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CN109661771A - 用于电驱动器的鲁棒性电流限制 - Google Patents

用于电驱动器的鲁棒性电流限制 Download PDF

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CN109661771A CN201680081378.6A CN201680081378A CN109661771A CN 109661771 A CN109661771 A CN 109661771A CN 201680081378 A CN201680081378 A CN 201680081378A CN 109661771 A CN109661771 A CN 109661771A
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Abstract

电驱动器(1)的控制装置(2)连续地以测量技术的方式探测所述电驱动器(1)的运行参数(BP)或从以测量技术的方式探测的变量(n,T,T’)中导出运行参数(BP)。控制装置连续地检验，所述运行参数(BP)以低于触发值(G2)的值为出发点是否达到所述触发值(G2)。当所述运行参数(BP)达到所述触发值(G2)时，则所述控制装置(2)将最大允许的相对最大电流(ImaxR)置于与在该时刻从所述半导体开关装置(3)供给到所述电机(4)中的电流(I)相等。对于所述运行参数(BP)的在所述触发值(G2)和大于所述触发值(G2)的极限值(G3)之间的值，所述控制装置(2)获取电流极限值变化曲线(K)，该电流极限值变化曲线从所述触发值(G2)朝向所述运行参数(BP)的极限值(G3)从相对最大电流(ImaxR)严格单调地下降到最小电流(Imin)。在所述电驱动器(1)继续运行时所述控制装置(2)针对所述运行参数(BP)的在所述触发值(G2)和所述极限值(G3)之间的值相应于获取的所述电流极限值变化曲线(K)限制从所述半导体开关装置(3)供给到所述电机(4)中的电流(I)。

Description

用于电驱动器的鲁棒性电流限制
技术领域
本发明涉及一种用于电驱动器的运行方法，该电驱动器具有电机、给电机供能的半导体开关装置和控制半导体开关装置的控制装置，
-其中控制装置连续地电驱动器探测电驱动器的运行参数或从以测量技术的方式探测的变量中导出运行参数，
-其中控制装置连续地检验，运行参数以低于触发值的值为出发点是否达到触发值，
-其中当运行参数达到触发值时，控制装置实施措施。
本发明此外涉及一种用于电驱动器的控制装置的控制程序，该电驱动器除了控制装置之外附加地具有由控制装置控制的半导体开关装置和从半导体开关装置供能的电机，其中控制程序包括机器指令，该机器指令可由控制装置直接执行，其中通过控制装置引起执行机器指令，控制装置根据这样的运行方法运行电驱动器。
本发明此外涉及一种电驱动器的控制装置，该电驱动器除了控制装置之外附加地具有由控制装置控制的半导体开关装置和从半导体开关装置供能的电机，其中控制装置编程成带有这样的控制程序。
本发明此外涉及一种换流器(Umrichter)，其中该换流器具有对电机供能的半导体开关装置和控制半导体开关装置的控制装置，其中控制装置构造为这样的控制装置。
本发明此外涉及一种电驱动器，其中驱动器具有电机、给电机供能的半导体开关装置)和控制半导体开关装置的控制装置，其中控制装置构造为这样的控制装置。
背景技术
上文提及的对象例如从文件EP 2 516 198 B1中已知。在文件EP 2 516 198 B1中实施的措施在于，将半导体开关装置转变到所谓的短路模式或所谓的激活模式(Freischalt-Modus)中且由此保护所述半导体开关装置免于损坏。
