CN116111914A - 用于运行电路装置的方法、电路和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行包括电路(3)和电机(4)的电路装置(2)的方法，其中，在满足至少一个触发标准时，电机(4)通过电路(3)切换至空转，随后，根据至少一个描述电机(4)中的定子电流变化的测量值确定一个持续时间，其中，电机(4)在该持续时间内以空转运行，并且然后通过电路(3)切换为主动短路。

Description

用于运行电路装置的方法、电路和机动车
技术领域
本发明涉及一种用于运行包括电路和电机的电路装置的方法，其中，在满足至少一个触发标准时，电机通过电路切换至空转。此外，本发明涉及一种电路和机动车。
背景技术
在电机中可能需要的是，在电机或包括电机的设备中发生故障时，能够实现立即关断仍处于运行中的电机。例如当发生负载减小时，或者当包括电机的设备(例如包括作为牵引发动机的电机的机动车)例如由于事故等确定故障状态时，可能会出现上述故障情况。对于这种关断过程需要的是，除了另外的电气部件以外，还将电机转移至安全状态。为此，可以执行不同的措施，这些措施尤其可以导致电机的电源电压的关闭、避免电机的转矩的跳跃和/或避免突然的制动力矩。
为了达到安全状态，尤其可以切换至电机的主动短路或空转。这些方法中的哪一种在此适用可以依赖于电机的机器类型，即例如它是异步电机还是同步电机。从现有技术已知了将电机切换至空转或主动短路的不同的方法。
DE 10 2014 209 887 A1描述了一种用于切换机动车的电动驱动器的逆变器的方法。在此，可以通过逆变器调节用于运行电机的空转运行模式、短路运行模式和时钟运行模式来运行电机。运行模式之间的切换在此根据用于当前的运行模式的确定的电压值和/或确定的电流值进行，其中，根据确定的电压值和/或确定的电流值进行调整过程，用以针对目标运行模式调整电机中的电流和/或电压。
在此，在从空转模式过渡到短路运行模式期间，逆变器的电流调节器首先在短的时间内利用零的电流额定值预设来运行，其中，在该时间期间确定用于当前的运行模式的电压值和/或电流值。在该时间内，电机上的电压可以逐渐降低到零，其中然后，利用将逆变器切换到短路运行模式中来终止逆变器的计时。由此可以补偿当前运行模式和目标运行模式之间的电压差或电流差，并且减少或防止瞬态过电流或过电压。
DE 10 2013 226 560 A1公开了一种用于将电机从空转运行更好地切换到主动短路中的方法。在此，从空转到主动的电气短路的切换被延迟，直到电机的接头处的电压具有预定值。以该方式实现的是，可以根据通过特定的电压确定的转子位置进行切换。
DE 10 2010 039 190 A1描述了一种运行具有可自动操纵的变速器的机动车中的由逆变器控制的电机的方法。在电机的发电机运行中，电机将能量输入能量存储器中，在故障情况下检测描述能量存储器的充电状态的参量，并且将其与预定的下阈值进行比较。在低于该阈值的情况下，通过逆变器将电机切换到空转模式，并且在可自动操纵的变速器中设置与当前的传动比相比更高的传动比。由此可以导致电机的转速变化，通过该转速变化可以影响输入能量存储器中的充电功率。
发明内容
本发明的目的是，说明一种改进的用于运行带有电机的电路装置的方法，该方法尤其能够实现到电机安全状态的改进的切换。
为了实现该目的，根据本发明，在上述类型的方法中规定，根据至少一个描述电机中的定子电流变化的测量值确定一个持续时间，其中，电机在该持续时间内以空转运行，并且随后通过电路切换为主动短路。
这有利地能够实现，可以根据电机的与类型相关的要求将电机或电路装置切换到安全状态，而不必为此将电机的类型存储在设计用于执行该方法的控制装置中。考虑在将电机切换至空转后定子电流变化能够实现，推断出电机类型或用于实现安全状态的最佳反应。此外，可以通过根据定子电流变化确定保持电机空转的持续时间，取消电路中的电机或电路的控制装置的参数化。有利地，在满足触发标准时执行的方法因此可以对于不同类型的电机原则上相同地被执行，其中，仅将确定的持续时间考虑为变量。这有利地降低方法的复杂性并且简化实现。此外有利地能够实现，与连接的电机的类型无关地，将该电机始终切换为主动短路，在主动短路中，电机完全短路。
