CN110574266B - 用于操控整流器的方法、用于整流器的控制设备和整流器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及为了使在整流器中的温度分布适配而对多相整流器的操控。为此规定：以不一样的幅值来调整在整流器的输出侧的在各个相中的相电流。相对应地，在整流器中的相应的半桥承受的负荷不一样强烈。以这种方式，可以补偿在整流器中的不均匀的温度分布。替选地，也可以有针对性地调整在整流器中的不均匀的温度分布，以便考虑其它边界条件。

Description

用于操控整流器的方法、用于整流器的控制设备和整流器

技术领域

本发明涉及一种用于操控整流器的方法、一种用于整流器的控制设备和一种整流器。本发明尤其涉及为了优化在整流器中的温度分布而对整流器的操控。

背景技术

出版文献DE 10 2007 018 829 A1公开了一种用于操控功率开关单元的方法和设备。为了保护功率开关单元以防热过载，提出了功率开关单元的温度基准参量，依据该温度基准参量的随时间的变化过程，确定在功率开关单元的运行阶段期间的温度上升，而且紧接着将功率开关单元的损耗功率限制为使得该温度上升不超过预先给定的极限值。

在电驱动系统中，通常由前置的整流器来给电机供应电能。这种整流器包括多个半导体开关元件，借助于这些半导体开关元件，可以调整所连接的电机的电流和/或电压。在这种情况下，开关元件例如借助于脉冲宽度调制方法来操控。常见的调制方法例如是空间矢量调制、正弦调制、平顶调制（Fiat-Top）或平底调制（Flat-Bottom）。在此，通常在正常运行时所有开关元件都有规律地被操控。在此，在运行期间应注意：不超过针对开关元件的负荷预先给定的极限值、诸如最大温度或者诸如此类的。

发明内容

本发明公开了一种用于操控整流器的方法、一种用于整流器的控制设备和一种整流器。

因此规定：

一种用于操控多相整流器的方法。该方法包括如下步骤：确定在整流器中的温度分布。该方法还包括如下步骤：调整在整流器中的预先确定的相电流。在此，在整流器中的预先确定的相电流根据所确定的在整流器中的温度分布来调整。在此，针对整流器的每个相，调整单独的相电流。

此外还规定：

一种用于多相整流器的控制设备。该控制设备包括分析装置和控制装置。分析装置被设计为：确定在整流器中的温度分布。该控制设备被设计为：根据所确定的在整流器中的温度分布来计算针对整流器预先确定的相电流。此外，控制装置被设计为：在整流器上提供用于调整所计算出的相电流的控制参量。该控制设备尤其被设计为：针对整流器的每个相，计算单独的相电流。相对应地，在整流器上可以提供如下控制参量，该控制参量能够实现：在整流器上针对每个相单独地调整相电流。

此外还规定：

一种具有多个半桥和一个按照本发明的控制设备的整流器。该整流器的半桥中的每个半桥都包括上方的开关元件和下方的开关元件。在这种情况下，这些半桥被设计为：分别输出预先给定的相电流。

本发明的优点

本发明所基于的认识在于：对于整流器的器件来说、尤其是对于在此所使用的开关元件来说，分别存在在运行期间不允许超过的极限值。这些极限值尤其也包括最大运行温度或者运行温度的所容许的最大升高。在这种情况下，例如可以分析运行温度的绝对升高或相对升高。此外，作为极限值，也可以分析温度差、例如在整流器的器件（例如开关元件）与相邻的器件、诸如冷却装置或冷却剂之间的温度差，其中该温度差应该尽可能不超过预先给定的极限值。然而如果超过了最大运行温度或者温度差，则存在如下危险：相对应的构件被损坏或者毁坏，或者至少出现提前老化。如果在整流器的开关元件之一上达到了在最大运行温度的范围内的温度，或者甚至可能超过了该最大运行温度，则通常必须降低整流器的功率，以便避免毁坏或者提前老化。在此，由于整流器和所连接的冷却系统的构造，也许可能发生在各个开关元件中的很不一样的加热。在此，为了保护这些开关元件和整个整流器，当这些开关元件中的至少一个开关元件达到或者也许超过预先给定的最大运行温度时，就已经必须降低整流器的功率。

因而，本发明的思想是：考虑该认识并且提供针对整流器的操控，其中在各个组件、尤其是整流器的开关元件中的温度发展可以被补偿。以这种方式，可以抑制在整流器中的开关元件的不均匀的温度分布。例如，通过对各个开关元件的适当的操控，可以抑制在一个或多个开关元件上的局部的温度升高。以这种方式，整流器可以在更大范围内以最大功率来运行。此外，通过使可能更剧烈地被使用或已经提前老化的开关元件在较温和的运行模式下、例如以较低的运行温度来运行，也能考虑到一个或多个开关元件的提前老化。

