用于在短路運行中運行電機的方法

用于在短路運行中運行電機的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于在一短路運行中運行電機（24）的方法，特別是用于應用在一機動車中，其特征在于下列步驟：探測所述電機（24）的至少一個第一和第二相電流，將所探測到的相電流與各至少一個參考值進行比較，并且當所述相電流中的至少一個相電流不與各參考值（110、118）一致時，輸出一故障報告（58）。
【專利說明】用于在短路運行中運行電機的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于在短路運行中運行電機的方法，特別是用于應用在機動車中。
[0002]此外，本發明涉及一種用于在短路運行中運行電機的裝置，特別是用于應用在機動車中。
[0003]最后，本發明涉及一種機動車動力總成系統，其具有在短路運行中的至少一個電機，并且具有一用于運行上面描述的類型的電機的裝置。
【背景技術】
[0004]這種方法以及這種裝置從出版物DE 10 2006 003 254 Al中公開。
[0005]在機動車驅動技術的領域普遍公知，將一電機用作單獨的驅動裝置或與另一類型的驅動馬達(混合驅動裝置)共同地使用。典型地，所述混合驅動裝置由一內燃機和至少一個電機以及配屬的以燃料罐為形成的蓄能器以及一電池組成。存在不同類型的混合驅動裝置，其中，在兩個基本結構之間加以區分，確切地說，在串聯的和并聯的混合驅動裝置之間加以區分。此外，兩種結構的組合被稱作功率分流的混合驅動裝置。
[0006]所述串聯的混合驅動裝置的特征在于能量轉換器的串聯。其例如需要兩個電機和一個內燃機。所述電機中的一個電機被發電機式運行，另一個電機被馬達式運行。所述內燃機本身不與所述機動車的動力總成系統連接。其經由所述發電機式運行的電機來對所述電池充電和/或直接向所述馬達式運行的電機提供所需的電能。為所述機動車的推進所需的功率因此僅由所述馬達式運行的電機來傳遞到所述動力總成系統上。
[0007]所述并聯的混合驅動裝置的特征在于，不僅一內燃機而且一電機能夠將它們的機械功率傳遞到一動力總成系統上。通過所述兩個機器與所述動力總成系統的機械耦合，可以將所述功率進行累加。所述功率累加的可能性允許了兩個機器的比較小的尺寸設計，不會由此得出在用于所述機動車的行駛功率方面的缺點。
[0008]存在并聯的混合驅動裝置的不同類型的轉換。一種可能性在于，將所述電機直接與所述內燃機的曲軸連接起來(曲軸-起動器-發電機)或通過一皮帶驅動裝置與所述內燃機耦接起來。兩種驅動源因此不僅可以共同地而且可以單獨地用于所述機動車的推進。此外，所述電機可以選擇性地發電機式或馬達式運行。
[0009]所述功率分流的混合驅動裝置的特征在于已經介紹的原理的組合。功率分流的傳動裝置(行星輪傳動裝置)的使用能夠實現，所述內燃機的功率的一部分直接地、也就是說機械地傳遞到所述動力總成系統上，而所述功率的剩余部分經由一發電機轉換成電能。所述電能又可以選擇性地存儲在一電池中或者直接傳遞到布置在所述傳動裝置之后的電機中。在功率分流的混合驅動裝置中，不僅可以將所述電機也可以將所述內燃機用于所述機動車的推進。
[0010]為了操控機動車中的、特別是一混合動力車輛中的電機，典型地使用一功率電子裝置。其包括一逆變器，所述逆變器將位于所述機動車的車身上的(高壓-)電池的直流電壓/直流電流轉換成交流電流。所述功率電子裝置帶有典型地60伏的高壓。
[0011]如果存在所述電機的故障情況，則將其轉運到安全的狀態中。所述針對電機的安全狀態典型地是所述主動的短路運行。
[0012]文章開頭所述的DE 10 2006 003 254 Al描述了一種具有在一短路運行中的功率電子裝置的電機。針對故障處理，將所述電機首先接入到一空載運轉中且隨后接入到一短路運行中。
[0013]在所述主動的短路運行中，所述電機的馬達繞組通過所述功率電子裝置相互短路。通過所述短路運行產生的短路電流導致了所述電機接收一比較小的轉矩且因此僅很小地影響一動力總成系統。但如果所述電機代替置入到所述主動的短路運行中而錯誤地置入到一空載運行中，則由所述電機接收的轉矩(制動矩)提高。所提高的轉矩特別是在高的轉速下會導致所述動力總成系統一直被制動，其結果可能是車輛的不穩定性。此外，由此可能不希望地對高壓網的電池充電且由此使其受損。

