用于运行至少能够发电地运行的电机的方法及用于施行该方法的器件与流程

本发明涉及一种用于运行至少能够发电地运行的电机的方法及用于施行该方法的器件，所述电机具有有源的桥式整流器。

背景技术：

传统地，在乘用车中能够采用带有无源的桥式整流器的在爪形极结构方式中的发电机。这样的发电机的功率经过激励场设定，并且此激励场再者通过激励电流设定。通过调节所述激励场能够独立于电网负荷、转速和温度来保持所述发电机的输出电压恒定。

如果在下文中简化地说的是“发电机”，那么在此还能够涉及不仅能够发电地而且能够机动地运行的电机、例如所谓的起动发电机。本发明不仅适用于在爪形极结构方式中的发电机，而且适用于所有的至少发电地能够运行的电机。在乘用车中，对应于通常安装的三、四或者五相发电机，使用以六、八或者十脉冲实施的桥式整流器。但是，本发明也适用于用于其它的相数的桥式整流器。

在经联接的网中的负荷跳跃（例如由于耗件的接通或断开）导致在发电机处的负荷跳跃。因为发电机的输出功率由于激励场的感应率而不能够任意快速地改变，所以发电机电流首先几乎保持恒定，这在负荷卸载（英文：Load Dump）的情况下能够导致输出电压的显著提高。所述激励场的消减能够要求占用几百毫秒。

只要电池组存在于车载电网中，则此电池组能够一般接收过剩的发电机功率并且由此阻碍过剩的电压升高。但是，如果不存在电池组，则所述输出电压很快速地升高并且能够损坏车载电网组件和/或所述发电机。

在带有无源的桥式整流器的发电机中，避免这点，办法是：作为整流器二极管使用齐纳二极管。所述齐纳二极管把所述输出电压箝制到其击穿电压以上并且因此能够把过剩的电流转化为热量。通过这种方式始终确保可靠的运行。

替代所述整流器二极管还能够在有源的桥式整流器中使用能够接通和断开、能够控制的电流阀、尤其MOSFET。优点是在经接通的状态下较低的损耗功率和由此所述发电机的总共的、尤其在部分负荷运行中更好的效率。所述电流阀的控制能够中央地或分散地进行。中心的控制被理解为：一个共同的控制设备监控所有交流电相并且操控所有电流阀和可选的还有所述发电机的激励场。分散的控制被理解为：各一个控制设备分别监控一个发电机相并且根据相电压仅操控配属于相应相的电流阀、即仅分别操控一个半桥的电流阀。分散的控制在此能够在单个的分散的控制设备之间具有或者不具有通信的情况下得以实现。

可行方案（在负荷卸载时阻碍在车载电网中的电压峰值）在有源的桥式整流器中在于，在所有的半桥中接通所述上部的或所述下部的整流器分支的电流阀。以这种方式使得电机短路，但是没有短路所连接的电网。

所阐释的措施在下文也称为相短路。根据在此所使用的惯用语，相短路还通过接通（导电接通）所述整流器的所有根据接地或者负的直流电压接头（还参照根据下面所阐述的图1的直流电压接头B-）接通的电流阀（低边-电流阀）或者作为备选方案所有根据正的直流电压接头（还参照在图1中的直流电压接头B+）接通的电流阀（高边-电流阀）来导入并且又相应地通过断开该电流阀来撤除。如果例如将场效应晶体管用作电流阀，那么该电流阀通过在其门接头（操控部）提供相应的控制电压来接通，由此所述电流阀的漏源段变得导电的或者说低欧的。相应地，断开所述电流阀，办法是：结束所述控制电压的提供并且所述漏源段由此不导电或高欧姆。在相短路外，存在惯常的整流器运行。

相短路能够例如此时开始：当在桥式整流器的直流电压接头（通常用B+和B-指代）之间的或在导引电压的直流电压接头和接地端之间的电压超过上阈值时。所述相短路能够再次被撤除，当此电压此后低于下阈值时。

在所述相短路期间，由于导入短路，则在交流电流相的相电流中分别产生一个附加的正的或者负的直流份额。所述相电流由此变得较大幅度或较小幅度地非对称，即不再围绕着共同的平均值或者说零摆动。所述直流份额的和为零。