按照用于操控整流器的方法的一个实施方式，对在整流器中的预先确定的相电流的调整包括：将相电流的基本频率与至少一个其它的高次谐波叠加。以这种方式，可以实现对各个相电流的特别简单的并且高效的适配。尤其是，视高次谐波的相位而定，各个相电流的幅值能相对于其它相电流非常轻易地提高或降低。

按照一个实施方式，相电流的至少一个其它的高次谐波至少包括基本频率的二次谐波。此外，该至少一个其它的高次谐波例如也可以包括在d-q系下相电流的基本频率的六次谐波。所提到的高次谐波尤其涉及在转子固定的坐标系、即d-q系下的高次谐波。必要时，在定子固定控制下，可以叠加相同的或者可能也与之不同的高次谐波。经此，可以实现相电流的非常好的造型。在定子固定系（u-v-w系）下，高次谐波按照帕克变换被移到相对应的边带。

按照一个实施方式，对在整流器中的预先确定的相电流的调整包括：以预先确定的时间常数对相电流的适配。通过以预先确定的时间常数对相电流的适配，避免了相电流的突然变化。因此，这些相电流逐渐地发生变化。经此，对于外部用户来说，不会经历也许可能会刺激到该用户的突然变化。

按照一个实施方式，对在整流器中的预先确定的相电流的调整包括：将这些相电流与预先给定的偏移叠加。以这种方式，例如可能的是：程度不一样地使用在整流器的半桥中的上方的开关元件或下方的开关元件，而且因此必要时抑制上方的开关元件和下方的开关元件的程度不一样的加热。

按照用于整流器的控制设备的一个实施方式，分析装置被设计为：根据至少一个以传感器技术检测到的温度值来确定在整流器中的温度分布。为此，整流器的控制设备可包括一个或多个温度传感器，所述温度传感器检测在整流器中的温度并且提供相对应的传感器值。

按照一个实施方式，分析装置被设计为：基于计算模型来确定在整流器中的温度分布。该计算模型例如可基于在整流器的相连接端中的当前的所计算出的或者以传感器技术检测到的电流值。此外，该计算模型也可以考虑一个或多个以传感器技术检测到的温度，而且据此可以确定在整流器中的温度分布。此外，该计算模型也可以一并考虑任意其它参数、诸如整流器的冷却功率或者诸如此类的。

只要合理，上面的设计方案和扩展方案就可以彼此任意地组合。本发明的其它设计方案、扩展方案和实现方案也包括本发明的之前或者在下文关于实施例所描述的特征的没有明确提到的组合。在此，本领域技术人员尤其是也将把单个方面作为改进方案和补充方案添加到本发明的相应的基本形式。

附图说明

随后，本发明依据在附图的示意图中说明的实施例进一步予以阐述。在此：

图1示出了具有按照一个实施方式的整流器的电驱动系统的示意图；

图2示出了具有幅值相同的相电流的三相整流器的相电流的示意图；

图3示出了如按照用于操控在一个实施方式中的整流器的方法所造成的不相同的相电流的示意图；而

图4示出了如用于操控按照一个实施方式的多相整流器的方法所基于的流程图的示意图。

具体实施方式

图1示出了具有按照一个实施方式的整流器1的电驱动系统的示意图。整流器1在输入侧由电能量源2来馈电。例如，该电能量源2可以是电池组，尤其例如可以是电动车辆或混合动力车辆的牵引电池组。整流器1在输出侧与电机3电耦合。整流器1根据在输入侧提供的电压、这里例如是直流电压来生成多相交变电压，而且在输出侧针对电机3提供该多相交变电压。在这里所示出的实施例以及进一步的描述的情况下，电机3借助于三相交变电压来操控。然而，本发明并不限于三相交变电压。此外，整流器1也可以提供任意的多相交变电压、尤其是具有超过三个相的交变电压，以便操控电机3。

在该示例中，整流器1包括三个半桥11、12、13，这三个半桥具有各一个上方的开关元件M1至M3和各一个下方的开关元件M4至M6。在此，整流器1的开关元件M1至M6由控制装置15借助于适合的控制信号来操控，以便从输入电压产生所需的多相输出电压。为此，半桥11、12、13的各个开关元件M1至M6例如可以由控制装置15借助于经脉冲宽度调制的信号来操控。在常规的运行模式下，半桥11、12、13的各个开关元件M1至M6在此通常有规律地被操控，使得在输出侧提供三相交变电压，其中在所有相中的幅值都一样高，而且因此所造成的相电流I1至I3也都一样高。

