CN109866623B - 用于设定功率电子设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于设定功率电子设备(6)的至少一个部件的至少一个电运行参量的调制的方法，其中，借助于功率电子设备(6)运行车辆(2)的电机(4)，其中由车辆(2)的使用者来设定调制。

Description

用于设定功率电子设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于调节/设定电机的功率电子设备的方法和一种用于设定电机的功率电子设备的系统。
背景技术
对于电机的功率电子设备可以调节不同的运行模式。在第一运行模式中虽然可以实现高功率，但是加强了由功率电子设备产生的噪音。而在第二运行模式中在减小了噪音的情况下仅能实现较小的功率。对于功率电子设备的运行应选择适合的运行模式。
从文献DE 10 2006 014 898 A1中已知一种通过具有较少的噪音的开/关-切换操作来控制受控变量的设备。
文献DE 10 2009 049 055 A1说明了一种用于电子驱动车辆的方法和系统。
从文献DE 10 2015 211 253 A1中已知一种用于轨道车辆的驱动控制装置。
发明内容
在此背景下本发明的目的是，按需求适配功率电子设备的功率以及声音。
上述目的通过具有独立权利要求的方法和系统实现。该方法和系统的设计方案由从属权利要求以及说明书中得到。
根据本发明的方法被设计用于设定功率电子设备的至少一个部件的至少一个电运行参量的调制，其中借助于功率电子设备来运行车辆的电机。在此由至少一个部件以及因此还由功率电子设备为电机提供电运行参量，其中由车辆使用者或通过车辆使用者自身例如手动地设定和/或选择调制。
在此通常设定和/或选择对调制进行限定的至少一个参数的值。该调制在此也可以通过选择调制方法被设定并进而被选择。作为调制的至少一个参数，可以设定频率、最大功率和/或最大调制度的值。
如以下的描述，为作为功率电子设备的部分的至少一个部件规定至少一个能够通过调制方法调制的电运行参量：例如以电流和/或电压来体现的功率，这由至少一个参数、例如调制的(通常由调制方法的)时间曲线和/或幅度来表征，其中该至少一个参数通常由使用者通过选择该至少一个参数的值来设定。为至少一个运行参量选择和/或设定例如脉宽调制的调制，以及为所述至少一个部件实施该调制。
就是说，例如由使用者从多个调制方法的选项中选择和/或设定用于实施调制的调制方法。对于相应被选择的调制方法还可以选择和/或设定至少一个参数的值。
另选或补充地，由使用者设定调制度、原则上设定最大调制度、例如为执行调制所选择的调制或为执行调制所选择的调制方法的最大调制度。
可用于执行所述方法的车辆、例如机动车可以通过电机驱动并被设计为和/或被称为电动车辆或混合动力车辆。
在设计方案中，作为所述至少一个参数，由使用者设定调制的频率、例如切换频率和/或时钟频率的值和/或调制的幅度。在此时钟频率是生成例如用于操控所述至少一个运行参量和/或至少一个部件的信号的频率。切换频率是对于所述至少一个运行参量和/或所述至少一个部件通常实际被切换的频率。
在设计方案中，由使用者根据调制度和/或调制方法的规定将最大调制度或最大可能的调制度的值作为调制和/或所选择的调制方法的至少一个参数设定为大于0且小于1的值、设定为1或设定为大于1的值。
此外，由使用者为至少一个部件——该部件设计为半导体、例如功率半导体和/或设计为逆变器——设定调制。
还提出，作为至少一个电运行参量根据相应选择的调制和/或相应选择的调制方法设定作为所述至少一个参数的功率的最大值，原则上设定最大可能的和/或可设定的功率，该功率被提供用于功率电子设备和/电机的运行以及是根据调制和/或调制方法可实现的最大功率。
可选地提出，由使用者通过设定调制来设定例如作为所述至少一个电运行参量的最大电压和/或最大电流。根据用于调制的至少一个参数的限定以设定该至少一个参数的值的方式例如选择最大功率、最大电流和/或最大电压，其中相应地调制至少一个部件的至少一个运行参量。
原则上在功率电子设备和/或电机的运行期间例如根据电机的机械负载、对电机的相应要求和/或从电池中向功率电子设备和/或电机输送的电能的量来改变作为至少一个运行参量的功率，电压和/或电流。