【發明內容】

[0014]因此本發明的任務是，確保所述電機在故障情況下在短路運行中運行。
[0015]該任務通過文章開頭所述類型的方法解決，所述方法具有下列步驟:
-探測所述電機的至少一個第一和第二相電流，
-將所探測到的相電流與各至少一個參考值進行比較并且 當所述相電流中的至少一個相電流不與各參考值一致時，輸出一故障報告。
[0016]此外，上述任務通過用于運行文章開頭所述類型的電機的裝置解決，所述裝置具有一控制和評價單元，其構造用于探測所述電機的至少一個第一和第二相電流，將所探測到的相電流與各至少一個參考值進行比較，并且當所述相電流中的至少一個相電流不與各參考值一致時，輸出一故障報告。
[0017]最后，本發明提出一種機動車動力總成系統，其具有在短路運行中的至少一個電機，并且具有一用于運行上面描述的類型的電機的裝置。
[0018]短路運行在此理解為所述電機的如下運行，其中，所述電機的轉子的電線圈相互短路。
[0019]發明優點
本發明基于如下思想，即當所述電機在短路運行中運行時，監控所述電機的相電流。基于事先已知的參考值可以確定，是否所探測到的相電流相應于一短路運行，或者是否存在一偏差且因此存在所述電機的一種其它的運行狀態。如果存在一種其它的運行狀態，例如一空載運轉，則輸出所述故障報告。當所述轉子的線圈完全地相互電斷開時，則存在所述空載運轉。
[0020]所述故障報告可以在此例如是一種電信號，其適合于在機動車的車載電子裝置中的繼續處理。所述車載電子裝置又可以基于所述故障報告實施合適的應對措施，用以確保所述機動車的安全的運行。此外可以考慮，所述故障報告包括如下的信息，所述信息有關所述電機的不希望的運行模式的類型。這樣，基于所述信息，所述車載電子裝置可以選擇一特別合適的應對措施。
[0021]根據一種優選的實施方式，根據所述第一和第二相電流求出一第三相電流。[0022]在該實施方式中，探測所述電機的所有的相電流。特別優選的是，直接測量所述第一和第二相電流。基于所述兩個相電流可以借助于所述電機的電子技術的基本方程來計算所述第三相電流。但也可以考慮，直接測量所有三個相電流。基于所述兩個第一相電流來求出所述第三相電流的優點在于，可以節省一電壓測量傳感器和一電壓測量導線。因此，本發明可以特別經濟地轉換。
[0023]根據另一種實施方式，使用參考值范圍作為參考值。
[0024]在該實施方式中，所述參考值由參考值范圍構成。所述參考值范圍形成了間隔，所探測到的相電流必須位于所述間隔內。在此情況下的一個優點是，自動地平衡了所述相電流的很小的變化，否則該變化會導致所述故障報告的有錯誤的輸出。因此以有利的方式實現了，所述方法是特別耐抗的(robust)，特別是相對于很小的或短時期的偏差例如測量噪音或錯誤測量具有耐抗性。
[0025]根據另一種實施方式，根據特征場和探測到的參數來確定所述參考值。
[0026]在該實施方式中，將所述參考值動態地與所述電機的相應的狀態進行匹配。為此使用特征場，其在一前場(Vorfeld)中求出。所述特征場可以保存在一數據存儲器中，所述數據存儲器可以由所述控制和評價單元來讀取。相應的特征場可以作為具有兩個變量的數學函數存在，這兩個變量相應于所述參數。替選地或附加地可以考慮，產生多維的特征場，其包括預設的數據，所述數據可以基于所述參數值來讀取和/或內插。
[0027]所述特征場優選與相應的機動車的具體配置進行匹配。因此，其最佳地針對與所探測到的相電流的比較來設計。特別優選的是，所述特征場包括所述參考值范圍。由此實現了，通過所述特征場的使用以及通過所述參考值范圍的使用而產生的耐抗性相組合來與相應的機動車進行最佳的匹配。特別是所述電機的狀態參數適合作為所述參數，所述狀態參數可以推斷出所述電機的運行狀態和各運行持續時間。
[0028]根據另一種優選的實施方式，使用所述電機的轉子的轉速和所述電機的溫度作為參數。
[0029]在該實施方式中，探測所述電機的轉子的轉速以及所述電機的溫度并且用于評價所述特征場。所述參數特別好地適用于探測所述電機的運行狀態。此外得出如下優點，典型地在具有所述電機的機動車中就已經針對其他目的來探測所述參數，從而以簡單的方式提供所述兩個參數。
