JP5227422B2 - 殊に自動車の電源網を作動させる方法 - Google Patents

Description

本発明は、殊に自動車の電源網を作動させる方法に関する。ここでこの電源網は少なくとも１つの電気蓄積器と、少なくとも１つの電気機械と、電気機械を駆動制御する少なくとも１つのインバータとを有している。ここで機能エラーが検出されると、電気蓄積器を電源網から電気的に切り離し、続いて、電源網の電源網電圧が設定可能な境界電圧を上回ると、インバータを短絡モードに切り換える。

従来技術
冒頭に記載した様式の方法は公知である。殊に、ますます拡大している、少なくとも１つの電気機械と内燃機関を駆動ユニットとして有している自動車のハイブリッド駆動装置では、属する電源網を作動させる多数の方法が公知である。ここでは、電源網に電気的に接続されている負荷の全てに充分な電源網電圧が供給されるように、電源網の電源網電圧を調整することが重要である。ハイブリッド自動車では、電気機械をモータとして、自動車を駆動させるために使用することを可能にするために、比較的高い電圧が供給されなければならないので、電源網および電源網に電気的に接続されているコンポーネントを保護するために、損傷を阻止する方法が知られている。従って、例えば電気機械を駆動制御するインバータは過電圧保護を有している。これは電源網電圧の所定の境界電圧を上回る場合、すなわち電源網電圧が所定の境界電圧を上回った場合に、インバータを短絡モードに切り換える。さらに、例えば電気蓄積器の機能エラーが検出された場合に、電気蓄積器を、電源網から電気的に切り離すことが公知である。電気機械がこの時点で、ジェネレータモードにある場合には、これによって結果的に、電気蓄積器の「投げ捨て（Abwerfen）」によって、電源網電圧が著しく上昇し、これによって、インバータの設定可能な境界電圧を上回り、これに続いて、インバータが短絡モードに切り換えられる。ここでは、電気蓄積器も電気機械も、パワーを電源網内にもたらさない、ないしは電圧を供給しないので、電源網内に存在する電圧、例えば中間回路コンデンサの電圧が迅速に低減する。この低減は、電源網が電気的に崩壊するまで、ないしは電源網電圧または有効な電源網電圧がもはや存在しなくなるまで続く。従って高圧負荷が電源網に接続され、起動されている場合には、電源網は相応に迅速に崩壊する。ここでもはや電源網電圧が存在していないので、電気機械もこれ以上、ジェネレータ式に作動／制御されない。システム全体が停止する。

発明の開示
本発明の方法は、インバータのパワー半導体を次のように接続することである。すなわち、駆動されている電気機械によって電圧が誘導され、フリーホイールダイオードによって、電源網で供給されるように接続することである。ここで、この誘導された電圧は電気機械のジェネレータ作動のために用いられる。従って、設定可能な電源網電圧が電気機械によって調整される。すなわち、電気機械が走行路上の自動車の駆動ホイールの回転によって駆動されているときに電気機械ないしは電気機械のロータが駆動されている場合には、例えば自動車の牽引駆動において、インバータのパワー半導体が次のように接続される。すなわち、電圧が電気機械内で、殊にステーター巻き線内で誘導され、フリーホイールダイオードによって電源網に供給されるように接続される。これによって誘導されたないしは供給された電圧はここで自然に、電気機械ないしは電気機械のロータの回転数に依存する。電気機械の「アイドリング作動」において誘導された電圧は本発明では、電気機械のジェネレータ作動に使用される。従って、これによって所望の／設定された電源網電圧が調整される。誘導された電圧は有利には、電圧調整器の作動に使用される。この電圧調整器は電気機械に、電源網電圧を生成するための（ジェネレータ）回転トルクを与える。すなわちこの有利な方法によって、電源網を、電気蓄積器、殊に高圧バッテリーの故障後に、容易に再び起動させることができる。電源網電圧を調整するために電気機械が再びジェネレータ式に作動すると、１つまたは複数の高圧負荷も再び起動され、次に、目標回転トルクが、接続されている高圧負荷およびそのエネルギー需要に依存して設定される。

