CN103444070A

CN103444070A - 控制单元

Info

Publication number: CN103444070A
Application number: CN2012800156856A
Authority: CN
Inventors: A.舍恩克内希特
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-03-31
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: WO2012130498A3; US9899828B2; EP2692053A2; US20140015316A1; EP2692053B1; CN103444070B; WO2012130498A2; DE102011006512A1

Abstract

本发明涉及一种用于操控电气负载、尤其电机的控制单元（40），该控制单元具有：第一和第二电压接头（46、48），用于向该控制单元（40）供给电能；被连接到所述电压接头（46、48）之间的电容（58）；至少一个被连接到所述电压接头（46、48）之间的半桥（50），其中所述半桥（50）具有两个能够控制的开关（52、54），在所述开关之间形成用于连接所述负载的半桥分接头（50）；安全线路（66），该安全线路构造用于在出现故障的情况下闭合所述半桥（50）的能够控制的开关（52、54）之一；放电线路（68），该放电线路构造用于在出现故障的情况下电连接所述电压接头（46、48）；并且具有控制线路（80），该控制线路构造用于在检测到故障的情况下提供控制信号（78），该控制信号触发所述安全线路（66）和所述放电线路（68）。

Description

控制单元

技术领域

本发明涉及一种用于操控电气负载、尤其电机的控制单元，该控制单元具有：第一和第二电压接头，用于向该控制单元供给电能；被连接到所述电压接头之间的电容；至少一个被连接到所述电压接头之间的半桥，其中所述半桥具有两个能够控制的开关，在所述开关之间形成用于连接所述负载的半桥分接头；安全线路，该安全线路构造用于在出现故障的情况下闭合所述半桥的能够控制的开关之一；以及放电线路，该放电线路构造用于在出现故障的情况下电连接所述电压接头。

此外，本发明涉及一种用于引入用来操控电气负载、尤其电机的控制单元的安全模式的方法，其中所述控制单元具有：第一和第二电压接头，用于向该控制单元供给电能；被连接到所述电压接头之间的电容；至少一个被连接到所述电压接头之间的半桥，其中所述半桥具有两个能够控制的开关，在所述开关之间形成用于连接所述负载的半桥分接头，所述方法具有以下步骤：检测故障；借助于安全线路闭合所述半桥的能够控制的开关；并且借助于放电线路电连接所述电压接头。

最后，本发明涉及一种机动车传动系，该机动车传动系具有用于提供驱动功率的电机、用于提供电能的能量供给单元以及上面所述类型的用于操控所述电机的控制单元。

背景技术

在机动车驱动技术的领域中众所周知的是，将电机用作唯一的驱动装置或者与其他类型的驱动马达一起使用（混合驱动装置）。为了操控机动车中的这种电机使用功率电子装置，所述功率电子装置包括逆变器，所述逆变器将位于机动车车架（Bord）处的电池的直流电压/直流电流转换为交流电流。

已知的逆变器具有多个开关元件，借助所述开关元件将所述电机的各个相与高供给电位或者与低供给电位连接起来。在此相应地两个开关元件串联连接到相应一个半桥，其中在所述开关元件之间形成半桥分接头，在所述半桥分接头上连接有所述电机的相应的相。

在例如由于过高的电池电流或者过高的馈给电流而出现故障的情况下，将逆变器切换到安全状态中，以防止电气组件可能的损坏。从现有技术中基本上已知两种不同的可替代使用的切断方法。在第一种方法中，闭合与低供给电位连接的、能够控制的开关（低侧开关）中的各个开关或者全部开关。这种运行方式也被称为短路模式。在另一种切断方法中，逆变器的电压接头通过电阻相互连接，以引起逆变器的中间回路电容器的放电。所述放电线路能够可选地实现为持久接通的放电，但是所述持久接通的放电持久地将来自中间回路电容器的能量转化为热量并且由此导致效率降低，或者所述放电线路还能够构造为能够接通或者能够切断的放电线路，所述放电线路例如在识别出牵引用电源插头断开时必须被激活。

由DE 10 2006 003 254 A1公开了一种用于在出现故障的情况下借助脉冲逆变器运行电机的方法，在该方法中电机在出现故障的情况下首先被切换到无连接模式（Freischaltmodus）中并且随后切换到短路模式中。

所述已知的切断方法的缺点是，要借助不同的触发标准来激活各个切断并且由此需要高的技术耗费和高的成本及结构空间。

发明内容

因此，本发明的任务是，提供一种得到改进的用于操控电气负载的控制单元，该控制单元能够借助降低了的技术消耗被转换到安全状态中。此外，本发明的任务是，提供一种相应的方法。

