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用于控制在机动车的电气驱动装置中的损耗热量的方法、用于机动车的电气驱动单元以及机动车

阅读:756发布:2020-05-08

专利汇可以提供用于控制在机动车的电气驱动装置中的损耗热量的方法、用于机动车的电气驱动单元以及机动车专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于在机动车的电气驱动装置(2)中控制损耗热量(Pv)的方法,其中,为驱动装置(2)提供 电流 ,在所述电流中,为了提供预先确定的损耗热量(Pv),将形成场的与形成转矩的电流(id、iq)的比例偏离于对于驱动装置(2)的相应运行点的优化比例地预定。预先确定的损耗热量(Pv)通过构成为无磁体的三相 电机 (3)的驱动装置(2)提供,其方式为附加地调整流过三相电机(3)的 转子 (5)的转子电流(iR),其中,预定形成场的与形成转矩的电流(id、iq),使得通过所述比例使三相电机(3)的声学干扰 信号 最小化,并且调整转子电流(iR),使得通过所述转子电流(iR)与使 干扰信号 最小化的所述比例的组合,提供预先确定的损耗热量(Pv)。本发明此外涉及一种电气驱动单元(1)以及一种机动车。,下面是用于控制在机动车的电气驱动装置中的损耗热量的方法、用于机动车的电气驱动单元以及机动车专利的具体信息内容。

1.用于在机动车的电气驱动装置(2)中控制损耗热量(Pv)的方法,其中,通过控制设备(6)为电气驱动装置(2)提供电流,在所述电流中,为了提供预先确定的损耗热量(Pv),形成场的电流(id)和形成转矩的电流(iq)的比例偏离于对于驱动装置(2)的相应运行点的优化比例地预定,
其特征在于,
所述预先确定的损耗热量(Pv)通过构成为无磁体的三相电机(3)的驱动装置(2)提供,其方式为附加地通过控制设备(6)调整流过三相电机(3)的转子(5)的转子电流(iR),其中,预定形成场的与形成转矩的电流(id、iq),使得通过所述比例使三相电机(3)的声学干扰信号最小化,并且调整转子电流(iR),使得通过所述转子电流(iR)和使干扰信号最小化的所述比例的组合来提供预先确定的损耗热量(Pv)。
2.按照权利要求1所述的方法,
其特征在于,
通过构成为异步电动机的无磁体的三相电机(3)提供预先确定的损耗热量(Pv),其中,作为转子电流(iR)调整在转子(5)中感应的电流并且通过控制设备(6)预定感应出电流的转差率。
3.按照权利要求1所述的方法,
其特征在于,
通过构成为电流激励的同步电机的无磁体的三相电机(3)提供预先确定的损耗热量(Pv),其中,作为转子电流(iR)调整励磁电流并且通过控制设备(6)预定励磁电流。
4.按照上述权利要求之一所述的方法,
其特征在于,
为三相电机(3)的转矩(M)和三相电机(3)的损耗热量(Pv)的预先确定的值配置转子电流(iR)、形成场的电流(id)和形成转矩的电流(iq)的值的组合,其中,为了产生预先确定的损耗热量(Pv),通过控制设备(6)根据转矩(M)的与相应运行点对应的理论值选择并且为三相电机(3)预定相应的组合。
5.按照上述权利要求之一所述的方法,
其特征在于,
在第一运行模式中运行三相电机(3),在所述第一运行模式中,预定形成场的与形成转矩的电流(id、iq)的优化比例,并且为了提供预先确定的损耗热量(Pv),从第一运行模式转换到第二运行模式中,在所述第二运行模式中,预定形成场的与形成转矩的电流(id、iq)的与优化比例偏离的、使干扰信号最小化的比例。
6.按照权利要求5所述的方法,
其特征在于,
对于第二运行模式预定形成场的电流(id)、形成转矩的电流(iq)和转子电流(iR),使得三相电机(3)在第一运行模式中的转矩(M)在转换到第二运行模式中时保持恒定。
7.按照权利要求6所述的方法,
其特征在于,
为三相电机(3)的转矩(M)和损耗热量(Pv)的预先确定的值配置包括转子电流(iR)、形成场的电流(id)和形成转矩的电流(iq)的值的第一组合和第二组合,其中,根据转矩(M)和损耗热量(Pv)的与相应运行点对应的理论值,通过控制设备(6)在第一运行模式中选择相应的第一组合并且在第二运行模式中选择相应的第二组合。
8.按照权利要求5至7之一所述的方法,其特征在于,提供所述第二运行模式,以用于借助在第二运行模式中提供的损耗热量(Pv)对机动车的至少一个构件调温
9.用于机动车的电气驱动单元(1),所述电气驱动单元具有电气驱动装置(2)和控制设备(6),所述控制设备为了控制驱动装置(2)的损耗热量(Pv)设计为用于为驱动装置(Pv)提供电流,以用于提供预先确定的损耗热量(Pv),在所述电流中,形成场的电流(id)与形成转矩的电流(iq)的比例偏离于对于驱动装置(2)的相应运行点的优化比例地预定,其特征在于,
-所述电气驱动装置(2)构成为无磁体的三相电机(3),并且
-所述控制设备(6)设计为用于,附加地调整流过三相电机(3)的转子(5)的转子电流(iR),并且在此预定形成场的与形成转矩的电流(id、iq),使得三相电机(3)的声学干扰信号通过所述比例为最小,以及调整转子电流(iR),使得通过所述转子电流(iR)与使干扰信号最小化的所述比例的组合来提供预先确定的损耗热量(Pv)。
10.机动车,其包括至少一个按照权利要求9所述的电气驱动单元(1)。

