DE102010053303A1 - Method for controlling e.g. MOSFETs, of three-phase inverter of electric machine in motor car, involves exchanging inverter from motor-driven operating mode into generator operation mode if rectified voltage is larger than threshold value - Google Patents

Method for controlling e.g. MOSFETs, of three-phase inverter of electric machine in motor car, involves exchanging inverter from motor-driven operating mode into generator operation mode if rectified voltage is larger than threshold value Download PDF

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Abstract

The method involves detecting phase voltages (Vu, Vv, Vw) of phases (U, V, W) of an electric machine (9) in a motor-driven operating mode by a voltage sensor (14). The detected voltage is rectified, and the rectified voltage is compared with a threshold value based on intermediate circuit voltage (Uzk). An inverter (5) is exchanged from the motor-driven operating mode into a generator operation mode if the rectified voltage is larger than the threshold value and if speed of a rotor of the electric machine is larger than preset speed or same as the preset speed. An independent claim is also included for a device for controlling elements of an inverter of an electric machine in a motor car.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von Elementen eines Wechselrichters einer Elektromaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to a method and a device for controlling elements of an inverter of an electric machine, in particular in a motor vehicle.

In Elektro- oder Hybridfahrzeugen erfolgt eine Regelung eines Elektromotors mittels leistungselektronischer Elemente. Die Leistungselektronik wandelt in einem motorischen Betrieb elektrische Energie, die z. B. in einer Hochvolt-Batterie oder Traktionsbatterie gespeichert ist, in Wechselgrößen (Wechselstrom, Wechselspannung) zur Ansteuerung des Elektromotors, beispielsweise einer dreiphasigen, permanentmagneterregten Synchronmaschine, um. Die Leistungselektronik umfasst hierbei insbesondere einen sogenannten Wechselrichter, wobei mittels des Wechselrichters Gleichgrößen in Wechselgrößen (motorischer Betrieb) und Wechselgrößen in Gleichgrößen (generatorischer Betrieb) wandelbar sind. Der Wechselrichter umfasst hierbei elektrische oder elektronische Schaltelemente, die beispielsweise als MOSFETs oder IGBTs ausgeführt sein können.In electric or hybrid vehicles, a control of an electric motor by means of power electronic elements. The power electronics converts electrical energy in a motor operation, the z. B. is stored in a high-voltage battery or traction battery, in alternating sizes (AC, AC voltage) for driving the electric motor, such as a three-phase, permanent magnet synchronous machine to. The power electronics in this case comprises in particular a so-called inverter, wherein by means of the inverter DC magnitudes in alternating variables (motor operation) and variables in DC variables (regenerative operation) are convertible. The inverter in this case comprises electrical or electronic switching elements, which may be embodied for example as MOSFETs or IGBTs.

Weiter kann die Leistungselektronik eine Steuereinrichtung umfassen, wobei die Steuereinrichtung Steuersignale für eine Treiberstufe erzeugen kann. Die Treiberstufe dient dann der Erzeugung von Steuersignalen für die genannten Elemente des Wechselrichters.Furthermore, the power electronics can comprise a control device, wherein the control device can generate control signals for a driver stage. The driver stage is then used to generate control signals for said elements of the inverter.

So zeigt z. B. die DE 10 2006 012 781 A1 einen permanentmagnetisch erregten Synchronmotor, der mittels eines dreiphasigen Wechselrichters angesteuert wird. Hierbei sind sogenannte Highside-Schalter und sogenannte Lowside-Schalter mittels eines IGBT-Treibers ansteuerbar. Die IGBT können hierbei in einem motorischen Betriebsmodus oder generatorischen Betriebsmodus angesteuert werden.So z. B. the DE 10 2006 012 781 A1 a permanent-magnetically excited synchronous motor, which is controlled by means of a three-phase inverter. In this case, so-called high-side switches and so-called low-side switches can be controlled by means of an IGBT driver. In this case, the IGBTs can be controlled in a motor operating mode or in a generator operating mode.

Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung von Elementen eines Wechselrichters einer Elektromaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, zu schaffen, welche eine sogenannte Rekuperation in einem generatorischen Betriebsmodus der Elektromaschine verbessert.The technical problem arises of providing a method and a device for controlling elements of an inverter of an electric machine, in particular in a motor vehicle, which improves a so-called recuperation in a generator operating mode of the electric machine.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Gegenständen mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the technical problem results from the objects having the features of claims 1 and 7. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Steuerung von Elementen eines Wechselrichters einer Elektromaschine, insbesondere einer in einem Kraftfahrzeug angeordneten Elektromaschine. Der Wechselrichter kann hierbei ein zwei- oder dreiphasiger Wechselrichter sein. Elemente des Wechselrichters sind hierbei elektrische oder elektronische Schalter oder Schaltelemente, insbesondere MOSFET oder IGBT. Mittels der Elemente des Wechselrichters sind Phasenspannungen von Phasen der Elektromaschine einstellbar. Auch sind Phasenströme der Elektromaschine einstellbar. Durch Einstellung der Phasenspannungen und der Phasenströme kann hierbei in einem motorischen Betriebsmodus eine Drehzahl und/oder ein Drehmoment der Elektromaschine gesteuert werden.Proposed is a method for controlling elements of an inverter of an electric machine, in particular an electric machine arranged in a motor vehicle. The inverter can be a two- or three-phase inverter. Elements of the inverter here are electrical or electronic switches or switching elements, in particular MOSFET or IGBT. By means of the elements of the inverter phase voltages of phases of the electric machine can be adjusted. Also, phase currents of the electric machine are adjustable. By adjusting the phase voltages and the phase currents, in this case a speed and / or a torque of the electric machine can be controlled in a motor operating mode.

