CN115071675A - 用于控制车辆的动力传动系统的部件的方法和控制装置 - Google Patents

用于控制车辆的动力传动系统的部件的方法和控制装置 Download PDF

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internal combustion
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alternating
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Vitesco Technologies GmbH
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    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
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    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

本发明涉及用于控制车辆的动力传动系统的部件的方法和控制装置。所述部件包括第一开关装置、转换器和离合器。控制装置提供第一操作模式和/或第二操作模式。根据本发明，所述部件还包括第二开关装置，并且控制装置还提供第三操作模式和/或第四操作模式。在第三操作模式中，离合器解耦电机与内燃机，第一开关装置将电池连接到直流电气系统，转换器使电流从该系统流到至少一个绕组，并且第二开关装置将相应的绕组连接到加热电阻；在第四操作模式中，内燃机正在运行，离合器耦合内燃机与电机，转换器使电流从每个绕组经由第二开关装置流到加热电阻，并且第二开关装置将相应绕组连接到加热电阻。还提出了控制方法和动力传动系统。

Description

用于控制车辆的动力传动系统的部件的方法和控制装置
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的控制装置和根据权利要求6的前序部分的控制方法，用于控制车辆的动力传动系统的部件。此外，本发明涉及用于车辆的动力传动系统。
背景技术
在现有技术中，为具有混合动力传动系的车辆提供这样的控制装置和这样的控制方法，所述混合动力传动系包括内燃机和多相（例如三相）交流电机。在这样的车辆中，可以预见，内燃机和交流电机中的每一个在操作时可以提供对用于驱动车辆的驱动扭矩的贡献。
特别地，提供已知的控制装置用于控制车辆的动力传动系统的至少以下部件：
- 第一开关装置，分别用于将车辆的电池连接到车辆的直流电气系统以及用于将电池从直流电气系统断开连接，
- 双向转换器，分别用于使电流能够以交替的方式、例如以PWM方式从直流电气系统流到车辆的多相交流电机的多个绕组中的每一个以便驱动交流电机，以及用于使电流能够以交替的方式从多个绕组中的每一个流到直流电气系统以便从交流电机回收电能，以及
- 离合器，分别用于将交流电机与车辆的内燃机耦合，以及用于将交流电机与内燃机解耦。
此外，控制装置被设计为提供
- 部件的第一操作模式，其中，第一开关装置将电池连接到直流电气系统，转换器使电流以交替的方式从直流电气系统流到多个绕组中的每一个，并且离合器将交流电机与内燃机耦合，用于起动内燃机或用于在动力传动系统中提供附加扭矩，和/或
- 部件的第二操作模式，其中，内燃机正在运行，离合器将内燃机与交流电机耦合，转换器使电流以交替的方式从多个绕组中的每一个流到直流电气系统，并且第一开关装置将直流电气系统连接到电池，用于对电池充电。
在该现有技术中，内燃机通常在排气通道中配备有催化装置（catalyst），以通过帮助废气的未燃烧成分氧化来减少排放。催化装置在高温下操作，通常高于250℃。为了达到如此高的温度，催化装置包括电阻加热器（加热电阻），以更快地将催化装置加热到所需温度（“EHC”：电加热催化装置）。这对于其中内燃机间歇地操作的混合动力和轻度混合动力车辆尤其有用。
在起动内燃机时加热催化装置所需的电功率通常在几千瓦的范围内。通常，在发动机起动后几分钟，电功率可以减小，然后进一步减小到零，除非车辆在气候寒冷的区域操作，在这样的区域可能需要供给电功率以加热催化装置直到发动机关闭。
在如上所述的具有混合动力传动系并且在内燃机的排气通道中具有可电加热催化装置的车辆的现有技术中，存在实现可加热催化装置的必要电力供给的几种方法。
一种方法是以受控方式从车辆通常使用的12V或24V直流电气系统向催化装置的加热电阻提供电流。然而，这需要相对较高的电流（约100A或更高）供给加热电阻，这进而又需要要求相当大的安装空间体积且价格昂贵的到加热电阻的布线。此外，控制为可加热催化装置供电的电压和/或电流所需的装置增加了成本。
另一种方法是提供直流/直流转换器，用于对相应直流电气系统的电压（例如12V或24V）进行上转换（upconvert），以供给催化装置的加热电阻。然而，由于提供了额外的直流/直流转换器，这导致了额外的成本、重量和所需安装空间体积。
本发明的一个目的是避免上述问题，并提供用于具有如上所述的动力传动系的车辆中的可电加热催化装置的加热电阻的电力供给。
发明内容
根据本发明，该目的通过根据权利要求1的控制装置、根据权利要求6的控制方法和根据权利要求9的动力传动系统来解决。从属权利要求涉及本发明的有利实施例。
从根据权利要求1的前序部分的控制装置出发，根据本发明的控制装置的特征在于
