CN113135098A - 用于运行电路的方法、电路和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行电路(2)的方法，其中，电路(2)包括直流变压器(5)、逆变器(4)和电机(3)，其中，逆变器(4)在直流侧与直流变压器(5)的输出端连接，并在交流侧与电机(3)连接，其中，电机(3)借助于转矩预先规定值和/或转速预先规定值运行，其中，根据当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值调节直流变压器(5)的输出电压的大小。

Description

用于运行电路的方法、电路和机动车
技术领域
本发明涉及一种用于运行电路的方法，其中，电路具有直流变压器、逆变器和电机，其中，逆变器在直流侧与直流变压器的输出端连接，而在交流侧与电机连接，其中，电机借助于转矩预先规定值和/或转速预先规定值运行。本发明还涉及一种电路以及一种机动车。
背景技术
在具有电驱动装置的机动车中通常使用电机作为牵引电机。该牵引电机例如由诸如电池的蓄能器来运行。为了将由电池产生的直流电转换成用于运行牵引电机的交流电，可以使用逆变器。牵引电机可从电池提取的最大功率和进而可输出的最大机械功率在此取决于电池的荷电状态。如果电池的荷电状态下将，则由电池产生的直流电压也下降，该直流电压作为中间电路电压施加在逆变器上，从而通过逆变器可以将较小的功率转换为交流电，并被用于运行牵引电机。因此在电池的荷电状态下降时，在可由牵引电机产生的机械功率中形成功率损耗。为了在电池的荷电状态下降时补偿在中间电路中的电压降，由现有技术已知，使用一种直流变压器。
在文献DE 10 2018 203 015 B3中描述了一种用于调节牵引系统的牵引电池的电池电流的方法。在此，牵引系统的整流器单元借助于可预给定的馈入电流将电网电压转换成牵引系统的中间电路的可调节的中间电路电压。中间电路电压的实际电压值通过中间电路的电压调节器调节到中间电路电压的电压额定值。在此可以借助于直流调节器或者借助于调节馈入中间电路中的馈入电流进行中间电路电压的适配/调整。
在文献DE 10 2013 211 302 A1中描述了一种蓄能器装置。在此，蓄能器装置可以在电驱动系统中通过直流电压中间电路与逆变器联接。逆变器接收蓄能器装置的直流电压产生装置的供电电压，并将其转换成用于电机的单相或多相交流电压。在此可以通过控制装置将直流电压产生装置调节成，使得可以使蓄能器装置的输出电压和输出电流在很大程度上保持无波动，特别是没有电流纹波或电压纹波。
由文献DE 10 2007 061 729 A1已知一种用于识别机动车电网中的电气故障的方法。该电网包括电池、脉冲逆变器和直流变压器。在此提出，借助于电池电流传感器确定与电池相关的电池电流，并且借助于直流变压器电流传感器来确定与直流变压器相关的直流变压器电流，其中，检查借助于传感器确定的中间电路电流的大小是否超过了可预给定的偏差。
在文献DE 10 2010 038 511 A1中描述了一种通过脉冲逆变器运行的电机，其中，通过该脉冲逆变器确定电机的功率和运行方式。可以使用直流变压器将馈给脉冲逆变器的中间电路电压提高到大于电池的额定电压。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种用于运行电路的改善的方法，该方法特别是能够实现电路的电机的更加有效的运行。
为了实现上述目的，在开头所述类型的方法中，根据本发明提出，根据当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值调节直流变压器的输出电压的大小。
对直流变压器的输出电压的大小的适配/调整具有以下优点：可以进行电机运行的改变和特别是改善，而无需为此改变直流供电源。例如，因此可以在与直流变压器连接并且用于运行电机的、给定的电池的情况下在电机的运行中进行适配或改进，而无需例如用具有更高的电池电压的电池来更换原有电池。以这种方式可以有利地、特别是在已给定的或现有的电路的情况下，实现电路的电机的更加有效的运行。这例如实现了，在已经确定的电池设计的情况下产生与电机类型无关的功率曲线和/或在已经确定的电池设计的情况下提高电驱动装置的性能。
根据电机按照其当前正在运行或应当运行的、当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值适配直流变压器的输出电压。通过当前的转速预先规定值和/或当前转矩预先规定值预给定了电机的运行点，该运行点描述了电机的要设定的转速和/或要设定的转矩。在电机例如用作机动车的牵引电机/动力电机的情况中，转速预先规定值和/或转矩预先规定值或包括转速预先规定值和/或转矩预先规定值的运行点可以例如由电机控制器预给定，其中，当前的转速预先规定值描述了要为机动车的当前行驶状态设定的转速，并且电机相应于当前的转速预先规定值而运行，和/或当前的转矩预先规定值描述了要为机动车的当前行驶状态设定的转矩，并且电机相应于当前的转矩预先规定值而运行。直流变压器的输出电压的大小的适配根据当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值来进行，并因此也根据电机的当前运行状态和/或要设定的运行状态来进行。
