CN106664048A - 用于确定具有变流器的电机的相电流的方法 - Google Patents

用于确定具有变流器的电机的相电流的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于确定电机的相电流（IU，IV，IW，IX，IY）的方法，所述电机具有变流器（20）和拥有至少四个相（U，V，W，X，Y）的定子（10），其中变流器（20）对于至少四个相（U，V，W，X，Y）中的每个相都具有拥有上部开关（2）的上部支路和拥有下部开关（3）的下部支路，其中全部上部支路与上部直流电压端子（5）连接并且全部下部支路与下部直流电压端子（6）连接，其中变流器（20）以主动的整流运行来运行，在所述主动的整流运行中，每个上部开关（2）仅在相关的上部开关（2）处的相电压相对于地来说大于上部直流电压端子（5）相对于地的电压期间被闭合，并且其中每个下部开关仅在相关的下部开关（3）处的相电压相对于地来说小于下部直流电压端子（6）相对于地的电压期间被闭合，其中测量全部下部支路中的相支路电流（ILSU，ILSV，ILSW，ILSX，ILSY），其中从如下数量的相支路电流（ILSU，ILSV，ILSW，ILSX，ILSY）确定相电流（IU，IV，IW，IX，IY），所述数量大于一且小于所述至少四个相（U，V，W，X，Y）的数量。