- 部件还包括第二开关装置，第二开关装置分别用于将交流电机的绕组中的至少一个连接到内燃机的排气通道中的可电加热催化装置的加热电阻，并且用于将绕组中的至少一个与加热电阻断开连接，
- 并且控制装置还被设计为提供
- 部件的第三操作模式，其中，离合器将交流电机与内燃机解耦，第一开关装置将电池连接到直流电气系统，转换器使电流从直流电气系统流到该至少一个绕组或以交替的方式流到多个绕组中的每一个，其中，第二开关装置将相应的绕组连接到催化装置的加热电阻，以便对催化装置进行电加热，和/或
- 部件的第四操作模式，其中，内燃机正在运行，离合器将内燃机与交流电机耦合，转换器使电流以交替的方式从多个绕组中的每一个经由第二开关装置流到催化装置的加热电阻，其中，第二开关装置将相应的绕组连接到加热电阻，以便对催化装置进行电加热。
有利地，根据本发明，用于可电加热催化装置的加热电阻的电力供给可以在不显著增加成本、重量和安装空间的情况下实现。本发明使用仍然可用的部件，以便实现从电池（“第三操作模式”）和/或从耦合到运行中的内燃机的交流电机（“第四操作模式”）向加热电阻供给电力。有利地，尤其是电机内部的现有绕组用于实现直流/直流转换器的功能，以向催化装置的加热电阻提供电能。
根据一个实施例，转换器包括多个半桥，每个半桥由直流电气系统供电并且由两个可控半导体开关的串联连接形成，其中，控制装置被设计为在第一操作模式和第三操作模式中实现半桥的PWM控制，使得在两个半导体开关之间的电路节点处提供用于驱动相应电流的相应输出电压，其中，用于每个半桥的PWM控制由两个相应半导体开关的互补接通和断开来实现。
根据一个实施例，电机是包括三个对应绕组（例如定子绕组）的三相交流电机，并且转换器相应地包括彼此并联布置的三个半桥，其中，每个半桥由直流电气系统提供的直流电压供电，并且每个半桥具有电路节点（在两个半导体开关之间），该电路节点与三个绕组中的相应一个电连接。
根据一个实施例，由直流电气系统提供的直流电压为至少12V和/或至多48V（例如，12V、24V或48V）。
根据一个实施例，在每个半桥中，可控半导体开关由晶体管形成，特别是FET。
根据一个实施例，交流电机的绕组是定子绕组，特别是三个定子绕组，特别是以星形构造连接。
根据一个实施例，绕组以星形构造连接意指每个绕组具有电连接到公共点（星形点）的第一端子。
根据一个实施例，交流电机的绕组以星形构造连接，其中，星形点（中性点）与第二开关装置的开关的第一端子电连接，其中，该开关的第二端子与加热电阻的第一端子电连接。
在该实施例中，绕组的第二端子可各自由转换器的多个输出电压中的相应一个供电。为此，当使用如上所述的包括并联布置的多个（例如三个）半桥的转换器时，绕组的第二端子可各自电连接到相应半桥的电路节点。
在下文中，产生由直流电气系统提供的直流电压（并且对应于电池电压）的两个电位称为“地电位”和“供给电位”。
至于第一开关装置，在本发明的一个实施例中，电池的一个极永久连接到直流电气系统的对应极（例如，“地电位”），而电池的另一个极可借助于第一开关装置连接到直流电气系统的对应的另一个极（例如“供给电位”）/从其断开连接。在这种情况下，当第一开关装置只有一个开关用于将“供给电位”（例如电池的正极）连接到直流电气系统的相应极或从其断开连接时是足够的。
根据一个实施例，车辆的动力传动系统是包括内燃机和交流电机的混合动力传动系统，这意味着车辆是混合动力车辆，并且两个提及的部件可以有助于用于驱动车辆的能量供给，例如动力传动系中的扭矩供给。
根据一个实施例，车辆是混合动力车辆，特别是这样的混合动力车辆：其中内燃机能提供的最大功率是多相交流电机能提供的最大功率的至少5倍，特别地至少10倍。
根据一个实施例，电容器布置在第二开关装置和催化装置的加热电阻之间的电路径处，以便在第三操作模式和第四操作模式中缓冲施加在加热电阻处的电压。
在一个实施例中，该电路径将上述第二开关装置的开关的第二端子与加热电阻的第一端子连接。在这种情况下，转换器、多相交流电机的绕组、第二开关装置和电容器可以有利地实现“降压转换器”的功能，用于对直流电气系统的直流电压进行直流/直流转换成用于供给加热电阻的加热供给电压，这在第三操作模式中使用，即用于从电池对催化装置进行电加热。
控制装置可以被实现为软件控制装置（例如微控制器），被设计为实现本发明中使用的控制，或者可以被实现为这样的软件控制装置（例如还用于实现其他功能的车辆ECU）的功能部分。
根据本发明的另一方面，上述目的通过一种用于控制车辆的动力传动系统的部件的方法来解决。从根据权利要求6的前序部分的控制方法出发，根据本发明的控制方法的特征在于
- 部件还包括第二开关装置，第二开关装置分别用于将交流电机的绕组中的至少一个连接到内燃机的排气通道中的可电加热催化装置的加热电阻，并且用于将绕组中的至少一个与加热电阻断开连接，
- 并且控制方法还被设计为提供
- 部件的第三操作模式，其中，离合器将交流电机与内燃机解耦，第一开关装置将电池连接到直流电气系统，转换器使电流从直流电气系统流到该至少一个绕组或以交替的方式流到多个绕组中的每一个，其中，第二开关装置将相应的绕组连接到催化装置的加热电阻，以便对催化装置进行电加热，和/或
- 部件的第四操作模式，其中，内燃机正在运行，离合器将内燃机与交流电机耦合，转换器使电流以交替的方式从多个绕组中的每一个经由第二开关装置流到催化装置的加热电阻，其中，第二开关装置将相应的绕组连接到加热电阻，以便对催化装置进行电加热。
这里针对根据本发明的控制装置描述的实施例和具体细节可以以类似的方式单独地或以任何组合的方式提供为根据本发明的控制方法的实施例或具体细节，反之亦然。
