逆变器用的运行状态切换系统及逆变器运行状态调节方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于操控一逆变器（3）的运行状态切换系统，所述逆变器向一n相的电的机器（5）经由相接口（4a、4b、4c）供给一n相的供给电压，其中，n≥1，所述运行状态切换系统具有：一评价装置（6），其与所述逆变器（3）的相接口（4a、4b、4c）连接，并且其设置用于，检测在所述相接口（4a、4b、4c）处的所述逆变器（3）的输出电压，并且基于所检测到的输出电压获知所述电的机器（5）的转速；以及一操控装置（7），其与所述评价装置（6）联接，并且其设置用于，根据所获知的所述逆变器（3）的转速来切换到一空转状态或一主动短路中。
【专利说明】逆变器用的运行状态切换系统及逆变器运行状态调节方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于逆变器的运行状态切换系统以及一种用于调节逆变器、尤其是用于供给一同步机的逆变器的运行状态的方法。
【背景技术】
[0002]混合动力车辆或电动车辆的电驱动装置可以具有永磁激励的电的机器，尤其是同步机，该同步机借助于一脉冲逆变器来供给交流电压。在此情况下，在低电压侧的故障状态下，例如在电子操控装置、能量供给装置、不同的传感器、数据通讯装置或保险装置失效的情况下，必须在逆变器中调节出一安全的状态，也就是说，所述逆变器的一种切换状态，在该切换状态中，确保了针对介入该车辆的人员的安全性，例如在事故时的救援人员，以及针对电系统的完好的安全性。
[0003]出版物DE 10 2009 047 616 Al公开了一种用于电的机器的逆变器，其在故障情况下可从一主动短路的运行状态被置入到一空转的运行状态中。
【发明内容】
[0004]根据一个方面，本发明提出了一种用于操控逆变器的运行状态切换系统，所述逆变器向一 η相的电的机器经由相接口供给一 η相的供给电压，其中，n> I，所述运行状态切换系统具有一评价装置和一操控装置，所述评价装置与所述逆变器的相接口连接，并且所述评价装置设计用于，检测在所述相接口处的所述逆变器的输出电压，并且基于检测到的输出电压获知所述电的机器的转速，所述操控装置与所述评价装置联接，并且所述操控装置设计用于，根据所获知的所述逆变器的转速切换到一空转状态或一主动短路中。
[0005]根据另一个方面，本发明提出了一种用于向一 η相的电的机器供给一 η相的供给电压的逆变器系统，其中，n ^ 1，该逆变器系统具有一直流电压中间回路、一逆变器、一根据本发明的运行状态切换系统以及一能量供给装置，所述直流电压中间回路由一高压源供给直流电压，所述逆变器具有大量的切换装置，所述逆变器与所述直流电压中间回路连接，并且所述逆变器设计用于，将一 η相的供给电压提供到相接口处，所述运行状态切换系统设计用于，操控所述逆变器的大量的切换装置，用于调节出一空转状态或一主动短路，所述能量供给装置与所述直流电压中间回路联接，并且所述能量供给装置设计用于，从所述直流电压中间回路中向所述评价装置和所述操控装置供给电能。
[0006]根据另一个方面，本发明提出了一种用于调节逆变器的运行状态的方法，该逆变器向一 η相的电的机器经由相接口供给一 η相的供给电压，其中，n ^ 1，该方法具有检测在所述逆变器的相接口处的输出电压的步骤，基于所检测到的输出电压来获知所述电的机器的转速的步骤，当所获知的转速小于一预先确定的转速阈值时，操控所述逆变器的切换装置用于调节出一空转状态的步骤，以及当所获知的转速大于或等于所述预先确定的转速阈值时，操控所述逆变器的切换装置用于调 节出一主动短路的步骤。
[0007]发明优点 本发明的一个思想在于，独立于一电的机器、尤其是一同步机的磁极转子的通过一位置发生器的位置检测，经由对于施加在所述逆变器的相接口处的磁极转子电压的评价，获知一磁极转子频率。由此可以根据所述磁极转子频率或者说所述同步机的转速，做出一关于所述逆变器的可靠的运行状态的选择的决定。