为了安全地运行电驱动器必要的是，在限定的物理极限如例如温度和转速之内运行驱动器。为了最佳运行此外必要的是，在物理极限的范围中引起最大力矩。对于针对电驱动器的功率密度的提高的要求此外要求缩小构件如例如半导体开关装置和电机。由此还进一步限制物理极限。满足要求而不超过有允许的物理极限表示要求高的任务。
在现有技术中已知的是，取决于物理极限如例如温度或转速线性地减小电驱动器的转矩或电流，以为了遵循驱动器的物理极限且由此保证，驱动器以安全的方式运行。在该运行方式中，每当超过物理极限时，减小转矩或电流。在现有技术中在此以最大允许的转矩或者最大允许的电流为出发点，其通过分别的构件的物理可能性限定。
在某些运行状态中，导致超过物理限制的转矩或电流显著地小于特定极限。在这样的情形中，现有技术的操作方式不可保证构件的必要的保护。
发明内容
本发明的任务在于，创造这样的可能性，即借助于这些可能性即使在这样的条件下也可以简单且可靠的方式保证安全地以不使电驱动器的构件过载的方式运行电驱动器。
该任务通过带有权利要求1的特征的运行方法解决。运行方法的有利的设计方案是从属权利要求2至6的对象。
根据本发明创造一种运行方法，在该方法中控制装置
-连续地以测量技术的方式探测所述电驱动器的运行参数或从以测量技术的方式探测的变量中导出运行参数，
-连续地检验，所述运行参数以低于触发值的值为出发点是否达到所述触发值，
-当所述运行参数达到所述触发值时，则将最大允许的相对最大电流置于与在该时刻从所述半导体开关装置供给到所述电机中的电流相等，
-对于所述运行参数的在所述触发值和大于所述触发值的极限值之间的值获取电流极限值变化曲线)，该电流极限值变化曲线从所述触发值朝向所述运行参数的极限值从相对最大电流严格单调地下降到最小电流，且
-在所述电驱动器继续运行时针对所述运行参数的在所述触发值和所述极限值之间的值相应于获取的所述电流极限值变化曲线限制从所述半导体开关装置供给到所述电机中的电流。
通过该操作方式当运行参数超过触发值时，立即且直接进行降低电流和由此由电机产生的转矩。这独立于其它运行参数且特别是独立于电驱动器的原则的物理极限适用。
所述最小电流可原则上具有任意的值。例如所述最小电流可具有不等于零的恒定的值。但是优选地设置成，所述最小电流具有值零或所述控制装置取决于所述相对最大电流和/或电机的转速获取所述最小电流。该操作方式一方面使获取所述电流极限值变化曲线变得容易且另一方面导致，独立于所述相对最大电流的具体值始终保证，所获取的所述电流极限值变化曲线实际上是严格单调地下降的变化曲线。
可行的是，所述控制装置在所述运行参数得到所述极限值的情况下立即实施，保护所述半导体开关装置的以安全为指向的措施。但是优选地设置成，
-所述控制装置在所述电驱动器继续运行时连续地检验，所述运行参数是否达到大于所述极限值的切断值，且
-只有当所述运行参数达到所述切断值时，所述控制装置才将所述半导体开关装置转变到安全的状态中。
由此所述电驱动器对达到且超过所述极限值的反应尽可能限制于减小从所述半导体开关装置供给到所述电机中的电流。只有当不可避免时，才实现将所述半导体开关装置转变到安全状态中。安全状态可例如为将驱动器转变到空转中，即转变到这样的状态中，即在该状态中所述驱动器不施加转矩。该状态可例如通过使所述半导体开关装置转变到短路模式或激活模式中实现。
可行的是，当所述运行参数再次下降到小于所述触发值的值时，立即再次取消通过所述电流极限值变化曲线定义的限制从所述半导体开关装置供给到所述电机中的电流。但是优选地设置成，
-所述控制装置在所述电驱动器继续运行时对于所述运行参数的小于所述触发值的值将从所述半导体开关装置供给到所述电机中的电流限制到所述相对最大电流，直到所述运行参数低于小于所述触发值的释放值，且
-当所述运行参数低于所述释放值时，所述控制装置取消将从所述半导体开关装置供给到所述电机中的电流限制到所述相对最大电流。
通过这样的滞后，可尤其保证驱动器的鲁棒(robust)且稳定的运行。