有利には機能エラーの検出時に、少なくとも１つの、電源網と電気的に接続されている負荷、殊に高圧負荷がスイッチオフされる。これによって、特に時間的に近接して、ないしは同時の、電源網に接続されている負荷の非活性状態化が行われる。これは、電気蓄積器、殊に高圧バッテリーを電源網から分断するためである。電源網が崩壊する速度がこれによって低減される。

本発明の発展形態では、電気機械は内燃機関によって駆動される。この内燃機関は、固有のエンジン制御機器によって調整される。電気機械と内燃機関がハイブリッド駆動部の有利な駆動ユニットを構成する場合には、これらは容易に機械的に相互に作用結合される。従って、自動車の静止状態時には、電気機械は内燃機関によって駆動制御可能であり、これによって、電圧調整を再び行うための電圧が、上述のように誘導される。

有利にはこの方法は、内燃機関の回転数および／または電気機械の回転数に依存して実行される。特に有利にはこのために回転数領域が設けられる。この回転数領域内では、この方法が実行される、ないしはこの方法が実行可能である。

有利にはこの方法は、電気機械の回転数が、内燃機関のアイドリング回転数の上方に位置する場合に行われる。通常は、電気機械と内燃機関とは直接的に相互に機械的に作用結合可能である。従って、電気機械の回転数は、内燃機関の回転数に相当する。従って、可及的に小さい誘導電圧が、内燃機関のアイドリング回転数によって定められる。

これに対して択一的または付加的に、この方法は有利には次のような場合に行われる。すなわち、電気機械の回転数が、電気機械の設定可能な境界数を下回る場合である。特に有利には、ここで、この電気機械の境界回転数は、許容可能な最大誘導電圧によって設定される。換言すれば、誘導電圧に対する境界が設定される。誘導電圧は、電気機械の回転数に依存しているので、この境界電圧は容易に境界回転数によって定められる。境界回転数ないし境界電圧は次のように選択される。すなわち、誘導電圧が、電源網のコンポーネント、殊にインバータの損傷に導くであろう値の下方に位置するように選択される。インバータに関して、境界回転数を上回ることは次のことを意味する。すなわち、インバータの過電圧保護が新たに有効になり、これによって電気機械の調整が不可能になることを意味する。その範囲内でこの有利な方法が実行可能である回転数領域は、従って、有利には内燃機関のアイドリング回転数および電気機械の境界回転数によって定められる。

本発明の発展形態では、インバータの短絡モードは、電気機械の回転数が所定の回転数の上方に位置する限り保持される。すなわちインバータのこの緊急作動は、次のような場合にはじめて放棄される。すなわち、上述の回転数領域内に回転数が位置し、かつ電源網のコンポーネントの損傷が排除される場合である。

特に有利には、内燃機関の回転数は次のような場合に低減される。すなわち、これが境界回転数を上回っている場合である。換言すれば、電源網の電圧調整部のアクティブな干渉が、内燃機関の走行作動において設けられ、これによって内燃機関の回転数ひいてはこれを機械的に作用結合されている電気機械の回転数が、許容されている、上述した回転数領域にされる。車両が動いている場合には、電気機械が機械的に車両の駆動ホイールと作用的に結合され、例えば内燃機関と作用的に結合されていない限りは、電気機械の回転数は車両のブレーキの操作によっても低減される。

高圧バッテリーが、特定の内燃機関アイドリング回転数時に故障し、ここで特定の負荷変化が生じると、内燃機関が停止する可能性が生じる。これを阻止する有利な方法が、本発明の有利な構成において得られる。ここでは特に有利には、１分間に６００回転〜１０００回転に内燃機関のアイドリング回転数を上昇させる、および／または電気的駆動部に特定の目標トルクを設定する。これによって回転トルク予備分が得られる。内燃機関のアイドリング回転数の上昇および／または特定の目標トルクの設定は有利にはエンジン制御機器によって相応の駆動制御信号を介して行われる。