Die Elemente des Wechselrichters sind in einem motorischen Betriebsmodus oder in einem generatorischen Betriebsmodus steuerbar. In dem motorischen Betriebsmodus wird elektrische Leistung, die in einer Hochvolt-Batterie oder Traktionsbatterie gespeichert ist, an den Elektromotor übertragen. In dem generatorischen Betrieb wird von der Elektromaschine erzeugte elektrische Leistung an die Hochvolt-Batterie oder Traktionsbatterie übertragen. In dem motorischen Betriebsmodus wird mittels des Wechselrichters eine Gleichspannung in Phasenspannungen, die Wechselspannungen sind, transformiert. In dem generatorischen Betriebsmodus werden die Phasenspannungen, die Wechselspannungen sind, in eine Gleichspannung transformiert.The elements of the inverter are controllable in a motor operating mode or in a generator operating mode. In the engine operating mode, electric power stored in a high-voltage battery or traction battery is transmitted to the electric motor. In the generator operation, electric power generated by the electric machine is transmitted to the high-voltage battery or traction battery. In the motor operating mode, a DC voltage is transformed into phase voltages, which are AC voltages, by means of the inverter. In the generator operating mode, the phase voltages, which are alternating voltages, are transformed into a DC voltage.

Erfindungsgemäß wird in dem motorischen Betriebsmodus eine Phasenspannung mindestens einer Phase der Elektromaschine mittels eines Spannungssensors erfasst. Eine Phasenspannung liegt bei einem Wechselrichter, dessen Elemente als IGBT oder MOSFET ausgeführt sind, in der Regel zwischen einem sogenannten Highside-Schalter und einem sogenannten Lowside-Schalter an. Hierbei ist der Highside-Schalter eingangsseitig mit einem Zwischenkreiskondensator verbunden. Der Lowside-Schalter ist ausgangsseitig mit einem Massepotenzial verbunden. Somit kann ein Spannungssensor die zwischen Highside-Schalter und Lowside-Schalter anliegende Spannung als Phasenspannung erfassen. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass ein Spannungssensor in räumlicher Nähe zu den Elementen des Wechselrichters angeordnet werden kann, z. B. in ein gemeinsames Gehäuse mit den Elementen des Wechselrichters integriert werden kann.According to the invention, in the motor operating mode, a phase voltage of at least one phase of the electric machine is detected by means of a voltage sensor. A phase voltage is in an inverter whose elements are designed as IGBT or MOSFET, usually between a so-called highside switch and a so-called low-side switch on. Here, the high-side switch is connected on the input side to a DC link capacitor. The low-side switch is connected to a ground potential on the output side. Thus, a voltage sensor can detect the voltage applied between the high-side switch and the low-side switch as a phase voltage. This results in an advantageous manner that a voltage sensor can be arranged in spatial proximity to the elements of the inverter, z. B. can be integrated in a common housing with the elements of the inverter.

Selbstverständlich ist vorstellbar, dass der Spannungssensor zwischen einem Gehäuse der Elemente des Wechselrichters und der Elektromaschine oder an der Elektromaschine oder in einem Gehäuse der Elektromaschine angeordnet sein kann.Of course, it is conceivable that the voltage sensor can be arranged between a housing of the elements of the inverter and the electric machine or on the electric machine or in a housing of the electric machine.

Die erfasste Spannung wird gleichgerichtet und die gleichgerichtete Spannung mit einem von einer Zwischenkreisspannung abhängigen ersten Schwellwert verglichen. Eine Gleichrichtung kann hierbei z. B. mittels eines Elements zur Gleichrichtung erfolgen, beispielsweise mittels dem Fachmann bekannter Gleichrichterschaltungen. Auch kann ein Mittelwert oder Effektivwert oder eine maximale Amplitude der gleichgerichteten Spannung oder ein weiterer charakteristischer Wert der gleichgerichteten Spannung mit dem ersten Schwellwert verglichen werden. Hierbei ist zwischen der Hochvolt-Batterie oder Traktionsbatterie und dem Wechselrichter ein sogenannter Zwischenkreiskondensator angeordnet, über welchem eine sogenannte Zwischenkreisspannung abfällt. Dieser Zwischenkreiskondensator dient hierbei der Pufferung von elektrischer Energie.The sensed voltage is rectified and the rectified voltage is compared with a first threshold value dependent on a DC link voltage. A rectification can hereby z. B. by means of an element for rectification, for example by means of the known in the art rectifier circuits. Also, an average value or effective value or a maximum amplitude of the rectified voltage or another characteristic value of the rectified voltage can be compared with the first threshold value. Here, a so-called DC link capacitor is arranged between the high-voltage battery or traction battery and the inverter, via which a so-called DC link voltage drops. This DC link capacitor serves for the buffering of electrical energy.