在一个实施例中，当用于起动内燃机或提供附加扭矩的部件的第一操作模式被提供并且因此第一开关装置将电池连接到直流电气系统并且离合器将交流电机与内燃机耦合时，转换器使电流以PWM方式从直流电气系统交替地流到多个绕组中的每一个。
在一个实施例中，当提供部件的第二操作模式（用于通过使用交流电机回收来对电池充电）并且因此内燃机正在运行并且离合器将内燃机与交流电机耦合并且第一开关装置将直流电气系统连接到电池时，转换器使电流与交流电机的旋转同步地从多个绕组中的每一个交替地流到直流电气系统。
根据一个实施例，在用于从电池对催化装置进行电加热的第三操作模式中，转换器使电流分别以PWM方式从直流电气系统流到至少一个绕组或者以PWM方式流到多个绕组中的每一个。
在第三操作模式的实施例中，转换器使电流以PWM方式从直流电气系统交替地流到多个绕组中的每一个。
当转换器包括多个半桥时，每个半桥由直流电气系统供电并且由两个可控半导体开关（例如晶体管）的串联连接形成，在下文中也分别称为“高侧开关”（连接到直流系统的供给电位）和“低侧开关”（连接到直流系统的地电位），在第三操作模式中，该方法可以通过相应的高侧和低侧开关的互补接通和断开来提供半桥的PWM控制。
以这样的方式，转换器、交流电机的绕组和第二开关装置（以及可选的电容器）可以有利地作为转换器操作，用于从电池向EHC（电加热催化装置）供给能量。
在这种情况下，一个或多个高侧开关（例如，高侧晶体管）可以各自用于将PWM电压供给到相应的绕组，并因此将经由第二开关装置流动的电流供给到EHC的加热电阻，其中，对应的低侧开关（例如，低侧晶体管）可以用于使电流再流通（“模拟”传统的降压直流/直流转换器中的二极管）。
优选地，以这样的方式交替使用所有相（例如，三相），使得每个相的操作被移位，使得在整个开关周期期间，所有相以相等的持续时间操作。在这种情况下，上面提到的所有高侧开关可以（一个接一个地）用于向加热电阻供给电压（直流电气系统的供给电压）并因此供给流过相应绕组并流过第二开关装置的电流。每次高侧开关中的一个被关断时，相应的低侧开关被接通，使电流能再流通（到直流电气系统的地电位）。
有利地，在第三操作模式中，可变电压下转换可以例如通过PWM占空比（例如被定义为PWM“通”（“ON”）时间与相应PWM信号的PWM周期持续时间之比）的适当变化来实现。
根据一个实施例，在第四操作模式中，第一开关装置将电池与直流电气系统断开连接。在这种情况下，在第四操作模式中来自耦合到运行中的内燃机的交流电机的电力仅被供给到加热电阻。
替代地，当在第四操作模式中第一开关装置将电池连接到直流电气系统时，在第四操作模式中来自交流电机的电力可以额外供给到电池。
有利地，在第四操作模式中，供给到EHC的可变功率可以例如通过第二开关装置的依赖于时间的接通和断开的适当变化和/或转换器的依赖于时间的控制的变化来实现。
根据本发明的另一方面，上述目的通过一种用于车辆的动力传动系统来解决，该动力传动系统包括
- 第一开关装置，分别用于将车辆的电池连接到车辆的直流电气系统以及用于将电池从直流电气系统断开连接，
- 双向转换器，分别用于使电流能够以交替的方式、例如以PWM方式从直流电气系统流到车辆的多相交流电机的多个绕组中的每一个以便驱动交流电机，以及用于使电流能够以交替的方式从多个绕组中的每一个流到直流电气系统以便从交流电机回收电能，
- 离合器，分别用于将交流电机与车辆的内燃机耦合，以及用于将交流电机与内燃机解耦,以及
- 用于控制第一开关装置、转换器和离合器的控制装置，其中，控制装置被设计为提供
- 动力传动系统的第一操作模式，其中，第一开关装置将电池连接到直流电气系统，转换器使电流以交替的方式从直流电气系统流到多个绕组中的每一个，并且离合器将交流电机与内燃机耦合，用于起动内燃机或用于在动力传动系统中提供附加扭矩，和/或
- 动力传动系统的第二操作模式，其中，内燃机正在运行，离合器将内燃机与交流电机耦合，转换器使电流以交替的方式从多个绕组中的每一个流到直流电气系统，并且第一开关装置将直流电气系统连接到电池，用于对电池充电，
其特征在于，动力传动系统还包括
- 第二开关装置，分别用于将交流电机的绕组中的至少一个连接到内燃机的排气通道中的可电加热催化装置的加热电阻，并且用于将绕组中的至少一个与加热电阻断开连接，
并且控制装置还被设计为提供
- 动力传动系统的第三操作模式，其中，离合器将交流电机与内燃机解耦，第一开关装置将电池连接到直流电气系统，转换器使电流从直流电气系统流到该至少一个绕组或以交替的方式流到多个绕组中的每一个，其中，第二开关装置将相应的绕组连接到催化装置的加热电阻，以便对催化装置进行电加热，和/或
- 动力传动系统的第四操作模式，其中，内燃机正在运行，离合器将内燃机与交流电机耦合，转换器使电流以交替的方式从多个绕组中的每一个经由第二开关装置流到催化装置的加热电阻，其中，第二开关装置将相应的绕组连接到加热电阻，以便对催化装置进行电加热。
这里针对根据本发明的控制装置和/或控制方法描述的实施例和具体细节也可以单独或以任何组合的方式提供用于根据本发明的动力传动系统。
附图说明
现在将参考附图通过示例性实施例来描述本发明，其中，
图1示出了根据一个实施例的车辆的动力传动系统，
图2是示出加热电加热催化装置（EHC）所需的电功率随时间的曲线图，
图3更详细地示出了根据一个实施例的车辆的动力传动系统，并且
图4是示出取决于时间的控制信号的曲线图，用于实施用于对催化装置进行电加热的动力传动系统的操作模式。
具体实施方式