最後に、インバータとして、パルスインバータが使用される。

図面の簡単な説明
以下で本発明を図面に基づいて詳細に説明する。

ハイブリッド自動車の電源網の実施例の概略図 電源網を作動させる有利な方法の実施例 電源網の電圧を調整するための電圧調整器

本発明の実施例
図１は、ここには詳細に図示されていない自動車のハイブリッド駆動装置２の電源網１の実施例を概略図で示している。ハイブリッド駆動装置２は、内燃機関３と、結合部４によって内燃機関３と機械的に作用結合されている、駆動ユニットとしての電気機械５と、電気機械５と機械的に作用結合されている変速機６とを有している。この変速機は、駆動ユニットによって生成された回転トルクを、自動車の駆動ホイール７に伝達する。電気機械５にはインバータ８が割り当てられている。このインバータは、パルスインバータ９として構成されている。このインバータによって、電気機械５が駆動ないしは調整される。インバータ８は電気的な接続１０、１１によって、電気蓄積器１２、殊に高圧バッテリーと接続されている。インバータ８、電気蓄積器１２並びに電気的接続１０、１１によって構成されている、電源網１の中間回路１３には、さらに直流電流変換器１４並びに少なくとも１つの高圧負荷１５が接続されている。ここでこの高圧負荷は例えば空調コンプレッサの形状である。通常作動時には、ここには図示されていない電圧調整器によって、電源網１内に、実質的に一定の電源網電圧が、電源網１の活動状態／非活動状態の負荷に依存して電源網１内に供給される。

電源網１に接続されているコンポーネント、例えば直流変換器１４および空調コンプレッサ１６を保護するために次のことが行われる。すなわち、電源網１、殊に電気蓄積器１２内で機能エラーが検出されると、電気蓄積器１２が電源網１ないし中間回路１３から電気的に分断されることが行われる。従って、電気蓄積器１２が故障して、中間回路１３およびパルスインバータ９で過電圧が生じると、アクティブな短絡に切り替えられる。従って、ここで電気機械５も電圧をもはや、電源網１ないし中間回路１３に供給しない。直流電流変換器１４および／または空調コンプレッサ１６によって、これが起動されている限りは、中間回路１３の中間回路コンデンサ１７が短い時間の間に放電される。パルスインバータ９ないしインバータ８の短絡モード（アクティブな短絡）は次のような期間、続く。すなわち、電源網１ないし中間回路１３から全エネルギーが引き出され、電圧がもはや、電気機械５および／または高圧負荷１５の作動のために供給されなくなる期間、続く。

次に図２を参照して、電源網１を作動させる有利な方法を説明する。この方法は、電源網電圧の調整が再び行われることを可能にする。このために図２はフローチャートを示している。このフローチャートの１つの領域（破線１７）は、実質的に内燃機関３の制御ないし調整に関し、このフローチャートの別の領域（破線１８）は、パルスインバータ９の制御ないし調整に関する。電気蓄積器１２、殊に高圧バッテリーが上述のように、電源網１から電気的に分断され、これがステップ１９において検出される場合には、パルスインバータ９がはじめに緊急モード２０に切り換えられる。これは、パルスインバータが短絡モード２１ないしはアクティブな短絡に切り換えられることである。電気機械５がその時までジェネレータ作動にある場合には、このような手法によって、過電圧が電源網１内で形成されることが阻止される。この過電圧は、電源網１のコンポーネント、殊にインバータ８に損傷を与える恐れがある。上述したようにこれによって、電源網１ないし中間回路コンデンサ１７が短い時間の間に放電され、システムが崩壊する。放電時間を長くする、または調整の再始動までの時間を短くするために、ステップ２０では、電源網１に接続されている高圧負荷１５、例えば空調コンプレッサ１６が停止される、ないしは非活動状態にされる。

