发明内容
根据本发明的用于电机的逆变器具有至少一个用于制造电机和能量供应网络之间连接部的末级单元；用于控制所述至少一个末级单元的控制单元；用于末级单元的能量供应的、与能量供应网络无关的供电单元。此外设置至少一个在故障情况下用于控制所述末级单元/末级单元们的、配属于所述末级单元/末级单元们的应急运行控制装置；以及至少一个在故障情况下用于产生来自所述能量供应网络的、所述末级单元/末级单元们用的供电能量的、配属于所述末级单元/末级单元们的应急运行供电装置。
通过设置至少一个配属于所述末级单元/末级单元们的应急运行控制装置和配属于所述末级单元/末级单元们的应急运行供电装置，可以保证即使在控制单元和/或逆变器的供电单元、特别是逆变器的末级出现功能故障时，也可以切换到更可靠的运行状态中、例如短路运行状态中，从而避免了在能量供应网络中能够导致末级的持续的损害的过电压。
根据本发明的实施方式，当所述运行参数中的至少一个低于预设的下阈值或高于预设的上阈值时，所述至少一个应急运行控制装置监控逆变器内的运行参数并且诊断故障情况。这样例如可以监控，通过供电单元提供的供电电压是否低于预设的下阈值以下或者超过预设的上阈值。同样例如可以监控，控制单元的控制信号是否位于预设的信号电平区间(Signalpegel-Intervall)内。
通过应急运行控制装置监控运行参数的以及对故障情况进行诊断表现了根据本发明的逆变器的在电路技术上有利的实施方式。但是运行参数的监控和/或故障情况的诊断替代地也可以在一个或多个分离的电路元件中实现。
根据另一种实施方式，所述至少一个应急运行供电装置可接通地和可断开地实施。由此，可以针对在识别故障情况之后运行参数再次回到允许的数值区域中的这种情况，再次从应急运行状态切换到正常运行状态。
根据按本发明的用于运行电机用的逆变器的方法，其中逆变器具有至少一个用于制造电机和能量供应网络之间连接部的末级单元，在正常运行状态中末级单元/末级单元们通过与能量供应网络无关的供电单元供应能量并且通过控制单元进行控制。在故障情况下被激活的应急运行状态中，通过至少一个应急运行供电装置产生来自能量供应网络的、用于末级单元/末级单元们的能量供应的能量并且所述末级单元/末级单元们由至少一个应急运行控制装置控制。
根据本发明的方法的一种实施方式，所述至少一个应急运行供电装置在诊断到故障情况后接通并且一旦不再诊断到故障情况又有利地切断。
根据另一种实施方式也可以通过末级监控电流，并且在诊断到过电流时可以避免切换到短路运行状态或者中断已经开始的短路运行状态。通过这种方式也可以避免由过电流对末级造成的损伤。
附图说明
本发明的实施方式的其它特征和优点在下文中参考附图进行描述，
附图示出：
图1示出了根据本发明的逆变器的示意性的框图；并且
图2示出了用于实施根据本发明方法的电路布置的示意图。
具体实施方式
电机1通过逆变器2与例如可以在混合动力汽车中实施为高伏特牵引网络的能量供应网络3连接。如果电机1在电动机运行状态中运行，则由能量供应网络3提供能量。在发电机运行状态中运行时，电机相反可以输送电能到能量供应网络3中。能量供应网络3与例如电池的储能器4连接。通过开关5，能量供应网络3特别在识别出电网内的故障情况时可以与储能器4分离。逆变器2具有控制单元6、供电单元7以及末级单元8。在此为电机1的每个相位分别设置一个末级装置8。在示出的实施例中由三相电机出发，从而设置三个末级单元8-1，8-2和8-3。根据电机1的相位数量也可以设置多于或少于三个末级单元。
供电单元7用于末级单元8-1，8-2和8-3的能量供应。该供电单元与能量供应网络3无关地实施，并且例如通过混合动力汽车的低伏特车载电网馈电。末级单元8-1，8-2和8-3的控制通过控制单元6实现。
末级单元8分别具有例如功率半导体开关形式的末级9以及末级触发装置10。因为末级单元8在示出的实施方式中无电位地实施，所以在末级单元8中分别设置相位供电单元11，所述相位供电单元分别连接在供电装置7和末级触发装置10之间。在正常的运行状态中，末级触发装置10-1，10-2和10-3通过来自供电单元7的相位供电单元11-1，11-2或者说11-3供应能量。如果末级单元8非无电位地实施，则也可以省略相位供电单元11并且末级触发装置10可以直接与供电单元7连接。末级触发装置10从控制单元6分别获得控制指令，然后所述控制指令转化为用于触发末级9的适当的控制信号。
为了使得末级单元8即使在故障的触发或能量供应的情况下，即控制单元6和/或供电单元7失效或功能故障的情况下也可以保持运行准备状态，并且可靠地避免能量供应网络上的过电压，在每个末级单元8中设置应急运行控制装置12和应急运行供电装置13。在故障情况下，用于末级触发装置10、进而用于末级单元8的控制装置的控制指令通过相应的应急运行控制装置12接收。末级单元8的能量供应在应急运行中通过应急运行供电装置13实现，其中所述应急运行供电装置产生来自能量供应网络3的必要的能量。