与之不同的是作为所述至少一个运行参量的通过选择调制、调制方法和/或例如最大调制度而设定的最大或最大可能的功率或运行功率，或相应地最大或最大可能的电压或运行电压和/或最大或最大可能的电流或运行电流。该至少一个最大的运行参量或该运行参量的最大可能的值和/或最大可设定的值通过选择调制而确定。根据所选择的调制可对至少一个运行参量实现最大的、与调制相关的值。
通过设定最大功率，还可以由驾驶员设定续航里程或可由车辆驶过的路程。
通过设定调制，还可以由使用者影响功率电子设备和/或电机的声音，例如噪音。
根据本发明的系统被设计用于设定和/或选择对功率电子设备的至少一个部件的至少一个电的以及进而物理的运行参量进行调制。该功率电子设备为此被设计用于运行车辆的电机。功率电子设备的至少一个部件例如被设计用于为电机提供电运行参量。该系统包括至少一个操作单元或操作元件，通过该操作单元或操作元件可以由车辆使用者设定和/或选择调制。
至少一个操作单元包括至少一个按键、开关和/或旋钮，例如调节器，通过该操作单元或操作元件可以由车辆的使用者以可变和/或连续的方式设定调制。因此也可以实现，通过至少一个操作单元可以在多个调制方法的选项中选择一个调制方法，以及还为相应选择的调制方法设定例如调制度的最大值。
该调制方法由使用者从多个可能的调制方法中选出。这些调制方法例如是断续的调制，通常是断续的脉宽调制(DPWM)、空间矢量调制或正弦波-三角波-调制。通过选择空间矢量调制实现了，以舒适模式作为可能的运行模式来运行功率电子设备和/或电机以及车辆。通过选择断续的脉宽调制实现了，以高效模式作为可能的运行模式来运行功率电子设备和/或电机以及车辆。还可以实现，选择被称为和/或设计为过调制
Figure BDA0001786708520000041
的调制，通过该调制以功率模式作为可能的运行模式来运行功率电子设备和/或电机以及车辆，其中通过将调制度设定为大于1。在此产生舒适度的损失，但是效率高。设计为声响模式的运行模式实现了，噪音特别小地运行功率电子设备和/或电机以及车辆。
在设计方案中为使用者通过操作单元的显示区提供多个运行模式供选择，其中使用者通过对操作单元的操作来选择适合于使用者的运行模式。由于这种选择，在通过系统实施该方法时自动地选择出那个实现由使用者所选择的且也由此期望的运行模式的调制方法。补充地，在选择了运行模式并因此也选择了调制方法后，针对所选择的调制方法为使用者显示至少一个参数的值，并给出建议：如何设定或可以设定该至少一个参数的值，以便更准确地改变和/或设定运行模式。在此例如对于相应选择的调制方法可以将最大的调制度设定为至少一个参数，由此可以设定最大功率。
系统包括控制单元或控制器，该控制单元或控制器设计为用于对所述方法的至少一个实施形式的实施进行检查/监视并进而控制和/或调节。在此控制单元例如设计为对实施所述方法的至少一个实施形式的功能进行检查并进而控制和/或调节，并通过该功能对所述方法进行激活或去激活。
通过所述方法和系统实现了，通常由作为车辆使用者的驾驶员按需求通过选择和/或设定调制提高作为功率电子设备的部件的逆变器的效率和/或最大功率。在此还使得使用者能够在主要与功率电子设备的声音相关的舒适性和主要与功率电子设备的最大功率相关的效率之间进行权衡，因此通过设定调制主动地选择为使用者设置的个性化的运行模式。因此还使得使用者能够自主地改变调制的时钟频率和/或切换频率。
为了调节舒适性、即通常的声音，对于功率电子设备的至少一个部件的电运行参量的调制，可以将设计为时钟频率和/或切换频率的频率减小到例如10kHz的最大值，由此还可以避免高频率的蜂鸣声，例如在有轨电车中出现的情况。通过设定低频率还提高了车辆的续航里程。使用者通过设定用于对至少一个运行参量的进行调制的频率和/或例如最大调制度在舒适性和效率之间进行平衡。
通过使用者利用系统的操作单元主动地进行调制的设定。在此实现了，为其它目的也使用操作单元。该操作单元包括例如至少一个按键，该按键在设计方案中设计为可转动的和/或可移动的，因此设计为调节器。利用操作单元的显示区还可以显示不同的菜单项，这些菜单项可以由使用者操作以用于设定和/或选择调制，例如设定和/或选择调制方法、例如最大的调制度、最大功率和/或频率。操作单元可以例如设计为智能电话或移动电话。操作单元例如设计为固定地安装在车辆中或设计为可以独立于车辆使用。在此还实现了，操作单元例如通过电磁波与车辆并进而例如也与系统的控制单元交换信号。