优选地设置成，所述控制装置对于所述运行参数的小于所述触发值的值将从所述半导体开关装置供给到所述电机中的电流限制到绝对最大电流。由此可保证，从所述半导体开关装置供给到所述电机中的电流还针对所述运行参数的小于所述触发值的值始终保持在可靠的范围中。该操作方式此外暗示了，所述相对最大电流决不可大于所述绝对最大电流。相反地所述相对最大电流可最大与所述绝对最大电流一样大。
所述运行参数可根据需要确定。尤其可行的是，所述运行参数是所述半导体开关装置的温度、所述电机的温度或所述电机的转速。
该任务此外通过带有权利要求7的特征的控制程序。根据本发明通过所述控制装置执行所述机器指令引起，所述控制装置按照根据本发明的运行方法运行所述电驱动器。
该任务此外通过带有权利要求8的特征的电驱动器的控制装置解决。根据本发明所述控制装置编程成带有根据本发明的控制程序。
该任务此外通过带有权利要求9的特征的换流器解决。根据本发明所述控制装置构造为根据本发明的控制装置。
该任务此外通过带有权利要求10的特征的电驱动器解决。根据本发明所述控制装置构造为根据本发明的控制装置。
附图说明
描述的本发明的特性、特征和优点以及如何到达这些特性、特征和优点的方式结合下面对实施例进行的描述变得可更清楚且更明白地理解，这些实施例结合图纸进一步解释。在此以示意图：
图1显示了电驱动器，
图2显示了流程图，以及
图3和4分别显示了电流图。
具体实施方式
根据图1电驱动器1由控制装置2、半导体开关装置3和电机4组成。半导体开关装置3给电机4供能。半导体开关装置由控制装置2控制。控制装置2和半导体开关装置3的组合形成一个换流器。
电机4可根据需要采用下列形式的电机，例如异步电机、永久激励同步电机、电激励同步电机、磁阻电机、无刷直流电机等。换流器3在内部具有半导体闸流管5。半导体闸流管5例如可采用MOSFET或IGBT。采用GTO也是可行的。
控制装置2构造为一个可软件编程的控制装置。控制装置2因此具有逻辑电路6，例如一个微处理器。控制装置2的作用方式通过编入内部的控制程序7确定。控制程序7可为了该目的例如储存在控制装置2的附加存储器8中。控制程序6包括机器指令9，该机器指令可由所述控制装置2直接执行。通过控制装置2执行机器指令9，使控制装置2根据下文结合图2以及图3和4进一步描述的运行方法运行电驱动器1。
根据图2，控制装置2在步骤S1中接收请求A*。请求A*确认，从外部请求电驱动器1以哪个状态运行。例如电驱动器1可构造为电动汽车的行驶驱动器或起支持作用的行驶驱动器。在该情况下请求A*例如可由行驶踏板(口语中称为“油门”)的位置确定。
在步骤S2中控制装置2接收以测量技术的方式探测的变量n, T, T’，例如电机4的转速n、电机4的温度T或半导体开关装置3的温度T'。电机4的温度T可例如为电机4的线圈头的温度。半导体开关装置3的温度T'可例如为半导体开关装置3的半导体闸流管5的温度，尤其为其结温。
可行的是，控制装置2使用以测量技术的方式探测的变量n, T, T’ 之一(或电驱动器1的在此未提及的以测量技术的方式探测的另一变量)直接作为在本发明的意义中的运行参数BP。备选地可行的是，控制装置2从以测量技术的方式探测的变量中导出运行参数BP。以测量技术的方式探测的变量(控制装置2从这些变量中导出运行参数BP)，可为上文明确提及的变量n, T, T’或其它变量。此外可行的是，控制装置2使用电机4的转速n、电机4的温度T或半导体开关装置3的半导体闸流管5的温度T'作为运行参数BP，但是控制装置2也可以以测量技术的方式探测的其它变量获取运行参数BP。
在步骤S3中控制装置2接收一个测量值，用于代表半导体开关装置3给电机4供给的电流I。此外控制装置在步骤S4中以请求A*为出发点获取一个理论值I*，用于表征半导体开关装置3给电机4供给的电流I之理论值I*。
在步骤S5中控制装置2检验，运行参数BP是否大于预定的值G1，下文称为释放值。当不是这种情况时，即当运行参数BP小于释放值G1时，控制装置2过渡到步骤S6至S9。