Weiter wird von dem motorischen Betriebsmodus in den generatorischen Betriebsmodus gewechselt, falls die gleichgerichtete Spannung größer als der erste Schwellwert ist und die Drehzahl eines Rotors der Elektromaschine größer als eine vorbestimmte Drehzahl oder gleich der vorbestimmten Drehzahl ist. Auch kann von dem motorischen Betriebsmodus in den generatorischen Betriebsmodus nur dann gewechselt werden, falls die gleichgerichtete Spannung größer als der erste Schwellwert ist und die Drehzahl eines Rotors der Elektromaschine größer als eine vorbestimmte Drehzahl ist. Die vorbestimmte Drehzahl kann hierbei abhängig von einem Fahrerwunsch bestimmt werden. Beispielsweise kann die vorbestimmte Drehzahl in Abhängigkeit einer Pedalstellung eines Fahrpedals bestimmt werden. Auch kann die vorbestimmte Drehzahl in Abhängigkeit einer z. B. mittels eines Tempomats eingestellten Wunschgeschwindigkeit bestimmt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein möglichst frühes Umschalten von einem motorischen Betriebsmodus in einen generatorischen Betriebsmodus, wodurch in vorteilhafter Weise zusätzlich elektrische Energie rekuperiert werden kann. Insbesondere wird dann elektrische Energie rekuperiert, wenn die von der Elektromaschine erzeugte und gleichgerichtete Phasenspannung größer als der erste Schwellwert ist und die, diese Phasenspannung verursachende, Drehzahl des Rotors der Elektromaschine nicht einer vom Kraftfahrzeugführer gewünschten Drehzahl entspricht. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise vermieden, dass bei einer gewünschten hohen Drehzahl des Rotors der Elektromaschine, beispielsweise in einem sogenannten Feldschwächebetrieb, in einen generatorischen Betriebsmodus umgeschaltet wird, obwohl noch ein motorischer Betriebsmodus gewünscht ist.Further, it is changed from the engine operating mode to the regenerative operating mode if the rectified voltage is greater than the first threshold and the speed of a rotor of the electric machine is greater than a predetermined speed or equal to the predetermined speed. Also can be changed from the engine operating mode to the regenerative mode only if the rectified voltage is greater than the first threshold and the speed of a rotor of the electric machine is greater than a predetermined speed. The predetermined speed can be determined depending on a driver request. For example, the predetermined speed can be determined in dependence on a pedal position of an accelerator pedal. Also, the predetermined speed depending on a z. B. determined by means of a cruise control desired speed can be determined. This results in an advantageous manner as early as possible switching from a motor operating mode in a regenerative operating mode, which can be recuperated in an advantageous manner, in addition electrical energy. In particular, electrical energy is then recuperated if the phase voltage generated and rectified by the electric machine is greater than the first threshold value and the speed of the rotor of the electric machine causing this phase voltage does not correspond to a speed desired by the motor vehicle driver. In this way, it is advantageously avoided that is switched at a desired high speed of the rotor of the electric machine, for example in a so-called field weakening operation, in a regenerative operating mode, although still a motor operating mode is desired.

Ist der Wechselrichter ein mehrphasiger Wechselrichter, insbesondere ein dreiphasiger Wechselrichter, so können alle Phasenspannung, insbesondere alle drei Phasenspannungen, des Wechselrichters erfasst und gleichgerichtet werden. Hierbei kann z. B. von dem motorischen Betriebsmodus in den generatorischen Betriebsmodus gewechselt werden, falls ein Mittelwert der gleichgerichteten Spannungen aller Phasen, insbesondere aller drei Phasen, oder ein Mittelwert der Mittelwerte oder Effektivwerte oder der maximalen Amplituden der gleichgerichteten Spannung aller Phasen, insbesondere aller drei Phasen, größer als der erste Schwellwert ist und die Drehzahl eines Rotors der Elektromaschine größer als eine vorbestimmte Drehzahl oder gleich der vorbestimmten Drehzahl ist.If the inverter is a polyphase inverter, in particular a three-phase inverter, then all the phase voltage, in particular all three phase voltages, of the inverter can be detected and rectified. This z. Example, be changed from the motor operating mode to the regenerative operating mode, if an average of the rectified voltages of all phases, in particular all three phases, or an average of the mean or rms values or the maximum amplitudes of the rectified voltage of all phases, in particular all three phases larger is the first threshold and the rotational speed of a rotor of the electric machine is greater than a predetermined rotational speed or equal to the predetermined rotational speed.