该任务按照本发明对于开头提到的控制单元来说通过以下方式得到解决，即提供一种控制线路，该控制线路构造用于在检测到故障的情况下提供控制信号，所述控制信号触发所述安全线路和所述放电线路。

此外，上述任务对于开头提到的方法来说通过以下方式得到解决，即所述安全线路和所述放电线路通过由控制线路提供的信号触发。

最后，上述任务通过一种机动车传动系得到解决，该机动车传动系具有用于提供驱动功率的电机、用于提供电能的能量供给单元以及上面提到类型的用于操控所述电机的控制单元。

通过本发明，能够提供逆变器的切断，所述切断借助减少了的次数的操控实现，因为所述一个控制线路既操控或者触发紧急放电线路又操控或者触发安全线路并且如此能够省去各自单独的操控。由此能够显著降低所述控制单元的成本和结构空间。

优选所述放电线路具有电阻和能够控制的开关，其中所述电阻和所述能够控制的开关被串联地连接到所述电压接头之间。

由此借助简单的手段就能够对中间回路电容器进行放电并且将所储存的能量在所述电阻中转化为热量。

此外优选的是，所述安全线路具有能够控制的开关，该开关构造用于将所述第一电压接头与所连接的能够控制的开关的控制输入端连接起来。

由此能够借助简单的手段闭合所述半桥的能够控制的开关，其中同时相应的电压或者电能能够用于操控来自牵引用电源的开关，由此额外地将能量从所述牵引用电源中导出。

此外优选的是，所述控制线路构造用于基本上同时触发所述安全线路和所述放电线路。

由此能够将所述紧急放电线路的电阻的尺寸设计得更小，因为所述安全线路通过操控所述能够控制的开关而获取出所述牵引用电源的能量的一部分。

通常优选的是，所述控制单元具有高压区段和低压区段，其中与所述低压区段的供给电压相比，所述高压区段具有更大的供给电压，并且其中所述高压区段与所述低压区段电隔离（galvanisch getrennt）。

由此能够使用来自其他具有低供给电压的控制仪的控制单元的组件，而不需要额外的变压器。

在此优选的是，所述控制线路配属于所述高压区段。

由此能够将所述控制信号直接提供给所述安全线路和所述放电线路，而不必克服电隔离，由此不会减慢切断速度。

此外一般优选的是，所述控制线路与检测器件连接，所述检测器件构造用于监测所述控制单元的至少一种功能。

由此能够连续地监测所述控制单元的可能的功能故障。

在此特别优选的是，所述控制线路借助于信号传输器件与所述低压区段的检测器件连接，其中所述检测器件设计用于监测所述低压区段的至少一种功能。

由此还能够考虑所述控制单元的低压区段的功能故障。

一般优选的是，所述第一电压接头配属于高电位并且所述第二电压接头配属于低电位，其中能够由所述安全线路操控的开关与所述低电位连接。

由此能够快速并且简单地导出可能出现的大感应电流，由此能够更快地使整个控制单元处于安全状态中。

不言而喻，按本发明的控制单元的特征、性能和优点也能够相应地适用于或者能够运用到按本发明的方法上。

附图说明

图1以示意性的形式示出具有混合传动系的机动车，所述混合传动系具有内燃机或者电机；并且

图2以示意性地形式示出用于操控电机的控制单元的线路图，所述控制单元具有紧急放电线路和安全线路。

具体实施方式

在图1中示意性地示出机动车并且普遍用10来表示。机动车10具有传动系12，所述传动系在当前的情况中包括用于提供驱动功率的电机14以及内燃机16。所述传动系12用于驱动所述机动车10的驱动车轮18L、18R。

所述内燃机16通过曲轴20与所述电机14连接或者能够连接，其中所述内燃机16和所述电机14向从动轴22提供转矩t，所述从动轴以能够调整的转速旋转。所述从动轴22与传动单元24连接或者能够连接，用于将所述转矩t传递到驱动车轮18R、18L上。所述曲轴20和所述从动轴22在当前的情况中分别具有离合器26、28，用于将所述内燃机16与所述电机14连接起来或者将所述电机14与所述传动单元24连接起来。

所述传动系12能够设置用于仅仅借助于所述电机16来驱动所述机动车10（电动车）。作为替代方案，所述电机16像在当前的情况中一样是混合传动系12的一部分。

所述曲轴20借助于离合器26与所述电机14的转子连接或者能够连接，用于将转速或者转矩传递到所述电机14上。所述电机14的转子与所述从动轴22连接，用于将所述转矩t传递到所述传动单元24上。所述转矩t在此通过由所述内燃机16和电机14提供的单个转矩的总和构成。