在步骤S6中控制装置2将标志F置于值0。在步骤S7中控制装置2将一个相对最大电流ImaxR置于无穷值(或者足够大的值)。在步骤S8中控制装置2重新确定电流理论值I*。尤其控制装置2在步骤S8中将电流理论值I*定作先前的电流理论值I*、相对最大电流ImaxR和绝对最大电流ImaxA中的最小值。
步骤S8同时还提供针对这样的值的条件，即相对最大电流ImaxR在步骤S7中必须至少置于该值，即绝对最大电流ImaxA。在步骤S9中，控制装置2相应于在步骤S8中获取的理论电流I*来操控半导体开关装置3。例如控制装置2可在步骤S9的范围中确定一种脉宽调制的操控模式或脉频调制的操控模式且利用该操控模式操控半导体开关装置3。步骤S9本身对于本领域技术人员来说是公知的。
若运行参数BP大于释放值G1时，控制装置2过渡到步骤S10。在步骤S10中控制装置2检验：运行参数BP是否大于另一预定的值G2，下文称为触发值。若不是这种情况时，即当运行参数BP小于触发值G2时，控制装置2过渡到步骤S8。
当运行参数BP大于触发值G2时，控制装置2过渡到步骤S11。在步骤S11中控制装置2检验：标志F是否具有值零，即是否未设置。若是这种情况时，即当标志F未设置时，则控制装置2执行步骤S12至S14。
在步骤S12中控制装置2将标志F置于值1。在步骤S13中控制装置2将相对最大电流ImaxR置于瞬间电流I的值，即在步骤S3中探测的电流I的值。在步骤S14中控制装置2获取电流极限值变化曲线K。电流极限值变化曲线K至少针对运行参数BP的在触发值G2和极限值G3之间的值定义。极限值G3大于触发值G2。在该范围之内，即在触发值G2和极限值G3之间电流极限值变化曲线K严格单调地下降。根据运行参数BP的具体值，最大允许的电流Imax因此相应于图3中的示图、从针对触发值G2的相对最大电流ImaxR为出发点、下降到针对极限值G3的最小电流Imin。
控制装置2然后过渡到步骤S15。在步骤S15中控制装置2检验：运行参数BP是否大于另一预定的值G4，下文称为切断值。若是这种情况时，即当运行参数BP大于切断值G4时，控制装置2过渡到步骤S16。在步骤S16中，控制装置2将半导体开关装置3转变到安全的状态中。例如控制装置2可在步骤S16中将半导体开关装置3转变到短路模式或断开模式中。在短路模式中，半导体开关装置3的与低电势连接的半导体闸流管5闭合，且此外半导体开关装置3的与高电势连接的半导体闸流管5断开。在断开模式中，半导体开关装置3的全部半导体闸流管5断开。相应的模式对于本领域技术人员来说是公知的。然后控制装置2过渡到步骤S17。在步骤S17中控制装置2等待重置。
若控制装置2未过渡到步骤S16时，则控制装置2过渡到步骤S18。在步骤S18中控制装置2重新确定电流理论值I*。具体来说，控制装置2在步骤S18中确定电流理论值I*作为先前的电流理论值I*和通过使用瞬间运行参数BP在电流极限值变化曲线K中获得的对应值中的最小值。然后控制装置2在步骤S19中相应于在步骤S18中获取的理论电流I*来操控半导体开关装置3。步骤S19在内容方面与步骤S9对应。
以步骤S9或者步骤S17(在该处在实施“是”选项的情况下)为出发点或者以步骤S19为出发点，控制装置2再次过渡到步骤S1。结果图2的操作方式因此重复且由此一再实施。由此具体来说，进行连续的检查：是否达到或超过释放值G1、触发值G2和切断值G4。还由控制装置2连续地接收各种实际变量n, T, T’和电流I。
上文分别已经检验到：运行参数BP是否大于释放值G1、触发值G2和切断值G4。因此，在其中恰好达到分别的值G1、G2和G4的情况，已经与各自检验的“否”选项 关联。但是个别情况下，也可能同样与各自检验的“是”选项关联。
图3和4纯粹示例性地显示了电流I作为运行参数BP的函数之两个可行的变化曲线。
根据图3，电流I上升直至达到触发值G2。在该时刻提供的电流I定义相对最大电流ImaxR。在触发值G2之上，电流I通过电流极限值变化曲线K约束或者限制，其中电流极限值变化曲线K从触发值G2直至极限值G3下降到最小电流Imin。最小电流Imin在图3的示图中具有不等于0的值。最小电流Imin在该情况中可尤其由控制装置2取决于相对最大电流ImaxR获取，例如以相对最大电流ImaxR的预定的小百分比(最大5-10%)。备选地例如通过驱动器1的转速n进行限制是可行的。
