CN106458040A - 用于切换机动车的电驱动器的逆变器的方法和相应地可切换的逆变器 - Google Patents

用于切换机动车的电驱动器的逆变器的方法和相应地可切换的逆变器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于切换机动车的电驱动器的逆变器的方法(1)，其中逆变器至少具有自由工作运行模式(303)、短路运行模式(305)以及时钟控制的运行模式(301)，在该时钟控制的运行模式(301)中发生从直流电压转换成交流电压或反过来，其中为了将逆变器从当前的运行模式切换到与当前的运行模式不同的目标运行模式，所述方法(1)包括：获取(101)用于当前的运行模式的电压值和/或电流值；取决于获取的电压值和/或取决于获取的电流值执行(103)匹配过程，以为了匹配用于目标运行模式的电压和/或电流；以及切换(105)到目标运行模式中。

Description

用于切换机动车的电驱动器的逆变器的方法和相应地可切换 的逆变器
技术领域
本发明涉及一种用于切换机动车的电驱动器的逆变器(Wechselrichter)的方法和机动车的电驱动器的相应地可切换的逆变器。
背景技术
电动车辆、混合动力车辆以及插电式车辆(Pluginfahrzeuge)具有电驱动器，该电驱动器借助于逆变器供给有交流电压。持续激励的(permanenterregt)电机经常用作电驱动器。在某些条件下能够为必要的是，如此运行逆变器，即使得向电驱动器的驱动轴不施加转矩或仅仅施加非常小的转矩，以为了由此保证电驱动器和整个车辆的可靠的状态。这能够通过切换到自由工作(Frailauf，有时称为自由振荡)中或切换到主动式短路中实现，这两者是逆变器的非时钟控制的(ungetakt)运行模式。
逆变器为了产生三相的交流电压典型地含有六个切换设备，其中各两个切换设备形成半桥。在自由工作中逆变器的所有切换设备切换成阻断(sperrend)，而在主动式短路中每个半桥的第一或第二切换设备切换成阻断并且每个半桥的第二或第一切换设备断开，以为了使电驱动器的相接口短路。
在逆变器的导致车辆的某些行驶情况的一些运行情况中，在从逆变器的一种运行模式变换到自由工作中时在高伏中间电路中能够出现瞬态的电压过高。在从逆变器的时钟控制的(getaktet，有时称为定时的)运行模式变换到主动式短路中时在一些运行情况中能够出现瞬态的相过载电流。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种用于切换机动车的电驱动器的逆变器的方法和一种逆变器，该逆变器至少部分地克服上面提及的缺点。
该任务通过根据权利要求1所述的根据本发明的方法和根据权利要求10所述的逆变器解决。
根据一个方面本发明涉及用于切换机动车的电驱动器的逆变器的方法，其中逆变器至少具有自由工作运行模式、短路运行模式以及时钟控制的运行模式，在该时钟控制的运行模式中发生从直流电压转换成交流电压或反过来，其中为了将逆变器从当前的运行模式切换到与当前的运行模式不同的目标运行模式，所述方法包括：
获取用于当前的运行模式的电压值和/或电流值；
取决于获取的电压值和/或取决于获取的电流值执行匹配过程，以为了匹配用于目标运行模式的电压和/或电流；以及
切换到目标运行模式中。
根据另一方面本发明涉及带有控制装置的逆变器，该控制装置设立成用于执行根据先前的方面的方法。
本发明的另外的有利的设计方案从从属权利要求和本发明的优选的实施例的下面的描述中得出。
根据本发明用于切换机动车(例如电动车辆、混合动力车辆或插电式车辆)的电驱动器的逆变器的方法基于逆变器，该逆变器至少具有自由工作运行模式(在该自由工作运行模式中逆变器位于自由工作中)、短路运行模式(在该短路运行模式中逆变器位于主动式短路中)以及时钟控制的运行模式(在该时钟控制的运行模式中发生从直流电压转换成交流电压或从交流电压转换成直流电压)。逆变器能够具有例如控制装置或与控制装置连接，该控制装置设立成用于，取用用于相应的运行模式的切换型式，以为了使逆变器置于例如切换到相应的运行模式中并且在时钟控制的运行模式中进行时钟控制。
按照根据本发明的用于切换逆变器的方法应当从当前的运行模式切换到与当前的运行模式不同的目标运行模式中。对此获取用于当前的运行模式的电压值和/或电流值。电压值和/或电流值能够借助于逆变器的电压控制装置和/或电流调节器为可得到的和/或借助于测量设备确定，该测量设备例如布置在逆变器中。备选地也能够估计电压值和/或电流值，例如借助于用于估计电压值和/或电流值的模型。电压值和/或电流值能够例如代表在逆变器的相接口处的相电压和/或相电流或在一些情况中也代表在这样的接口处的相电压和/或相电流，即通过该接口逆变器与电驱动器连接。