在示出的实施例中，为每个末级单元8-1至8-3分别设置独立的应急运行控制装置12-1至12-3和应急运行供电装置13-1至13-3。为此替代的是，也可以设置配属于全部或者至少多个末级单元8的应急运行控制装置和/或应急运行供电装置。重要的只是，为每个现有和使用的末级单元8分配应急运行控制装置12和应急运行供电装置13，从而在故障情况下也可以保证末级单元8的与控制单元6和供电单元7无关的控制或者说能量供应。
因为在应急运行期间，即在故障情况下不需要经常切换末级9，所以也无需通过应急运行供电装置13的提供较大充电电流。因此这些可以为小消耗功率而设置。
在图2中以示意性地示出了用于实现根据本发明方法的示例性的电路。在此，应急运行控制装置12具有例如阈值开关形式的比较单元20，该比较单元将相位供电单元11提供的供电电压与供电电压的预设的下阈值A进行比较。如果由相位供电单元11提供的供电电压下降到阈值A以下，则接通应急运行供电装置13、尤其是接通设置在其中的电压调节器21。应急运行供电装置13因此产生来自能量供应网络3的能量。在此产生的电压通过例如另一阈值开关的第二比较单元22，在应急运行控制装置12内与供电电压的下阈值B进行比较。一旦由应急运行供电装置13产生的电压超过下阈值B，则操作在末级触发装置10中设置的开关机构23。这使得末级9现在不再通过由控制单元6预设的控制信号来控制，而是通过应急运行控制信号C控制，该应急运行控制信号例如导致在末级9内导电地切换低端开关元件。如果使用这种用于全部现有的和使用的末级单元8的控制装置，则实现逆变器2的短路运行状态，所述逆变器可靠地避免了能量供应网络3中的过电压进而避免了对末级9的持续损害。
附加地，也可以通过末级监控电流并在诊断出过电流时能够根本不允许切换到短路运行状态或者中断已经开始的短路运行状态。通过这种方式也还可以避免过电流对末级造成的损害。

Claims (12)

1.用于电机（1）的逆变器（2），其具有
- 至少一个用于制造所述电机（1）和能量供应网络（3）之间的连接部的末级单元（8）；
- 用于控制所述至少一个末级单元（8）的控制单元（6）；
- 用于所述末级单元（8）的能量供应的、与所述能量供应网络（3）无关的供电单元（7）；
- 至少一个在故障情况下用于控制所述末级单元（8）的、配属于所述末级单元（8）的应急运行控制装置（12）；
- 至少一个在故障情况下用于产生来自所述能量供应网络（3）的、所述末级单元用的供电能量的、配属于所述末级单元（8）的应急运行供电装置（13）。
2.根据权利要求1所述的逆变器，其中当运行参数中的至少一个低于预设的下阈值或高于预设的上阈值时，所述至少一个应急运行控制装置（12）监控所述逆变器（2）内的运行参数并且诊断故障情况。
3.根据权利要求1或2所述的逆变器，其中所述至少一个应急运行供电装置（13）实施为能够接通的和能够断开的。
4.用于运行电机（1）用的逆变器（2）的方法，其中所述逆变器（2）具有至少一个用于制造所述电机（1）和能量供应网络（3）之间的连接部的末级单元（8），其中在正常运行状态中所述末级单元（8）通过与所述能量供应网络（3）无关的供电单元（7）提供能量并通过控制单元（6）控制，并且在故障情况下通过至少一个应急运行供电装置（13）产生来自所述能量供应网络（3）的、用于所述末级单元（8）的能量供应的能量，并且所述末级单元（8）由至少一个应急运行控制装置（12）控制。
5.根据权利要求4所述的方法，其中故障情况通过分析所述逆变器（2）内的运行参数来诊断。
6.根据权利要求5所述的方法，其中当运行参数中的至少一个低于预设的下阈值或高于预设的上阈值时诊断故障情况。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中所述至少一个应急运行供电装置（13）在诊断故障情况之后接通。
8.根据权利要求7所述的方法，其中一旦没有诊断到故障情况则再次断开所述至少一个应急运行供电装置（13）。
9.根据权利要求4所述的方法，其中所述应急运行控制装置这样控制相应的末级单元，从而防止所述能量供应网络中的过电压。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述应急运行控制装置（12）这样控制相应的末级单元（8），从而在短路运行状态中在所述末级单元（8）内切换开关元件。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述应急运行控制装置（12）这样控制相应的末级单元（8），从而防止末级中的过电流。
12.根据权利要求11所述的方法，其中在诊断出过电流时不阻止切换到短路运行状态或者中断短路运行状态。
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