触发受控短路模式以保护电机的方法、以及相应保护装置与流程

在电动车辆和混合动力车辆发展的背景下，必须对具有磁体的同步机器类型的电机所供应的扭矩进行监控。同步机器的扭矩与在其相位中循环的电流直接相关。这些电流是使用逆变器实现的，其中，正弦相电流的调节是关于电机的转子相对于定子的相对位置同步的。

当检测到功能缺陷时，系统必须能够激活安全控制模式或安全模式、尤其是“主动短路”模式。导致激活安全控制模式的功能缺陷可以是过电流、过电压、转子的位置测量缺陷、软件完整性缺陷或电池缺陷。

这种损坏可能不会导致潜在的安全事件，但是就系统的可靠性而言，这些故障的发生率可能是不可接受的。

在已知的汽车应用领域中，在电动车辆或混合动力车辆中，用于抵消故障的一种已知模式是“主动短路”模式。

这种安全控制模式的特性是衰减或减小机器的输出扭矩，并且非常快速地使电源无效。

衰减或减小机器的输出扭矩，使得可以符合对不合时宜加速的操作安全约束。

若干文件描述了相对于各种故障类型都是稳健的电机或逆变器系统。这种稳健性包括尽管在故障情况下、通过各种功能冗余仍保持最小功能性。

文件cn204334268u公开了一种永磁发电机，该永磁发电机包括与主绕组串联放置的辅助绕组，该辅助绕组用于在把激活“主动短路”模式所归因于的故障期间限制电流。在正常操作期间，此绕组用于使电流平稳。

文件de102011008076描述了放置在转子两磁极之间的磁体，每个磁极都包括线圈。磁体可以用来使由两个线圈基于转子的线圈中的电流的方向所产生的通量发生短路。

然而，这两个文件都不具有使用主动短路来保证系统的安全性和其完整性的安全模式或故障模式。

因此，本发明涉及一种用于激活主动短路模式以保护机动车辆的至少部分地由电机驱动的电力牵引系的方法，所述机动车辆包括适于向逆变器供应dc电流的电池，该逆变器被提供用于将dc电流转换成三相电流并为电机供电。

用于激活主动短路模式的这种方法包括：用于计算电机的转子的位置设定点的第一步骤；用于测量转子的位置第二步骤；用于比较测量的转子位置和转子位置设定点的第三步骤；以及用于激活主动短路模式的第四步骤。

根据本方法的一个特征，转子的位置设定点对应于三相电流的峰间幅值为最小的转子的位置。

根据本方法的一个实施例，用于计算转子的位置设定点的第一步骤包括确定转子的位置，在该位置，在用于建立主动短路模式的过渡时段期间，三相电流的峰间幅值最小。

根据本方法的另一实施例，该第一步使用计算机来实施。

根据本方法的另一特征，转子的位置传感器是测量转子相对于参考位置的旋转的传感器。

在用于比较转子的位置和位置设定点的所述第三步骤期间，可以确定转子的位置是否基本上与转子的位置设定点相同。

根据该方法的另一特征，如果在第三步骤中，转子的位置基本上与转子的位置设定点相同，则进入激活主动短路模式的第四步骤。

本发明还涉及一种用于保护机动车辆的至少部分由电机驱动的电力牵引系的装置。

机动车辆进一步包括电池，该电池适于向逆变器供应dc电流，该逆变器被提供用于将dc电流转换成三相电流并为电机供电。

该装置包括用于测量该电机的转子的位置的装置、用于将该测量的转子位置与该转子的位置设定点进行比较的装置、以及用于触发激活主动短路模式的装置。

在阅读仅作为非限制性示例提供并参照附图作出的以下描述之后，本发明的其他目的、特征和优点将显现出来，在附图中：

-图1示出了机动车辆的牵引系的部分电子电路，

-图2a和图2b示出了电机的转子相对于定子的两个不同位置，

-图3展示了在用于建立主动短路模式的过渡时段期间三相电流根据时间的演变，

-图4展示了在用于建立主动短路模式的过渡时段期间的两相电流的峰间幅值根据在激活主动短路模式期间转子相对于定子的相对位置的演变，

-图5示出了根据本发明的用于实施激活主动短路模式的方法的装置，并且

-图6示出了用于激活主动短路模式的方法的系列步骤。

首先参照图1，该图展示了机动车辆的具有至少部分电力牵引的牵引系的部分电子电路。

此电路旨在将dc电压转换成三相电压，以便为电机供电。该电路尤其旨在实施“主动短路”模式。

该电路包含逆变器，该逆变器包括一组开关，这组开关分别被标记为1ha、1hb、1hc、1ba、1bb、1bc，每个开关都设有并联连接的续流二极管。

这些开关成对地串联地连接。与开关1ba串联连接的开关1ha构成第一臂1a，与开关1bb串联连接的开关1hb构成第二臂1b，并且与开关1bc串联连接的开关1hc构成第三臂1c。

