CN107548436A - 用于运行流体输送系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行流体输送系统的方法，该流体输送系统包括流体输送泵、电压操纵器(7)和电机(8)，其中流体输送系统集成到电网中，通过施加在电机(8)上的电压可驱控电机(8)，电压操纵器(7)前置于电机(8)连接，其中，运行以下步骤：确定期望的流体输送量；确定流体输送泵用于输送期望的流体输送量所需要的转速；确定为了达到流体输送泵的必要的转速所需要的电压；激活电压操纵器(7)以便达到需要的电压。

Description

用于运行流体输送系统的方法
技术领域
本发明涉及一种用于运行流体输送系统的方法，该流体输送系统包括流体输送泵、电压操纵器和电机，其中流体输送系统集成到电网中，可通过施加在电机上的电压驱控电机，电压操纵器前置于电机连接。
背景技术
在燃料输送系统中应用燃料输送泵，以便将燃料由燃料箱输送到内燃机。为了进行输送，使用电动燃料输送泵，其具有可以由电机驱动的泵级。燃料输送泵必须确保在宽的运行范围上的燃料输送。例如燃料输送泵必须不仅在内燃机满负荷时而且在机动车低的行驶速度或静止状态时提供足够的输送量。
最大可能的输送功率一方面依赖于燃料输送泵的结构形式，其中随着燃料输送泵的尺寸增大，最大的输送量也增大，而另一方面依赖于泵级的转速，该转速决定性地通过电功率确定。最大输送量因此也直接依赖于电机的供电电压和施加在电机上的电流强度。
在机动车的车载电气系统中可用的电压通常限于确定的最大值，从而在燃料输送泵上的电压不可以任意提高，因此最大转速并因此最大输送量也是受限的。
在现有技术中已知如下装置，该装置设有附加的升压器，以便提高在燃料输送泵上的电压。升压器在此例如通由多个构件组成的电路形成。
特别对于由现有技术已知的装置不利的是，在运行中通过应用升压器在电气系统中产生不利的损耗功率，该损耗功率特别是通过升压器的附加的电感和用于升压器的功率半导体器件引起。此外无法优化地驱控升压器，以优化地补偿产生的缺点。
发明内容
因此本发明的任务在于，实现一种方法，该方法允许升压器优化的运行，以便提高燃料输送泵的最大输送量并且同时使得通过升压器产生的损耗功率最小化。
关于该方法的任务通过具有权利要求1的特征的方法解决。
本发明的实施例涉及一种用于运行流体输送系统的方法，该流体输送系统包括流体输送泵、电压操纵器和电机，其中流体输送系统集成到电网中，通过施加在电机上的电压可驱控电机，电压操纵器前置于电机连接，其中运行以下步骤：
●确定期望的流体输送量；
●确定流体输送泵用于输送期望的流体输送量的必要转速；
●确定为了达到流体输送泵的必要的转速所需的电压；
●激活电压操纵器以便达到需要的电压。
流体输送系统可以特别是用于将燃料从燃料箱输送到内燃机的燃料输送系统。此外也可以应用在水或者油循环系统中。
电压操纵器是可以影响电压的电子构件。电压操纵器可以由单个构件形成或者通过多个组合的元件形成。电压操纵器的驱控例如可以通过控制装置实现。作为电压操纵器可以应用所谓的升压器，其用于放大和/或减弱电信号。在此可以仅仅改变电压水平自身或者例如也改变信号的开关频率。可以激活电压操纵器用于主动影响电压，例如产生电压的提高或减小。备选地通过激活电压操纵器可以附加于或代替电压的提高和/或减小而实现另外的功能。例如电压操纵器可以用作电网中的开关频率的滤波器。
电网的意思就是一个或多个构件例如控制装置、能源和执行器的电路连接。这例如可以通过机动车的车载电网形成。流体输送系统的电机如此连接到电网，使得其转速是可调的。电机进而还有连接在电机上的流体输送泵的转速是用于确定流体输送泵的流体输送量的主要的标准。为了输送确定的、期望的流体输送量，需要流体输送泵的一定的可确定的转速水平。期望的转速水平可以通过在电机上施加适合的电压实现。
电压操纵器优选可以用于在电机上产生适合的电压水平。由此可以确保足够的流体输送量。
