CN105745836A - 用于运行电机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行具有换流器（115）的电机（110）的方法，所述电机（110）与参考地电势（U_B）电连接，其中监视参考地电势（UB）与基准地电势（UR）之间的地电压差，并且其中当地电压差达到上限值时，电机（110）在输出电流的运行状态下运行，并且其中当地电压差达到下限值时，电机（110）在不输出电流的运行状态下运行。

Description

用于运行电机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行电机的方法。

背景技术

电驱动装置基本上具有两个部件。一方面，电驱动装置具有将机械能转换成电能或将电能转换成机械能的电机（机电转换器）。在此，电机既可以以发电机方式作为发电机运行，又可以以马达方式作为（电动）马达运行。另一方面，电驱动装置具有换流器或逆变器/整流器电路。换流器将交变电压转换成直流电压或者相反（电转换器）。这样的换流器大多具有电开关、大多诸如MOSFET之类的功率半导体，并且由逻辑电路来激励。换流器和逻辑电路一起亦称逆变器。

电机通常由构造决定地通过其壳体导电地和持久地与内燃机的发动机缸体连接。发动机缸体是电机的电学地（马达地）。电机的大多连入到车载电网中的励磁线圈建立电机的电压侧和接地侧接线端子之间的连接。同时，储能器、尤其是电池或相应的电容器以其正极连入到车载电网中并且以其负极连接到机动车辆的作为地的车身上。车载电网中的负载也通过车身接地（车身地）。

马达地因此是电驱动装置的参考地电势。车身地是车载电网的基准地电势。为了让发动机缸体和车身参考相同的地电势，将发动机缸体和车身通过地线或接地带电连接。在该地线中断或者该接地带断裂的情况下（下面称为接地带断裂），电驱动装置的负参考点为未定义的。因此，参考地电势可能以不受控制的方式升高或下降。

接地带断裂可能导致电驱动装置的损伤。如果接地带断裂在电驱动装置的发电机运行中出现，则可能发生过压。电驱动装置的马达运行期间的接地带断裂可能导致逻辑电路的临界电压，这可能引起复位以及失去对电驱动装置的控制。逻辑电路必须持续地被供应电压。如果逻辑电压失去其能量供应，则可能发生逻辑电路的有误的功能或者甚至损坏的功能。在接地带断裂的特殊情况下，逻辑电路不能实现其功能。

因此所期望的是，提供一种在接地带断裂的情况下将电驱动装置转移到安全运行状态中的方案。

发明内容

根据本发明，提出了具有权利要求1的特征的用于运行电机的方法。有利的扩展方案是从属权利要求以及下面的描述的主题。

借助于逻辑电路来激励既可以作为马达、又可以作为发电机运行的电机。在此，逻辑电路尤其是激励电机的换流器，该换流器具有电开关、尤其是半导体开关、更尤其是MOSFET，所述电开关根据马达或发电机开关方案将电机的相与机动车辆的车载电网或能源相连接。电机的换流器一方面具有用于车载电网的直流电压接线端子，并且另一方面具有用于电机的电相的交变电压接线端子。逻辑电路本身通常具有ASIC等等。

电驱动装置、在此尤其是换流器的直流电压接线端子与参考地电势电连接。在此，电驱动装置尤其是与内燃机的发动机缸体电连接。马达地电势因此尤其是构成参考地电势。参考地电势通过接地带或地线与基准地电势电连接。在此，地线或接地带尤其是内燃机的发动机缸体与里面布置有内燃机的车辆的车身之间的电连接。车身地电势因此构成基准地电势。

根据本发明，参考地电势与基准地电势之间的地电压差被监视。因此，尤其是可以监视，例如当接地带被中断或撕开时是否存在接地带断裂。达到地电压差的上限值或下限值可以归因于接地带断裂。在这种情况下，去激活规律的激励，借助于所述激励在有规律的运行期间激励电驱动装置。代替于此，逻辑电路以及因此电机被置于专门的紧急情况运行。

因此，电驱动装置在接地带断裂的情况下被转移到安全的运行状态中。通过专门的紧急情况运行，主动地使参考地电势稳定化。因此保证：参考地电势在接地带断裂的情况下既不以不受控的方式升高又不以不受控的方式下降。

如果地电压差达到或超过上限值，则电机然后在输出电流的运行状态下运行。超过上限值意味着，参考地电势达到上阈值并且过高或过正。参考地电势因此必须被降低。

随着参考地电势增加，参考地电势的值与基准电势的值相比越来越正。在此，参考地电势的值接近供电电势的值。在此，该供电电势尤其是施加在电驱动装置与之相连接的车载电网上。