说明书全文

用于控制在机动车的电气驱动装置中的损耗热量的方法、用

于机动车的电气驱动单元以及机动车

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于在机动车的电气驱动装置中控制损耗热量的方法,其中,通过控制设备为电气驱动装置提供电流,在所述电流中,为了提供预先确定的损耗热量,形成场的电流与形成转矩的电流的比例偏离于对于驱动装置的相应运行点优化比例地预定。本发明此外涉及一种电气驱动单元以及一种机动车。

背景技术

[0002] 已经由现有技术已知,将电气驱动装置的损耗热量用于机动车的内部空间的供暖,所述电气驱动装置用于驱动构成为电动或混合动车辆的机动车。这例如在DE 10 2012 019 005 A1中描述。也由现有技术已知,控制电气驱动装置的损耗热量,以便例如有意提高所述损耗热量。为此WO 2015/193172 A1说明一种用于控制通过具有电驱动装置的机动车产生的损耗热量的方法。在此电驱动装置的电机由电驱动装置的驱动控制设备这样提供电流,使得形成场的电流与形成转矩的电流的比例处于对于相应运行点的优化比例之外。由仅形成场的与形成转矩的电流对损耗热量的控制可能产生磁性激励的干扰噪声的缺点。这些干扰噪声例如可能由乘客察觉并且感知为干扰的。电气驱动装置的声学效果因此可能由于对损耗热量的控制而恶化。