图1示出了车辆的混合动力传动系统1，包括交流电机2和内燃机3。在所示示例中，交流电机2是三相交流电机。
动力传动系统1还包括离合器40，用于将交流电机2与内燃机3耦合并且用于将交流电机2与内燃机3解耦，使得交流电机2和内燃机3都能够被操作以贡献用于驱动车辆的驱动扭矩。
离合器40借助于相应的离合器控制信号“cc”来控制，该信号由控制装置10产生并通过电气系统“E”（电路装置）传输到离合器40。
此外，动力传动系统1包括耦合到电气系统E的可再充电电池“B”，使得电功率可以在电池B和交流电机2之间传送（在图1中通过电气系统E）。
图1所示的系统还包括布置在内燃机3的排气通道4中的可电加热催化（EHC）装置5。催化装置5包括加热电阻R，使得用于对催化装置5进行加热的电功率可由流过电阻R的电流提供。催化装置5耦合到电气系统E，使得电功率可从电气系统E传送到电阻R以对催化装置5进行加热。
图2示出了用于加热EHC（例如图1中的催化装置5）的电功率P的示例，取决于时间t。在该示例中，电功率P在起动内燃机3后升高到大约3kW的最大值。大约2分钟后，电功率P减小到一个中间值，大约30分钟后，减小到最小值，大约0.5kW。
从具有如图1所示的简化的混合动力传动系的车辆中的布置出发，本发明涉及与控制装置10结合的电气系统E的特定设计，以为催化装置的加热电阻R提供电力供给，其中避免了现有技术解决方案的问题。
图3更详细地示出了根据本发明的一个实施例设计的图1的动力传动系统1。
在图3所示的动力传动系统1的示例中，三相交流电机2具有三个定子绕组W1、W2、W3，其对应于电机2的交流驱动的三个相，并且以星形构造布置，即绕组W1、W2、W3中的每一个具有电连接到公共点（“星形点”）的第一端子，同时绕组W1、W2、W3的第二端子彼此不连接，而是分别与布置在电气系统E中的转换器30的输出节点N1、N2、N3连接。为了简化，在图3中省略了交流电机2的转子。
转换器30包括三个半桥30-1、30-2、30-3，每个半桥由地电位“GND”和供给电位“VS”之间的直流电气系统6（“车载电气网络”）的供给电压来供电。半桥30-1、30-2、30-3中的每一个被形成为如图3所示的两个晶体管（通常：可控半导体开关）的串联连接，在下文中也分别称为连接到供给电位VS的“高侧开关”和连接到地电位GND的“低侧开关”。
控制装置10被设计为使得能够并且在动力传动系统1的特定操作模式的情况下实际上实现半桥30-1、30-2、30-3的互补切换控制，这意味着控制装置10产生转换器控制信号c1、c2、c3，它们（通过电气系统E）传输到相应的半桥30-1、30-2、30-3，使得在每个半桥30-1、30-2、30-3中，低侧开关接通并且相应的高侧开关关断，或者反之亦然。
因此，在半桥30-1、30-2、30-3的电路节点N1、N2、N3提供的每个输出电位可以分别根据相应的转换器控制信号c1、c2和c3在地电位GND和供给电位VS之间切换。因此，借助于控制装置10，在电路节点N1、N2、N3提供的相应输出电压（与地电位GND相关）可以在零（地电位GND）和供给电压（VS）之间切换。
可再充电电池B可以例如由锂离子蓄电池形成，并且在所示示例中，在地电位GND（电池B的负电位）和供给电位VS（电池的正电位）之间提供48V的电池电压。
动力传动系统1的电气系统E还包括第一开关装置20，通过该第一开关装置20，电池B可以连接到车辆的直流电气系统6，并且通过该第一开关装置20，电池B可以与直流电气系统6断开连接。
直流电气系统6构成车载电气网络，用于为车辆的用电设备供电。在所示示例中，直流电气系统6是这样一个车载电气网络，用于为48V用电设备供电。
可选地，如图3中的虚线所示，直流电气系统6可以配备有用于减少整个电气系统中的电气干扰的滤波器电路F。
第一开关装置20由可控开关形成，用于将提供电池B的供给电位VS（正电位）的端子（极）连接到提供直流电气系统6的供给电位VS的电线/从该电线断开连接，而电池B的地电位GND（负电位）永久连接到提供直流电气系统6的地电位GND的电线。
第一开关装置20借助于相应的第一开关控制信号“csw1”来控制，该信号由控制装置10产生并（通过电气系统E）传输到第一开关装置20。
动力传动系统1还包括上面已经提到的转换器30，转换器30由直流电气系统6的供给电压（例如，48V）来供给，并且使电流能够以交替的方式、例如以PWM方式从直流电气系统6流到三相交流电机2的多个绕组W1、W2、W3中的每一个，用于操作/驱动交流电机2。转换器30还使电流能够以交替的方式从绕组W1、W2、W3中的每一个流到直流电气系统6，用于从交流电机2回收电能。
控制装置10可以被实现为例如软件控制装置（例如微控制器等）或实现为用于实现车辆中附加功能的软件控制装置（例如车辆的中央ECU）的功能部分。在本发明中，控制装置10尤其用于控制第一开关装置20（借助于信号csw1）、转换器30（借助于信号c1、c2、c3）和离合器40（借助于信号cc），其中，控制装置10被设计为根据相应的电流要求根据多个不同的“操作模式”实现动力传动系统1的操作。
动力传动系统1的第一操作模式可以由控制装置10发起。该操作模式用于起动内燃机3（在内燃机3先前关断的情况下）或在动力传动系统中（借助于电机2）提供附加扭矩（在内燃机3已经运行中的情况下），其中，使用来自电池B的电能。
在第一操作模式中，第一开关装置20将电池B连接到直流电气系统6，转换器30使电流以交替的方式从直流电气系统6流到多个绕组W1、W2、W3中的每一个（例如，PWM控制），并且离合器40将交流电机2与内燃机3耦合。