在此，输出电流的运行状态基本上对应于电机的发电机运行状态。

如果地电压差达到或低于下限值，则电机然后在不输出电流的运行状态下运行。低于下限值意味着，参考地电势达到下阈值并且过低或过负。参考地电势因此必须被提高。

随着参考地电势减小，参考地电势的值越来越接近基准电势的值。在此，参考地电势的值远离于供电电势的值。

在此，不输出电流的运行状态在比喻的意义上对应于电机的马达运行状态。但是这不必必然意味着，电机的转子实际上运动。在此，在不输出电流的运行状态下，在电机中与发电机方式或输出电流的运行状态相反，不生成或输出电能（在比喻意义上与马达运行状态类似）。在不输出电流的运行状态下，尤其是通过电机禁止在直流电压接线端子之间的通过电流。因此，没有电流能够从电机中流出，或没有电流能够“离开”电机。

参考地电势的值主要依赖于中间电路电容器的充电状态。在此，该中间电路电容器尤其是与逻辑电路并联并且更尤其是与电机并联。此外，中间电路电容器与参考地电势、尤其是内燃机的发动机缸体电连接。该充电状态尤其是依赖于流经逻辑电路的电流。充电状态也可以依赖于流经电驱动装置的另外的部件的电流、例如控制设备、磁场变阻器和/或马达桥的电流。根据流经电驱动装置的这些部件的电流如何指向，中间电路电容器被充电或放电。这些电流因此导致参考地电势的改变。通过根据本发明在输出电流或不输出电流的运行模式下激励电机，可以有针对性地对中间电路电容器进行充电和放电。因此，参考地电势可以被主动减小和提高。

因此，本发明将已经存在的器件用于补偿接地带断裂的故障情况并且主动地对抗对电驱动装置的危害。在此，不需要附加的部件或改装措施。此外，通过本发明还可以节省昂贵的保护措施。仅仅为了感测接地带断裂，可能需要改变现有器件或者需要附加器件，但是不是为了参考地电势本身的稳定化。

在输出电流的运行状态下，电机生成电能。在接地带断裂的情况下，电机由此对中间电路电容器充电。此外，所生成的电能因此可以给逻辑电路供应电能。因此，马达地电势被减小并且地电压差被降低。马达地电势因此相对于供电电势被减小。马达地电势因此接近基准地电势。但是在地电压差变为过小并且过高的临界电压施加在逻辑电路上之前，电驱动装置切换到不输出电流的运行状态中。

而在不输出电流的运行状态下，不生成电能。在输出电流的运行状态下被充电的中间电路电容器现在可以在不输出电流的运行状态下放电。中间电路电容器尤其是通过逻辑电路放电，并且因此给其供应电能。

如所提到的那样，参考地电势依赖于中间电路电容器的充电状态，该充电状态又依赖于电压。因为中间电路电容器在不输出电流的运行状态下给逻辑电路供应电流，所以中间电路电容器上的电压并且因此其充电状态下降。因此，另一方面，参考地电势向供电电势的方向升高。参考地电势因此通过流经逻辑电路的电流升高。参考地电势可以主动地被提高并且地电压差提高。

在地电压差变为过高以前或在中间电路电容器完全放电并且因此逻辑电路不再被供应电能以前，电驱动装置又切换到输出电流的运行状态中。因此可以防止：进行逻辑电路的复位，并且导致失去对电驱动装置的每个控制。

通过电驱动装置在接地带断裂情况下以输出电流或不输出电流的运行状态形式的所述专门的紧急运行，因此既可以防止逻辑电路失去其供电，又可以避免在逻辑电路上施加过高的临界电压。

在本发明的一个有利的扩展方案中，电机在输出电流的运行状态下被激励为提供无源整流。在此，换流器或换流器的电开关未被明确地激励。在此，换流器尤其是包括MOSFET，其由原理决定地分别具有反向二极管。如果换流器的MOSFET未被激励，则电流可以通过所述反向二极管换向。在此，反向二极管得出类似于无源整流器的布置。在不激励换流器的情况下，该换流器因此隐含地作为无源整流器被激励。

电机优选地在输出电流的运行状态下被激励为使得在电机中建立或感应磁极转子电压。磁极转子电压对应于由励磁电流通过转子的转子绕组在电机的定子绕组中感应的电压。在此，换流器尤其是作为升压变换器来激励。通过磁极转子电压产生附加的电流源。因此，参考地电势可以被降低。