在极限值G3之上，电流I通过最小电流Imin限制，直至运行参数BP达到切断值G4。然后切断半导体开关装置3。相反地当运行参数BP在达到且超过触发值G2再次下降到较小的值时，电流I继续限制到相对最大电流ImaxR，直至运行参数BP小于释放值G1。然后限制于相对最大电流ImaxR之控制方式取消。电流I此后仅受绝对最大电流ImaxA限制，直至重新达到触发值G2。
图4显示了电流I的另一可行的变化曲线。根据图4的设计方案中，在运行参数BP达到触发值G2之前，已经达到绝对最大电流ImaxA。因此在该情况下，绝对最大电流ImaxA已经起限制作用。但是随着达到且超过触发值G2，在触发极限值G2之上，电流I重新受电流极限值变化曲线K约束或者限制。虽然电流极限值变化曲线K相比于在图3中在定量方面不同，但是同样直至极限值G3下降到最小电流Imin且此后保持直至达到切断值G4。图4此外显示了，最小电流Imin不必一定不等于零。因为在根据图4的设计方案中，最小电流Imin具有值零。
释放值G1、触发值G2、极限值G3和切断值G4可根据单个情况的状况确定。当运行参数BP是半导体开关装置3的半导体闸流管5的结温时，参数值可例如为约130°C、约135°C、约145°C和约150°C。绝对最大电流ImaxA可根据半导体开关装置3的设计方案确定，例如为500至1000A。
上文结合图2至4解释了本发明的一种实施例，在其中同时还实现多种有利的设计方案。但是这些设计方案不一定是必须的。因此例如在步骤S5中可能直接检验：运行参数BP是否大于触发值G2。在该情况下取消步骤S10。还可能例如取消步骤S15、S16和S17。在该情况下步骤S18和S19无条件地(即没有步骤S15的在先检验)实施。该设计方案尤其当切断值G4与极限值G3相同时是有意义的。但是即使当切断值G4大于极限值G3时，也可实现该设计方案。此外可能也许取消受绝对最大电流ImaxA限制。
总而言之，本发明因此涉及以下操作：
电驱动器1的控制装置2连续地以测量技术的方式探测电驱动器1的运行参数BP或从以测量技术的方式探测的变量n, T, T’中导出运行参数BP。控制装置连续地检验：运行参数BP以低于触发值G2的值为出发点是否达到触发值G2。当运行参数BP达到触发值G2时，则控制装置2将最大允许的相对最大电流ImaxR置于与在该时刻从半导体开关装置3供给到电机4中的电流I相等。对于运行参数BP的在触发值G2和大于触发值G2的极限值G3之间的值，控制装置2获取电流极限值变化曲线K，该电流极限值变化曲线从触发值G2朝向运行参数BP的极限值G3从相对最大电流ImaxR严格单调地下降到最小电流Imin。在电驱动器1继续运行时，控制装置2针对运行参数BP的在触发值G2和极限值G3之间的值，根据获取的电流极限值变化曲线K，限制从半导体开关装置3供给到电机4中的电流I。
本发明具有许多优点。尤其在发生几乎所有外部情况下实现电驱动器1的安全运行。这虽然不是唯一地但是尤其在这样的情况中(即取消半导体开关装置3或电机4的本来期望的且作为前提的冷却或仅仅以降低的功率工作)适用。此外可避免突然切断驱动器1。相反地实现逐步的撤力，例如电动汽车的使用者感觉这种逐步的撤力明显不太困扰人。
虽然本发明详细地通过优选的实施例进一步图解说明和描述，但是本发明不通过公开的示例限制且本领域技术人员可从其中导出其它变体，而不背离本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于电驱动器(1)的运行方法，该电驱动器具有电机(4)、给所述电机(4)供能的半导体开关装置(3)和控制所述半导体开关装置(3)的控制装置(2)，其中所述控制装置(2)
-连续地以测量技术的方式探测所述电驱动器(1)的运行参数(BP)或从以测量技术的方式探测的变量(n, T, T’)中导出运行参数(BP)，