Description

用于确定具有变流器的电机的相电流的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定具有变流器的电机的相电流的方法以及一种计算单元和一种用于执行该方法的计算机程序。
背景技术
用于将机械能转换成电能的发电机是已知的。在机动车中，通常应用齿形电极发电机。该齿形电极发电机能够配设电激发器。因为齿形电极发电机产生交流电，所以对于在机动车中常用的直流电压车载电网需要整流。对此，能够应用具有半导体二极管和/或有源的开关元件的整流器。
也能够用于车辆驱动（即也能够以马达的方式运行）的发电机能够从混合动力车辆的领域中已知。在此目的是：在低的转速的情况下支持内燃机，在所述低的转速中所述内燃机尚未提供全部转矩（升压运行、涡轮滞后补偿）。此外，能够通过主动的电制动（发电机式运行）将车辆的动能馈送回车载电网中（回收）。对于发电机式运行，变流器能够作为主动的整流器运行，在该整流器中高侧和低侧开关与相电压相关地切换。例如，当相电压为负时，闭合低侧开关，并且当相电压大于电池电压时，闭合高侧开关。为了精确地控制主动的制动力矩，了解相电流是重要的。
测量相电流能够经由测量电阻、所谓的分流器来进行。通常，该分流器不直接地构建在驱动器的相中，而是构建在变流器的低侧支路中。利用低侧分流器的相独立的电流测量从电动马达的控制的领域中已知。然而在此，如在DE 103 27 690 B4或DE 10 2012 217116 A1中说明的那样，电流测量必须与控制同步。这是相对耗费的。此外，在主动的整流中有问题的是：低侧开关在任何时间点都不全部闭合。然而，在电流测量时在低侧支路中在开关断开的情况下也能够测量出不等于零的电流，例如由于测量噪声、传感器偏移等等。这使得分析更困难。
因此期望的是：说明一种方法，借助所述方法在主动的整流运行中也能够尽可能简单地确定全部相电流。
发明内容
根据本发明，提出具有独立专利权利要求的特征的用于确定具有变流器的电机的相电流的方法以及计算单元和用于执行该方法的计算机程序。有利的设计方案分别是从属权利要求和下面的描述的主题。
本发明的优点
在本发明的范围中，提出如下可行性：通过基本上同时测量全部低侧支路电流和清算测量值来确定具有多个相的电机的全部相电流。于是，全部测量的低侧支路电流中的至少两个且小于相数量的低侧支路电流被考虑用于计算相电流。优选地，根据测量值选择要考虑的相，特别是，考虑具有最大绝对值幅度的两个所测量的低侧支路电流用于计算相电流。由此，各个支路中的当前的开关状态是不重要的。“错误的”低侧支路电流的绝对值总是小于“正确的”低侧支路电流，其中所述“错误的”低侧支路电流由于噪声、传感器偏移等测量出，尽管所属的低侧开关闭合，其中所述“正确的”低侧支路电流流经断开的低侧开关。出于该原因也不再需要将测量与开关顺序同步。更确切地说，能够在任意时间点并且与主动的整流运行的开关时间无关地测量全部低侧支路电流。适当地，基本上同时地测量全部低侧支路电流。这尤其能够通过相应数量的并联的AD转换器或者例如通过复用器和串联的AD转换器在如下期间进行，在这期间所述串联的AD转换器快速地执行使得在此期间能够预期相电流没有显著变化。适当地，以规则的时间格测量低侧支路电流。
本发明适合于具有至少四个相的所有多相机器。相电流总是能够由至少两个并且最高N-1个中的适当数量的低侧支路电流来计算，因为对于每个机器而言相之间的角间距是已知的，其中N是相的数量。尤其适当的选择是两个绝对值最大的低侧支路电流。这在更下面以五相机器的实例详细阐述。本发明在具有大于四相的机器中展现出特别的优点，因为在那里所计算的相电流的数量总是大于或等于两个绝对值最大的低侧支路电流的数量，即从仅两个有效的测量值能够计算全部无效的数值。
本发明尤其有利地适合于应用在混合或回收驱动技术中，因为在那里了解全部相电流实现精确地调节主动的制动力矩。
根据本发明的计算单元，例如机动车的控制设备尤其在程序技术方面被设立用于执行根据本发明的方法。
以软件的形式实现该方法也是有利的，因为这产生尤其小的成本，尤其当将进行实施的控制设备还用于其他任务并且因此是总归存在的时，这产生尤其小的成本。用于提供计算机程序的适当的数据载体尤其是磁盘、硬盘、闪存存储器、EEPROM、CD-ROM、DVD等。经由计算机网络（因特网，内联网等）下载程序也是可以的。
本发明的其他的优点和设计方案从说明书和所附的附图中得出。
易于理解的是，上述的和下面还要阐述的特征不仅能够以分别说明的组合的形式应用，而且能够以其他的组合或单独地应用，而没有脱离本发明的范围。
根据一个或多个实施例在附图中示意地示出本发明并且下面参考附图详细描述本发明。
附图说明
图1以示意图示出具有变流器的如能够作为本发明基础的电机。
图2以示意图示出具有根据图1的变流器的电机的主动整流的控制方案。
具体实施方式
图1以强烈简化的图示出具有变流器的电机的对说明本发明重要的元件，如所述电机能够是机动车车载电网的一部分。从中包括五相定子（或定片）10。五相定子10具有总共五个定子绕组分支（也称作定子绕组）11至15。电枢（或转子）为了概览而未被示出。
五相定子10借助其五个定子绕组分支11至15连接到变流器2上，所述变流器具有拥有有源开关元件2、3、例如MOSFET作为开关的五个变流器桥21至25。五个定子绕组分支11至15或五个变流器桥21至25定义电机的五个相U至Y。变流器2能够作为整流器（通常在电机的发电机式运行中以用于给车载电网供电）或作为逆变器（通常在电机的马达式运行中）运行。
有源的开关元件2、3经由接触轨在一侧与定子绕组分支11至15连接并且在另一侧与直流电压端子5、6连接。直流电压端子5、6能够与车载电网中的电能存储器、例如电池40连接。在此，上部的直流电压端子5与正的电池极连接，下部的直流电压端子6与负的电池极或地连接。因此，有源的开关元件2被布置在所谓的上部的整流支路中，有源的开关元件3被布置在下部的整流支路中。有源的开关元件2因此是作为上部开关的所谓的高侧开关元件，有源的开关元件3是作为下部开关的所谓的低侧开关元件。也称作高侧支路（从相应的变流器桥21至25的中点经由开关元件2至直流电压端子5）或低侧支路（从相应的变流器桥21至25的中点经由开关元件3至直流电压端子6）。
经由变流器20的低侧支路中的测量电阻（分流器）4进行电流测量。已知地，对此测量在测量电阻上下降的电压，在此尤其测量在控制设备30的模数转换器输入端上的电压。
根据本发明的有利的实施方式的用于确定全部相电流的方法参考图2描述。控制设备30在程序技术方面被设立用于执行该方法。
在图2中相叠地示出五个相U、V、W、X和Y的相电压的时间变化。连接在上部直流电压端子5和下部直流电压端子6之间的电池的电池电压用UBat表示，地用“0”表示。在典型的混合驱动器中，变流器20与具有例如48V的高压车载电网连接。
根据主动的整流运行，高侧开关元件2中的每个都在所属的相电压相对于地来说大于施加在上部直流电压端子5上的相对于地的电池电压期间被闭合。分别用101表示开关方案。
此外，根据主动的整流运行，低侧开关元件3中的每个都在所属的相电压相对于地来说小于施加在下部直流电压端子5上的地期间被闭合。开关方案分别用102表示。
现在，在本发明的范围中可行的是：通过适当同时测量全部低侧支路电流ILSU、ILSV、ILSW、ILSX、ILSY来确定全部相电流IU、IV、IW、IX、IY。于是，全部所测量的低侧支路电流中的两个具有最大绝对值幅度的低侧支路电流被考虑用于计算相电流。所述两个低侧支路电流在图2中用“有效”表示，其他三个低侧支路电流用“无效”表示。示例的测量时间点通过竖直虚线表示。测量时间点尤其能够是任意的，并且与主动的整流运行的开关时间无关。在当前的实例中，测量时间点以规则的时间格Δt等间距。
从相之间的角间距（在此为72°）的了解中能够计算每个相电流作为两个绝对值最大的、即有效的低侧支路电流的函数。对此，定义如下换算系数：
系数11=sin（216°）/sin（288°）
系数21=cos（216°）-（sin（216°）/tan（288°））
系数12=sin（144°）/sin（216°）
系数22=cos（144°）-（sin（144°）/tan（216°））
系数13=sin（72°）/sin（144°）
系数23=cos（72°）-（sin（72°）/tan（144°））。
因此，在当前的实例中，在测量时间点t1低侧支路电流ILSV和ILSW是有效的，所述低侧支路电流因此同时地是相电流IV或IW。从如下中得到其他的相电流：
IX=（ILSV-ILSW*系数11）/系数21
IY=（ILSV-ILSW*系数12）/系数22
IU=（ILSV-ILSW*系数13）/系数23。
在测量时间点t2低侧支路电流ILSU和ILSY是有效的，所述低侧支路电流因此同时地是相电流IU或IY。从如下中得到其他的相电流：
IV=（ILSY-ILSU*系数11）/系数21
IW=（ILSY-ILSU*系数12）/系数22
IX=（ILSY-ILSU*系数13）/系数23。
在测量时间点t4低侧支路电流ILSX和ILSY是有效的，所述低侧支路电流因此同时地是相电流IX或IY。从如下中得到其他的相电流：
IU=（ILSX-ILSY*系数11）/系数21
IV=（ILSX-ILSY*系数12）/系数22
IW=（ILSX-ILSY*系数13）/系数23。
对于有效的低侧支路电流ILSU和ILSV得到其他的相电流为：
IW=（ILSU-ILSV*系数11）/系数21
IX=（ILSU-ILSV*系数12）/系数22
IY=（ILSU-ILSV*系数13）/系数23。
最后，对于有效的低侧支路电流ILSW和ILSX得到其他的相电流为：
IY=（ILSW-ILSX*系数11）/系数21
IU=（ILSW-ILSX*系数12）/系数22
IV=（ILSW-ILSX*系数13）/系数23。
总之，当变流器作为主动的整流器运行时，因此也能够借助本发明确定具有至少四个相的电机的全部相电流。