在第一操作模式中，控制装置10实现对半桥30-1、30-2、30-3的PWM控制，使得在电路节点N1、N2、N3处提供用于驱动电流的相应输出电压，其中，通过两个相应的高侧和低侧开关的互补接通和断开来实现对半桥30-1、30-2、30-3中的每一个的PWM控制。
动力传动系统1的第二操作模式可以由控制装置10发起。该操作模式用于对电池B充电，其中，使用由电机2以“回收模式”产生的电能。
在第二操作模式中，内燃机3正在运行，离合器40将内燃机3与交流电机2耦合，转换器30使电流以交替的方式从多个绕组W1、W2、W3中的每一个流到直流电气系统6，并且第一开关装置20将直流电气系统6连接到电池B。
至于第一和第二操作模式的具体实施方式和细节，技术人员可以有利地依靠已知的混合动力传动系统的相应现有技术。例如，在这些操作模式中，控制装置10或实现控制装置10的装置（例如车辆的ECU）可以虑及交流电机2的转子的旋转位置和/或旋转速度和/或流过绕组W1、W2、W3的电流的测量瞬时值。
然而，根据图3的示例的动力传动系统1的独特特征是第二开关装置50，分别用于（至少间歇地）将交流电机2的绕组W1、W2、W3的起始点连接到催化装置5的加热电阻R的第一端子，并且用于将起始点与加热电阻R断开连接。为此，在所示示例中，第二开关装置50由具有连接到起始点的第一端子和连接到加热电阻R的第一端子的第二端子的开关形成。如图3所示，加热电阻R的第二端子永久连接到地电位GND。
第二开关装置50借助于相应的第二开关控制信号“csw2”来控制，该信号由控制装置10产生并（通过电气系统E）传输到第二开关装置50。
该动力传动系统1的另一个独特特征在于，控制装置10还被设计为根据相应的当前要求根据下面描述的第三和第四操作模式中的至少一个来实现动力传动系统1的操作。就此而言，在本发明中，控制装置10还特别用于借助于上述信号csw2控制第二开关装置50。
动力传动系统1的第三操作模式可以由控制装置10发起。该操作模式用于对催化装置5进行电加热，其中，使用来自电池B的电能。
在第三操作模式中，离合器50将交流电机2与内燃机3解耦，第一开关装置20将电池B连接到直流电气系统6，转换器30使电流以交替的方式从直流电气系统6流到多个绕组W1、W2、W3中的每一个，其中，第二开关装置50用于（至少间歇地）将相应的绕组W1，W2、W3（在所示示例中经由绕组布置的起始点）连接到催化装置5的加热电阻R的第一端子（而加热电阻R的第二端子永久连接到地电位GND）。
在动力传动系统1的电气系统E中，电容器C布置在第二开关装置50的开关的第二端子和催化装置5的加热电阻R的第一端子之间的电线处，以便在第三操作模式（以及在下面解释的第四操作模式）中缓冲施加在加热电阻R处的电压。
在第三操作模式中，包括转换器30、电机2、第二开关装置50和电容器C的电路可以像（传统的）多相降压转换器一样操作，以向催化装置5供能。高侧开关可以用于向绕组W1、W2、W3中相应的一个供给一定时间（PWM电压中的“通”时间）的PWM电压（VS），而低侧开关可以用于使相应的电流再流通（模拟传统降压转换器中的二极管）。在所示示例中，第二开关装置50的开关在第三操作模式的整个持续时间内被接通（闭合）。
在所示示例中，在第三操作模式中，交替使用（电机2的）所述多个相中的全部，从而交替使用所述多个绕组（W1，W2，W3）中的全部。这在图4中示出。
图4示出了当第三操作模式被激活时依赖于时间t的转换器控制信号c1、c2、c3。在图4中，假设信号c1的高（“1”）电平意味着（半桥30-1的）对应高侧开关接通并且（半桥30-1的）对应低侧开关关断，而信号c1的低（“0”）电平意味着对应高侧开关关断并且对应低侧开关接通。类似地，这同样适用于所示示例中的信号c2（针对半桥30-2）和c3（针对半桥30-3）。
如从图4可以看到的，在所示示例中，有利地，多个（三个）绕组（W1，W2，W3）中的所有绕组在时间段T内循环使用，该时间段T可以对应于例如在几千赫范围内的PWM频率（1/T）来选择。在所示示例中，信号c1、c2、c3各自的“通”时间被选为相等。
例如，当信号c1具有高（“1”）电平（PWM的“通”时间）时，电流从电池B的正端子（极）经由第一开关装置20的开关、桥30-1的高侧开关、绕组W1、第二开关装置50的开关和加热电阻R流到电池B的负端子（极）。由于绕组W1提供的电感性，该电流在“通”时间的持续时间期间增长。然后，当信号c1变为低（“0”）电平（c1的PWM的“断”（“OFF”）时间）时，电流再流通，即，从绕组W1的第一端子经由第二开关装置50的开关、加热电阻R、桥30-1的低侧开关和节点N1流到绕组W1的第二端子。由于电阻R中的能量耗散，电流在该“断”时间的持续时间期间降低。类似地，这同样适用于信号c2（电流流经绕组W2）和c3（电流流经绕组W2）的“通”和“断”时间。有利地，可变电压下转换可以例如通过PWM占空比（例如被定义为信号c1、c2、c3的PWM“通”时间与PWM周期之比）的相应变化来实现。
动力传动系统1的第四操作模式可以由控制装置10发起。该操作模式用于对催化装置5进行电加热，其中，使用由电机2以“回收模式”产生的电能。
在第四操作模式中，内燃机3正在运行，离合器40将内燃机3与交流电机2耦合，转换器30使电流以交替的方式从多个绕组W1、W2、W3中的每一个经由第二开关装置50流到催化装置5的加热电阻R，其中，第二开关装置50（至少间歇地）将相应的绕组（经由绕组布置的起始点）连接到催化装置5的加热电阻R的第一端子（而加热电阻R的第二端子永久连接到地电位GND）。