[0030]根據另一種優選的實施方式，探測所述轉子的轉子位置并且根據所述轉子位置來確定所述轉子的轉速。
[0031]在該實施方式中，間接地參照所述轉子的轉子位置來確定所述轉速。所設置轉子位置又可以基于一增量發送器的角度變化來計算。增量發送器的使用具有如下優點，參照其測量值不僅能夠確定所述轉速也能夠確定所述轉子的實際位置。因此，僅需要一個傳感器(增量發送器)，用以探測所述電機的多個狀態值。在此情況下有利的是，已經存在的系統常常設計有增量發送器，從而其能夠以特別經濟的方式和方法用于實現本發明。
[0032]根據另一種優選的實施方式,借助于一溫度觀察員來確定所述電機的溫度。
[0033]在該實施方式中，由一溫度觀察員來計算所述溫度。所述溫度觀察員優選通過所述電機的一數學模型來形成。向所述模型輸入所探測到的測量值或另外確定的狀態值。所述數學模型、所述溫度觀察員、參照向其輸入的值來計算所述電機的溫度。替選地可以考慮，直接在所述電機中測量所述溫度。在使用所述溫度觀察員的情況下有利的是，已經探測到的值、例如所述轉子的轉速、其功率消耗以及其運行持續時間可以用于所述溫度的確定。已經確定的值典型地提供給機動車中的控制和評價單元。因此這里也可以追溯到機動車中已經存在的信息。因此通過使用所述溫度觀察員，可以節省所述電機上的溫度傳感器、相應的信號導線以及配屬的評價單元。這導致了本發明的另一種特別經濟的設計方案。
[0034]根據另一種實施方式，借助于一數學變換、特別是借助于派克變換，根據在一相對于旋轉體固定的(l&uferfestes)坐標系中的轉子位置來變換所述相電流,并且在同一個坐標系中確定所述參考值。
[0035]在該實施方式中，進行所探測到的相電流與所述參考值在一相對于旋轉體固定的坐標系中的比較。為此，借助于所述變換將所探測到的相電流計算地變換到所述相對于旋轉體固定的坐標系中。同時規定，在同一個相對于旋轉體固定的坐標系中確定所述參考值。其優點在于，所述參考值能夠直接在沒有其它變換的情況下與所述相電流在所述相對于旋轉體固定的坐標系中進行比較。此外，到所述相對于旋轉體固定的坐標系中的變換具有如下優點，即在所述坐標系中調節一短路電流，其與所述轉子的轉數和所述電機的溫度相關，但除此之外是恒定的。由此得到了參照所給出的參考值對所述相電流的特別簡單的監控。特別是規定，在使用參考值范圍和/或特征場時，它們同樣在所述相對于旋轉體固定的坐標系中進彳丁確定。
[0036]根據另一種實施方式，根據所述故障報告來減小與所述電機相互作用的機動車動力總成系統的轉速。
[0037]在該實施方式中，當存在一故障報告時，導入一應對措施。所述應對措施應該防止車輛的不穩定性。為此根據所述故障報告來減小所述機動車動力總成系統的轉速。這可以例如通過車載電子裝置或馬達控制裝置來進行，向所述車載電子裝置或馬達控制裝置輸入所述故障報告。所述轉速的減小優選一直進行，直到由所述電機不再產生與安全相關的制動矩，該制動矩會導致車輛的不穩定性。
[0038]在另一種實施方式中，根據所述故障報告向一使用者輸出一報警提不。
[0039]在該實施方式中，向使用者、例如機動車的駕駛員給出一報警提示。使用者基于該報警提示而獲悉可能的危險且因此可以手動地導入相應的應對措施。在此情況下有利的是，基于一車輛不穩定性向使用者告知事故風險。由此可以減小事故風險。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]圖1以示意的形式示出了以并聯混合的結構方式的在一短路運行中的機動車動力總成系統；以及
圖2示出了根據本發明的控制和評價單元的示意性方塊圖，以及具有在所述機動車動力總成系統中的電機的高壓網。
【具體實施方式】