燃料输送系统可以不仅通过施加的电压而且通过转速预定值得以驱控。然而在施加的电压与在燃料输送泵上设定的转速之间存在依赖于相应的燃料输送系统和运行条件的关系。优选地也在通过转速驱控的燃料输送系统中确定如下电压，必须将该电压施加给燃料输送泵，以便达到预定转速。
特别有利的是，如果为了达到流体输送泵的转速需要的电压位于在预定电压范围之外，那么激活电压操纵器。
电网通常在确定的电压水平上运行。可以由电网施加给电机的电压因此是受限的。由此也限制可能的最大转速，这是因为该转速直接依赖于电机上的电压。如果需要用于确保流体输送量的转速，该转速需要比电网中的最大电压高的电压，则在没有电压变化的情况下不能实现该转速。电压操纵器可以适合地对电网的电压进行放大，以便最终在电机上产生高于电网的最大电压的电压。电压操纵器因此可以用作电压放大器。
在相反情况下，电压操纵器也可以用于将电压降低到不能由电网提供的水平。这特别是有利的，以便不必不必要地进一步降低在剩余电网中的电压，这是因为例如其他负载需要较高的电压水平。如此可以给电机施加非常低的电压，这种情况在非常低的转速下出现，而在其余电网/电网其余部分中的电压实际上保持不变。
在没有电压操纵器的应用中，转速的降低可以备选地例如通过降低用于驱控电机的脉宽调制的信号的调制频率实现。然而这是不利的，因为通过将调制频率降低到限定的边界之下可以引起声学上的不利影响。
预定的电压范围优选通过电网的电压水平确定。
一个优选实施例的特征在于，电网以可预定的电网电压运行，其中通过电压操纵器可将用于驱控电机的电压降低到低于电网电压的水平。这有利于，总体上拓宽电机和进而流体输送泵的可用转速范围。电压操纵器在此用作信号衰减器。特别有利的是，电网以非常高的电压运行，该电压或者仅仅暂时受限或者持久施加在电网上。这例如是在电动车辆中的情况，该电动车辆通常具有显著更高的电网电压。特别是在再生期间、亦即从电动车的运动中回收电能期间，可以在电网中生成非常高的电压水平。
优选的是，电网以可预定的电网电压运行，其中通过电压操纵器可将用于驱控电机的电压提高到高于电网电压的水平。在此电压操纵器用作信号放大器，其特别是相对于电网的电压水平提高信号的电压水平，由此可以在电机进而也在流体输送泵上产生更高的转速。流体输送泵的应用范围可以由此朝上扩大，因为通过电压放大能实现具有更高转速的运行。电机和进而流体输送泵的转速范围由此增大。通过上述方案也可以将电压降低到低于剩余电网的电压水平，因此总体上不仅向上而且向下拓宽转速范围。
此外有利的是，电压操纵器用作在电机与其余电网之前的滤波器。
滤波器特别有利于，将电压操纵器之前和之后的、特别是在所使用的信号的开关频率中的差异保持相互分开。例如有利的是，在其余电网中的开关频率比在电压操纵器与电机之间的开关频率大得多。其余电网可以例如以大约500kHz的开关频率运行，由此相比于在显著更低的开关频率下电网的衰减或滤波可以通过更简单的结构元件和更低成本实现。然而电压操纵器即便如此可以如此设计，使得以显著更低的开关频率驱控电机，该开关频率例如可以在20kHz至25kHz。通过电压操纵器可以实现两个开关频率范围的简单分开。
此外有利的是，通过电压操纵器使流体输送系统与其余电网在驱控信号的开关频率方面解耦，其中在电压操纵器与电机之间存在相比于在电网与电压操纵器之间更低的开关频率。这是有利的，以便可以实现电网的简单的滤波和/或衰减，而即便如此可以对电机施加具有尽可能优化的开关频率的驱控信号。
此外也适宜的是，由电压操纵器输出给电机的电压等于在其余电网中的电压，其中在电机与电压操纵器之间的开关频率与在其余电网中的开关频率不同。这是有利的，即使电压水平保持不变，也能实现开关频率的解耦。
除此之外有利的是，电压操纵器用作在电机的驱控信号的开关频率与在其余电网中的开关频率之间的衰减器。电压操纵器的衰减功能是有利的，以便实现后置于电压操纵器的支路与其余电网之间尽可能大范围的解耦。
此外适宜的是，通过升压器形成电压操纵器，其中升压器根据ZETA原理或SEPIC原理或BUCK原理或BOOST原理构成。这些提到的原理在现有技术中已知并且是用于电压操纵器的适合的构成模式。