Claims (13)

1.一种用于确定电机的相电流（IU，IV，IW，IX，IY）的方法，所述电机具有变流器（20）和拥有至少四个相（U，V，W，X，Y）的定子（10），其中所述变流器（20）对于所述至少四个相（U，V，W，X，Y）中的每个相都具有拥有上部开关（2）的上部支路和拥有下部开关（3）的下部支路，其中全部上部支路与上部直流电压端子（5）连接并且全部下部支路与下部直流电压端子（6）连接，其中所述变流器（20）以主动的整流运行来运行，在所述主动的整流运行中，每个上部开关（2）仅在相关的上部开关（2）处的相电压相对于地来说大于所述上部直流电压端子（5）相对于地的电压期间被闭合，并且其中每个下部开关仅在相关的下部开关（3）处的相电压相对于地来说小于所述下部直流电压端子（6）相对于地的电压期间被闭合，其中测量全部下部支路中的相支路电流（ILSU，ILSV，ILSW，ILSX，ILSY），其中从如下数量的相支路电流（ILSU，ILSV，ILSW，ILSX，ILSY）确定所述相电流（IU，IV，IW，IX，IY），所述数量大于一且小于所述至少四个相（U，V，W，X，Y）的数量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中从两个绝对值最大的相支路电流（ILSU，ILSV，ILSW，ILSX，ILSY）确定所述相电流（IU，IV，IW，IX，IY）。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中同时测量全部下部支路中的相支路电流（ILSU，ILSV，ILSW，ILSX，ILSY）。
4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中在全部下部支路中借助于各一个测量电阻（4）测量所述相支路电流（ILSU，ILSV，ILSW，ILSX，ILSY）。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中以规则的时间格测量全部下部支路中的相支路电流（ILSU，ILSV，ILSW，ILSX，ILSY）。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中与主动的整流运行的开关时间点无关地测量全部下部支路中的相支路电流（ILSU，ILSV，ILSW，ILSX，ILSY）。
7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中根据所述相支路电流（ILSU，ILSV，ILSW，ILSX，ILSY）的数量在考虑所述至少四个相（U，V，W，X，Y）之间的角间距的情况下确定所述相电流（IU，IV，IW，IX，IY）。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述上部直流电压端子（5）和所述下部直流电压端子（6）之间施加电池电压。
9.一种计算单元，所述计算单元被设立用于：执行根据上述权利要求中任一项所述的方法。
10.一种机动车车载电网，其具有电机，所述电机具有变流器（20）和拥有至少四个相（U，V，W，X，Y）的定子（10），其中所述变流器（20）对于所述至少四个相（U，V，W，X，Y）中的每个相都具有拥有上部开关（2）的上部支路和拥有下部开关（3）的下部支路，其中全部上部支路与上部直流电压端子（5）连接并且全部下部支路与下部直流电压端子（6）连接，并且所述机动车车载电网具有根据权利要求9所述的计算单元。
11.根据权利要求10所述的机动车车载电网，其具有电能存储器（40），所述电能存储器连接在所述上部直流电压端子（5）和所述下部直流电压端子（6）之间。
12.一种计算机程序，所述计算机程序促使计算单元用于：当所述计算机程序在所述计算单元上实施时，执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
13.一种机器可读的存储介质，所述存储介质具有存储于其上的、根据权利要求12所述的计算机程序。
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