[0041]在圖1中示出了以并聯混合的結構方式的機動車動力總成系統，其整體上以附圖標記10表示。為了完整性起見，這里要指出的是，本發明不限于以并聯混合的結構方式的機動車動力總成系統，而是可應用在具有電機的任何車輛中。所述機動車動力總成系統10具有一內燃機12，所述內燃機經由一燃料管線14與一燃料罐16連接。所述內燃機12具有一曲軸18，其與一聯接器20連接。所述聯接器20可以將所述曲軸18與一軸22連接。在所述軸22上布置一電機24。所述電機24可以馬達式運行且因此將一轉矩輸出到所述軸22上。其也可以發電機式運行且因此由所述軸22接收一轉矩(制動矩)。在從動側所述軸22與另一聯接器26連接。所述聯接器26可以將所述曲軸22與一傳動軸28連接。此外，所述傳動軸28與一變速器30作用連接，所述變速器變換一接收到的轉矩。此外，在從動側，所述變速器30經由一從動軸32與一差速器34作用連接。所述差速器34又建立起所述從動軸32和半軸36和38之間的作用連接。所述半軸36還與一驅動輪40連接并且所述半軸38與另一驅動輪42連接。
[0042]所述電機24與一功率電子裝置44經由一三相導線46電連接。此外,所述功率電子裝置44經由一電導線48聯接到一高壓電池50上。所述功率電子裝置44控制所述電機24。根據所述功率電子裝置44的切換狀態來將所述電機24發電機式或馬達式地運行。在發電機式運行中，一交流電流從所述電機24經由所述三相導線46引導至所述功率電子裝置44中。在所述功率電子裝置44中將所述交流電壓轉換成一直流電壓。所述直流電壓隨后經由所述導線48導入到所述高壓電池50中，從而對所述高壓電池充電。在所述電機24的馬達式運行中，將所述直流電壓從所述高壓電池50中經由所述導線48牽引，從而所述功率電子裝置44能夠將所述直流電壓轉換成一交流電壓，以便因此將所述電機24經由所述導線46來運行。
[0043]從所述導線46出發，一信道52朝一控制和評價單元54延伸。經由所述信道52傳遞所述相電流的測量值，所述相電流存在于所述導線46中。從所述電機24出發，一信道56朝一控制和評價單元54延伸。沿著所述信道56，將所述電機24的轉子的轉動角變化傳遞到所述控制和評價單元54上。所述控制和評價單元54以根據本發明的方法來評價向其傳遞的信息，從而其在必要時輸出一故障報告58。所述控制和評價單元44參照圖2詳細描述。
[0044]可以考慮，當所述功率電子裝置44要產生一短路運行時，所述控制和評價單元54獲得來自所述功率電子裝置的信息。隨后可以實施診斷，由此防止錯誤的故障報告。
[0045]在圖2中所述控制和評價單元54作為方塊圖示意性示出。此外,示意性示出了一高壓網60。所述高壓網60由所述高壓電池50、所述功率電子裝置44、所述導線46和48，以及所述電機24構成。從所述高壓電池50出發，所述兩個導線48朝所述功率電子裝置44延伸。在此情況下，所述兩個導線48引導所述直流電壓，其作為中間回路電壓62示出。所述功率電子裝置44在所述導線48中的直流電壓和所述導線46中的交流電壓之間轉換。為此，所述功率電子裝置44經由所述三個導線46三相地與所述電機24連接。更準確地說，所述導線46與一轉子63的線圈64電連接。
[0046]所述主動的短路運行由所述功率電子裝置44通過如下方式建立，即所述導線46相互電連接，從而所述線圈64相互短路。在所述導線46內布置相電流傳感器65，所述相電流傳感器測量技術地探測所述導線46中的第一相電流Iu和第二相電流Iv。之后，所探測到的測量值由所述相電流傳感器65經由所述信道52傳遞到所述控制和評價單元54的塊66上。
[0047]所述相電流傳感器65’是一可選的相電流傳感器。因此所述信道52’是中斷地示出的。所述可選的相電流傳感器65’探測第三相電流Iw。歲后所述相電流傳感器將相應的測量值經由所述信道52’傳遞到所述塊66上。在替選的實施方式中，在所述控制和評價單元54內基于電子技術的基本方程，針對所述電機24，根據針對來自所述信道52的所述第一相電流Iu和所述第二相電流Iv的測量值，來確定所述第三相電流Iw。
[0048]此外，所述電機24經由一軸68與一增量發送器70作用連接。所述增量發送器70根據所述電機24的轉動產生一測量值。所述測量值描述了所述電機24的轉子63的轉動角變化Ππ。經由所述信道54將所述轉動角變化ηπ傳遞到所述控制和評價單元54的塊72上。所述塊72根據來自所述增量發送器70的轉動角變化ηπ來計算所述轉子63的轉子位置nel。所述轉子位置Hel由所述塊72經由一信道74傳遞到所述塊66上。