优选的是，由电压操纵器产生和传导给电机的电压准确地等于用于实现流体输送泵的确定的转速或用于输送期望的流体输送量所需要的电压。这是有利的，以便能实现流体输送系统的尽可能高效的运行。
通过应用电压操纵器可以应用小的尺寸的流体输送泵，该小尺寸的流体输送泵特别是在能量方面是优化的。通常该流体输送泵可以在能量优化的范围中运行并且在需要时通过应用电压操纵器提高到较高的转速水平。通过应用电压操纵器而不可避免地产生的效率损耗可以通过其余电网和特别是前置于电机连接的功率级在特别优化的范围中的运行而得到补偿，由此总体上实现能量方面的更有效的运行。
除此之外适宜的是，在电压操纵器与电机之间设有用于块式换向(Blockkommutierung)的功率级，其中功率级以90％至100％的占空比运行，通过由电压操纵器输出的电压控制电机的转速。特别优选的是，功率级上的占空比大约是100％。
通过功率级实现电机的阻塞换相，由此特别是可以有利地驱动无刷直流电机。功率级可以以不同的占空率或占空比运行，其中占空比表示在基于功率级的脉冲的脉冲持续时间与周期持续时间的比例。为了实现能量优化的运行，有利的是，占空比尽可能高并且理想情况下为100％。通过以100％的占空比运行可以特别优化产生的损耗功率，方式是降低该损耗功率。
在没有前置连接的电压操纵器的应用中，可以通过占空比在功率级中的改变实现电机的转速调节。在此可以出现如下运行情况，该运行情况由于低占空比在能量方面是不利的，这是因为由功率级在该范围中产生高的损耗功率。较有利的是，实现以尽可能高的占空比运行该功率级，以便将由于功率级的损耗功率保持在尽可能小的程度。通过前置连接的电压操纵器也可以在功率级保持相同的高占空比的情况下实现电机转速的变化。
通过将其余电网与在电压操纵器和电机之间的线路进行所述的解耦特别是也实现了，以与其余电网的开关频率不同的开关频率运行功率级。这特别是有利的，以便能以分别优化的开关频率运行功率级和其余电网。
本发明有利的改进在从属权利要求中并且在以下附图描述中描述。
附图说明
在下文中根据实施例参照附图详细阐明本发明。其中：
图1示出用于阐明本方法的方法步骤的方框图；以及
图2示出用于阐明通过电压操纵器使在其余电网中和在电压操纵器与电机之间的线路中的频率范围分开的方框图。
具体实施方式
图1示出方框图1，其中方框图阐明按照本发明的方法的各个方法步骤。
在方框2中确定期望的流体输送量。这可以例如通过适合的传感装置实现或者通过控制装置的预定值来实现。在流体输送系统的情况下通常在电机控制装置中准确已知流体输送量并且可以由电机控制装置提供流体输送量的值。
在方框3中由确定的流体输送量确定转速，流体输送泵必须以该转速转动，以便输送相应流体量。此外附加地包含另外的值，例如流体输送系统中的压力、要输送的流体的温度或要输送的流体的粘度。通过结构上的设计方案确定的流体输送系统的特性也可以包括在转速的确定中。
方框4用于确定电压，该电压用于使驱动流体输送泵的电机以确定的转速转动。电机转速此外可以特别是通过施加到电机上的电压的变化来确定。
最后在方框5中激活电压操纵器，该电压操纵器如此影响电压信号的幅度，使得实现电压的提高或减小。由此引起电机转速的提高或减小。特别有利地，电压操纵器也可以将电压改变为高于或低于导入该电压操纵器中的电压的值。此外也可以通过激活电压操纵器仅仅实现电压开关频率的变化，而在此不会增大或减小幅度。
图2示出方框图6，该方框图示出电压操纵器7与电机8的连接。在电压操纵器7左侧示出其余电网。该其余电网例如可以包含电压源、控制装置以及其他负载。
在电压操纵器7右侧示出电气线路9，通过该电气线路9使电压操纵器7与功率级10导电连接。功率级10用于提供由电压操纵器7输出的电压或电压信号的块式换向。通过块式换向可以例如驱动无刷直流电机。
在电压操纵器7与功率级10之间设置滤波器11，其用于对由电压操纵器7输出的电压进行滤波。
电压操纵器7优选是所谓的升压器，其由包括多个电气元件和/或电子元件的电路形成。升压器可以根据在现有技术中已知的不同原理构成。