在磁极转子电压对于整流运行过低的情况下，可以通过不断的变换而在相短路与无源整流（例如8kHz）之间来回切换。由此产生不依赖于转子位置的升压转换器效应，该升压转换器效应可以产生发电机运行。

在本发明的一个优选扩展方案中，电机在不输出电流的运行状态下被激励为使得产生电机的相短路。在此，电机的相接线端子彼此电连接。在此，电机的相应直流电压接线端子尤其是未彼此电连接。因此，通过电流通过电机可以被禁止。在此，相短路可以在电机的高侧或低侧接线端子处产生。替代地或附加地可以为高侧和低侧接线端子选择各50%的占空比（dutycycle）。

电机优选地为了稳定化所期望的电势而在不输出电流的运行方式与输出电流的运行方式之间变换。

在本发明的一个有利的扩展方案中，在电驱动装置的常规运行模式下执行地电压差的检查。如果在电机恰好在常规运行模式下以发电机方式运行时出现接地带断裂，则参考地电势变为更负的。发电机电压因此升高。这通常导致常规过压保护功能的触发。与此并行地由本发明实现了附加的保护，因为地电压差下降。

但是，如果在电机恰好在常规运行模式下以马达方式运行时出现接地带断裂，则参考地电势变为更正的。因此，发电机电压变为更小的，并且地电压差升高。常规过压保护功能在这种情况下未被触发。这可能导致逻辑电路的临界电压，这可能引起复位和失去对电驱动装置的每个控制。

通过在本发明的意义上在电机的常规运行模式下检查地电压差，因此保证：在失去电学地时电驱动装置总是被转移到安全的运行模式中。即使电机在常规运行模式下以马达方式运行，仍然可以及早识别在何时发生接地带断裂。电驱动装置在这种情况下也可以被转移到安全的运行模式中。

通过本发明，当在电机的马达或发电机运行期间出现接地带断裂时有效和可靠地补偿所述接地带断裂。除此之外，可以针对在电机的发电机运行中接地带断裂的情况下附加地保护和改善常规的过压保护功能。

优选地借助于传感器元件来确定地电压差。在此，传感器元件尤其是包括测量电阻。如果地电压差达到极限值，则传感器元件尤其是可以输出错误报告。该错误报告尤其是由传感器元件直接或间接地（例如通过上级控制设备）输出给逻辑电路。然后，逻辑电路在相应的输出电流或不输出电流的运行状态下激励电机。在此，传感器元件尤其是可以分别检测参考地电势和基准地电势的值并将它们相互比较。

替代地或附加地，可以例如借助于相应测量电阻直接检测地电压差。尤其是可以借助于所述被直接检测的地电压差的值来验证由传感器元件确定的值。因此可以再次检查：在电驱动装置在输出电流或不输出电流的运行模式下运行以前实际上也已经出现了接地带断裂。

在一个优选的扩展方式中，将根据本发明的方法用于车载电网，该车载电网除了电驱动装置以外还包括至少一个另外的电部件，所述电部件尤其是由自己的电流源来供电，所述电流源在接地侧与参考地电势连接。所述至少一个另外的电部件尤其是一个或多个执行器、比如燃料喷射器，所述执行器被设置用于运行内燃机并且因此在接地侧连接在作为参考地电势的发动机缸体上。因此，也可以在接地带断裂的情况下针对所述另外的执行器调节参考地电势。执行器的（继续）运行是可能的。

优选地为了部件在接地带断裂的情况下的继续运行而建立从所述部件经过电驱动装置到处于基准地电势的车身的电流回路。因此，实现了这些电部件的继续运行，并且内燃机可以继续运行。

根据本发明的计算单元、例如所描述的逻辑电路尤其是在编程技术上被配置用于执行根据本发明的方法。根据本发明的电驱动装置具有拥有换流器的电机和根据本发明的逻辑电路。该电驱动装置特别有利地适于用在机动车辆中。

以软件形式实现该方法也是有利的，因为这尤其是在进行实施的控制设备还用于另外的任务并且因此本来存在时导致特别小的成本。用于提供计算机程序的合适数据载体尤其是软盘、硬盘、闪存、EEPROM、CD－ROM、DVD等。通过计算机网络（例如因特网、内联网等等）下载程序也是可以的。