在获取电压值和/或电流值后，取决于获取的电压值和/或取决于获取的电流值执行匹配过程，以为了匹配用于目标运行模式的电压和/或电流。在匹配过程期间逆变器能够位于时钟控制的运行中，也就是说逆变器的切换设备能够根据合适的时钟控制断开和闭合。在匹配电压和/或电流时能够例如最小化或甚至消除在当前的运行状态和目标运行状态之间的电压差和/或电流差。
在电压和/或电流与目标运行模式相匹配后，切换到目标运行模式中。因为电压和/或电流与在目标运行模式中的电压和/或电流相匹配，在一些实施例中降低了产生电压过高和/或过载电流的可能性。
目标运行模式能够为非时钟控制的运行模式，例如自由工作运行模式或短路运行模式。根据本发明的用于切换逆变器的方法能够因此在切换到非时钟控制的运行模式中例如切换到自由工作运行模式中和/或切换到短路运行模式中时使用。
自由工作运行模式能够如此限定，即在自由工作运行模式中没有相电流流过或存在零安培的相电流。在一些实施例中相电流至少在输出端处为零安培，电驱动器能够联接在该输出端处。这能够通过逆变器的所有切换设备切换成阻断来实现。
短路运行模式能够如此限定，即在该短路运行模式中存在零伏的相电压。在一些实施例中相电压至少在输出端处为零伏，电驱动器能够联接到该输出端处。这能够通过逆变器的所有的半桥的某些切换设备分别切换成阻断而相应的半桥的其余的切换设备置入到断开的状态中来实现。例如所有的半桥的“上面的”切换设备能够切换成阻断，而“下面的”切换设备断开，或反过来。
当前的运行模式能够为非时钟控制的运行模式(例如自由工作运行模式或短路运行模式)或时钟控制的运行模式。当前的运行模式能够为时钟控制的运行模式，在该时钟控制的运行模式中存在相电压和/或相电流。
根据本发明的切换方法能够在将逆变器从时钟控制的运行模式切换到自由工作运行模式中时投入使用。在从时钟控制的运行模式切换到自由工作运行模式中时能够获取用于时钟控制的运行模式的电流值。获取电流值能够通过从逆变器的当前的状态条件中进行估计或计算(例如通过采用电流调节器的数据)和/或通过测量电流而发生。匹配过程能够取决于获取的电流值被执行，以为了匹配用于自由工作运行模式的电流。获取电流值和匹配过程能够借助于电流调节器发生。对此电流调节器能够这样调整，即该电流调节器调节到例如零安培的额定电流。以匹配过程的最终状态为出发点能够切换到自由工作运行模式中。
备选地或附加地根据本发明的切换方法能够在将逆变器从短路运行模式切换到自由工作运行模式中时应用。在此能够获取用于短路运行模式的电流值。如在上面的段落中提到的那样，获取电流额定值能够以基于例如电流调节信息来估计或计算电流值为基础和/或以测量为基础。匹配过程能够取决于获取的电流值被执行，以为了匹配用于自由工作运行模式的电流。获取电流值和匹配过程能够再次借助于电流调节器发生，对此该电流调节器能够这样调整，即该电流调节器调节到例如零安培的电流。在匹配过程后能够切换到自由工作运行模式中。
备选地或附加地也能够在将逆变器从时钟控制的运行模式切换到短路运行模式中时使用根据本发明的切换方法。对此能够获取用于时钟控制的运行模式的电压值。获取电压值能够通过从逆变器的当前的状态条件中进行估计或计算(例如通过采用电压控制装置的数据)和/或通过测量电压发生。匹配过程能够取决于获取的电压值被执行，以为了匹配用于短路运行模式的电压。在执行匹配过程后能够切换到短路运行模式中。
备选地或附加地根据本发明的切换方法能够在将逆变器从自由工作运行模式切换到短路运行模式中时投入使用。为了获取用于自由工作运行模式的电压值，逆变器的电流调节器能够利用零安培的预设电流理论值运行。通过相应地运行电流调节器能够出现中间状态。在该中间状态中的电压值能够通过从逆变器的当前的状态条件中进行估计或计算(例如通过采用电压控制装置的数据)和/或通过测量被获取并且用作用于匹配过程的获取的电压值。备选地电压值能够借助于模型以短路模式为出发点被估计或以其他的方式被确定。匹配过程能够取决于获取的电压值被执行，以为了匹配用于短路运行模式的电压。以匹配的电压为出发点能够切换到短路运行模式中。