尤其如果发生需要将电机切换到安全状态的特定的情况，或如果在设计用于执行该方法的控制装置中出现描述这种情况的信息，那么满足至少一个触发标准，该触发标准必须被满足，从而将电机首先切换到空转，并且在根据定子电流变化确定的持续时间后切换为主动短路。在此，不同类型的触发标准或信息原则上是可想到的，其尤其也可以取决于安装有电路装置的设备的类型。因此，不仅在电路装置中的故障状态的情况下，而且也在包括电路装置的设备中的故障状态的情况下，可以通过至少一个触发标准触发电机到安全状态的切换。
在这种情况下，电机的空转描述了一种状态，在该状态下，能量可以从电机输入到电路或电路装置的另外的部件、尤其是与电路连接的能量存储器。主动短路是指电机、尤其是电机的多相定子绕组短路的状态。
根据本发明可以规定，与在较小的定子电流变化(其与电机作为同步电机的设计相关联)中相比，在较高的定子电流变化(其与电机作为异步电机的设计相关联)中确定出更长的持续时间。用于较高的定子电流变化和较小的定子电流变化的值例如根据用于定子电流变化的极限值和/或根据一个或多个关联规则可以存储在设计用于执行该方法的控制装置中，所述关联规则分别给确定的定子电流变化分配一个持续时间。因此，较高的定子电流变化可以是位于极限值上方的定子电流变化，并且较小的定子电流变化可以是位于该极限值下方或另外的极限值下方的定子电流变化。较小的定子电流变化在此例如可以与设计为他励同步电机或永磁同步电机的电机相关联。
在本发明的优选的设计方案中可以规定，在与异步电机相关联的定子电流变化中确定100ms至1s之间、尤其是250ms至750ms之间的持续时间，和/或在与同步电机相关联的定子电流变化中确定50μs至250μs之间、尤其是75μs至125μs之间的持续时间。
在满足至少一个触发标准的情况下，电机首先通过电路切换至空转。在异步电机中，定子电流和进而感应电压非常快速地、例如在大约100μs的范围内减小。如果是这种情况，那么空转必须保持更长时间，尤其是直到转子中的电流完全或至少部分减小。在该情况下，由于定子电流的快速减小而出现高的定子电流变化。转子电流的完全或至少部分的减小可以在几百ms的时间范围内进行，从而有利地在该时间内，电机可以在空转中继续运行。为此，可以确定100ms至1s之间、尤其是250ms至750ms之间的持续时间，在该持续时间内，电机在空转中继续运行。在该持续时间流逝之后，电机可以切换为主动短路并且保持在那里。在此，主动短路表示电机的尤其持续的安全状态。
在较小的定子电流变化的情况下，定子中的电流更慢地减小，这尤其可以推断出安装有永磁同步电机或他励同步电机。这些机器类型原则上能够实现直接过渡到主动短路，由此，在空转运行中反馈的能量可以保持尽可能低。在主动短路中的切换之前的至少短期的保持可以在同步电机中尤其对于永磁体证明为有利的，以便减小在电机的关断过程中作用在磁体上的负载。然而在这方面，较短的时间段是足够的，从而在较小的定子电流变化的情况下，确定50μs至250μs之间、尤其是50μs至125μs之间的持续时间是足够的。随后，同样可以切换到主动短路，从而使得电机处于尤其持续的安全状态。
根据本发明可以规定，如果在将电机切换至空转时，定子电流在100μs内至少下降到定子电流的值的50％，那么定子电流变化被视为较高的定子电流变化，并且如果在将电机切换至空转时，定子电流在100μs内最多下降到定子电流的值的80％，那么定子电流变化被视为较低的定子电流变化。如果在开始将电机切换到空转时，定子电流在100μs内下降到定子电流的50％或更少，那么相应出现高的定子电流变化。如果在将电机切换至空转时，定子电流在100μs内仍为定子电流的值的80％或更大，那么相应可以出现较低的定子电流变化。