电路的逆变器例如可以是脉冲逆变器。该逆变器在直流侧与直流变压器的输出端连接，从而直流变压器的输出电压是电路的中间电路电压。在直流电压侧，直流变压器可以例如与直流电源连接。在交流侧，逆变器与电机连接，从而电机可以通过由逆变器产生的交流电运行。
根据本发明可提出，通过直流变压器的被调节的输出电压改变了、特别是提高了电机的转矩。在此，可根据当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值将直流变压器的输出电压提高成，使得电机的转矩提高到超过以下值：该值在无直流变压器的情况下可以例如通过连接在逆变器的直流侧上的直流电压源的源电压实现。直流变压器的输出电压可以在此被调节成，使得提高了中间电路电压，从而通过逆变器可以产生电机的更大的转矩。转矩所变化的值、即提高或减小的值，可以特别是取决于当前的转矩预先规定值的值和/或当前的转速预先规定值的值。
根据本发明可提出，电机的转矩改变成，使得至少部分地补偿在高于拐点转速的情况下电机的转矩下降，和/或使得在高于拐点转速的情况下电机的机械功率至少在部分区段上保持恒定，和/或使得在高于拐点转速的情况下电机的机械功率可随着转速增加特别是连续地增大。在电机中已知了，由构造方式决定地，在电机以高于拐点转速的转速运行时，由电机产生的转矩可能下降。由此在电机中，在电机在具有高于拐点转速的转速的运行点中运行时，也可能出现由电机产生的机械功率的下降。
通过根据当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值适配直流变压器的输出电压的大小，可以实现，在高于拐点转速下至少部分地补偿电机的这种转矩下降。例如可以通过适配输出电压、特别是提高输出电压实现，通过电机产生更大的转矩，从而可以部分地或完全地补偿由于构造方式而预期的转矩下降。
也可行的是，输出电压的大小被适配成，使得电机的机械功率对于高于拐点转速的所有或至少一部分转速保持恒定。因此对于每个以之电机能合理运行的允许的转矩预先规定值和/或转速预先规定值，直流变压器的输出电压的大小被适配成，使得相应由被调节的电机转速以及在适配直流变压器的输出电压的情况下产生的电机转矩所确定的机械功率对于高于拐点转速的所有或至少一部分所述允许的转速保持恒定。这例如实现了电机沿着牵引力双曲线的运行，该牵引力双曲线从拐点转速开始或至少从一高于拐点转速的转速开始规定了电机的关于转速恒定的机械功率。
也可行的是，直流变压器的输出电压的大小被适配成，使得电机的机械功率从在拐点转速下的机械功率开始对于高于拐点转速的所有允许的转速增大。在此输出电压的大小可以适配成，使得由相应的转速和通过适配输出电压调节的相应转速确定的电机机械功率从拐点转速开始连续增大，从而在较高的转速下，通过电机也可以产生较高的机械功率。这实现了例如电机沿着另一牵引力双曲线的运行，该另一牵引力双曲线从拐点转速开始或从一高于拐点转速的转速开始规定了电机的关于转速特别是连续增大的机械功率。
通过适配输出电压的大小例如实现了，电机沿着一特性曲线运行，该特性曲线从拐点转速开始对于电机的高于拐点转速的所有或至少一部分允许转速预先规定值了恒定的机械功率。相应地也可以实现沿着另一特性曲线的运行，该另一特性曲线在高于拐点转速的情况中对于所有允许转速规定电机的机械功率的随着转速升高的增大。根据本发明提出的对输出电压的大小的适配因此可以被理解成电机根据具有恒定或提高的机械功率的新的边界特性曲线的运行。
通过对输出电压的大小的适配、即经由直流变压器对逆变器的中间电路电压的有针对性的适配，因此可以有利地提高电机的最大机械功率和/或进行与转速相关的转矩特性曲线或与转速相关的功率特性曲线的塑形，这也可以被称为性能塑形(PerformanceShaping)。这种相关性可以例如以一个特性曲线和/或包括多个特性曲线的特性曲线族的形式被存储在与直流变压器连接的控制装置中。电机根据多个可能的特性曲线中的一个特性曲线的运行可以例如由机动车的电机控制器规定，和/或与机动车驾驶员的用户选择相关。
根据本发明可以提出，直流变压器的输出电压被调节成，使得对于电机的包括当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值的运行点提高了电机的效率。