特别有利地，通过电压操纵器7也可以引起在左侧示出的其余电网与在电压操纵器7与电机8之间的线路9之间的频率解耦。通向电机8的线路9优选以大约20kHz的开关频率运行，而其余电网以更高的、例如500kHz的开关频率运行。
附图标记12表示另一滤波器，其能实现在电压操纵器7之前对源自其余电网的电压和电压信号的滤波。
图1和2的实施例特别是不具有限制性的特征并且用于阐明发明构思。特别是通过方框7示出的电压操纵器可以通过非常多样的方式构成。而且如在图2中示出的电机8的连接仅仅是示例性的并且不排除备选设计方案。

Claims (12)

1.用于运行流体输送系统的方法，该流体输送系统包括流体输送泵、电压操纵器(7)和电机(8)，其中流体输送系统集成到电网中，通过施加在电机(8)上的电压能驱控电机(8)，电压操纵器(7)前置于电机(8)连接，其特征在于，运行以下步骤：
-确定期望的流体输送量；
-确定流体输送泵用于输送期望的流体输送量所需要的转速；
-确定为了达到流体输送泵的必要的转速所需要的电压；
-激活电压操纵器(7)以便达到需要的电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果为了达到流体输送泵的转速所需要的电压位于预定的电压范围之外，那么激活电压操纵器(7)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过电网的电压水平确定预定的电压范围。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，以能预定的电网电压运行电网，其中通过电压操纵器(7)能将用于驱控电机(8)的电压降低到电网电压之下的水平。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，电网以能预定的电网电压运行，其中通过电压操纵器(7)能将用于驱控电机(8)的电压提高到电网电压之上的水平。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，电压操纵器(7)用作在电机(8)与其余电网之间的滤波器。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，流体输送系统通过电压操纵器(7)与其余电网在驱控信号的开关频率方面解耦，其中在电压操纵器(7)与电机(8)之间存在相比于在电网与电压操纵器(7)之间更低的开关频率。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，由电压操纵器(7)输出给电机(8)的电压等于在其余电网中的电压，其中在电机(8)与电压操纵器(7)之间的开关频率不同于其余电网中的开关频率。
9.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，电压操纵器(7)用作在电机(8)的驱控信号的开关频率与其余电网中的开关频率之间的衰减器。
10.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过升压器形成电压操纵器(7)，其中升压器根据ZETA原理或SEPIC原理或BUCK原理或BOOST原理构成。
11.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，由电压操纵器(7)产生和传导给电机(8)的电压准确地等于用于实现流体输送泵的确定的转速或用于输送期望的流体输送量所需要的电压。
12.根据上述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在电压操纵器(7)与电机(8)之间设有用于块式换向的功率级(10)，其中功率级(10)以90％至100％的占空比运行，电机(8)的转速通过由电压操纵器(7)输出的电压来控制。
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