匹配电压和/或电流能够含有改变电压和/或电流或使电压的值和/或电流的值最小化。例如能够在匹配期间在从0V到±10V的范围中调整相电压和/或在从0A到5A的范围中调整相电流。在一些实施例中匹配相电压和/或相电流意味着调整大约0V的电压和/或大约0A的电流。
在匹配过程期间匹配用于目标运行模式的电压和/或电流能够依据函数。函数能够为例如线性函数、指数函数、或多项式函数。备选地或附加地函数能够为阶梯函数。匹配能够例如沿连续地或线性地改变的阶梯函数(例如沿连续地上升的或下降的阶梯函数)发生，其中例如在具有1ms的持续时间的每一级中，电流和/或电压提高或减少了预设的值例如10A或10V。
匹配过程能够具有在从1ms到100ms的范围内的持续时间。在一些实施例中匹配过程的持续时间减少到2ms至20ms。例如匹配电压和/或电流能够总体来说持续大约10ms。对于每个转换过程(如从时钟控制的运行模式到自由工作运行模式中或到短路运行模式中或从短路运行模式到自由工作运行模式中或反过来)能够确定用于匹配过程的特征性的持续时间，例如10ms。
通过估计和/或计算和/或通过测量来获取电压值和/或电流值能够快速地发生。例如能够比执行匹配过程更快速地来估计、计算和/或测量电压值和/或电流值。切换到目标运行模式中也能够快速地例如比执行匹配过程更快速地执行。用于执行切换方法的时间间隔能够因此处于毫秒范围中，从而快速地调整可靠的状态。
在从自由工作运行状态切换到短路运行状态中时电流调节器能够在从1ms到100ms的持续时间上利用零安培的预设电流理论值运行。在一些实施例中持续时间减少到1ms到20ms。电流调节器能够例如利用零安培的预设电流理论值运行大约10ms。持续时间(在该持续时间期间电流调节器相应地运行)能够对于每个转换过程为恒定的。用于执行切换方法的时间间隔能够因此相应地延长。
根据本发明的切换方法能够实现为促使处理器执行所述方法的软件产品。
本发明此外涉及机动车的电驱动器的逆变器。逆变器如上面描述的那样至少具有自由工作运行模式(在该自由工作运行模式中逆变器位于自由工作中)、短路运行模式(在该短路运行模式中逆变器位于主动式短路中)、以及时钟控制的运行模式(在该时钟控制的运行模式中发生从直流电压转换成交流电压或从交流电压转换成直流电压中)，并且含有控制装置，该控制装置设立成用于执行所描述的切换方法。控制装置能够设立成用于取用用于相应的运行模式的切换型式，以为了使逆变器置于或相应地切换到相应的运行模式中。控制装置能够具有电子构件，如微处理器、数据存储器和诸如此类。此外控制单元能够具有软件，通过该软件实现根据本发明的切换方法，从而微处理器实施切换方法。
逆变器此外能够具有电路，该电路含有多个例如六个切换设备，例如IGBT。切换设备能够形成全桥电路。
本发明还涉及带有逆变器的机动车，如该逆变器在上面所描述的那样。机动车能够为电动车辆、混合动力车辆或插电式车辆。机动车此外能够具有电驱动器。在逆变器的时钟控制的运行模式中电驱动器能够将转矩施加到机动车的驱动轴上，从而电驱动器位于行驶运行中。在匹配过程后能够存在电驱动器的这样的工作点，即该工作点类似于目标运行模式例如自由工作运行模式或短路运行模式。电驱动器的工作点能够定义为电机的相电流的综合的空间矢量(Raumzeiger)和相电压的综合的空间矢量的组合。
机动车此外能够含有中间电路、牵引用电池、车辆控制装置和/或诸如此类。
附图说明
现在示例性地并且参考附图描述本发明的实施例，在其中：
图1示意性地显示了用于切换逆变器的方法的实施例的流程图；
图2示意性地示出了逆变器的线路；并且
图3示意性地示出了关于逆变器的运行模式和在运行模式之间的过渡的概览。
具体实施方式
在图1中示意性地作为流程图示出了用于切换机动车的电驱动器的逆变器的方法1的实施例。
方法1设计成用于以逆变器为基础被实施，该逆变器至少具有自由工作运行模式、短路运行模式以及时钟控制的运行模式，在该时钟控制的运行模式中发生从直流电压转换成交流电压或反过来。设计成用于实施该方法的示例性的逆变器21参考图2被描述。根据用于切换逆变器的方法1设置成，将逆变器的运行模式从当前的运行模式切换到与当前的运行模式不同的目标运行模式。用于可考虑作为当前的运行模式的运行模式的示例参考图3在下文更后面详细地被描述。
根据用于切换逆变器的方法1获取101用于当前的运行模式的电压值和/或电流值。对此在大多数过渡中从逆变器的当前的预设状态中估计电压值和/或电流值。仅仅在从自由工作模式切换到短路模式时逆变器的电流调节器利用零安培的预设电流理论值运行，以为了接着从逆变器的当前的预设状态中估计电压值和/或电流值。