[0008]本发明的另一个思想在于，在两个不同的运行状态之间进行选择，这可以避免在操控所述逆变器时的与转速相关的缺点。一方面通过在较低的转速的情况下调节出所述逆变器的一空转状态可以避免，在所述电的机器的轴上出现较高的制动矩。另一方面通过在较高的转速的情况下调节出一主动短路，可以避免中间回路电压的升高以及高的充电电流的出现，否则的话，这会导致功率电子装置和/或高压能量源受损。
[0009]在一种有利的实施方式中，所述操控装置可以设计用于，当所获知的转速小于一预先确定的转速阈值时，将所述逆变器切换到一空转状态中，并且当所获知的转速大于或等于所述预先确定的转速阈值时，将所述逆变器切换到一主动短路中。以这种方式可以优化所述电的机器和所述操控电子装置的安全性。
[0010]在一种有利的实施方式中，所述评价装置可以设计用于，检测所述电的机器的磁极转子电压。这能够实现所检测到的磁极转子电压与所述电的机器的瞬时转速的直接关联。
[0011]根据一种有利的实施方式，所述操控装置可以设计用于，当所述直流电压中间电路值中的直流电压下降到低于一中间回路阈值时，将所述逆变器的切换装置针对一预先确定的时间段切换到一空转模式中。由于根据本发明的逆变器系统的操控装置经由所述能量供给装置从所述逆变器系统的高压侧被供给时，所述运行状态切换系统可以说成是自行地供给能量，其方式为，所述逆变器针对较短的时间被切换到所述空转状态中，由此将所感应的磁极转子电压经由所述逆变器的切换装置的二极管返回地馈入到所述直流电压中间电路中。
[0012]根据本发明的方法的一种有利的实施方式，只有当探测到所述电的机器的一故障状态时，才实施该方法。这样，只有当所述逆变器的实际的正常运行通过所述电的机器的部件或它们的操控元件的损坏或失效而受到破坏时，才实施所述用于操控逆变器的方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]本发明的实施方式的其它特征和优点从下面参照附图的描述中给出。
[0014]其中:
图1示出了一逆变器系统的示意图；
图2示出了根据本发明的另一种实施方式的逆变器系统的示意图；以及 图3示出了根据本发明的另一种实施方式的用于运行一逆变器的方法的示意图。
[0015]除非另有说明，附图中相同的以及功能相同的元件、特征和部件分别设有相同的附图标记。不言而喻，附图中的部件和元件为了清晰起见不必以真实的比例示出。
[0016]本发明的其它可能的设计方案以及改进方案和执行方案也包括未明确提到的上文中或下文中所描述的本发明的特征的组合。
【具体实施方式】[0017]图1示出了用于运行一电的机器5的逆变器系统10的示意图。该逆变器系统包括一高压能量源1，例如一电运行的车辆的牵引电池，一直流电压中间电路2和一逆变器3。所述电的机器5可以例如是一同步机5或者说一同步马达5。
[0018]所述直流电压中间电路2可以例如具有一中间回路电容器2a，其可以用于中间存储来自所述高压能量源I的电能。在所述直流电压中间电路2的输出接口上可以联接一逆变器3，例如一脉冲逆变器。所述逆变器3在图1的该例子中设计成全桥电流或B6桥。为此，所述逆变器3包括具有高压侧的切换装置3a、3c、3e的半桥分支以及具有低压侧的切换装置3b、3d、3f的半桥分支。所述切换装置3a至3f可以例如分别具有功率半导体开关。所述切换装置3a至3f可以例如具有场效应晶体管开关，如nMOSFET (η导电性金属氧化物半导体场效应晶体管，增强型)、JFET (结型场效应晶体管)或pMOSFET (P导电性金属氧化物半导体场效应晶体管)。所述切换装置3a至3f也可以具有IGBT (绝缘栅双极晶体管、具有绝缘的门电极的双极晶体管)。
[0019]所述逆变器3可以通过所述切换装置3a至3f的相应的操控来产生一用于操控所述电的机器5的三相的交流电压。为此，在所述逆变器3的各相接口 4a、4b、4c处产生一相应的相电压。在图1中所示的例子中示出了三个相接口和一 B6桥，其中，具有相应数量的半桥分支的任何其它数量的相接口同样是可以的。