此外，在上述第一和第二操作模式中，第二开关装置50永久关断，即，开关将绕组W1、W2、W3（这里：起始点）与通向加热电阻R的第一端子的电线断开连接。
在第四操作模式中，类似于在第三操作模式中，包括转换器30、电机2、第二开关装置50和电容器C的电路也可以像多相降压转换器一样操作，以向催化装置5供能。然而，在第四操作模式中，电能不是从电池B传送的，而是从交流电机2的绕组传送的，交流电机2耦合到内燃机3并由内燃机3驱动（回收模式）。
为此，在所示实施例中，第二开关装置50的开关在第四操作模式的整个持续时间内接通（闭合），但是转换器30的低侧开关交替地操作并且与电机2的旋转同步，使得在绕组W1、W2、W3中的每一个中产生的电压被施加到催化装置5的加热电阻R。
有利地，同样在第四操作模式中，所有的多个（三个）绕组（W1，W2，W3）在一段时间内循环使用，其中，在第四操作模式中，该段时间取决于电机2的瞬时转速，以实现上述同步。为此，控制装置10可以虑及例如交流电机2的转子的旋转位置的测量瞬时值。
有利地，在第四操作模式中，不管从由交流电机2提供的可用功率的确定，实际供给到EHC的功率变化可以在本发明的框架内通过转换器的依赖于时间的控制的适当变化来实现。替代地或附加地，为此也可以预见第二开关装置的依赖于时间的接通和断开（以及例如其变化）。
综上所述，本发明的一个实施例涉及一种用于控制车辆的动力传动系统（1）的部件（20，30，40，50）的控制装置（10），所述部件（20，30，40，50）包括：第一开关装置（20），用于将电池（B）与直流电气系统（6）连接/断开连接；转换器（30），分别用于使电流能够从系统（6）流到多相交流电机（2）的绕组（W1，W2，W3）中的每一个以驱动电机（2），并且用于使电流能够从绕组（W1，W2，W3）中的每一个流到系统（6）以从电机（2）回收电能；离合器（40），用于将电机（2）与内燃机（3）耦合/解耦。控制装置（10）提供第一操作模式和/或第二操作模式，在第一操作模式中，第一开关装置（20）将电池（B）连接到系统（6），转换器（30）使电流从系统（6）流到绕组（W1，W2，W3）中的每一个，并且离合器（40）将电机（2）与发动机（3）耦合，例如以起动发动机（3）；在第二操作模式中，发动机（3）正在运行，离合器（40）将发动机（3）与电机（2）耦合，转换器（30）使电流从绕组（W1，W2，W3）中的每一个流到系统（6），并且第一开关装置（20）将系统（6）连接到电池（B），以对电池（B）充电。根据本发明，部件（20，30，40，50）还包括第二开关装置（50），用于将电机（2）的绕组（W1，W2，W3）中的至少一个与发动机（3）的可电加热催化装置（5）的加热电阻（R）连接/断开连接，其中，控制装置（10）还提供第三操作模式和/或第四操作模式，在第三操作模式中，离合器（40）将电机（2）与发动机（3）解耦，第一开关装置（20）将电池（B）连接到系统（6），转换器（30）使电流从系统（6）流到至少一个绕组（W1，W2，W3），并且第二开关装置（50）将相应的绕组（W1，W2，W3）连接到加热电阻（R），以对催化装置（5）进行电加热；在第四操作模式中，发动机（3）正在运行，离合器（40）将发动机（3）与电机（2）耦合，转换器（30）使电流从绕组（W1，W2，W3）中的每一个经由第二开关装置（50）流到加热电阻（R），并且第二开关装置（50）将相应的绕组（W1，W2，W3）连接到加热电阻（R），以对催化装置（5）进行电加热。此外，本发明提出了相应的控制方法和相应的动力传动系统（1）。
附图标记列表
1 动力传动系统
2 交流电机
W1，W2，W3 定子绕组
3 内燃机
B 电池
4 排气通道
5 可电加热催化装置
R 加热电阻
P 电功率
t 时间
E 电气系统（电路装置）
6 直流电气系统（车载电气网络）
F 滤波器电路
VS 供给电位
GND 地电位
10 控制装置
20 第一开关装置
csw1 第一开关控制信号
30 转换器
30-1，30-2，30-3 半桥
c1，c2，c3 转换器控制信号
40 离合器
Cc 离合器控制信号
50第二开关装置
csw2 第二开关控制信号
T 时间段（第三操作模式中）
C 电容器

Claims (9)

1.一种用于控制车辆的动力传动系统（1）的部件（20，30，40，50）的控制装置（10），所述部件（20，30，40，50）包括
- 第一开关装置（20），分别用于将车辆的电池（B）连接到车辆的直流电气系统（6），并且用于将电池（B）从直流电气系统（6）断开连接，
- 双向转换器（30），分别用于使电流能够以交替的方式、例如以PWM方式从直流电气系统（6）流到车辆的多相交流电机（2）的多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个，以驱动交流电机（2），并且用于使电流能够以交替的方式从多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个流到直流电气系统（6），以从交流电机（2）回收电能，
- 离合器（40），分别用于将交流电机（2）与车辆的内燃机（3）耦合，并且用于将交流电机（2）与内燃机（3）解耦，
其中，控制装置（10）被设计为提供