在103中取决于获取的电压值和/或取决于获取的电流值执行匹配过程，以为了匹配用于目标运行模式的电压和/或电流。在105中以匹配的电压和/或匹配的电流为出发点切换到目标运行模式中。
图2示意性地示出了借助于逆变器21用于运行电驱动器23的组件2。组件此外包括中间电路25，通过该中间电路25逆变器21与车辆的高伏电池27连接。
逆变器21含有六个切换设备S11,S12,S13,S21,S22,S23，这六个切换设备能够构造为IGBT。切换设备S11,S12,S13,S21,S22,S23成对地作为半桥211联结并且每个切换设备对或每个半桥211的中间抽头213与电驱动器23的相接口231连接，其中图2为了简化仅仅示出了半桥211。逆变器21此外含有电容器215，该电容器215与并联联结的半桥211并联联结。
此外逆变器21含有控制装置217，该控制装置217具有微处理器，该微处理器设立成用于操控和切换切换设备S11,S12,S13,S21,S22,S23，从而逆变器21能够在时钟控制的运行模式、自由工作运行模式或短路运行模式中工作。在时钟控制的运行模式中半桥211的切换设备S11,S21如此切换，即使得产生三相的交流电流。在自由工作运行模式中逆变器21的所有的切换设备S11,S12,S13,S21,S22,S23切换成阻断。而在短路运行模式中每个半桥211的上面的切换设备S11切换成阻断并且每个半桥211的下面的切换设备21断开，以为了使电驱动器23的相接口231短路。
图3示意性地示出了关于逆变器例如来自图2的逆变器21的运行模式以及在运行模式之间的过渡的概览30。
图3示出了时钟控制的运行模式301、自由工作运行模式303以及短路运行模式305。在时钟控制的运行模式301中在电驱动器处存在电压U≥0V和电流I≥0A。在自由工作运行模式303中施加0A的电流，而对于电压适用U>0V。在短路运行模式305中施加0V的电压，而对于电流适用I>0A。此外在自由工作运行模式303中能够通过逆变器21的电压控制或电流调节限定电压值和电流值。在自由工作运行模式303中不可直接获取电压。
图3此外示出了在时钟控制的运行模式301、自由工作运行模式303以及短路运行模式305之间的一系列过渡311,313,315,321,331,333。过渡311,313,315基于在图1中示出的方法1发生，其中电压值直接借助于逆变器21的电压控制获取，且电流值直接借助于逆变器21的电流调节获取。过渡321同样基于方法1发生，其中借助于附加的电流调节步骤3211确定电压值。过渡331,333能够在不执行匹配过程的情况下直接被调整，因为在该过渡331,333中不必担忧过载电流或电压过高。
在从时钟控制的运行模式301到自由工作运行模式303的过渡311中获取了电压值和电流值。取决于获取的电流值匹配电流，其中电流在大约10ms内逐级地调节例如降低到大约0A。接着利用在自由工作运行模式中的切换也就是说通过阻断所有的切换设备S11,S12,S13,S21,S22,S23结束逆变器21的时钟控制。
在从时钟控制的运行模式301到短路运行模式305的过渡313中获取电压值和电流值。取决于电压值匹配电压，其中电压在大约10ms内逐级地控制例如降低到大约0V。接着利用在短路运行模式中的切换也就是说通过阻断上面的切换设备S11,S12,S13并且通过断开下面的切换设备S21,S22,S23或反过来而结束逆变器21的时钟控制。
在从短路运行模式305到自由工作运行模式303的过渡315中获取电压值和电流值。取决于电流值匹配电流，其中电流在大约10ms内通过对逆变器进行时钟控制而逐级地调节例如降低到大约0A。接着利用在自由工作运行模式中的切换也就是说通过阻断所有的切换设备来结束逆变器21的时钟控制。
在从自由工作运行模式301到短路运行模式305的过渡313中首先对于大约10ms的时间利用0A的预设电流理论值运行逆变器21的电流调节器(3211)并且在该时间期间获取电压值和电流值。取决于这样获取的电压值匹配电压，其中电压在大约10ms内逐级地调节例如降低到大约0V(3213)。接着利用在短路运行模式中的切换也就是说通过阻断上面的切换设备S11,S12,S13并且通过断开下面的切换设备S21,S22,S23或反过来而结束逆变器21的时钟控制(3213)。
由于在切换到自由工作运行模式中或短路运行模式中之前有针对性地控制或调节电压或电流，能够平衡在当前的运行模式和目标运行模式之间的电压差或电流差并且减少或甚至完全阻止瞬态的过载电流或过载电压。