システムないしは電源網を再起動するためにはじめにまずは、問い合わせ２１において、内燃機関の回転数Ｎが許容可能な回転数領域内にあるか否かが検査される。ここでこの回転数領域は、内燃機関のアイドリング回転数Ｎ_ＬＬおよび設定可能な境界回転数Ｎ_ＧＲによって定められる。ここでこの境界回転数は、電気機械５によってアイドリング中に誘導された電圧に依存して選択される。回転数Ｎ_ＧＲは、ここで、この実施例においては、中間回路１７での誘導された電圧が４００Ｖ（パルスインバータ９での最大許容継続電圧）の境界を上回る回転数である。ステップ２２に示されているように、回転数Ｎが境界回転数Ｎ_ＧＲを上回っているという結果を問い合わせ２１が出すと、内燃機関３の制御が開始され、ステップ２３に示されているように、内燃機関３の回転数Ｎが、境界回転数Ｎ_ＧＲを下回るまで低減される。回転数Ｎが上述した、許容回転数領域内にある場合、パルスインバータ９は状態「緊急モード（アクティブな短絡）」から、状態「通常モード」に変わる（ステップ２４）。中間回路１７の電源網電圧が下方境界電圧よりも小さいので、通常存在している下方電圧エラー識別がステップ２５内で封鎖されるないしは非活動状態になければならない。これに続くステップ２６では、インバータ８／パルスインバータ９のパワースイッチないしはパワー半導体は次のように閉成される／開放される。すなわち、中間回路１７で、回転数に依存する電圧が構成されるように閉成される／開放される。これは、誘導された極ホイール電圧によって電気機械５から、フリーホイールダイオードを介して、中間回路１７に供給される。次に、ステップ２７において、中間回路１７の電圧調整部が再起動される。従って電気機械５によって、アイドリング作動時に誘導される電圧が電圧調整器を作動させるために利用されて、これは次に電気機械５をジェネレータ作動させる／調整する。従って、所望の電源網電圧が電気機械５によって生成される。アイドリング作動において誘導された電圧はここでは、いわゆる、スタータ電圧として、電気蓄積器１２の故障後の電源網１の電圧調整の開始のために用いられる。有利には、電圧調整は電源網電圧Ｕｓｏｌｌを２５０Ｖに調整し（ステップ２８）、最大１０ｋＷのパワーを調整する（ステップ２９）。ステップ３０では、電源網電圧がＵｄｃ＝２００Ｖの値を超えているか否かが検査される。超えている場合には、これに続くステップ３１において、電源網電圧１に接続されている高圧負荷１５、例えば空調コンプレッサ１６がトリガされる、ないしは起動される。この時点から、境界回転数Ｎ_ＧＲの上昇が再び許容される（ステップ３２）。

従って全体的に、この有利な方法によって、容易に次のことが可能になる。すなわち、電源網電圧を、電気蓄積器１２の故障後に再起動させ、所定の値に設定することが可能である。換言すれば、電気蓄積器１２の故障後に、電源網１の電圧調整が再び行われる。

図３は、概略図で、電源網１ないし、電源網１の電圧調整のための中間回路１７の電圧調整器３３を示している。電圧調整器３３は、ＰＩ調整器３４を有しており、このＰＩ調整器には、入力量として、中間回路１７の目標電圧Ｕｄｃ＿ｒａｉｌ＿ｓｏｌｌと実際電圧Ｕｄｃ＿ｒａｉｌ＿ｉｓｔとの差が供給される。この差に基づいて、ＰＩ調整器３４は、電気機械５の目標回転トルクＴｒｑ＿Ｄｅｓを定める。従って、これは差を補償するための相応の電圧を生成する。さらに、ＰＩ調整器３４には入力量として、電気機械５の回転数Ｎに依存する定数Ｋｐ、回転数Ｎに依存する定数Ｋｉ並びに上述した回転数領域Ｍａｘ−Ｍｉｎが設定される。回転数Ｎはさらにプレ制御部３５に供給される。これにはさらに、中間回路１７の実際電流Ｉｄｃ＿ｒａｉｌ＿ｉｓｔと目標電圧Ｕｄｃ＿ｒａｉｌ＿ｓｏｌｌが入力量として供給される。プレ制御部３５は、信号ＶｓをＰＩ調整器３４に供給する。

この有利な方法は同じように、次のような場合に使用される。すなわち、電気蓄積器１２が、機能エラーが原因で、電源網１から分断され、中間回路コンデンサ１７が完全に放電されるように、電気機械５が次のようにモータモードで動かされる場合である。