- 部件（20，30，40，50）的第一操作模式，其中，第一开关装置（20）将电池（B）连接到直流电气系统（6），转换器（30）使电流从直流电气系统（6）以交替的方式流到多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个，并且离合器（40）将交流电机（2）与内燃机（3）耦合，以起动内燃机（3）或以在动力传动系统（1）中供给附加扭矩，和/或
- 部件（20，30，40，50）的第二操作模式，其中，内燃机（3）正在运行，离合器（40）将内燃机（3）与交流电机（2）耦合，转换器（30）使电流以交替的方式从多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个流到直流电气系统（6），并且第一开关装置（20）将直流电气系统（6）连接到电池（B），以对电池（B）充电，
其特征在于，部件（20，30，40，50）还包括
- 第二开关装置（50），分别用于将交流电机（2）的绕组（W1，W2，W3）中的至少一个连接到内燃机（3）的排气通道（4）中的可电加热催化装置（5）的加热电阻（R），并且用于将绕组（W1，W2，W3）中的至少一个与加热电阻（R）断开连接，
并且控制装置（10）还被设计为提供
- 部件（20，30，40，50）的第三操作模式，其中，离合器（40）将交流电机（2）与内燃机（3）解耦，第一开关装置（20）将电池（B）连接到直流电气系统（6），转换器（30）使电流从直流电气系统（6）流到至少一个绕组（W1，W2，W3）或以交替的方式流到多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个，其中，第二开关装置（50）将相应的绕组（W1，W2，W3）连接到催化装置（5）的加热电阻（R），以对催化装置（5）进行电加热，和/或
- 部件（20，30，40，50）的第四操作模式，其中，内燃机（3）正在运行，离合器（40）将内燃机（3）与交流电机（2）耦合，转换器（30）使电流以交替的方式从多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个经由第二开关装置（50）流到催化装置（5）的加热电阻（R），其中，第二开关装置（50）将相应的绕组（W1，W2，W3）连接到加热电阻（R），以对催化装置（5）进行电加热。
2.根据权利要求1所述的控制装置（10），其中，转换器（30）包括多个半桥（30-1，30-2，30-3），每个半桥（30-1，30-2，30-3）由直流电气系统（6）供电并且由两个可控半导体开关的串联连接形成，其中，控制装置（10）被设计为在第一操作模式和第三操作模式中实现对半桥（30-1，30-2，30-3）的PWM控制，使得在两个半导体开关之间的电路节点（N1，N2，N3）处提供用于驱动相应电流的相应输出电压，其中，用于半桥（30-1，30-2，30-3）中的每一个的PWM控制通过两个相应半导体开关的互补接通和断开来实现。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置（10），其中，交流电机（2）的绕组（W1，W2，W3）是定子绕组（W1，W2，W3），特别是以星形构造连接的三个定子绕组（W1，W2，W3）。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的控制装置（10），其中，车辆的动力传动系统（1）是包括内燃机（3）和交流电机（2）的混合动力传动系统（1）。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的控制装置（10），其中，电容器（C）布置在第二开关装置（50）和催化装置（5）的加热电阻（R）之间的电路径处，以便在第三操作模式和第四操作模式中缓冲施加在加热电阻（R）处的电压。
6.一种用于控制车辆的动力传动系统（1）的部件（20，30，40，50）的方法，所述部件（20，30，40，50）包括
- 第一开关装置（20），分别用于将车辆的电池（B）连接到车辆的直流电气系统（6），并且用于将电池（B）从直流电气系统（6）断开连接，
- 双向转换器（30），分别用于使电流能够以交替的方式并且例如以PWM方式从直流电气系统（6）流到车辆的多相交流电机（2）的多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个，以驱动交流电机（2），并且用于使电流能够以交替的方式从多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个流到直流电气系统（6），以从交流电机（2）回收电能，
- 离合器（40），分别用于将交流电机（2）与车辆的内燃机（3）耦合，并且用于将交流电机（2）与内燃机（3）解耦，
其中，该方法被设计为提供
- 部件（20，30，40，50）的第一操作模式，其中，第一开关装置（20）将电池（B）连接到直流电气系统（6），转换器（30）使电流从直流电气系统（6）以交替的方式流到多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个，并且离合器（40）将交流电机（2）与内燃机（3）耦合，以起动内燃机（3）或以在动力传动系统（1）中供给附加扭矩，和/或
- 部件（20，30，40，50）的第二操作模式，其中，内燃机（3）正在运行，离合器（40）将内燃机（3）与交流电机（2）耦合，转换器（30）使电流以交替的方式从多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个流到直流电气系统（6），并且第一开关装置（20）将直流电气系统（6）连接到电池（B），以对电池（B）充电，