在驱动运行中，所述电机14产生驱动力矩，所述驱动力矩例如在加速阶段中支持所述内燃机16。在发电运行或者能量回收运行中，所述电机14产生电能，所述电能通常被提供给所述机动车10。

通过燃料箱30向所述内燃机16供给燃料。

所述电机14能够构造为单相或者多相并且借助于功率电子装置32或者换流器32操控并且被供给电能。所述功率电子装置32与所述机动车10的能量供给单元34、例如直流电压供给单元（例如蓄电池或者电池）34连接，并且用于将由所述能量供给单元34提供的电压普遍逆变为交流电流或者逆变为多个用于所述电机14的相的相电流。所述能量供给单元34与电池控制仪36连接，所述电池控制仪构造用于通过所述功率电子装置32以及所述能量供给单元34的充电状态来控制所述电机14的能量供给。此外，所述功率电子装置32构造用于在所述电机14的能量回收运行中通过由所述电机14产生的电能来给所述能量供给单元34充电。

在图2中示出了用于操控所述电机14的控制单元并且普遍用40来表示。所述控制单元通常具有功率分支42和控制分支44。所述功率分支42具有两个电压接头46、48，用于将所述控制单元40与未示出的直流电源连接起来。所述功率分支42通常具有半桥50，所述半桥则具有两个能够控制的开关52、54，在所述开关52、54之间形成半桥分接头56，用于连接所述电机14的相U。以与所述电压接头46、48并联的方式连接了中间回路电容器58。

所述控制分支44具有高压区段60和低压区段62。关于电压供给，所述高压区段60通常配属于所述机动车10的高压车载电源，其中所述低压区段62通常配属于所述机动车10的低压车载电源。所述低压区段62的基准电位一般是所述机动车的车身电位。所述高压区段60和所述低压区段62在板坯64上实现。

所述高压区段60具有安全线路66以及放电线路68，用于在出现故障的情况下将所述控制单元40切换到安全状态中。所述安全线路66具有电阻70以及能够控制的开关72并且与所述电压接头46电连接，所述电压接头46则处于所述高压车载电源的高电位上。所述安全线路66与所述半桥50的能够控制的开关54的控制输入端连接。所述能够控制的开关54与所述高压车载电源的低电位连接。所述能够控制的开关52、54在控制电压为0V时处于闭锁状态中并且在控制电压相应为正时被接通。只要闭合所述安全线路66的能够控制的开关72，就将所述能够控制的开关54的控制输入端与所述车载电源的高电位或者与所述电压接头46连接起来，由此将所述能够控制的开关54闭合或者接通。因此将所述相U与所述高压车载电源的低电位连接起来，由此例如能够快速并且可靠地导出所述电机14的感应电流。所述能够控制的开关54的短路也被称为紧急主动短路（Not-aktiver Kurzschluss）。所述能够控制的开关52、54优选构造为IGBT（绝缘栅双极晶体管）或者构造为MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。通过所述能够控制的开关52、54在出现紧急主动短路的情况下由所述高压车载电源的电压供给接通，从而使得所述紧急主动短路即使在所述低压车载电源出现故障的情况下也能够起作用。通过所述紧急主动短路由所述高压车载电源激活并且维持，从而从所述高压车载电源以及尤其从所述中间回路电容器58获取额外的能量，由此更快并且更可靠地将所述控制单元40转变为安全状态。

所述放电线路68具有电阻74和能够控制的开关76。所述放电线路与所述功率分支42的电压接头46、48连接。所述放电线路构造用于在所述控制单元40出现功能故障的情况下使所述电压接头46、48短路并且由此将在所述中间回路电容器58中储存的电能在所述电阻74中转化为热量。由此能够省去持久接通的放电线路。

所述安全线路66和所述放电线路68借助于控制线路80或者分析线路80的控制信号78操控。所述高压区段60的例如通过未示出的检测器件检测到的全部信号直接与所述控制线路80连接并且普遍用82来表示。只要所述控制线路80通过所述信号82检测到功能故障，那么所述控制线路80就将所述控制信号78不仅传输给所述安全线路66而且传输给所述放电线路68。通过所述控制信号78，不仅所述安全线路66而且所述放电线路68都相应地得以激活或者触发。作为所述信号82的替代方案，所述低压区段62的信号85也能够被输送给所述控制线路80并且以信号表示相应的功能故障。为此，在所述低压区段62上构造了线路83，该线路83优选构造为微控制器。所述线路83检测所述低压区段的信号，所述信号在图2中普遍用84来表示。所述线路83与信号传输装置86连接。所述信号传输装置86构造用于无电位地（potentialfrei）将信号从所述低压区段62传输给所述高压区段60。所述信号传输装置86能够构造为光电耦合器。所述线路83将相应的信号88传输给所述与控制线路80连接的信号传输装置86。只要在所述低压区段62上确定功能故障，那么所述控制线路80就将所述控制信号78传输给所述安全线路66以及所述放电线路68，以相应地将其激活或者触发。