例如，在将电机切换到空转的时间点，并且在考虑到至少一个在空转中检测到的测量值的情况下，借助定子电流的至少一个测量值可以进行定子电流变化。在切换到空转后确定的多个测量值(其分别描述定子电流)的外推也允许确定定子电流变化。也可以使用其他的方法来确定定子电流变化。
在本发明的优选的设计方案中可以规定，至少一个定子电流传感器、尤其是至少一个相电流传感器的多个测量值用作描述定子电流变化的测量值。这具有以下优点，即可以使用传感器，这些传感器总归设置用于电机的运行。例如，这种传感器可以在电机调节方法中使用，从而通常在电机的运行中，当前的测量值也在满足触发标准的时间点出现，并且因此也在电机切换至空转的时间点出现。此外，这些测量值也可以在切换到空转后被确定，从而可以很容易确定定子电流变化。
根据本发明可以规定，逆变器、尤其是多相脉冲逆变器用作电路装置。这有利地能够实现，通过电路装置也可以实现电机在发动机运行中的运行。然而原则上也可能的是，利用另一种类型的电路来执行该方法，该电路能够实现将电机切换到空转和主动短路中。
在例如与三相电机连接的三相脉冲逆变器中，可以通过断开逆变器的所有开关元件来切换到空转，从而可以通过与开关元件并联连接的续流二极管反馈电能。在主动短路中，连接在三个半桥中的开关元件中的相应的三个上方的开关元件或三个下方的开关元件可以切换为导通的，并且相应其他的开关元件相应被禁止，从而实现电机或其定子绕组的短路。
根据本发明可以规定，在电路装置中和/或在包括电路装置的设备中的故障情况的出现用作满足的触发标准。该设备尤其是机动车，在该机动车中，电机用作牵引电动机。牵引电动机可以在常规运行中处于发动机运行和发电机运行中，在发动机运行中，机动车通过发动机被驱动；在发电机运行中，例如给机动车的与电路连接的牵引能量存储器充电。
根据本发明，电机的负载减小和/或设计为机动车的设备的检测到的碰撞可以用作故障情况。例如可以通过设计用于执行该方法的控制装置来检验触发标准的满足，其中为此，可以考虑将传输到控制装置的一个或多个信息作为基础。例如，当描述机动车的事故的事故信息传输到控制装置时，可能满足触发标准。附加地或除了事故信息之外，还可以考虑另外的分别描述其他的故障情况的信息，其同样导致满足至少一个触发标准，并且因此导致将电机切换到安全状态。
对于根据本发明的电路规定，该电路包括控制装置，其中，电路与电机连接或可连接，并且控制装置设计用于执行根据本发明的方法。
对于根据本发明的机动车规定，该机动车包括具有电机和根据本发明的电路的电路装置，其中，电路与电机连接。
上述关于根据本发明的方法描述的所有优点和设计方案相应适用于根据本发明的电路和根据本发明的电动机动车，反之亦然。
附图说明
本发明的另外的优点和细节由随后描述的实施例并且根据附图得到。这些附图是示意图并且示出：
图1示出了根据本发明的电动机动车的实施例，
图2示出了具有根据本发明的电路的实施例的电路装置，并且
图3示出了根据本发明的方法的实施例的框图。
具体实施方式
在图1中示出了机动车1的一个实施例。机动车1包括电路装置2，其包括电路3和电机4。此外，电路装置2包括能量存储器5，该能量存储器通过电路3与电机4连接。
电机4形成机动车1的牵引发动机，并且为此通过设计为牵引用电池的能量存储器5运行。为此，电路3连接在能量存储器5和电机4之间，该电路设计为逆变器、尤其是三相脉冲逆变器。因此，来自能量存储器5的直流电流可以通过电路3转换为三相交流电流以用于电机4的运行。在电机4的发电机运行中，即机动车1的回收运行中，电机4产生的交流电流可相应转换为直流电流，以用于为能量存储器5充电。
电路装置3还包括控制装置6，其设计用于执行用于运行电路装置2的方法，以便在出现故障情况时将电机4切换到安全状态。在此，电机4的切换通过电路3的另外的元件进行。
图2示出了电路3的一个实施例。电路3设计为三相脉冲逆变器，并且包括六个开关元件S1–S6。续流二极管D1–D6相应与开关元件S1–S6并联连接。
开关元件S1–S6形成三个半桥7、8、9，其中，第一半桥7通过开关元件S1和S4形成，第二半桥8通过开关元件S2和S5形成，并且第三半桥9通过开关元件S3和S6形成。控制装置6与例如设计为晶体管的开关元件S1–S6的控制接头连接，其中，为了清晰起见未示出相应的连接。