在整流器1的运行期间，各个组件、尤其是开关元件M1至M6将被加热。为了排出在此形成的热量，整流器1例如可以经由冷却设备（这里未示出）将热能从开关元件M1至M6排出。为此，例如可以使用空气或者冷却液，作为冷却剂。在冷却剂在各个开关元件M1至M6上流过期间，冷却剂被加热。如果冷却剂例如首先在第一半桥11的开关元件M1和M4上流过而且紧接着在第二半桥的开关元件M2和M5上流过以及最后在第三半桥的开关元件M3和M6上流过，则这可能导致：第一半桥11的开关元件M1和M4比其它开关元件M2、M3、M5和M6冷却得更剧烈。这可能导致：不那么剧烈地被冷却的开关元件、尤其是第三半桥13的开关元件M3和M6更剧烈地被加热。

图2示出了在有规律地操控这三个半桥11、12和13时在整流器1与电机3之间的相中的相电流I1、I2、I3的电流-时间图的示意图。如在这种情况下能看出，全部三个相电流I1、I2和I3都具有相同的幅值。在变换到d-q系时，这对应于恒定的电流Iq和Id。

如果在整流器1的运行期间确定：例如有一个半桥11、12或13的开关元件比其余的开关元件更剧烈地被加热，而且在此尤其是这些开关元件的温度可能接近所容许的最大运行温度，则接着可以使对在半桥11、12、13中的开关元件M1至M6的操控适配，以便抑制该不相同的温度分布。例如，为此可以与其余的半桥的相电流相比降低由温度最高的半桥来提供的电流。相对应地，例如可以与其余的半桥相比提高在温度最低的半桥11、12、13中的电流。以这种方式，在整流器1与电机3之间的相中出现不相同的、不对称的相电流I1至I3。在这种情况下，对于电机3的平均转矩来说决定性的是：在与机械旋转频率匹配的电基本频率下相电流的有效值。

在这种情况下，在整流器1中的对于调整在由整流器1输出的相电流I1至I3中的不相同的温度分布来说所基于的温度分布例如可以借助于一个或多个温度传感器16来确定。例如，在开关元件M1至M6中的每个开关元件上都可以设置相对应的温度传感器16。替选地，也可能的是：只是在每个半桥11、12、13上设置一个温度传感器16或者必要时也针对整个整流器1仅仅设置一个唯一的温度传感器16。

除了由温度传感器16以传感器技术来检测的温度之外，附加地或者必要时也可以完全借助于计算模型来确定在整流器1中的详细的温度分布。为此，该计算模型例如可以考虑电流、例如在整流器1与电机3之间的相电流I1至I3的理论上所计算出的或者以测量技术检测到的值。此外，也可以考虑其它参数、诸如与整流器1耦合的冷却系统的当前被调整的冷却功率、冷却剂温度或者其它参数。

接着，基于所测量的或者所计算出的在整流器1中的温度分布，可以计算出适合于相电流I1、I2和I3的值。尤其是，在这种情况下可以针对相电流I1、I2和I3计算如下值，这些值引起在整流器1中的尽可能均匀的温度分布。必要时，也可以计算相电流I1、I2和I3的预给定值，这些预给定值使开关元件M1至M6中的一个或多个开关元件比其它开关元件M1至M6不那么强烈地承受负荷，以便因此保护这些开关元件M1至M6。尤其是，在这种情况下，必要时可以考虑各个开关元件M1至M6的所计算出的或者以测量技术检测到的老化。

图3示出了具有如在按照一个实施方式的操控中所基于的相电流I1至I3的不相同的分布的电流-时间图的示意图。如在这种情况下能看出，相电流I3相对于其它相电流I1和I2降低，而相电流I1相对于其它两个相电流I2和I3提高。以这种方式，针对第三相电流I3的开关元件M3和M6可以不那么强烈地承受负荷。尤其是，经此必要时可以阻止在第三半桥13中的进一步的温度升高或者至少将在第三半桥13中的进一步的温度升高降低到最低限度。在相对应的d-q系下，将d分量和q分量的恒定电流与二次谐波并且有适当的相移的电流叠加。为了适配相电流I1至I3而在d-q系下将相电流的基本频率与二次谐波的这种叠加基本上造成在转矩中的纹波，其中在这种情况下对电机3的平均转矩没有影响或对电机3的平均转矩只有非常微小的影响。必要时，出现的纹波可以通过在d-q系下给六次谐波调制其它高次谐波来降低到最低限度。在这种情况下，所提到的高次谐波涉及在d-q系中的控制下的高次谐波。在u-v-w系下，高次谐波按照帕克变换被移到相对应的边带。例如，在d-q系下叠加二次谐波对应于在u-v-w系下叠加三次谐波。类似地，在d-q系下叠加六次谐波对应于在u-v-w系下叠加七次谐波。