Durch den erfindungsgemäß verbesserten Übergang in eine Rekuperation wird eine Reichweite von Elektro- oder Hybridfahrzeugen in vorteilhafter Weise vergrößert. Beispielsweise kann eine Reichweite im Stadtverkehr um ca. 7–9% und im Stop-and-Go-Verkehr um 11–13% verbessert werden.The improved transition to recuperation according to the invention advantageously increases the range of electric or hybrid vehicles. For example, a range in city traffic can be improved by about 7-9% and in stop-and-go traffic by 11-13%.

In einer weiteren Ausführungsform wird in dem generatorischen Betrieb eine Phasenspannung mindestens einer Phase der Elektromaschine mittels eines Spannungssensors erfasst, wobei die erfasste Spannung gleichgerichtet und die gleichgerichtete Spannung mit einem von einer Zwischenkreisspannung abhängigen zweiten Schwellwert verglichen wird. Hierbei wird von dem generatorischen Betriebsmodus in den motorischen Betriebsmodus gewechselt, falls die erfasste Spannung kleiner als der zweite Schwellwert ist und die Drehzahl eines Rotors der Elektromaschine kleiner als eine vorbestimmte Drehzahl ist. Hierdurch ergibt sich in analoger Weise zu der vorhergehend erläuterten Umschaltung von dem motorischen Betriebsmodus in den generatorischen Betriebsmodus ein verbessertes Umschalten von dem generatorischen in den motorischen Betriebsmodus. Auch kann von dem generatorischen Betriebsmodus in den motorischen Betriebsmodus gewechselt werden, falls die erfasste Spannung kleiner als der zweite Schwellwert ist und die Drehzahl eines Rotors der Elektromaschine kleiner als eine vorbestimmte Drehzahl oder gleich der vorbestimmten Drehzahl ist.In a further embodiment, in the generator operation, a phase voltage of at least one phase of the electric machine is detected by means of a voltage sensor, wherein the detected voltage is rectified and the rectified voltage is compared with a second threshold value dependent on a DC link voltage. In this case, is changed from the regenerative operating mode in the engine operating mode, if the detected voltage is smaller than the second threshold and the rotational speed of a rotor of the electric machine is smaller than a predetermined speed. This results in an analogous manner to the previously described switching from the engine operating mode to the regenerative operating mode, an improved switching from the regenerative to the engine operating mode. Also, it is possible to switch from the generator mode to the engine mode if the sensed voltage is less than the second threshold and the speed of a rotor of the electric machine is less than or equal to a predetermined speed.

In einer weiteren Ausführungsform wird der erste Schwellwert als Summe oder skalierte Summe der Zwischenkreisspannung und einem positiven vorbestimmten Spannungswert berechnet. Eine Umschaltung von einem motorischen Betriebsmodus in einen generatorischen Betriebsmodus erfolgt somit erst, falls die Zwischenkreisspannung um ein vorbestimmtes Maß überschritten wird. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein ungewolltes, ständiges Umschalten zwischen den Betriebsmodi bei Phasenspannungen vermieden, die um die Zwischenkreisspannung herum schwanken.In a further embodiment, the first threshold value is calculated as the sum or scaled sum of the intermediate circuit voltage and a positive predetermined voltage value. A switchover from a motor operating mode to a regenerative operating mode thus takes place only if the intermediate circuit voltage is exceeded by a predetermined amount. As a result, an unwanted, constant switching between the operating modes is avoided in the case of phase voltages which fluctuate around the intermediate circuit voltage in an advantageous manner.

Die Summe aus Zwischenkreisspannung und dem vorbestimmten Spannungswert kann hierbei mit einem vorbestimmten Skalierungsfaktor skaliert werden. Der Skalierungsfaktor wird hierbei in Abhängigkeit einer Skalierung der erfassten Phasenspannung durch den Spannungssensor und/oder in Abhängigkeit einer Skalierung durch eine Gleichrichtung mittels z. B. eines Elements zur Gleichrichtung bestimmt.The sum of the intermediate circuit voltage and the predetermined voltage value can be scaled here with a predetermined scaling factor. The scaling factor is in this case dependent on a scaling of the detected phase voltage by the voltage sensor and / or in Dependence of a scaling by a rectification by means of z. B. an element for rectification determined.