同样还可以实现，一种便携的操作单元至少暂时地以及可脱离地通过物理接口与车辆并进而与系统的控制单元连接。同样可以实现，用于实施所述方法的功能或相应的特征作为软件在有限天数的限定的时间段、例如仅在周末的范围内可以作为按需特征购买和/或定购。在设计方案中，操作单元具有设计为滑动调节器的按键和/或设计为滑动调节器的菜单项，通过该菜单项实现了，以可变的以及无级的/连续的方式设定调制的频率、最大功率和/或例如最大调制度的值。
因此为使用者实现了，设定或找到在与声音相关的舒适性和续航里程和/或最大功率之间的最佳状态。同样可以实现，主动地选择作为调制参数的最大频率和/或最大调制度。从而例如可以将调制的最大调制度设定为<1的值，通过该调制度在车辆内部空间中近似不受声音的影响。而为了提高最大可能的功率可以提高作为调制参数的例如最大的调制度和/或频率。在此使用者选择，其在什么程度上接受为了提高功率而产生的声音上的缺点。通过设定功率电子设备的至少一个电运行参量的调制的方案，可以使用户体验到车辆的电气化。
使用者通过对操作单元进行操作对功率电子设备的半导体的时钟频率和/或切换频率直接施加影响。因此，使用者在机动中的声音方面和在机动车中的电能消耗方面以及因此针对车辆的续航里程具有个性化的选择的可能性。同样可以实现，个性化地改变电运行参量的作为调制的、例如调制方法的至少一个参数的最大调制度，并因此同样在声音和最大功率之间作出权衡。
功率电子设备为此设计为用于操控车辆的电驱动装置、例如三相电机。在此功率电子设备具有逆变器，该逆变器在整个运行范围上具有例如10kHz的恒定的时钟频率，其中时钟频率的值可以由使用者设定，并因此可以由使用者选择。在此也可以实现，依赖于转速改变逆变器的时钟频率，并例如在车辆起动时为了减小损耗而将时钟频率减小到5kHz。然而在这种时钟频率减小的情况下得到较高的电流波动性并使得声音情况变坏，该声音情况例如通过高频率的蜂鸣声而被注意到。
功率电子设备还具有作为部件的至少一个功率半导体，为该功率半导体设置如下的切换频率，利用所述方法来设定和/或选择该切换频率的值，其中在开关损耗和导通损耗之间形成相等性
Figure BDA0001786708520000061
还在本方法的范围内实现了，通过选择连续的调制方法或断续的调制方法设定调制并进而对至少一个运行参量实施连续的或断续的调制。
切换频率和时钟频率在连接调制方法中直接与开关损耗成比例。如果切换频率例如减半，则逆变器的功率半导体的总损耗减小25％。在效率为96％的功率电子设备和电机中以及在用于驱动车辆的100kW的电机功率下，开关损耗减半的情况下，损耗从4kW减小到3kW。
还可以的是，通过选择断续的调制方法可以减小开关损耗，其中功率半导体的切换频率与时钟频率相比减小了三分之一。然而在这种断续的调制方法中电流波动性增长，由此使声音情况变坏。在电磁兼容性方面实现了，可以为功率半导体和/或功率电子设备的逆变器设定、例如选择所谓的随机脉宽调制(Random-PWM)，在该随机脉宽调制中时钟频率例如以+/-1％的值随机改变。由此电磁兼容性(EMV)的干扰水平更宽地发散。
包括作为部件的逆变器的功率电子设备还可以用于牵引用动力装置中，其中在连续的调制中设定具有值为1的最大调制度。但是也可以实现，使用具有＞1的值的调制度。由此在使用相同硬件的情况下可以实现具有电机和功率电子设备的驱动装置的更高的最大功率。然而在最大调制度＞1的情况下声音情况显著更差。调制度说明例如所述电运行参量、例如为功率电子设备提供的导体-导体-电压与基于所设定的和/或所选择的调制得出的运行参量、例如由功率电子设备为电机提供的直流电压或DC电压的关系，其中由功率电子设备为电机提供运行参量并借助于功率电子设备运行电机。
本发明的其它优点和设计方案从说明和附图中得到。
不言而喻的是，上述的和下面还要描述的特征不仅以相应给出的组合方式，在不离开本发明的范围的情况下还可以以其它的组合方式或单独地使用。
附图说明