如果在低于所提及的下阈值时，解除所述相短路，只要所述相电压超出所连接的电网中的电压，那么在具有瞬时的正的电流的相中将所述正的电流整流到上部的、也就是说与正的直流电压接头连接的整流器支路的电流阀中。由于所阐述的非对称，在此也许必须接通大电流，这引起所参与的电流阀的相应的负载。这能够导致对该电流阀的损害。

因此值得期望的是，在撤除相短路时避免或者至少降低相应的电流阀的负载。

技术实现要素：

在该背景前，提出具有独立权利要求所述特征的、用于运行至少能够发电地运行的电机的方法及用于施行该方法的器件，所述电机具有有源的桥式整流器。构造方案是从属权利要求的主题以及下面的说明书的主题。

发明优势

为了避免由于在相短路处参与的电流阀在撤除相应的相短路时而必须接通过大的电流，能够规定：仅当相应的相电流尽可能小时、尤其在所述相电流的交零中，那么才又断开这种电流阀。但是因为单个的相电流的相应最小的电流值或者交零自然在不同的时刻（根据定子绕组的相互的电的角度）出现，所以相应的电流阀的断开在这种情况下然而必然同样不同时实现。

但是，一个相的电流阀的断开能够在具有还接通的电流阀的相中通过再次更高的、未消退的直流份额引起附加的非对称。因此结果是能够保留这样的相：在该相中不再出现交零或者在该相中所述相电流不再变得足够低，以便低于预先给定的固定的比较值。因此在该相中保持持久地操控所述电流阀。但是相应的电流阀的断开还能够已经通过在导入所述相短路时所赋予的直流份额来引起。

因此，本发明提出一种用于操控至少能够发电地运行的多相电机的方法，所述电机的相接头在有源的桥式整流器中分别通过能够接通和断开的、能够控制的第一电流阀连接到第一直流电压接头处并且通过第二电流阀连接到第二直流电压接头处，其中所述方法包括，当在所述第一直流电压接头与所述第二直流电压接头之间的输出电压在超过时刻已经超过上阈值时，在所述电机的发电的运行中接通所述第一电流阀，并且在所述输出电压后来在低于时刻已经低于下阈值之后，才又断开所述第一电流阀。根据本发明规定，当指示值分别具有预先确定的特性时，在所述低于时刻之后才单个地并且分别地又断开所述第一电流阀，所述指示值表征着在配属于相应的电流阀的相接头中的电流。

在本申请的框架中，能够接通和断开的能够控制的电流阀被理解为下述这样一种半导体开关，只要在对此设置的接头上施加操控电压，那么所述半导体开关提供一种低欧姆的或者说导电的连接。这种能够接通和断开的、能够控制的第一电流阀尤其为MOSFET和/或IGBT，所述MOSFET和/或IGBT通过其门接头得以操控并且所述欧姆的或者说导电的连接能够通过漏源段来提供。仅能够接通地能够控制的电流阀例如晶闸管不是本发明的主题。传统的二极管同样是电流阀，但是不能够得到控制。

如提及的那样，在根据本发明的方法中，当指示值分别具有预先确定的特性时，在所述低于时刻之后才单个地并且分别地又断开所述第一电流阀，所述指示值表征着在配属于相应的电流阀的相接头中的电流。根据一种特别优选的实施方式，这种特性能够包括：所述指示值处于最大值之下，其中所述最大值在下述这样的时间段期间提高，所述时间段处于所述低于时刻之后。

但是在特定的情况下也有利的是，所述预先确定的特性包括：所述指示值具有借助于一种确定规定所确定的最小值。这种确定规定能够例如包括通过对相应的信号进行本身已知的求微分来确定最小值。

如果使用本发明所提及的实施方式（其中所述预先确定的特性包括：所述指示值处于最大值之下），并且如果如所说明的那样，该最大值在这样的时间段（所述时间段处于所述低于时刻之后，从所述低于时刻起原则上又能够撤除所述相短路）期间提高，那么即使所述相电流或者相应的指示值不再具有交零或者由于在导入所述相短路时和/或在断开其它电流阀时所赋予的直流份额而被提高，也还实现电流阀的断开。