In einer weiteren Ausführungsform wird die zweite Schwelle als Summe oder skalierte Summe der Zwischenkreisspannung und einem negativen vorbestimmten Spannungswert berechnet. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Umschalthysterese um den zentralen Spannungswert der Zwischenkreisspannung. Hierdurch wird in weiterer vorteilhafter Weise ein ständiges Umschalten zwischen Betriebsmodi vermieden, falls die Phasenspannung um die Zwischenkreisspannung herumschwankt.In a further embodiment, the second threshold is calculated as the sum or scaled sum of the intermediate circuit voltage and a negative predetermined voltage value. This advantageously results in a switching hysteresis around the central voltage value of the intermediate circuit voltage. As a result, in a further advantageous manner, a constant switching between operating modes is avoided if the phase voltage fluctuates around the intermediate circuit voltage.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Wechselrichter ein dreiphasiger Wechselrichter. Ein dreiphasiger Wechselrichter kann hierbei sechs elektrische oder elektronische Schaltelemente umfassen, beispielsweise sechs IGBT. Hierbei können drei IGBT als Highside-Schalter und drei IGBT als Lowside-Schalter ausgebildet sein. Weiter können alle drei Phasenspannungen mittels Spannungssensoren erfasst werden. Eine Ansteuerung des dreiphasigen Wechselrichters (und aller erfindungsgemäßen Wechselrichter) kann hierbei mittels einer Steuereinrichtung, beispielsweise eines Mikrocontrollers, erfolgen. Die Steuereinrichtung erzeugt hierbei Eingangssignale für eine z. B. galvanisch von der Steuereinrichtung entkoppelte Treiberstufe. Die Treiberstufe erzeugt hierbei wiederum die Gate-Spannungen der IGBT. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise eine verbesserte Rekuperation bei Elektro- oder Hybridfahrzeugen ermöglicht, die eine dreiphasige Elektromaschine zur Erzeugung von Antriebsenergie nutzen.In a further embodiment, the inverter is a three-phase inverter. A three-phase inverter may in this case comprise six electrical or electronic switching elements, for example six IGBTs. Here, three IGBTs can be designed as high-side switches and three IGBTs as low-side switches. Furthermore, all three phase voltages can be detected by means of voltage sensors. A triggering of the three-phase inverter (and all inverters according to the invention) can take place here by means of a control device, for example a microcontroller. The controller generates input signals for a z. B. galvanically decoupled from the controller driver stage. The driver stage in turn generates the gate voltages of the IGBT. As a result, an improved recuperation is advantageously made possible in electric or hybrid vehicles that use a three-phase electric machine for generating drive energy.

In einer weiteren Ausführungsform wird ein Phasenschluss mindestens eines Elements des Wechselrichters detektiert, falls eine erfasste Phasenspannung kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine verbesserte Diagnose oder Überwachung von Elementen des Wechselrichters, da der erfindungsgemäße Spannungssensor auch zur Überwachung einer ordnungsgemäßen Betriebsspannung genutzt werden kann. Hierdurch können vorzugsweise Phasenschlüsse der Lowside-Schalter überwacht werden.In a further embodiment, a phase closure of at least one element of the inverter is detected if a detected phase voltage is less than a predetermined threshold value. This results in an advantageous way an improved diagnosis or monitoring of elements of the inverter, since the voltage sensor according to the invention can also be used to monitor a proper operating voltage. As a result, phase connections of the low-side switches can preferably be monitored.

Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Steuerung von Elementen eines Wechselrichters einer Elektromaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Steuereinrichtung, die Elemente des Wechselrichters und mindestens einen Spannungssensor. Weiter kann die Vorrichtung mindestens ein Element zur Gleichrichtung umfassen. Mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung ist in vorteilhafter Weise eines der vorhergehend erläuterten erfindungsgemäßen Verfahren durchführbar.Further proposed is a device for controlling elements of an inverter of an electric machine, in particular in a motor vehicle. The device comprises at least one control device, the elements of the inverter and at least one voltage sensor. Furthermore, the device may comprise at least one element for rectification. By means of the proposed device, one of the previously explained methods according to the invention can be carried out in an advantageous manner.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The figures show:

1 eine schematische Übersicht über Elemente eines Elektrofahrzeugs (Stand der Technik), 1 a schematic overview of elements of an electric vehicle (prior art),

2 ein schematisches Blockschaltbild eines dreiphasigen Wechselrichters und 2 a schematic block diagram of a three-phase inverter and

3 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Steuerung von Elementen eines Wechselrichters. 3 a schematic block diagram of an apparatus for controlling elements of an inverter.

Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.Hereinafter, like reference numerals designate elements having the same or similar technical features.