本发明的另外的优点和扩展方案从说明书和附图中得出。

易于理解的是，前述和下面还要阐述的特征不仅可以以分别说明的组合、而且可以以其他组合或单独地使用，而不脱离本发明的范围。

本发明根据实施例在附图中示意性地示出，并且下面参考附图予以详尽描述。

附图说明

图1示意性地示出了具有内燃机的电驱动装置的车载电网，该电驱动装置被配置用于执行根据本发明的方法的实施方式。

图2示意性地示出了在根据本发明的方法的一个优选实施方式的过程中可以被确定的电压图。

图3a-3c示意性地示出了具有内燃机的电驱动装置和另外的电部件的车载电网，该车载电网被配置用于执行根据本发明的方法的另外的实施方式。

图4示意性地示出了用于给根据图3a-3c的另外的电部件供应电流的控制设备。

具体实施方式

在图1中示意性地示出电驱动装置并用100来表示。电驱动装置100与机动车辆的内燃机200连接。电驱动装置100具有电机110，该电机110既可以以发电机方式又可以以马达方式运行。电机为此尤其是具有拥有电开关、尤其是半导体开关的换流器115。电机的110换流器115一方面具有用于车载电网180的直流电压接线端子B+、B-，并且另一方面具有用于电机的电相的交变电压接线端子。

为了激励电机110、尤其是换流器115，电驱动装置具有逻辑电路120。与逻辑电路120并联的是中间电路电容器130。

车载电网180例如可以具有储能器181和电负载181、182。车载电网180的正电势在此被称为供电电势U_v。

电驱动装置100还具有地接线端子140。地接线端子尤其是与内燃机200的发动机缸体210电连接。在此，内燃机200的发动机缸体210充当接地，并且因此充当电驱动装置100的参考地电势U_B。发动机缸体200与电驱动装置100之间的地连接可以通过电机110的壳体实现。

车载电网180的电部件181、182、183与基准电势U_R连接。在此，基准电势U_R由机动车辆的车身220形成。为了使内燃机200的发动机缸体210和车身220参考相同地电势，通过接地带230将发动机缸体210和车身220彼此连接。

逻辑电路120被配置用于激励电机110。逻辑电路120还被配置用于执行根据本发明的方法的一个优选实施方式。在此，逻辑电路120确定参考地电势U_B与基准地电势U_R之间的地电压差。逻辑电路120尤其是直接借助于相应测量电阻310来检测地电压差。逻辑电路120监视：地电压差是否达到极限值。因此，可以推断出接地带断裂。这样的接地带断裂尤其是指，地连接或接地带230由于故障而被中断或断裂。

在图2中示意性地示出了电压图400。电压图400可以在根据本发明的方法的一个实施方式的过程中由控制设备300来确定。

在此，电压图400中的第一电压走向曲线410描述随时间的参考地电势。第二电压走向曲线420描述随时间的基准地电势。第三电压走向曲线430描述随时间的供电电势。

第一和第二电压走向取向410和420之间的差形成地电压差。在接地带断裂的情况下，通过本发明使参考地电势420稳定化。

在时刻t₁，地电压差具有与下限值相对应的值431。在此，参考地电势达到下阈值U₁。然后，逻辑电路120在不输出电流的运行状态下激励电机110。在此，生成电机110的相短路。因此，没有电流能够离开电机110。在此，逻辑电路120由中间电路电容器130来供应电能，该中间电路电容器130由此放电。参考地电势420由此可以提高或增加，并且向供电电势430的方向上升。地电压差由此提高。

在第二时刻t₂，地电压差达到与上限值相对应的值432。在此，参考地电势420达到上阈值U₂。然后，逻辑电路120在输出电流的运行状态下、尤其是在无源整流的过程中激励电机110。在此，电机110与发电机运行状态类似地被激励。在此，电机110将机械能转换成电能。因此，中间电路电容器130可以被充电并且逻辑电路120被供应电能。参考地电势420然后可以降低。地电压差由此减小。

在时刻t₃，地电压差具有又与下限值相对应的值433。然后，逻辑电路120又在不输出电流的运行状态下激励电机110，直到地电压差在时刻t₄具有又与上限值相对应的值434。

在图3a、3b和3c示意性地示出了来自图1的以简化形式的车载电网，其具有内燃机200、电机110和车身220。附加地示出了被构造成执行器190的另外的电部件，其在接地侧具有到内燃机200的发动机缸体210的电连接。执行器190在电压侧由控制设备192来供应电流。控制设备192在此又由电流源191来供应电流，但是替代地同样可以由电机110或由储能器181来供电。

控制设备192在接地侧要么可以如图3a中所示与车身连接，要么也可以如图3b中所示与发动机缸体210连接。在图3c中示出了来自图3a的情况，其中附加地还存在直流电压转换器195，该直流电压转换器195在电机110或储能器182和执行器190在不同电平、即不同车载电网电压上运行时是必需的。