有利的是，所述最大值在所述低于时刻首先与在配属于相应的电流阀的相的相电流的零值或者相应的指示值相对应。相应的零值例如能够与交零或者相应的正弦形电流的折返点或者所述指示值的与此一致的参量相对应。

如果将所述最大值首先保持在该零值中，那么实现了：针对还具有相应的交零的相电流，在尽可能低的电流值中接通并且由此降低所参与的电流阀的负载。仅针对其相电流不再具有相应的交零的相，需要并且作用有所述最大值的在此所提出的提高。

在本发明的框架中，在此特别有利的是，仅在下述这样的死区时间之后才开始所述最大值的提高，在所述死区时间期间所述最大值首先还保留在所述零值上。所述死区时间能够被设定到固定的值上或者根据所述发电机的运行参数、尤其转速来预先给定。

如果所述死区时间根据所述转速来设定，那么例如能够确保：经过一个完整的电的周期，而没有断开相应的电流阀。这对于下述情况而言是可靠的标志：所述相应的相电流不再具有交零或者所述相应的相电流以下述方式提高：所述相应的相电流不再低于与零值相对应的最大值。因此，在经过所述死区时间并且必要时附加的时间缓冲之后，开始所述最大值的根据本发明规定的提高。

在本发明的框架中，所述最大值的提高至少暂时线性地并且以预先给定的斜度实现或者以非线性的函数的形式实现。在预先给定适合的线性的或者非线性的函数时并且尤其在适合地选择所述函数的最大值时确保：所有的相电流或者相应的指示值在更长或更短的时间之后低于所述最大值并且由此断开相应的电流阀。

在相应的上升的一定时间之后，所述指示值也强制地低于所述最大值，从而断开所述相应的电流阀。所述相应的电流阀即使没有正好在最小值中，但是分别根据线性的函数的斜度或者非线性的函数的相应的参数，足够接近于所述相电流或者指示值的最小值来接通。

所述线性的函数的斜度和/或所述非线性的函数的至少一个参数能够同样恒定地或者转速依赖地调整。所述斜度例如以每秒的安培为单位预先给出。转速依赖性在此具有下述优点：每电的周期仅能够允许所述最大值的特定的最大的提高、例如每周期10安培。通过这种方式能够确保：所述相电流的最小值最大以该值为幅度、例如以10安培为幅度错过。所述斜度在此有利地以下述方式来选择：在特定的转速下在所述相应的相电流的两个最小值之间仅产生尽可能小的增长或者在所述指示信号中仅产生最大允许的增长。在例如每毫秒20安培中和在例如2.5毫秒的周期持续时间中（在3000转/min和8极对中）在开关点的两个最小值之间最高以50安培为幅度来推移。即在所述相电流中的最小值最大以50安培为幅度错过。所述斜度越小或者说坡度越平缓，那么越接近地达到所述最小值，但是也总是持续更长时间直到所述相又过渡到整流器运行中、即断开所述相应的电流阀。在协调中的折衷方案在此是有利的，所述折衷方案尤其由相应的电流阀的可靠的运行范围推导出来。

提及的措施、尤其转速依赖性允许关于所述相短路的接通或者解除激活和达到相应的最小值的速度的显著的优化。因为相应的发电机能够在例如每分钟1500到20000转的非常宽的转速范围中运行，从而必须总是针对“最差情况Worst-Case”-转速来设计恒定的时间（所述“最差情况Worst-Case”-转速为最小转速），这在更高的转速下造成过量的死区时间，因此转速依赖性尤其有意义。

根据本发明的方法在使用中被证明为特别稳健的，因为不仅在信号测量中而且在指示信号中，漂移仅导致所述开关点的时间上的推移，但是总是还能够确保在所述最小值近旁接通。由于该小的精度要求，因而简单和成本低廉的实现（工业化）是可行的。除了所述转速，还能够使用专用的因数或者用于相应的函数的斜度或者开始时刻的余量（额外值）。

总之，通过根据本发明的方法能够显著降低所述电流阀的负载。此外，根据本发明的方法能够非常简单地例如集成在专用的集成电路中并且相对于在测量信号中的公差以及相同的测量信号的干扰是稳健的。相对于所述信号的微分尤其存在一个显著的优点。改善了必要时仅在交零中容易出错的接通。