电路3还可以包括中间电路电容器10以及另外的电路元件。半桥7、8、9的桥接点与设计为三相电机的电机4的定子绕组连接。电路3的利用HV+和HV-表示的接头与能量存储器5连接。给相位U、V、W分配定子电流传感器10作为测量器件，通过该测量器件可以确定描述电机4中的定子电流或定子电流变化的测量值。测量装置11与控制装置6连接，并且将确定的测量值传输至控制装置6。控制装置6可以在电机的常规运行中设计用于根据机动车1的行驶运行的要求而以发动机来运行和/或以发电机来运行。
控制装置6还设计用于，在故障情况下将电机4转移至安全状态。为此，控制装置6可以评估一个或多个触发标准，其中，通过满足其中一个触发标准来相应描述电路装置2和/或机动车1中的故障情况的出现。尤其可以由控制装置6连续检验是否满足触发标准。为此，控制装置6可以评估一个或多个另外的信息，这些信息例如通过机动车1的通信连接(未示出)、例如数据总线传输到控制装置6，机动车1的多个控制单元通过数据总线相互通信。
图3描述了一种用于运行电路装置2的方法，该方法能够实现将电机4转移至安全状态。有利地，这可以独立于电机4的机器类型地进行。
在步骤S1中，连续检验至少一个触发标准是否被满足。在下一步骤S2中，在满足触发标准时，电机4通过电路3切换至空转。为此，六个开关元件S1–S6分别断开，从而电能可以通过电机4反馈至能量存储器5。为此，由电机4产生的电流可以流过电路3的续流二极管D1–D6。
在将电机4切换为空转期间或在切换后，在步骤S3中确定电机4中的至少一个定子电流变化。为此尤其可以确定传感器设备11的描述电机4的相电流的测量值。附加地或替代地，也可以考虑定子电流的例如存储在控制装置6中的测量值，从而尤其也可以考虑在满足触发标准的时间点和/或在电机4切换至空转的时间点的定子电流，以确定在切换到空转后电机4中的定子电流变化的程度。
定子电流变化的大小在此原则上能够推断出电机4的机器类型，而不必将该机器类型存储在控制装置6中。在此，较高的定子电流变化例如可能与电机4作为异步电机的设计相关，其中，较低的定子电流变化可能与电机作为同步电机、例如作为他励或永磁同步电机的设计相关。为了确定特定的定子电流变化是较高或较低的定子电流变化，例如可以考虑存储在控制装置6中的极限值。还可以比较定子电流变化率，或在将电机4切换到空转之前或直接在切换时与定子电流进行比较。
如果定子电流在电机4切换到空转时，在100μs内至少下降至定子电流的值的50％，那么定子电流变化尤其可以理解为较高的定子电流变化。如果定子电流在电机4切换到空转时，在100μs内最多下降至定子电流的值的80％，那么定子电流变化相应可以理解为较低的定子电流变化。附加地或替代地，定子电流变化也可以通过定子电流的变化率，尤其在电机4处于空转状态中期间被确定，其中，绝对的定子电流变化例如相应可以通过控制装置6，借助外推来确定。
在确定定子电流变化后，在步骤S4中，根据确定的定子电流变化确定持续时间。在与异步电机相关联的较高的定子电流变化的情况下，可以确定100ms至1s之间、尤其是250ms至750ms之间的持续时间。在例如与同步电机相关联的较低的定子电流变化的情况下，可以确定50μs至250μs之间、尤其是75μs和125μs之间的持续时间。
在步骤S5中，最后等待直到确定的持续时间结束，并且电机4在此期间停留在空转中。随后，在步骤S6中，将电机切换为主动短路。步骤S5的时间段在此取决于确定的持续时间，并且因此取决于定子电流变化，并且因此间接取决于电机4的类型或结构类型。
为了将电机4切换到主动短路，例如可以断开开关元件S1–S3，并且闭合开关元件S4–S6。替代地，也可以闭合开关元件S1–S3，并且断开开关元件S4–S6。与电机的机器类型无关地，该状态表示电机4的期望的安全状态。