这一点特别是当在电机的该运行点中不调用最大的转矩或不通过适配输出电压的大小产生最大提高的转矩时是可行的。在这种运行点中，可以根据运行点的当前的转速预先规定值和/或当前的转矩预先规定值，通过适配直流变压器的输出电压的大小达到电机效率的改善。电机因此可以在包括当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值的运行点中有利地以提高的效率运行。因此可以特别是对于比对于相应的当前的转矩预先规定值或当前的转速预先规定值而言可能的最大机械功率低的所有运行点，将直流变压器的输出电压的大小适配成，即增加或减小成，使得电机在相应的运行点中的效率与输出电压未适配的运行相比得到改善。这些相关性也可以例如以一个特性曲线和/或包括多个特性曲线的特性曲线族的形式存储在与直流变压器连接的控制装置中。
在本发明的一个有利的设计方案中提出，使用如下的直流变压器，该直流变压器的输入端与直流电源、特别是燃料电池或电池连接，其中，直流变压器的输出电压根据直流电源的电压和/或直流电源的最大允许的放电电流来调节。在与直流电源连接的直流变压器中，除了输出电压与当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值之一的相关性之外，还可以考虑直流电源的电压，从而也可以对直流电源的当前的荷电状态的影响进行补偿。通过考虑直流电源的最大允许的放电电流，在适配输出电压的大小时考虑，最多可以提取直流电源的多少功率。这实现了，在适配直流变压器的输出电压的大小时可以考虑表示物理边界的、总体可用的电功率作为边界条件。由此可以有利地避免，通过适配直流变压器的输出电压的大小，需要比能从直流电源中提取的电能更多的电能。
根据本发明可以提出，根据电机的最大允许的运行电压调节直流变压器的输出电压。特别是可以在此将表示物理边界的、电机的最大允许的运行电压用作提高直流变压器的输出电压的限值。以这种方式可以有利地避免，通过直流变压器提供高于电机的最大允许的运行电压的输出电压，从而在通过逆变器转换直流电流之后，不必担心电机由于过高的电压产生的交流电流而造成损坏。
根据本发明可提出，将脉冲逆变器用作逆变器，和/或将异步电机、永磁激励的同步电机或他励同步电机用作电机。
对于根据本发明的电路，提出，该电路包括控制装置、直流变压器、逆变器和电机，其中，逆变器在直流侧与直流变压器的输出端连接，而在交流侧与电机连接，其中，电机能借助于转矩预先规定值和/或转速预先规定值来运行，其中，控制装置被设置成用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。
控制装置在此可以包括例如存储器装置，在该存储器装置中可以存储有用于运行电机的至少一个特性曲线和/或包括多个特性曲线的至少一个特性曲线族。特性曲线在此可以包括电机的以通过适配直流变压器的输出电压的大小而改变的转矩的运行，和/或包括通过适配直流变压器的输出电压对于电机的一个或多个运行点提高的效率。还可行的是，控制装置被设置用于调控直流变压器的输出电压。控制装置可以例如通过通信线路与机动车的电机控制器连接，从而例如通过电机控制器预给定的当前的转矩预先规定值和/或通过电机控制器预给定的当前的转速预先规定值和/或包括当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值的运行点可由控制装置评估，并可以被考虑用于调节直流变压器的输出电压的大小。
上述参照根据本发明的方法说明的优点和设计方案相应地也适用于根据本发明的电路。
对于根据本发明的机动车，提出，该机动车包括根据本发明的电路。
在此根据本发明可提出，电机是机动车的牵引电机和/或直流变压器在其输入端与机动车的特别是设计成高压电池或燃料电池的牵引蓄能器/动力蓄能器连接。
上述参照根据本发明的方法或参照根据本发明的电路装置描述的所有优点和设计方案相应地适用于根据本发明的机动车。
附图说明
由以下描述的实施例以及根据附图得到本发明的其他优点和细节。附图是示意图并示出：
图1示出根据本发明的机动车的侧视图，
图2示出用于说明根据本发明的方法的实施例的第一曲线图，
图3示出用于说明根据本发明的方法的实施例的第二曲线图，
图4示出用于说明根据本发明的方法的实施例的第三曲线图。
具体实施方式
在图1中示出根据本发明的机动车1的侧视图。机动车1包括根据本发明的电路2。电路2包括电机3、逆变器4、直流变压器5以及直流电源6。在此，逆变器4以其交流侧与电机3连接。逆变器4的直流侧与直流变压器5连接。直流变压器5还与直流电源6连接。逆变器4被设计成脉冲逆变器，电机3被设计成异步电机、永磁激励的同步电机或他励同步电机。