根据本发明的计算单元，例如机动车的控制器，尤其在编程技术上被设置用于，执行按本发明的方法。但是，纯模拟的转换例如在适合的专用集成电路（ASIC）中也是可行的。

所述方法以软件形式的实施也是有利的，这是因为这一点产生特别小的成本，特别是当执行中的控制器还被用于其它的任务以及因此总归是存在的时。用于提供计算机程序的合适的数据载体尤其是软盘、硬盘、闪存、EEPROM、CD-ROM、DVD等。也能够经由计算机网络（因特网、以太网等）对程序进行下载。

从说明书以及所附的附图中得出本发明的其它优点和构造方案。

附图说明

图1以经简化的示意图示出了一种带有发电机和有源的桥式整流器的装置，

图2示出了用于阐释按本发明的一种实施方式的方法的基础的信号走势，

图3以图表为形式表明了按照本发明的一个实施方式的方法。

在所述附图中，以相同的附图标记说明并且并非重复地阐释彼此相应的元件。

具体实施方式

在图1中示意地表明了一种带有发电机1和有源的桥式整流器2的装置，正如该装置可以是本发明的一个实施方式的基础那样。

发电机1包括五相地和在五角星连接（Drudenfußschaltung）中构造的定子11和转子12。所述定子11和所述转子12的各个绕组没有被单独说明。所述发电机1通过五个相接头U到Y分别通过能够接通和断开的、能够控制的电流阀（在此用UL到YL和UH到YH来表示）连接到第一直流电压接头B-或者第二直流电压接头B+处。根据本发明的方法在下文中借助下部的整流器支路（“低边”）的电流阀UL到YL中导入相短路来描述，但是也能够利用上部的整流器支路（“高边”）的电流阀UH到YH来实施。相应参与的电流阀在该申请的框架中被称为“第一”电流阀；此第一电流阀、例如MOSFET至少是能够接通和断开以及能够控制的。所述能够接通和能够断开的、能够控制的电流阀UL至YL以及UH至YH在该图中被简化地作为带有并联的齐纳二极管的开关示出。所述齐纳二极管在此不仅表示MOSFET从特定的漏-源-电压起的典型的击穿特性而且表示在MOSFET中存在的反向二极管。

电流阀UH到YH和UL到YL能够通过相应的分散的控制设备21到25来控制，如在此以虚线的操控箭头阐明的那样。发电机调节器13分析在所述直流电压接头B+和B-之间施加的电压（所述直流电压B-能够接地）并且例如通过所述转子12的励磁绕组的脉宽调制的供电来调节所述发电机1的输出功率。

为了阐述根据本发明的一种实施方式的方法的基础，在图2中阐明了相电流的信号走势，所述相电流是在一种例如根据图1的、具有发电机和有源的桥式整流器的布置方式中的相电流。在此描述了以安培为单位在纵坐标上的相电流相对于以毫秒为单位在横坐标上的时间的情况。例如示出了下述效应：当相中的一个相持续地相对于地（对照在图1中的B-）短路（相应的电流走势用201来表示），那么产生所述效应，而其余的相（相应的电流走势用202来表示）处于惯常的整流中，即持续在B+与B-的电势之间变换。如已经阐述地那样，当由于在相应的相中过高的直流份额而不再能够达到用于断开相应的电流阀的开关阈时，能够例如出现这种效应。相对于地所短路的相（电流走势201）的电流通过这种方式持续为正。

如果出现这种效应，那么不再能够避免在负荷下的接通。但是，为了将所述电流阀的负载仅可能保持低，应当尽可能不在最大值中接通。

本发明针对如在图3中阐明的问题。在图3中显著放大地示出了相应的相电流并且用310来表示。示出了以安培为单位在纵坐标上的相电流310相对于以毫秒为单位在横坐标上的时间的情况。所述相电流在所示出的示例中在50安培的数值与250安培的数值之间摆动，即不再达到零值。

根据本发明所使用的最大值用320来表示，将相电流310与所述最大值进行比较。所述最大值开始时计为0安培并且从2.5毫秒的时刻起斜坡形地、也就是说在此以线性函数的形式提高。在例如6毫秒的时刻，所述相电流310第一次低于所述最大值320并且能够断开相应的电流阀。