In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild eines elektrischen Systems 1 eines Elektrofahrzeugs 2 dargestellt. Das elektrische System 1 umfasst hierbei eine Traktionsbatterie 3, eine Einheit 4 zum Batteriemanagement, einen Wechselrichter 5, einen Gleichstromwandler 6, ein Bordnetz 7, eine Steuereinrichtung 8 zur Regelung einer Elektromaschine 9 sowie die Elektromaschine 9. Weiter ist in 1 eine Schnittstelle 10 zu einem externen Stromnetz dargestellt, wobei die Traktionsbatterie 3 aus dem externen Stromnetz mittels einer Einheit 11 zur Steuerung eines Ladevorgangs geladen werden kann. Hierbei ist dargestellt, dass die Traktionsbatterie 3 mit dem Wechselrichter 5 über elektrische Leitungen 12 elektrisch verbunden ist. Der Wechselrichter 5 dient hierbei der Erzeugung von Wechselströmen und Wechselspannungen aus der von der Traktionsbatterie 3 zur Verfügung gestellten Versorgungsspannung, die eine Gleichspannung ist (motorischer Betriebsmodus). Hierbei werden z. B. in 2 dargestellte elektronische Schaltelemente, z. B. IGBTs 13 (siehe 2), des Wechselrichters 5 mittels der Steuereinrichtung 8 derart geregelt, dass die Elektromaschine 9 in einem motorischen Betriebsmodus z. B. ein gewünschtes Drehmoment erzeugt. Auch können mittels der Steuereinrichtung 8 die IGBT 13 derart gesteuert werden, dass in einem generatorischen Betriebsmodus von der Elektromaschine 9 erzeugte elektrische Wechselspannung gleichgerichtet und somit elektrische Energie von der Elektromaschine 9 zur Traktionsbatterie 3 transferiert werden kann.In 1 is a schematic block diagram of an electrical system 1 an electric vehicle 2 shown. The electrical system 1 this includes a traction battery 3 , one unity 4 for battery management, an inverter 5 , a DC-DC converter 6 , a wiring system 7 , a control device 8th for controlling an electric machine 9 as well as the electric machine 9 , Next is in 1 an interface 10 shown to an external power grid, the traction battery 3 from the external power grid by means of a unit 11 can be loaded to control a charging process. Here it is shown that the traction battery 3 with the inverter 5 via electrical lines 12 electrically connected. The inverter 5 this serves to generate alternating currents and alternating voltages from that of the traction battery 3 provided supply voltage, which is a DC voltage (motor operating mode). This z. In 2 illustrated electronic switching elements, for. IGBTs 13 (please refer 2 ), the inverter 5 by means of the control device 8th so regulated that the electric machine 9 in a motorized operating mode z. B. generates a desired torque. Also, by means of the control device 8th the IGBT 13 be controlled so that in a generator mode of operation of the electric machine 9 generated electrical AC voltage rectified and thus electrical energy from the electric machine 9 to the traction battery 3 can be transferred.

In 2 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Wechselrichters 5 dargestellt. Der Wechselrichter 5 ist hierbei ein dreiphasiger Wechselrichter, der eine Phasenspannung VU einer ersten Phase U, eine Phasenspannung VV einer zweiten Phase V und eine Phasenspannung VW einer dritten Phase W erzeugt. Der Wechselrichter 5 umfasst hierbei sechs IGBT 13. Hierbei umfasst der Wechselrichter 5 pro Phase U, V, W einen als Highside-Schalter 13-1 ausgebildeten IGBT 13 und einen als Lowside-Schalter 13-2 ausgebildeten IGBT 13. Weiter sind in 2 eine Traktionsbatterie 3, ein Zwischenkreiskondensator CZK sowie die Elektromaschine 9 dargestellt. Ebenfalls sind in 2 Spannungssensoren 14 dargestellt, wobei mittels der Spannungssensoren 14 die Phasenspannungen VU, VV, VW erfassbar sind. Über dem Zwischenkreiskondensator CZK fällt hierbei die Zwischenkreisspannung UZK ab. Weiter ist in 2 ein Spannungssensor 15 zur Erfassung der Zwischenkreisspannung UZK dargestellt.In 2 is a schematic block diagram of an inverter 5 shown. The inverter 5 is here a three-phase inverter, which generates a phase voltage V U of a first phase U, a phase voltage V V of a second phase V and a phase voltage V W of a third phase W. The inverter 5 includes six IGBTs 13 , This includes the inverter 5 per phase U, V, W one as a highside switch 13-1 trained IGBT 13 and one as a lowside switch 13-2 trained IGBT 13 , Next are in 2 a traction battery 3 , a DC link capacitor C ZK and the electric machine 9 shown. Also are in 2 voltage sensors 14 represented by means of the voltage sensors 14 the phase voltages V U , V V , V W are detectable. In this case, the intermediate circuit voltage U ZK drops above the intermediate circuit capacitor C ZK . Next is in 2 a voltage sensor 15 shown for detecting the intermediate circuit voltage U ZK .