臂1a、1b和1c彼此并联连接，并且与逆变器的输入端连接。

逆变器的第一输出端连接在开关1ha与开关1ba之间，另一输出端连接在开关1hb与开关1bb之间，并且最后一个输出端连接在开关1hc与开关1bc之间。

逆变器1的这些输出端连接到三相电机的场绕组2。

逆变器1的这些输入端与电容c并联连接，该电容还与电池3的端子并联连接。

这种主动短路模式包括通过闭合所有上部开关1ha、1hb、1hc或所有下部开关1ba、1bb、1bc将相位置于等电位。

有利地，在逆变器故障或部分损坏的情况下，可以通过改变执行短路的臂来保证短路模式。

这种安全模式保证了电机在电力方面的快速且完全隔离，并且因此保证了电功率瞬时重置，因为在逆变器1上游没有电流产生。因此，这使得无论电机的速度和通过电机的通量水平如何，都可以满足安全性要求。

然而，这种安全模式也具有缺点。在短路时，电机在各相之间会经历非常强的电压不连续性，这导致电流的瞬时增加，这种增加对于某些工作点而言可能是剧烈的。这种电流增加可能会对系统造成不可逆转的损坏。

例如，这可能包括通过超过最大可接受的相电流、或者通过电机磁体的不可逆的部分去磁(通过超过由于相电流引起的通量阈值)而破坏逆变器1。在这种情况下，由于转子的高温，此阈值也可能降低。

当这种主动短路模式被激活时，电机的仍在旋转的转子4实际上处于随机位置，例如这里在图2a和图2b中相对于定子5的两个位置中可替代地示出。

在激活主动短路模式之后，主动短路模式经历过渡时段，在该时段期间，三相的电流可能经历范围从两倍至三倍电机额定电流的显著值，这引起了前面提到的问题。

图3示出了三条曲线a、b和c，分别代表从主动短路模式的激活时间t0开始的这个过渡时段期间的三相电流ia、ib、ic的演变。在这一时刻之后，三个电流ia、ib、ic的幅值在已经达到被称为“电流峰值”或峰间幅值的最大值后随时间减小。

由代表图4中的电流ia和ib的曲线d和曲线e展示的相电流中的每一个的这些“电流峰值”取决于在激活主动短路模式的时刻t0时转子的位置。

可以实验地或通过计算确定对应于转子4在时刻t0相对于定子5的旋转角度α0的位置，该位置使这个“电流峰值”最小。在曲线d和曲线e上示出了对于转子4的不同位置的电流ia和电流ib的“电流峰值”，以示出当转子4处于尤其是基本上对应于旋转角度α0的位置时“电流峰值”的最小值。

图5示出了根据本发明的用于实施激活主动短路模式的方法的装置的结构元件。

此装置包括能够产生电机的转子的位置设定点α设定的第一计算机7a、用于测量电机的转子相对于定子5的相对位置的角度值α的传感器6、以及能够将测量的转子4的位置α与该位置设定点进行比较的第二计算机7b。该装置进一步包括连接到逆变器1并且控制该逆变器的开关的控制级8，以将dc电流转换成三相电流并给电机供电。

最后将参照图6，该图展示了根据本发明的用于触发受控短路模式的方法的连续步骤的进展。

在第一步骤期间，值α0可以用于使用第一计算机7a确定电机的转子的位置设定点α设定。在第二步骤期间，使用专用传感器6测量代表相对于电机的定子5的相对位置4的角度值α。

在第三步骤期间，第二计算机7b用于比较测量的位置α和位置设定点α设定，并且如果适用的话，则在第四步骤期间，使用控制级8控制前面描述的主动短路模式的激活。

此控制级8是这样的装置，该装置使得可以至少分离地打开或关闭逆变器的所有上部开关1ha、1hb和1hc，或者所有下部开关1ba、1bb和1bc。

计算机7a和计算机7b可以一起组合在单个计算机7内。这种应用将需要有线逻辑类型(fpga)的硬件解决方案。

在电力牵引之外，这种解决方案可以适用于带有永磁同步机器、需要置于安全状态从而使用可以由硬件实现的基本安全模式快速切断电源的任何致动器系统。