参考符号列表
1 用于切换逆变器的方法
101 获取电压值和/或电流值
103 匹配电压和/或电流
105 切换到目标运行模式中
2 组件
21 逆变器
23 电驱动器
25 中间电路
27 高伏电池
211 半桥
213 中间抽头
215 电容器
217 控制装置
231 相接口
S11,S13,S15 上面的切换设备
S21,S23,S25 下面的切换设备
30 概览运行模式
301 时钟控制的运行模式
303 自由工作运行模式
305 短路运行模式
311 过渡：时钟控制的运行模式到自由工作运行模式中
313 过渡：时钟控制的运行模式到短路运行模式中
315 过渡：短路运行模式到自由工作运行模式中
321 过渡：自由工作运行模式到短路运行模式中
331,333 调节的过渡
3211 电流调节和确定电压
3213 匹配电压并且切换到短路运行模式中。

Claims (10)

1.一种用于切换机动车的电驱动器的逆变器的方法(1)，其中所述逆变器至少具有自由工作运行模式(303)、短路运行模式(305)以及时钟控制的运行模式(301)，在该时钟控制的运行模式(301)中发生从直流电压转换成交流电压或反过来，其中为了将所述逆变器从当前的运行模式切换到与所述当前的运行模式不同的目标运行模式，所述方法(1)包括：
获取(101)用于所述当前的运行模式的电压值和/或电流值；
取决于所获取的电压值和/或取决于所获取的电流值执行(103)匹配过程，以为了匹配用于所述目标运行模式的电压和/或电流；以及
切换(105)到所述目标运行模式中。
2.根据前述权利要求所述的方法(1)，其中所述目标运行模式为所述自由工作运行模式(303)或所述短路运行模式(305)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)，其中在所述短路运行模式(305)中相电压为零伏和/或在所述自由工作运行模式(303)中相电流为零安培。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)，其中将所述逆变器从所述时钟控制的运行模式(301)或从所述短路运行模式(305)切换(311,315)到所述自由工作运行模式(303)中包括：
获取(101)用于所述时钟控制的运行模式(301)或用于所述短路运行模式(305)的电流值；
取决于所获取的电流值执行(103)所述匹配过程，以为了匹配用于所述自由工作运行模式(303)的电流；以及
切换(105)到所述自由工作运行模式(303)中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)，其中将所述逆变器从所述时钟控制的运行模式(301)或从所述自由工作运行模式(303)切换(313,321)到所述短路运行模式(305)中包括：
获取(101)用于所述时钟控制的运行模式(301)或用于所述自由工作运行模式(303)的电压值；
取决于所获取的电压值执行(103)所述匹配过程，以为了匹配用于所述短路运行模式(305)的电压；以及
切换(105)到所述短路运行模式(305)中。
6.根据前述权利要求所述的方法(1)，其中获取(101)用于所述自由工作运行模式(303)的电压值包括：
利用零安培的预设电流理论值运行(3211)所述逆变器的电流调节器。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)，其中在所述匹配过程期间用于所述目标运行模式的电压和/或电流的匹配(103)依据函数，尤其线性函数和/或阶梯函数。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法(1)，其中所述匹配过程(103)的持续时间处于从1ms到100ms的范围内，尤其为10ms。
9.根据权利要求6到8中任一项所述的方法(1)，其中所述电流调节器在从1ms到100ms尤其为10ms的持续时间上利用零安培的预设电流理论值运行(3211)。
10.一种带有控制装置(217)的逆变器(21)，该控制装置(217)设立成用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)。
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