执行器190例如可以是燃料喷射器，该燃料喷射器是为了运行内燃机200所必需的。通常，存在多个这样的执行器，所述执行器单独地或者一起被供应电流。但是为清楚起见，示出了仅仅一个执行器190。

因为执行器190如电机110那样与相同参考地电势U_B、在这种情况下为发动机缸体210连接，所以在调节参考地电势时，还通过地电压差来调节执行器190的参考地电势。

在正常运行、即接地带230完好的情况下，在参考地电势U_B与基准地电势U_R之间、即在发动机缸体210与车身220之间存在电连接。流经执行器190的通过电流针对这种情况用箭头500和501来标示，所述箭头从车身220经过电流源191、控制设备192、执行器190和发动机缸体210、通过接地带230引回到车身220。

在接地带断裂的情况下，不再能够实现发动机缸体210与车身220之间通过接地带230的电连接。因此，通过电流如用箭头500和502所标示的那样从车身220经过电流源191、控制设备192、执行器190、发动机缸体210、电机110和储能器181引回到车身220。通过这种方式，当在此参考地电势U_B根据之前阐述的方法被稳定化时，执行器190可以被继续供应电流并且内燃机200的运行可以保持。

在图4中示意性地放大地示出了控制设备192。在此是可用来建立执行器190与电流源191之间的连接的开关193和用来产生地（根据实施方式要么为U_B、要么为U_R）与执行器190之间的连接的空转二极管194。控制设备195的逻辑用195来表示。

在正常运行中，通常包含电感的执行器190（例如磁喷射器）通过如升压转换器之类的控制设备192来运行，也就是说，当开关193断开时，存在通过空转二极管194流经执行器190的电流回路。在接地带断裂的情况下，该空转运行不再能够通过空转二极管193来实现。因此，执行器适宜地被相应构造，以便尤其是通过发动机缸体排出空转电流。

执行器适宜地还被构造或配置为在空转电流处于接通、但不活动状态下时排出空转电流。

在如图3a和3c中那样控制设备192接地到车身220（即基准地电势U_R）上的情况下，必须在这样的布置的情况下保证：参考地电势U_B不下降到空转二极管194的击穿电压（相对于U_R大约为-0.5V）以下，也就是说，地电压差的下限值在此根据执行器190来预先给定。

同样，通过电流可以在电机110之后替代于通过储能器181而通过直流电压转换器195被引回到车身220，如用箭头503所标示那样。

Claims (15)

1.用于运行具有换流器（115）的电机（110）的方法，所述电机（110）与参考地电势（U_B）电连接；

-其中监视参考地电势（U_B）与基准地电势（U_R）之间的地电压差；以及

-其中当地电压差达到上限值时，电机（110）在输出电流的运行状态下运行；以及

-其中当地电压差达到下限值时，电机（110）在不输出电流的运行状态下运行。

2.根据权利要求1所述的方法，其中电机（110）在输出电流的运行状态下以发电机方式运行。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中电机（110）在不输出电流的运行状态下以马达方式运行。

4.根据前述权利要求之一所述的方法，其中电机的换流器（115）在输出电流的运行状态下被激励用于提供无源整流。

5.根据前述权利要求之一所述的方法，其中换流器（115）在输出电流的运行状态下被激励为使得在电机（110）中建立磁极转子电压。

6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中换流器（115）在不输出电流的运行状态下被激励为使得生成电机（110）的相短路。

7.根据前述权利要求之一所述的方法，其中在电驱动装置的常规运行模式下执行地电压差的检查。

8.根据前述权利要求之一所述的方法，其中借助于传感器元件来确定地电压差。

9.根据前述权利要求之一所述的方法，其中运行至少一个另外的电部件（190），所述电部件（190）在接地侧与参考地电势（U_B）连接。

10.根据权利要求9所述的方法，其中根据所述至少一个另外的电部件（190）来预先给定上限值和/或下限值。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中为了运行所述至少一个另外的电部件（190），建立从所述至少一个另外的电部件（190）经过电机（110）到处于基准地电势（U_R）的车身（220）的电流回路。

12.一种逻辑电路（120），其被配置用于执行根据前述权利要求之一所述的方法。

13.内燃机（200）的电驱动装置（100），具有拥有换流器（115）的电机（110）和根据权利要求12所述的逻辑电路（120）。

14.一种计算机程序，其被配置用于执行根据权利要求1至11之一所述的方法。

15.一种机器可读存储介质，具有根据权利要求14所述的存储在其上的计算机程序。