[0020]图2示出了一逆变器系统10’，其可以具有所述逆变器系统10的特征。尤其是在图2中示出了 一高压能量源1、一直流电压中间电路2和一逆变器3，它们可以以与图1中类似的方式设计并且可以相互联接。在此，所述逆变器3可以设计用于，提供在所述相电压4a、4b、4c处的用于运行一电的机器5的相电压。
[0021]所述逆变器系统10’还包括一能量供给装置8、一操控装置7和一评价装置6。在此，所述操控装置7和所述评价装置6可以通过所述能量供给装置8从所述逆变器3的高压侧供给电能，其中，所述能量供给装置与所述直流电压中间电路2联接。此外，可以设置一低压能量供给装置9，其从所述逆变器3的低压侧向所述评价装置6供给电能。
[0022]所述能量供给装置8可以例如包括一降压转换器，其将施加在所述直流电压中间电路2上的高压转换成用于所述操控装置7和所述评价装置6的较低的供给电压。在此，所述能量供给装置8可以设计用于，只有当所述低压能量供给装置9失效时，或者在所述逆变器的低压侧出现一其它的故障状态时，才针对所述操控装置7和所述评价装置6的能量供给进行供给。
[0023]所述评价装置6与所述逆变器3的相接口 4a、4b、4c连接并且可以设计用于，检测所述逆变器3的输出电压。尤其是所述评价装置6可以设计用于，检测在所述电的机器5中所感应的磁极转子电压。所述评价装置6可以例如包括一微控制器6a，其将所述磁极转子电压换算成所述电的机器5的瞬时转速或磁极转子频率。
[0024]这样，根据所获知的转速，所述操控装置7可以以如下方式操控所述逆变器3的切换装置，使得在所述逆变器的低压侧的故障状态下，例如在所述微控制器针对转矩给定的路径失效时，在所述转矩给定的路径的能量供给失效时，在所述电的机器的位置发生器失效时，在电流传感失效时，在与所述微控制器的数据通讯失效时等等的情况下，调节出所述逆变器3的一安全的运行状态。
[0025]如果在图2中所示的逆变器系统10’中识别到一故障，则所述电的机器5可以通过关闭所述逆变器3的三个切换装置3b、3d、3f或三个切换装置3b、3d、3f切换到一主动的短路中。在此，所述电的机器5表现为电中性的，也就是说，所述电的机器5既不接收所述逆变器3的电功率，所述电的机器5也不将电功率发出到所述逆变器3上。在此情况下，所述电的机器5产生所述轴上的一短路矩或者说制动矩。
[0026]可替换的是，所述逆变器3可以封锁地切换所述切换装置3a至3f，也就是说，调节出所述逆变器的一空转状态，其中，所述电的机器5通过感应而产生一与转速相关的磁极转子电压。
[0027]但在较低的转速下，所述电的机器5可以产生一高的制动矩，从而所述操控装置7设计用于，当在所述评价装置6中所获知的瞬时转速低于一预先确定的转速阈值时，在所述逆变器3中调节出一空转状态。相反，在较高的转速的情况下，较高的感应出的磁极转子电压会超过所述直流电压中间电路中俄电压，并且会在所述逆变器的高压侧产生较高的充电电流，这会导致所述功率电子装置和所述高压能量源I受损。在此情况下，所述操控装置7可以设计用于，当在所述评价装置6中所获知的瞬时转速超过一预先确定的转速阈值时，在所述逆变器3中调节出一主动短路。
[0028]图3示出了用于运行一逆变器的方法的示意图。该方法20可以尤其为了调节出在图1和2中的逆变器的运行状态而使用，该逆变器向一 η相的电的机器5经由相接口 4a、4b,4c供给一 η相的供给电压。该方法20包括在第一步骤21中在所述逆变器4的相接口4a、4b、4c处的输出电压的检测。在第二步骤22中，基于所检测到的输出电压，进行所述电的机器5的转速的获知。之后在步骤23和24中，可以进行所述逆变器3的切换装置3a至3f的操控，用于调节出安全的运行状态。例如当所获知的转速小于一预先确定的转速阈值时，可以调节出一空转状态。可替换的是，当所获知的转速大于或等于所述预先确定的转速阈值时，可以调节出一主动短路。
【权利要求】