高圧バッテリーが特定の内燃機関アイドリング回転数で故障し、このときに、特定の負荷変化が生じると、内燃機関が停止する恐れがある。高い負荷のスイッチオンの状態で、例えば、ＤＣ／ＤＣ変換器がスイッチオンされているとき、再びスイッチオフされる場合には、低いアイドリング回転数のもとでエンジンが故障する恐れがある。これを阻止するための有利な方法が本発明の有利な構成で得られる。ここでは、特に有利には、１分あたり６００から１０００回転に内燃機関のアイドリング回転数が高くなることによって、および／または電気的駆動部に特定の目標トルクを設定することによって得られる。これによって回転トルク予備分が得られる。

内燃機関のアイドリング回転数の上昇および／または特定の目標トルク設定は有利には、エンジン制御機器によって、相応の駆動制御信号を介して行われる。

Claims (12)

1. 電源網を作動させる方法であって、
   電圧調整部を備えた前記電源網（１）は少なくとも１つの電気蓄積器（１２）と、回転数（Ｎ）で駆動される少なくとも１つの電気機械（５）と、当該電気機械（５）を駆動制御する少なくとも１つのインバータ（８）とを有しており、
   前記電気蓄積器（１２）の機能エラーを検出すると、前記電気蓄積器（１２）を前記電源網（１）から電気的に分離させ、前記インバータ（８）を短絡モードに切り替え、前記電源網（１）の中間回路（１３）に接続された直流電流変換器（１４）及び高圧負荷（１５）の少なくともいずれか一方によって前記中間回路（１３）の中間回路コンデンサ（１７）が放電される形式の方法において、
   前記回転数（Ｎ）が境界回転数（Ｎ_Ｇｒ）を下回ると、前記駆動されている電気機械（５）によって電圧が誘導され、当該電圧がフリーホイールダイオードによって電源網（１）に供給されるように前記インバータ（８）のパワー半導体を接続し、これによって前記電源網（１）内で回転数に依存した電圧が形成され、当該電圧を前記電圧調整部の再起動に使用する、
   ことを特徴とする、電源網を作動させる方法。
2. 前記機能エラーの検出時には、前記電源網（１）と電気的に接続されている少なくとも１つの負荷をスイッチオフする、請求項１記載の方法。
3. 前記電気機械（５）を内燃機関（３）によって駆動する、請求項１または２記載の方法。
4. 前記電気機械（５）の回転数が、内燃機関（３）のアイドリング回転数を上回る場合に、前記再起動が実行される、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記境界回転数（Ｎ_Ｇｒ）を、許容可能な最大誘導電圧に依存して設定する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記電気機械（５）の回転数が前記境界回転数（Ｎ_Ｇｒ）を上回る限り、前記インバータ（８）の短絡モードを維持する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 内燃機関（３）の回転数が前記境界回転数（Ｎ_Ｇｒ）を上回る場合、内燃機関（３）の回転数を低減させる、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. インバータ（８）としてパルスインバータを使用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記電気蓄積器（１２）が故障した場合および特定の内燃機関アイドリング回転数のもとで所定の負荷変化が生じた場合、内燃機関（３）の停止を阻止するために内燃機関（３）のアイドリング回転数を上昇させる、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 前記内燃機関（３）のアイドリング回転数を、１分あたり６００回転から１０００回転に上昇させる、請求項９記載の方法。
11. 前記誘導された電圧がフリーホイールダイオードによって電源網（１）に供給されるように前記インバータ（８）のパワー半導体が接続されている状態において、
    前記電気蓄積器（１２）が故障した場合および特定の内燃機関アイドリング回転数のもとで所定の負荷変化が生じた場合、内燃機関（３）の停止を阻止するために、電気駆動部に特定の目標トルクを設定し、これによって回転トルク予備分を得る、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 前記内燃機関（３）のアイドリング回転数の上昇および／または特定の目標トルクの設定をエンジン制御部によって、相応の駆動制御信号を介して行う、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。

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