[0049]此外，經由所述信道54將所述轉動角變化Hm傳遞到一塊76上。所述塊76根據所述轉動角變化nm來計算一轉動角速度Tm。這優選通過所述轉動角變化nm的微分來進行。所述轉動角速度Tm經由一信道78傳遞到一塊80上。在所述塊80中根據轉動角速度Tffl來計算所述轉子63的轉速N。這優選通過所述轉動角速度Tm乘以系數60并且該乘積除以除數2π來進行。由此產生的轉速N經由一信道82傳遞到第一比較儀84和第二比較儀86上。
[0050]在所述塊66中，所述三個相電流Iu、Iv和Iw參照所述轉子位置Π el借助于一數學變換、特別是一派克變換，來轉換成一相對于旋轉體固定的坐標系。由此得出了第一實際相電流Itust和第二實際相電流Id—Ist。
[0051]這可以數學地如下表述:
【權利要求】
1.用于在一短路運行中運行電機(24)的方法，特別是用于應用在一機動車中，其特征在于下列步驟: -探測所述電機(24)的至少一個第一和第二相電流(IU、IV)， -將所探測到的相電流與各至少一個參考值(110、118)進行比較并且 -當所述相電流中的至少一個相電流不與各參考值(110、118)—致時，輸出一故障報告(58)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據所述第一和第二相電流(Iu、Iv)求出一第二相電流(Iw)。
3.根據權利要求1或2中任一項所述的方法，其特征在于，使用參考值范圍(110、118)作為所述參考值(110、118)。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，根據特征場(KFpKF2)和探測到的參數(N、nKTemp)確定所述參考值(110、118)。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，使用所述電機(24)的轉子(63)的轉速(N)和所述電機(24)的溫度(nKTeMP)作為參數(N，nETemp)0
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，探測所述轉子(63)的轉子位置(nel)并且根據所述轉子位置(nel)確定所述轉子(63)的轉速(N)。
7.根據權利要求5或6中任一項所述的方法，其特征在于，借助于一溫度觀察員(100)確定所述電機(24)的溫度(η_)。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其特征在于，所述相電流(IU、IV、Iw)借助于一數學變換(T)、特別是借助于一派克變換(T)，根據所述轉子位置(I1)變換到一相對于旋轉體固定的坐標系中并且在同一坐標系中確定所述參考值(110、118)。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的方法，其特征在于，根據所述故障報告(58)來減小與所述電機(24)相互作用的機動車動力總成系統(10)的轉速(N)。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其特征在于，根據所述故障報告向一使用者輸出一報警提不(58)。
11.用于在短路運行中運行電機(24)的裝置，特別是用于應用在機動車中，其特征在于一控制和評價單元(54)，其構造用于探測所述電機(24)的至少一個第一和第二相電流(IU、IV)，將探測到的相電流與各至少一個參考值(110、118)進行比較，并且當所述相電流中的至少一個相電流不與各參考值(110、118)—致時，輸出一故障報告(58)。
12.機動車動力總成系統(10)，具有至少一個在一短路運行中的電機(24)，并且具有按照權利要求11所述的用于運行所述電機(24)的裝置。
【文檔編號】H02P21/00GK103444072SQ201280016680
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年1月31日 優先權日:2011年3月31日
【發明者】T.默克爾, D.米庫勒克 申請人:羅伯特·博世有限公司