发明内容

[0003] 本发明的任务是,在优化电气驱动装置的声学效果的情况下控制用于机动车的电气驱动装置的损耗热量。
[0004] 该任务按照本发明通过具有按照相应的独立权利要求的特征的一种方法、一种电气驱动单元以及一种机动车解决。本发明有利的实施方式是从属的权利要求、说明书以及附图的技术方案。
[0005] 在按照本发明的方法中,在机动车的电气驱动装置中控制损耗热量。为此通过控制设备为电气驱动装置提供电流,在所述电流中,为了提供预先确定的损耗热量,形成场的电流与形成转矩的电流的比例偏离于形成场的与形成转矩的电流的对于驱动装置的相应运行点的优化比例地预定。此外,所述预先确定的损耗热量通过构成为无磁体的三相电机的驱动装置提供,其方式为附加地通过控制设备调整流过三相电机的转子的转子电流。在此这样预定形成场的与形成转矩的电流,使得通过所述比例使三相电机的声学干扰信号最小化。转子电流这样调整,使得通过所述转子电流与使干扰信号最小化的比例相组合来提供预先确定的损耗热量。
[0006] 本发明此外涉及一种用于机动车的电气驱动单元,所述电气驱动单元具有电气驱动装置和控制设备。所述控制设备为了控制驱动装置的损耗热量设计为用于为驱动装置提供电流,在所述电流中,为了提供预先确定的损耗热量,形成场的电流与形成转矩的电流的比例偏离于形成场的与形成转矩的电流的对于驱动装置的相应运行点优化比例地预定。此外,所述电气驱动装置构成为无磁体的三相电机。所述控制设备设计为用于附加地调整流过三相电机的转子的转子电流,并且在此这样预定形成场的与形成转矩的电流,使得三相电机的声学干扰信号通过所述比例为最小,以及这样调整转子电流,使得通过所述转子电流与使干扰信号最小化的比例相组合来提供预先确定的损耗热量。
[0007] 电气驱动装置用于驱动构成为电动车或混合动力车辆的机动车并且构成为无磁体的三相电机。三相电机具有在机动车中位置固定地支承的定子和关于定子可旋转地支承的转子。所述控制设备尤其是具有逆变器,通过所述逆变器能够将以三相交变电流或三相电流形式的电流输送给所述三相电机。逆变器具有与三相电机的相的数量相对应数量的并联连接的支线或半桥,其中,每个支线具有开关、尤其是半导体开关的串联电路。在两个开关之间的节点与三相电机的对应于一个相的绕组相连接。通过控制设备的控制单元,逆变器的开关可以按照预先确定的模式这样关闭,使得由电气驱动单元的高压存储器提供的直流电流转变为三相电流。三相电流输送给三相电机,通过所述三相电流,在定子中产生旋转的磁场或旋转场,所述磁场或旋转场驱动转子的旋转。
[0008] 为了调整由三相电机产生的转矩,亦即为了调整三相电机的运行点,可以使用所谓的矢量调节。为此将与定子相关的三相的大小、在这里输送给三相电机的三相交变电流转换到具有轴d和q的与转子相关的双轴坐标系中。转矩通过q值、在这里通过形成转矩的电流来映射,而磁通密度通过d值、在这里通过形成场的电流来映射。转矩可以在此根据形成转矩的电流与形成场的电流的多个组合来调节。因此形成转矩的电流和形成场的电流是在转矩调节时的自由度。因此不同的组合提供分别同一个转矩、但提供三相电机的不同的效率。通常在形成场的电流与形成转矩的电流之间的比例、例如电流度由控制单元的调节器这样选择,使得三相电机的损耗功率对于三相电机的相应的当前运行点是最小的并且因此三相电机的效率是最大的。因此在形成场的电流与形成转矩的电流之间的比例是优化的。优化比例提供给控制单元的驱动器,所述驱动器接着为了产生呈现优化比例的三相电流而操控逆变器的开关。
[0009] 为了现在提供预先确定的损耗热量,对三相电机有意修整,以便借此有意提高损耗功率。因此在修整时,形成场的电流与形成转矩的电流之间的比例由控制设备有意地这样选择或预定,使得损耗功率和因此损耗热量提高。然而在此可能出现,通过当前选择的比例,使三相电机的声学效果恶化,通过所述比例,提供希望的或预先确定的损耗热量。换句话说可能的是,通过当前选择的比例,声学干扰信号以磁性激励的干扰噪声的形式产生,所述干扰噪声例如可察觉为不愉快的总和。为了至少最小化该声学干扰信号,附加地影响或调整无磁体的三相电机的转子电流,所述转子电流构成在转矩调整时的附加自由度。
[0010] 在此形成场的电流、形成转矩的电流和转子电流的值这样选择,使得通过其组合一方面最小化干扰噪声并且另一方面产生预先确定的损耗热量以及与预先确定的运行点对应的转矩。电流的值的选择因此构成优化问题。因为无磁体的三相电机的转子电流构成在转矩调整时附加自由度,所以该转子电流以有利的方式也形成在提供预先确定的损耗热量时的附加自由度。通过转子电流的调整因此可以提供如下损耗热量,所述损耗热量例如用于高压存储器的调温(所述高压存储器提供用于三相电机的电能),和/或用于机动车的内部空间的调温而需要。由此产生优点,即,可以省去机动车中的附加的加热装置。此外在提供损耗热量时,通过形成场的与形成转矩的电流的鉴于干扰噪声最小化而优化的比例没有或至少几乎没有产生干扰噪声。由此产生改善三相电机的声学效果的优点。