In 3 ist ein schematisches Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 16 zur Steuerung von Elementen eines Wechselrichters 5 einer nicht in 3 dargestellten Elektromaschine 9 dargestellt. Hierbei werden mittels Spannungssensoren 14 erfasste Phasenspannungen VU, VV, VW erfasst und mittels Elementen 17 zur Gleichrichtung gleichgerichtet. Eine Steuereinrichtung 8 vergleicht die derart gleichgerichteten Phasenspannungen mit der von einem Spannungssensor 15 erfassten Zwischenkreisspannung UZK. Weiter erfasst ein Fahrpedalsensor 18 eine Stellung eines Fahrpedals, wobei das Fahrpedal zur Eingabe eines Geschwindigkeitswunsches eines Kraftfahrzeugführers dient. Hierbei kann aus einer Stellung des Fahrpedals eine gewünschte Geschwindigkeit des Elektrofahrzeugs 2 und somit eine gewünschte Drehzahl eines Rotors der Elektromaschine 9 abgeleitet werden. Die Steuereinrichtung 8 vergleicht die gleichgerichteten Phasenspannungen mit der Zwischenkreisspannung UZK. Falls die gleichgerichteten Phasenspannungen größer als die Zwischenkreisspannung UZK sind und eine von einem Drehzahlsensor 19 erfasste Drehzahl des Rotors der Elektromaschine 9 größer ist, als die aus der Fahrpedalstellung ermittelte Wunschdrehzahl, so wechselt die Steuereinrichtung 8 von einem motorischen Betriebsmodus in einen generatorischen Betriebsmodus und steuert Elemente eines Wechselrichters 5, die z. B. in 2 als IGBT 13 dargestellt sind, entsprechend dem generatorischen Betriebsmodus an. Insbesondere werden Gate-Spannungen der als Highside-Schalter 13-1 ausgebildeten IGBT 13 und der als Lowside-Schalter 13-2 ausgebildeten IGBT 13 entsprechend dem generatorischen Betriebsmodus eingestellt.In 3 is a schematic block diagram of a device according to the invention 16 for controlling elements of an inverter 5 one not in 3 illustrated electric machine 9 shown. Here are by means of voltage sensors 14 detected phase voltages V U , V V , V W detected and by means of elements 17 rectified for rectification. A control device 8th compares the thus rectified phase voltages with that of a voltage sensor 15 detected intermediate circuit voltage U ZK . Next detects an accelerator pedal sensor 18 a position of an accelerator pedal, wherein the accelerator pedal is used to enter a speed request of a motor vehicle driver. Here, from a position of the accelerator pedal, a desired speed of the electric vehicle 2 and thus a desired rotational speed of a rotor of the electric machine 9 be derived. The control device 8th compares the rectified phase voltages with the intermediate circuit voltage U ZK . If the rectified phase voltages are greater than the intermediate circuit voltage U ZK and one of a speed sensor 19 detected speed of the rotor of the electric machine 9 is greater than the determined from the accelerator pedal position desired speed, so the controller changes 8th from a motor operating mode to a generator operating mode and controls elements of an inverter 5 that z. In 2 as an IGBT 13 are displayed according to the regenerative operating mode. In particular, gate voltages are the highside switch 13-1 trained IGBT 13 and the as lowside switch 13-2 trained IGBT 13 set according to the regenerative operating mode.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
elektrisches Systemelectrical system
22
Elektrofahrzeugelectric vehicle
33
Traktionsbatterietraction battery
44
Einheit zum BatteriemanagementUnit for battery management
55
Wechselrichterinverter
66
GleichstromwandlerDC converter
77
Bordnetzboard network
88th
Steuereinrichtungcontrol device
99
Elektromaschineelectric machine
1010
externes Stromnetzexternal power grid
1111
Einheit zur Steuerung eines LadevorgangsUnit for controlling a charging process
1212
elektrische Leitungelectrical line
1313
IGBTIGBT
13-113-1
Highside-SchalterHigh-side switch
13-213-2
Lowside-SchalterLow-side switch
1414
Spannungssensorvoltage sensor
1515
Spannungssensorvoltage sensor
1616
Vorrichtungcontraption
1717
Element zur GleichrichtungElement for rectification
1818
FahrpedalsensorAccelerator pedal sensor
1919
DrehzahlsensorSpeed sensor
CZK C ZK
ZwischenkreiskondensatorLink capacitor
UZK U ZK
ZwischenkreisspannungIntermediate circuit voltage
U, V, WAND MANY MORE
Phasenphases
VU, VV, VW V U , V V , V W
Phasenspannungenphase voltages

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006012781 A1 [0004] DE 102006012781 A1 [0004]

Claims (7)