1.用于操控一逆变器(3)的运行状态切换系统，所述逆变器向一η相的电的机器(5)经由相接口(4a、4b、4c)供给一 η相的供给电压，其中，n ^ 1，所述运行状态切换系统具有: 一评价装置(6)，其与所述逆变器(3)的相接口(4a、4b、4c)连接，并且其设置用于，检测在所述相接口(4a、4b、4c)处的所述逆变器(3)的输出电压，并且基于所检测到的输出电压获知所述电的机器(5)的转速；以及 一操控装置(7)，其与所述评价装置(6)联接，并且其设置用于，根据所获知的所述逆变器(3)的转速来切换到一空转状态或一主动短路中。
2.按照权利要求1所述的运行状态切换系统，其中，所述操控装置(7)设置用于，当所获知的转速小于一预先确定的转速阈值时，将所述逆变器(3)切换到一空转状态中，并且当所获知的转速大于或等于所述预先确定的转速阈值时，将所述逆变器(3)切换到一主动短路中。
3.按照权利要求1和2之一所述的运行状态切换系统，其中，所述评价装置(6)设置用于，检测所述电的机器(5)的磁极转子电压。
4.按照权利要求1至3之一所述的运行状态切换系统，其中，所述评价装置(6)包括一微控制器(6a)。
5.逆变器系统(10’)，用于向一η相的电的机器(5 )供给一 η相的供给电压，其中，η^ I，所述逆变器系统具有: 一直流电压中间电路(2 )，其由一高压能量源(I)来供给直流电压； 一逆变器(3)，其具有大量的切换装置(3a、3b、3C、3d、3e、3f)，所述逆变器与所述直流电压中间电路(2 )联接，并且所述逆变器设置用于，提供在所述相接口( 4a、4b、4c )处的一 η相的供给电压； 一按照权利要求1至4之一所述的运行状态切换系统，其设置用于，操控所述逆变器(3)的大量的切换装置(3&、315、3(3、3(1、36、3^，用于调节出一空转状态或一主动短路；以及 一能量供给装置(8)，其与所述直流电压中间电路(2)联接，并且其设置用于，向所述评价装置(6 )和所述操控装置(7 )供给来自所述直流电压中间电路的电能。
6.按照权利要求5所述的逆变器系统(10’)，其中，所述操控装置(7)设置用于，当所述直流电压中间电路值中的直流电压下降到低于一中间回路阈值时，将所述逆变器(3)的切换装置(3&、315、3(3、3(1、36、30针对一预先确定的时间段切换到一空转模式中。
7.用于调节一逆变器(3)的运行状态的方法(20)，所述逆变器向一η相的电的机器(5)经由相接口(4a、4b、4c)供给一 η相的供给电压,其中，n ^ 1，所述方法具有下列步骤: 检测(21)在所述相接口(4a、4b、4c)处的所述逆变器(3)的输出电压； 基于所检测到的输出电压，获知(22)所述电的机器(5)的转速； 当所获知的转速小于一预先确定的转速阈值时，操控(23)所述逆变器(3)的切换装置(3&、313、3(:、3(1、36、3^，用于调节出一空转状态；并且 当所获知的转速大于或等于所述预先确定的转速阈值时，操控(24)所述逆变器(3)的切换装置(3&、315、3(3、3(1、36、3^，用于调节出一主动短路。
8.按照权利要求7所述的方法(20)，其中，只有当检测到所述电的机器(5)的故障状态时，才实施所述切换装置(3&、313、3(3、3(1、36、3^的操控。
9.按照权利要求7和8之一所述的方法(20)，还具有下列步骤: 获知一与所述逆变器(3)的入口接口连接的直流电压中间电路(2)的直流电压；并且当所获知的直流电压低于一预先确定的中间回路阈值时，操控所述逆变器(3)的切换装置(3&、315、3(3、3(1、36、3^，用于针对一预先确定的时间段调节出所述空转状态。
10.按照权利要求7至9之一所述的方法(20)，其中:检测所述输出电压的步骤包括对所述电的机器(5)的磁极转子电压的检测。
【文档编号】H02H7/08GK103733508SQ201280040253
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年6月12日 优先权日:2011年8月18日
【发明者】E.埃贝莱因, A.舍恩克内希特, D.赖希勒 申请人:罗伯特·博世有限公司