图1示出根据本发明的系统的实施形式的示意图，该系统用于执行根据本发明的方法。
具体实施方式
图1在示意图中示出具有电机4的车辆2，利用该电机车辆2。在此为电机4配设功率电子设备6以用于运行电机4，例如用于控制电机4的运行。作为部件，根据本发明的系统8的实施形式包括在此同样布置在车辆2中的控制单元10以及至少一个操作单元12，该操作单元具有至少一个设计为调节器的按键14。在此至少一个操作单元12通过控制单元10与功率电子设备6连接。根据系统8的设计方案，所述至少一个操作单元12安装在车辆中，通称安装在车辆2的内部空间中，或者也可以独立于车辆2来使用或操作，其中在至少一个操作单元12、功率电子设备16和/或控制单元10之间的连接通过接口或无线地在交换电磁波的情况下提供。
影响电机4和/或功率电子设备6的运行的至少一个电运行参量是随时间改变的、例如周期地改变的电压和/或电流。为至少一个运行参量规定调制，在实施本方法的实施形式时可以由车辆2的使用者、例如驾驶员通过操作至少一个操作元件12来个性化地设定该调制。这还包括选择用于实施调制的调制方法以及设定对调制做出限定的至少一个参数的值。以功率电子设备6的至少一个部件的电运行参量、例如功率电子设备6的至少一个半导体和/或逆变器的电运行参量为例，该至少一个参数例如是电流或电压的调制度、最大可能的功率、频率，即切换频率和/或时钟频率。在此由使用者例如通过操纵、例如滑动和/或转动操作元件12的按键14能够可变地设定和/或选择对至少一个运行参量进行调制的参数的值，由此调整功率电子设备6和/或电机4的最大功率以及声音。该至少一个经调制的运行参量由功率电子设备6提供给电机4，因此借助或通过功率电子设备6来运行电机4。

Claims (8)

1.一种用于设定功率电子设备(6)的至少一个部件的至少一个电运行参量的调制的方法，其中，借助于功率电子设备(6)运行车辆(2)的电机(4)，其中由车辆(2)的使用者来设定调制，其中，由使用者设定用于实施调制的调制度，由使用者设定调制的频率，并且，使用者通过设定用于对至少一个运行参量的进行调制的频率和/或最大调制度在舒适性和效率之间进行平衡，其中，操作单元具有设计为滑动调节器的按键和/或设计为滑动调节器的菜单项，通过该菜单项实现了，以可变的以及无级的/连续的方式设定调制的频率、最大功率和/或最大调制度的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由使用者设定用于实施调制的调制方法。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由使用者为被设计为半导体的至少一个部件设定调制。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由使用者为被设计为逆变器的至少一个部件设定调制。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由使用者设定最大功率。
6.一种用于设定功率电子设备(6)的至少一个部件的至少一个电运行参量的调制的系统，其中功率电子设备(6)被设计用于为车辆(2)的电机(4)供电，其中系统具有操作单元(12)，车辆(2)的使用者利用该操作单元能设定调制，其中，由使用者设定用于实施调制的调制度，由使用者设定调制的频率，并且，使用者通过设定用于对至少一个运行参量的进行调制的频率和/或最大调制度在舒适性和效率之间进行平衡，其中，操作单元具有设计为滑动调节器的按键和/或设计为滑动调节器的菜单项，通过该菜单项实现了，以可变的以及无级的/连续的方式设定调制的频率、最大功率和/或最大调制度的值。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，操作单元(12)具有至少一个按键(14)，车辆(2)的使用者利用该按键能设定调制。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述系统具有控制单元(10)，该控制单元被设计用于对根据权利要求1至5中任一项所述的方法的实施进行检查。
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