Verfahren zur Steuerung von Elementen eines Wechselrichters einer Elektromaschine (9), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei mittels der Elemente des Wechselrichters (5) Phasenspannungen (VU, VV, VW) von Phasen (U, V, W) der Elektromaschine (9) einstellbar sind, wobei die Elemente des Wechselrichters (5) in einem motorischen Betriebsmodus oder in einem generatorischen Betriebsmodus steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem motorischen Betriebsmodus eine Phasenspannung (VU, VV, VW) mindestens einer Phase (U, V, W) der Elektromaschine (9) mittels eines Spannungssensors (14) erfasst wird, wobei die erfasste Spannung (VU, VV, VW) gleichgerichtet und die gleichgerichtete Spannung mit einem von einer Zwischenkreisspannung (UZK) abhängigen ersten Schwellwert verglichen wird, wobei von dem motorischen Betriebsmodus in den generatorischen Betriebsmodus gewechselt wird, falls die gleichgerichtete Spannung größer als der erste Schwellwert ist und die Drehzahl eines Rotors der Elektromaschine (9) größer als eine vorbestimmte Drehzahl oder gleich der vorbestimmten Drehzahl ist.Method for controlling elements of an inverter of an electric machine ( 9 ), in particular in a motor vehicle, wherein by means of the elements of the inverter ( 5 ) Phase voltages (V U , V V , V W ) of phases (U, V, W) of the electric machine ( 9 ) are adjustable, whereby the elements of the inverter ( 5 ) are controllable in a motor operating mode or in a generator operating mode, characterized in that in the motor operating mode, a phase voltage (V U , V V , V W ) at least one phase (U, V, W) of the electric machine ( 9 ) by means of a voltage sensor ( 14 ), wherein the detected voltage (V U , V V , V W ) is rectified and the rectified voltage is compared with a first threshold value dependent on a link voltage (U ZK ), changing from the motor operating mode to the generator operating mode, if the rectified voltage is greater than the first threshold and the speed of a rotor of the electric machine ( 9 ) is greater than a predetermined speed or equal to the predetermined speed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem generatorischen Betrieb eine Phasenspannung (VU, VV, VW) mindestens einer Phase (V, U, W) der Elektromaschine (9) mittels eines Spannungssensors (14) erfasst wird, wobei die erfasste Spannung (VU, VV, VW) gleichgerichtet und die gleichgerichtete Spannung mit einem von einer Zwischenkreisspannung (UZK) abhängigen zweiten Schwellwert verglichen wird, wobei von dem generatorischen Betriebsmodus in den motorischen Betriebsmodus gewechselt wird, falls die gleichgerichtete Spannung kleiner als der zweite Schwellwert ist und die Drehzahl eines Rotors der Elektromaschine (9) kleiner als eine vorbestimmte Drehzahl ist.A method according to claim 1, characterized in that in the generator operation, a phase voltage (V U , V V , V W ) at least one phase (V, U, W) of the electric machine ( 9 ) by means of a voltage sensor ( 14 ) is detected, wherein the detected voltage (V U , V V , V W ) is rectified and the rectified voltage is compared with a dependent of a DC link voltage (U ZK ) second threshold, being switched from the regenerative operating mode to the motor operating mode, if the rectified voltage is less than the second threshold and the speed of a rotor of the electric machine ( 9 ) is less than a predetermined speed. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellwert als Summe oder skalierte Summe der Zwischenkreisspannung (UZK) und einem positiven vorbestimmten Spannungswert berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first threshold value is calculated as the sum or scaled sum of the intermediate circuit voltage (U ZK ) and a positive predetermined voltage value. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwellwert als Summe oder skalierte Summe der Zwischenkreisspannung (UZK) und einem negativen vorbestimmten Spannungswert berechnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second threshold value is calculated as the sum or scaled sum of the intermediate circuit voltage (U ZK ) and a negative predetermined voltage value. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (5) ein dreiphasiger Wechselrichter ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the inverter ( 5 ) is a three-phase inverter. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Phasenschluss mindestens eines Elements des Wechselrichters (5) detektiert wird, falls eine erfasste Phasenspannung (VU, VV, VW) kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a phase closure of at least one element of the inverter ( 5 ) is detected if a detected phase voltage (V U , V V , V W ) is less than a predetermined threshold value. Vorrichtung zur Steuerung von Elementen eines Wechselrichters einer Elektromaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung (16) mindestens eine Steuereinrichtung (8), die Elemente des Wechselrichters (5) und mindestens einen Spannungssensor (14) umfasst, wobei mittels der Elemente des Wechselrichters (5) Phasenspannungen (VU, VV, VW) von Phasen (V, U, W) der Elektromaschine (9) einstellbar sind, wobei die Elemente des Wechselrichters (5) mittels der Steuereinrichtung (8) in einem motorischen Betriebsmodus oder in einem generatorischen Betriebsmodus steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem motorischen Betriebsmodus eine Phasenspannung (VU, VV, VW) mindestens einer Phase (V, U, W) der Elektromaschine (9) mittels eines Spannungssensors (14) erfassbar ist, wobei die erfasste Spannung (VU, VV, VW) mittels eines Elements (17) zur Gleichrichtung gleichrichtbar ist und die gleichgerichtete Spannung mittels einer Einrichtung zum Vergleich mit einem von einer Zwischenkreisspannung (UZK) abhängigen ersten Schwellwert vergleichbar ist, wobei mittels der Steuereinrichtung (8) von dem motorischen Betriebsmodus in den generatorischen Betriebsmodus wechselbar ist, falls die gleichgerichtete Spannung größer als der erste Schwellwert ist und die Drehzahl eines Rotors der Elektromaschine (9) größer als eine vorbestimmte Drehzahl oder gleich der vorbestimmten Drehzahl ist.Device for controlling elements of an inverter of an electric machine, in particular in a motor vehicle, wherein the device ( 16 ) at least one control device ( 8th ), the elements of the inverter ( 5 ) and at least one voltage sensor ( 14 ), wherein by means of the elements of the inverter ( 5 ) Phase voltages (V U, V V, V W) of phases (V, U, W) of the electric machine ( 9 ) are adjustable, whereby the elements of the inverter ( 5 ) by means of the control device ( 8th ) are controllable in a motor operating mode or in a generator operating mode, characterized in that in the motor operating mode, a phase voltage (V U , V V , V W ) at least one phase (V, U, W) of the electric machine ( 9 ) by means of a voltage sensor ( 14 ), wherein the detected voltage (V U , V V , V W ) by means of an element ( 17 ) is rectilinearly rectified and the rectified voltage by means of a device for comparison with a dependent of a DC link voltage (U ZK ) first threshold value is comparable, wherein by means of the control device ( 8th ) is changeable from the motor operating mode to the regenerative operating mode if the rectified voltage is greater than the first threshold value and the rotational speed of a rotor of the electric machine ( 9 ) is greater than a predetermined speed or equal to the predetermined speed.
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