如之前所描述的那样，对相电流I1至I3的不对称的调整导致在转矩中的纹波，而且因此可能导致相对应的噪声形成。该噪声形成也许可能被用户察觉到并且在某些情况下可能导致刺激。为了将该刺激降低到最低限度，在相电流I1至I3中的幅值方面的变化不能突然被实施。更确切地说，可以持续地、尤其是以预先给定的时间常数来对各个相电流I1至I3进行单独的适配，直至达到所希望的最终值。以这种方式，也将使只有在电机的噪声形成方面的逐渐的变化能被察觉到。噪声形成的该逐渐的变化不那么剧烈地被用户察觉到而且因此导致更微小的刺激。

图4示出了如用于操控按照一个实施方式的多相整流器1的方法所基于的流程图的示意图。在步骤S1中，确定在整流器1中的温度分布。借助于传感器值和/或计算模型对该温度分布的确定事先已经详细地予以描述了。在步骤S2中，以所确定的温度分布来调整在整流器1中的预先确定的相电流I1至I3。在这种情况下，可以针对整流器1的每个相来调整单独的相电流I1至I3。对相电流I1至I3的调整例如可以借助于在d-q系下的控制来实现。在这种情况下，尤其可以将基本频率与相电流的至少一个其它的高次谐波叠加。例如在d-q系下，所要叠加的高次谐波可以是二次谐波。此外，必要时也可以叠加相电流的六次谐波。此外，对其它高次谐波的叠加同样是可能的。

为了必要时抑制在上方的开关元件M1至M3和下方的开关元件M4至M6中的不一样的温度分布，也可以利用预先给定的偏移来对相电流进行不对称的调整。

概括来说，本发明涉及为了使在整流器中的温度分布适配而对多相整流器的操控。为此规定：以不一样的幅值来调整在整流器的输出侧的在各个相中的相电流。相对应地，在整流器中的相应的半桥承受的负荷不一样强烈。以这种方式，可以补偿在整流器中的不均匀的温度分布。替选地，也可以有针对性地调整在整流器中的不均匀的温度分布，以便考虑其它边界条件。

Claims (10)

1.一种用于操控多相整流器的方法，所述方法具有如下步骤：

确定（S1）在所述整流器中的温度分布；而且

根据所确定的在所述整流器中的温度分布来调整（S2）在所述整流器中的预先确定的相电流（I1...I3），

其中针对所述整流器的每个相，以不一样的幅值来调整在所述整流器的输出侧的单独的相电流（I1...I3）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中对在所述整流器中的预先确定的相电流（I1...I3）的调整（S2）包括：将基本频率与预先确定的相电流（I1...I3）的至少一个其它的高次谐波叠加。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述至少一个其它的高次谐波至少包括在d-q系下所述相电流（I1...I3）的基本频率的二次谐波。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述其它的高次谐波还至少包括在d-q系下所述相电流（I1...I3）的基本频率的六次谐波。

5.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中对在所述整流器中的预先确定的相电流（I1...I3）的调整包括：以预先确定的时间常数来适配所述相电流（I1...I3）。

6.根据权利要求1至4之一所述的方法，其中对在所述整流器中的预先确定的相电流（I1...I3）的调整（S2）包括：将所述相电流（I1...I3）与预先给定的偏移叠加。

7.一种用于多相整流器的控制设备（15），所述控制设备具有：

分析装置，所述分析装置被设计为确定在所述整流器中的温度分布；

控制装置，所述控制装置被设计为：根据所确定的在所述整流器中的温度分布来计算针对所述整流器预先确定的相电流（I1...I3），而且向整流器提供用于以不一样的幅值来调整所计算出的在所述整流器中的相电流的控制参量，其中所述控制装置被设计为针对所述整流器的每个相来计算单独的相电流。

8.根据权利要求7所述的控制设备（15），其中所述分析装置被设计为：根据至少一个以传感器技术检测到的温度值来确定在所述整流器中的温度分布。

9.根据权利要求7或8所述的控制设备（15），其中所述分析装置被设计为：借助于计算模型来确定在所述整流器中的温度分布。

10.一种整流器，所述整流器具有：

多个半桥（11、12、13），所述半桥具有上方的开关元件（M1...M3）和下方的开关元件（M4...M6），其中每个半桥（11、12、13）都被设计为输出预先给定的相电流（I1...I3）；和

根据权利要求7至9之一所述的控制设备（15）。

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