从直流电源6可以提取直流电，该直流电通过逆变器4被转换成用于运行电机3的交流电。电机3在此是机动车1的牵引电机，通过该牵引电机可以使机动车1在电动行驶运行中运动。直流电源6是机动车1的牵引蓄能器并可以例如被设计成高压蓄能器，如高压电池或燃料电池。直流电源在此可以特别是具有在400V和800V之间、特别是400V、800V或840V的额定电压。由直流电源6提供的电压是直流变压器5的输入电压。该输入电压可以通过直流变压器5转换成直流变压器5的输出电压，其中，该输出电压可以大于或小于直流变压器5的输入电压。通过直流变压器5产生的输出电压是逆变器4的直流侧上的输入电压或者说电路2的中间电路电压。
机动车1还包括控制装置7，通过该控制装置可根据当前的转矩预先规定值和/或根据当前的转速预先规定值和/或电机3的包括当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值的运行点来调节直流变压器5的输出电压的大小。当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值和/或运行点可以例如由机动车的电机控制器(这里未示出)传输给控制装置7。
例如由电机控制器预给定的当前的转矩预先规定值和/或转速预先规定值用于，使电机在由电机控制器确定的运行点中运行。通过由控制装置7根据当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值适配直流变压器5的输出电压，电机3可以以改变的转矩运行。特别是可以如下所述的那样以高于拐点转速的恒定的和/或提高的机械功率、提高的转矩和/或提高的效率来运行电机3。
图2示出了第一曲线图，其中在横坐标上绘出了电机3的转速n，在纵坐标上绘出了电机3的转矩M和机械功率P。电机3的转矩M由实线所示的曲线表示，电机3的机械功率P由虚线所示的曲线表示。
可以看出，电机3在0和拐点转速nEck之间的转速范围内具有恒定的转矩Ma。由于在0和nEck之间的范围内保持恒定的转矩Ma，电机3的机械功率P在0和nEck之间的范围内恒定地增加。
示出了两个转矩曲线8、9，每个转矩曲线表示转矩M关于转速n的变化曲线。曲线8示例性显示了在不对直流变压器5的输出电压的大小进行适配的情况下永磁激励的同步电机的转矩的变化曲线，而曲线9示例性显示了在不对直流变压器5的输出电压的大小进行适配的情况下异步电机的转矩变化曲线。由转矩M和转速n得到的机械功率P关于转速n的变化对于永磁激励的同步电机在曲线10中绘出，而对于异步电机相应地在曲线11中绘出。由构造方式决定地，永磁激励的同步电机的转矩和异步电机的转矩在高于拐点转速nEck的范围中下降。相应地，从功率曲线10和11中也得到了电机3的对于较高的转速而言下降的机械功率P。
通过适配直流变压器5的输出电压，可以至少部分地补偿转矩的这种下降和/或机械功率的下降。这在图3中示出。
图3示出了第二曲线图，其中坐标轴和表示形式对应于图2中的第一曲线图。在图3中，示出了两个功率曲线12、13，它们表示电机3的机械功率P关于转速n的变化。在第一功率曲线12示出的变化曲线中，电机3的机械功率在高于拐点转速nEck时保持恒定。以如下方式产生恒定的机械功率：根据电机3的当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值将直流变压器5的输出电压适配成，使得电机3的转矩根据转速而提高，从而对于高于拐点转速nEck的所有允许的转速得到电机3的恒定的机械功率。与第一功率曲线12相对应的转矩曲线被示出为第一转矩曲线14。
直流电压转换器5的输出电压的大小也可以适配成，使得从在拐点转速nEck下的机械功率Pa出发，产生电机3的提高的机械功率。在此将直流变压器5的输出电压适配成，使得对于高于拐点转速nEck的转速，与第二功率曲线13相应的机械功率随着转速增加而连续增加。属于第二功率曲线13的转矩曲线被示出为曲线15。
显然，通过适配直流变压器5的输出电压的大小，可以至少部分地补偿电机3在高于拐点转速时的转矩下降，或者可以使电机的机械功率在高于拐点转速时保持恒定，或者特别是对于所有允许的转矩预先规定值和/或转速预先规定值相对于在拐点转速nEck下的机械功率提高。
在机动车的比电机3的最大可能的机械功率低的运行点中，直流变压器5的输出电压的大小可以适配成，使得对于相应的运行点产生更好的效率。作为示例示出了运行点16，该运行点包括当前的转速预先规定值ni和当前的转矩预先规定值Mi。在此，控制装置7根据当前的转速预先规定值ni和当前的转矩预先规定值Mi将直流变压器5的输出电压的大小适配成，使得电机3在运行点16中以改善的效率运行。与电机3在运行点16中在不适配输出电压的情况下的运行相比，电机3的效率提高了。