通过由所述控制信号78激活或者触发所述安全线路66以及所述放电线路68，从而通常能够省去对于所述安全线路66和放电线路68的不同的单独的操控。此外，所述放电线路68的尺寸能够相应地设计得更小，因为在激活所述放电线路68的同时也通过所述紧急主动短路从所述高压车载电源或者从所述中间回路电容器58获取能量并且因此必须将较少的电能在所述电阻74中转化为热量。此外，所述按本发明的控制单元40的技术耗费相对于现有技术得到了降低，因为例如也能够省去单独的用于所述安全线路66和所述放电线路68的信号传输装置86。

Claims

1.用于对电气负载（14）、尤其电机（14）进行操控的控制单元（40），所述控制单元具有：

-第一和第二电压接头（46、48），其用于向所述控制单元（40）供给电能；

-电容（58），其被连接到所述电压接头（46、48）之间；

-至少一个半桥（50），其被连接到所述电压接头（46、48）之间，其中所述半桥（50）具有两个能够控制的开关（52、54），在所述开关之间形成用于连接所述负载（14）的半桥分接头（50）；

-安全线路（66），所述安全线路构造用于在出现故障的情况下闭合所述半桥（50）的能够控制的开关（52、54）之一；以及

-放电线路（68），所述放电线路构造用于在出现故障的情况下电连接所述电压接头（46、48）；

其特征在于

控制线路（80），所述控制线路构造用于在检测到故障的情况下提供控制信号（78），所述控制信号触发所述安全线路（66）和所述放电线路（68）。

2.按权利要求1所述的控制单元，其特征在于，所述放电线路（68）具有电阻（74）和能够控制的开关（76），其中所述电阻（74）和所述能够控制的开关（76）被串联地连接到所述电压接头（46、48）之间。

3.按权利要求1或2所述的控制单元，其特征在于，所述安全线路（66）具有能够控制的开关（72），所述开关构造用于将所述第一电压接头（46）与所连接的能够控制的开关（52、54）的控制输入端连接起来。

4.按权利要求1到3中任一项所述的控制单元，其特征在于，所述控制线路（80）构造用于基本上同时触发所述安全线路（66）和所述放电线路（68）。

5.按权利要求1到4中任一项所述的控制单元，其特征在于，所述控制单元（40）具有高压区段（60）和低压区段（62），其中与所述低压区段（62）的供给电压相比，所述高压区段（60）具有更大的供给电压，并且其中所述高压区段（60）与所述低压区段（62）电隔离。

6.按权利要求5所述的控制单元，其特征在于，所述控制线路（80）配属于所述高压区段（60）。

7.按权利要求1到6中任一项所述的控制单元，其中所述控制线路（80）与检测器件连接，所述检测器件构造用于监测所述控制单元（40）的至少一种功能。

8.按权利要求6或7所述的控制单元，其特征在于，所述控制线路（80）借助于信号传输器件（86）与所述低压区段（62）的检测器件连接，其中所述检测器件设计用于监测所述低压区段（62）的至少一种功能。

9.按权利要求1到8中任一项所述的控制单元，其特征在于，所述第一电压接头（46）配属于高电位并且所述第二电压接头（48）配属于低电位，其中能够由所述安全线路（80）操控的开关（54）与所述低电位连接。

10.用于引入用来操控电气负载（14）、尤其电机（14）的控制单元（40）的安全模式的方法，其中所述控制单元（40）具有：第一和第二电压接头（46、48），用于向所述控制单元（40）供给电能；被连接到所述电压接头（46、49）之间的电容（58）；至少一个被连接到所述电压接头（46、48）之间的半桥（50），其中所述半桥（50）具有两个能够控制的开关（52、54），在所述开关之间形成用于连接所述负载（14）的半桥分接头（56），所述方法具有以下步骤：

-检测故障；

-借助于安全线路（66）闭合所述半桥（50）的能够控制的开关（54）之一；

-借助于放电线路（68）电连接所述电压接头（46、48）；

其特征在于，

所述安全线路（66）和所述放电线路（68）通过由控制线路（80）提供的信号（78）触发。

11.机动车传动系（12），具有：用于提供驱动功率的电机（14）、用于提供电能的能量供给单元（34）以及按权利要求1到9中任一项所述的用于操控所述电机（14）的控制单元（40）。