机器在步骤S5中处于空转中的不一样长的持续时间能够满足电机4的不同的要求，而为此无需将机器类型和/或其他的参数存储在控制装置6中。由于在例如设计为异步电机的电机4中的更长时间的等待，能够实现定子电流的充分的减小。因为在永磁同步电机中不会出现这种转子电流，或者可以单独关断他励电机中的转子电流，所以无需在该类型的电机中，在空转中的更长时间的等待，从而可以明显更快地切换到主动短路。因此，在同步电机或他励电机中，有利地可以将进入能量存储器5的电能的反馈减小至最低。
该方法能够实现，对电路装置2和/或机动车1中的不同类型的故障情况做出反应，并且导致电机4转移至安全状态，尤其是电机4的主动短路。在此，负载减小例如可以被视为电机4的故障情况。此外，机动车1与另一对象的检测到的碰撞也可以表示一种可能的故障情况，其使得满足触发标准并且进而将电机4转移至安全状态是必要的。
除了将电机4转移到安全状态以外，还可以采取进一步的安全措施，例如，能量存储器5也可以通过另外的开关装置(未示出)与电路3和/或机动车1的其他的部件电分离。可能的是，电机4到空转和/或主动短路的切换无法通过设计为逆变器的电路装置3实现，而是为此在电路装置2中设置电气开关装置。

Claims (10)

1.一种用于运行包括电路(3)和电机(4)的电路装置(2)的方法，其中，在满足至少一个触发标准时，通过电路(3)将所述电机(4)切换至空转，随后，根据至少一个描述电机(4)中的定子电流变化的测量值确定一持续时间，其中，所述电机(4)在该持续时间内以空转运行并且随后通过电路(3)切换为主动短路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相比于和电机(4)作为同步电机的设计相关联的较低的定子电流变化，在和电机(4)作为异步电机的设计相关联的较高的定子电流变化的情况下确定更长的持续时间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在与异步电机相关联的定子电流变化的情况下将持续时间确定为在100ms至1s之间、尤其是250ms至750ms之间，和/或在与同步电机相关联的定子电流变化的情况下，将持续时间确定为50μs至250μs之间、尤其是75μs至125μs之间。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，如果在将电机(4)切换至空转时，定子电流在100μs内至少下降到定子电流的值的50％，那么定子电流变化被视为较高的定子电流变化，如果在将电机(4)切换至空转时，定子电流在100μs内最多下降到定子电流的值的80％，那么定子电流变化被视为较低的定子电流变化。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将至少一个定子电流传感器(10)、尤其是至少一个相电流传感器的多个测量值用作描述定子电流变化的测量值。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将逆变器、尤其是多相脉冲逆变器用作电路(3)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在电路装置(2)中和/或在包括电路装置(2)的设备中的故障情况的出现用作满足的触发标准。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将电机(4)的负载减小和/或设计为机动车(1)的设备的被检测到的碰撞用作故障情况。
9.一种电路，其包括控制装置(6)，其中，电路(3)与电机(4)连接或能连接，所述控制装置(6)设计用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
10.一种机动车，其包括具有电机(4)和根据权利要求9所述的电路(3)的电路装置(2)，所述电路与电机(4)连接。
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