除了从拐点转速起保持恒定的功率曲线之外，还可以实现曲线的相应于牵引力双曲线的弯曲走向，其中，至少对于高于拐点转速nEck的允许转速中的一部分产生电机3的恒定的机械功率。这种实施例在图4中被示出为第三功率曲线17，其中坐标轴和表示形式对应于前述曲线图。对于机械功率，除了从拐点转速起恒定地上升之外，也可以实现其他的、例如非线性的曲线走向，其中，机械功率仅从高于拐点转速的转速起才以恒定斜率随转速增加。这种实施例显示为第四功率曲线18。还可以实现与牵引力双曲线对应的曲线走向，其中机械功率以可变的斜率连续上升。属于第三功率曲线17的转矩曲线被示出为曲线19，属于第四功率曲线18的转矩曲线被示出为曲线20。
各个功率曲线12、13、17、18的走向和/或与之相应的、输出电压5的大小的值可以例如作为特性曲线存储在机动车1的控制装置7的存储器装置中。电机3的按照功率曲线12、13、17、18之一的运行例如可以由机动车1的电机控制器预先给定和/或可以根据用户输入进行切换。
在此，总是在考虑了直流电源6的最大放电电流和电机3的最大允许运行电压的情况下适配直流变压器5的输出电压。由此可以实现，电机3总是在允许的物理边界内运行。此外，还可以根据直流电源6的电压来适配直流变压器5的输出电压，以便额外地也可以在电机3运行时补偿直流电源6的由于荷电状态降低而下降的电压。
通过根据当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值适配直流变压器5的输出电压的大小，可以改善电机3的运行。一方面，可以改善电机3的运行效率，另一方面，与在使用直流电源6的不变电压作为逆变器4的中间电路电压时的情况相比，电机3可以以特别高的转矩运行。此外，通过适配直流变压器5的输出电压的大小，使得电机3能沿着可适配的特性曲线以电机3的改善的效率和/或功率(性能塑形)运行。这使得例如可以在已经确定的电池设计下产生与机器类型无关的功率曲线和/或在已经确定的电池设计下提高机动车1的电驱动装置的性能。

Claims (10)

1.一种用于运行电路(2)的方法，电路(2)包括直流变压器(5)、逆变器(4)和电机(3)，逆变器(4)在直流侧与直流变压器(5)的输出端连接，逆变器在交流侧与电机(3)连接，电机(3)借助于转矩预先规定值和/或转速预先规定值运行，
其特征在于，
根据当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值调节直流变压器(5)的输出电压的大小。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过调节直流变压器(5)的输出电压，改变电机(3)的转矩，特别是提高电机(3)的转矩。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将电机(3)的转矩改变成，使得在高于拐点转速的情况中至少部分地补偿电机(3)的转矩下降，和/或使得在高于拐点转速的情况中电机(3)的机械功率至少部分地保持恒定，和/或在高于拐点转速的情况中电机(3)的机械功率随着转速增大特别是连续增大。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将直流变压器(5)的输出电压调节成，使得对于电机(3)的包括当前的转矩预先规定值和/或当前的转速预先规定值的运行点提高电机(3)的效率。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所使用的直流变压器(5)的输入端与直流电源(6)、特别是燃料电池或蓄电池相连接，其中，根据直流电源(6)的电压和/或直流电源(6)的最大允许的放电电流调节直流变压器(5)的输出电压。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，根据电机(3)的最大允许的运行电压调节直流变压器(5)的输出电压。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用脉冲逆变器作为逆变器(4)，和/或使用异步电机、永磁激励的同步电机或他励同步电机作为电机(3)。
8.一种电路，其包括控制装置(7)、直流变压器(5)、逆变器(4)和电机(3)，逆变器(4)在直流侧与直流变压器(5)的输出端连接，逆变器在交流侧与电机(3)连接，电机(3)能借助于转矩预先规定值和/或转速预先规定值运行，
其特征在于，
控制装置(7)被设置用于实施根据前述权利要求中任一项所述的方法。
9.一种机动车，其包括根据权利要求8所述的电路(2)。
10.根据权利要求9所述的机动车，其特征在于，电机(3)是机动车的牵引电机，和/或直流变压器(5)在其输入端与机动车(1)的牵引蓄能器连接，所述牵引蓄能器特别是设计为高压电池或设计为燃料电池。
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