-连续地检验，所述运行参数(BP)以低于触发值(G2)的值为出发点是否达到所述触发值(G2)，
-当所述运行参数(BP)达到所述触发值(G2)时，则将最大允许的相对最大电流(ImaxR)置于与在该时刻从所述半导体开关装置(3)供给到所述电机(4)中的电流(I)相等，
-对于所述运行参数(BP)在所述触发值(G2)和大于所述触发值(G2)的极限值(G3)之间的值获取电流极限值变化曲线(K)，该电流极限值变化曲线从所述运行参数(BP)的所述触发值(G2)朝向极限值(G3)，从相对最大电流(ImaxR)严格单调地下降到最小电流(Imin)，且
-在所述电驱动器(1)继续运行时，针对所述运行参数(BP)的在所述触发值(G2)和所述极限值(G3)之间的值，从所述半导体开关装置(3)供给到所述电机(4)中的电流(I) 受所述电流极限值变化曲线(K)限制。
2.根据权利要求1所述的运行方法，其特征在于，所述最小电流(Imin)具有值零或所述控制装置(2)根据所述相对最大电流(ImaxR)和/或所述电机(4)的转速(n)获取所述最小电流(Imin)。
3.根据权利要求1或2所述的运行方法，其特征在于，
-所述控制装置(2)在所述电驱动器(1)继续运行时连续地检验：所述运行参数(BP)是超过所述极限值(G3)的切断值(G4)，且
-只有当所述运行参数(BP)达到所述切断值(G4)时，所述控制装置(2)才将所述半导体开关装置(3)转变到安全的状态中。
4.根据权利要求1、2或3所述的运行方法，其特征在于，
-在所述电驱动器(1)继续运行时，所述控制装置(2)对于所述运行参数(BP)的小于所述触发值(G2)的值，将从所述半导体开关装置(3)供给到所述电机(4)中的电流(I)限制到所述相对最大电流(ImaxR)，直到所述运行参数(BP)低于小于所述触发值(G2)的释放值(G1)，且
-当所述运行参数(BP)低于所述释放值(G1)时，所述控制装置(2)将从所述半导体开关装置(3)供给到所述电机(4)中的电流(I)限制到所述相对最大电流(ImaxR)之控制模式取消。
5.根据上述权利要求中任一项所述的运行方法，其特征在于，对于所述运行参数(BP)的小于所述触发值(G2)的值，所述控制装置(2)将从所述半导体开关装置(3)供给到所述电机(4)中的电流(I)限制到绝对最大电流(ImaxA)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的运行方法，其特征在于，所述运行参数(BP)是所述半导体开关装置(3)的温度(T')、所述电机(4)的温度(T)或所述电机(4)的转速(n)。
7.一种用于电驱动器(1)的控制装置(2)的控制程序，该电驱动器除了所述控制装置(2)之外附加地具有由所述控制装置(2)控制的半导体开关装置(3)和从所述半导体开关装置(3)供能的电机(4)，其中所述控制程序包括机器指令(9)，该机器指令可由所述控制装置(2)直接执行，其中通过所述控制装置(2)执行所述机器指令(9)，使所述控制装置(2)根据上述权利要求中任一项所述的运行方法运行所述电驱动器(1)。
8.一种电驱动器(1)的控制装置，该电驱动器除了所述控制装置之外附加地具有由所述控制装置(2)控制的半导体开关装置(3)和从所述半导体开关装置(3)供能的电机(4)，其中所述控制装置编程成带有根据权利要求7所述的控制程序(7)。
9.一种换流器，其中该换流器具有对所述电机(4)供能的半导体开关装置(3)和控制所述半导体开关装置(3)的控制装置(2)，其中所述控制装置(2)构造为根据权利要求8所述的控制装置。
10.一种电驱动器，其中所述驱动器具有电机(4)、给所述电机(4)供能的半导体开关装置(3)和控制所述半导体开关装置(3)的控制装置(2)，其中所述控制装置(2)构造为根据权利要求8所述的控制装置。
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