其特征在于，部件（20，30，40，50）还包括
- 第二开关装置（50），分别用于将交流电机（2）的绕组（W1，W2，W3）中的至少一个连接到内燃机（3）的排气通道（4）中的可电加热催化装置（5）的加热电阻（R），并且用于将绕组（W1，W2，W3）中的至少一个与加热电阻（R）断开连接，
并且该方法还被设计为提供
- 部件（20，30，40，50）的第三操作模式，其中，离合器（40）将交流电机（2）与内燃机（3）解耦，第一开关装置（20）将电池（B）连接到直流电气系统（6），转换器（30）使电流从直流电气系统（6）流到至少一个绕组（W1，W2，W3）或以交替的方式流到多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个，其中，第二开关装置（50）将相应的绕组（W1，W2，W3）连接到催化装置（5）的加热电阻（R），以对催化装置（5）进行电加热，和/或
- 部件（20，30，40，50）的第四操作模式，其中，内燃机（3）正在运行，离合器（40）将内燃机（3）与交流电机（2）耦合，转换器（30）使电流以交替的方式从多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个经由第二开关装置（50）流到催化装置（5）的加热电阻（R），其中，第二开关装置（50）将相应的绕组（W1，W2，W3）连接到加热电阻（R），以对催化装置（5）进行电加热。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在第三操作模式中，转换器（30）使电流以PWM方式从直流电气系统（6）流到至少一个绕组（W1，W2，W3）或者以PWM方式分别流到多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在第四操作模式中，第一开关装置（20）将电池（B）与直流电气系统（6）断开连接。
9.一种用于车辆的动力传动系统（1），包括
- 第一开关装置（20），分别用于将车辆的电池（B）连接到车辆的直流电气系统（6），并且用于将电池（B）从直流电气系统（6）断开连接，
- 双向转换器（30），分别用于使电流能够以交替的方式、例如以PWM方式从直流电气系统（6）流到车辆的多相交流电机（2）的多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个，以驱动交流电机（2），并且用于使电流能够以交替的方式从多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个流到直流电气系统（6），以从交流电机（2）回收电能，
- 离合器（40），分别用于将交流电机（2）与车辆的内燃机（3）耦合，并且用于将交流电机（2）与内燃机（3）解耦，以及
- 用于控制第一开关装置（20）、转换器（30）和离合器（40）的控制装置（10），其中，控制装置（10）被设计为提供
- 动力传动系统（1）的第一操作模式，其中，第一开关装置（20）将电池（B）连接到直流电气系统（6），转换器（30）使电流从直流电气系统（6）以交替的方式流到多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个，并且离合器（40）将交流电机（2）与内燃机（3）耦合，以起动内燃机（3）或以在动力传动系统（1）中供给附加扭矩，和/或
- 动力传动系统（1）的第二操作模式，其中，内燃机（3）正在运行，离合器（40）将内燃机（3）与交流电机（2）耦合，转换器（30）使电流以交替的方式从多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个流到直流电气系统（6），并且第一开关装置（20）将直流电气系统（6）连接到电池（B），以对电池（B）充电，
其特征在于，动力传动系统（1）还包括
- 第二开关装置（50），分别用于将交流电机（2）的绕组（W1，W2，W3）中的至少一个连接到内燃机（3）的排气通道（4）中的可电加热催化装置（5）的加热电阻（R），并且用于将绕组（W1，W2，W3）中的至少一个与加热电阻（R）断开连接，
并且控制装置（10）还被设计为提供
- 动力传动系统（1）的第三操作模式，其中，离合器（40）将交流电机（2）与内燃机（3）解耦，第一开关装置（20）将电池（B）连接到直流电气系统（6），转换器（30）使电流从直流电气系统（6）流到至少一个绕组（W1，W2，W3）或以交替的方式流到多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个，其中，第二开关装置（50）将相应的绕组（W1，W2，W3）连接到催化装置（5）的加热电阻（R），以对催化装置（5）进行电加热，和/或
- 动力传动系统（1）的第四操作模式，其中，内燃机（3）正在运行，离合器（40）将内燃机（3）与交流电机（2）耦合，转换器（30）使电流以交替的方式从多个绕组（W1，W2，W3）中的每一个经由第二开关装置（50）流到催化装置（5）的加热电阻（R），其中，第二开关装置（50）将相应的绕组（W1，W2，W3）连接到加热电阻（R），以对催化装置（5）进行电加热。
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