[0011] 可以规定,预先确定的损耗热量通过构成为异步电动机的无磁体的三相电机提供,其中,作为转子电流调整在转子中感应的电流并且感应出电流的转差率通过控制设备预定。电气驱动单元的无磁体的三相电机按照该实施形式构成为异步电动机。异步电动机的转子或转子可以例如构成为短路转子或者说鼠笼式转子。定子绕组通过输送的三相交变电流产生旋转场,其中,在旋转场转速和转子转速之间存在转速差,所述转速差也称为转差率。该转速差引起电流、亦即磁性作用的转子电流的感应,所述转子电流本身有助于力矩形成。因此为了能够调整转子电流,控制设备设计为用于,调整转差率或转速差。转差率在此这样调整,使得其与形成场的与形成转矩的电流的使干扰信号最小化的比例共同能够实现预先确定的损耗热量的输出。例如转差率可以这样选择,使得感应的电流增加。即通过感应的电流的增加,转子并且借此三相电机的损耗功率也增加。
[0012] 代替于此地,预先确定的损耗热量通过构成为电流激励的同步电机的无磁体的三相电机提供,其中,作为转子电流调整励磁电流并且所述励磁电流通过控制设备预定。电气驱动单元的无磁体的三相电机按照该实施形式构成为电流激励的同步电机。在电流激励的同步电机中,转子同样具有绕组,所述励磁电流例如可以通过滑环馈入到所述绕组中。相反于异步电动机,在同步电机中,转子同步于励磁场运转,其中,由励磁电流在转子绕组中产生的通量和定子通量叠加为合成的通量。励磁电流在此由控制设备这样调整,使得其与形成场的与形成转矩的电流的使干扰信号最小化的比例共同能够实现预先确定的损耗热量的提供。
[0013] 证明为有利的是,为三相电机的转矩和损耗热量的预先确定的值配置包括转子电流、形成场的电流与形成转矩的电流的值的组合,其中,为了产生预先确定的损耗热量,通过控制设备根据转矩的与相应运行点对应的理论值选择并且为三相电机预定相应的组合。包括转矩和损耗热量的值与组合的配置例如可以存储在转换表或LUT(“Look-up”表)中和/或描绘在特性曲线簇中。在此,电流值的每种组合例如提供确定的理论转矩以及对于所述理论转矩的最大损耗热量。因此,对于三相电机的每个运行点,可以由在转矩和包括电流值的组合之间的配置选择包括电流值的这样的组合,在所述组合中,三相电机提供与运行点对应的理论转矩并且同时提供希望的损耗热量。所述配置例如可以对于相应的三相电机通过测试测量和/或仿真、例如在机动车的开发期间在向最终顾客交货之前预先确定并且存储在车辆侧的存储器设备中。该预先确定的配置预设可以用于运行三相电机、例如在交货给最终顾客之后通过控制设备从存储器设备中读取。
[0014] 在本发明的一种进一步扩展方案中,所述三相电机在第一运行模式中运行,在所述第一运行模式中,预定形成场的电流与形成转矩的电流的优化比例。为了提供预先确定的损耗热量,三相电机从第一运行模式转换到第二运行模式中,在所述第二运行模式中,预定形成场的与形成转矩的电流的与优化比例偏离的、使干扰信号最小化的比例。尤其是对于第二运行模式这样预定形成场的电流、形成转矩的电流和转子电流,使得三相电机在第一运行模式中的转矩在转换到第二运行模式中时保持恒定。三相电机可以在所述两个运行模式中运行。在第一运行模式中三相电机高效地运行,其方式为最小化三相电机的损耗功率。因此预定形成场的与形成转矩的电流的优化比例。也这样调整转子电流,使得损耗功率最小化。因此为三相电机提供包括形成场的电流、形成转矩的电流和转子电流的优化的组合。第一运行模式因此是三相电机的高效的运行模式。
[0015] 所述三相电机可以从第一运行模式转换到第二运行模式中。在该第二运行模式中,三相电机低效地运行,其方式为损耗功率在使声学干扰信号最小化的同时最大化。第二运行模式因此是三相电机的低效的运行模式。在此三相电机的转矩在第一和第二运行模式之间的变换中基本上不改变。换句话说,三相电机在第二运行模式中具有三相电机在转移之前已经在第一运行模式中所具有的相同转矩。因此乘客以有利的方式不察觉在不同的运行模式之间的变换。
[0016] 在此可以规定,为三相电机的转矩和损耗热量的预先确定的值配置包括转子电流、形成场的电流与形成转矩的电流的值的第一组合和第二组合,其中,根据与相应运行点对应的转矩理论值和损耗热量,通过控制设备在第一运行模式中选择相应的第一组合而在第二运行模式中选择相应的第二组合。组合和转矩和损耗热量的值之间的配置又可以预定为特性曲线簇或转换表并且存储在车辆侧的存储器设备中。为了预定在高效的第一运行模式中的预先确定的理论转矩,可以从第一配置读取这样的包括电流值的第一组合,通过所述第一组合,使损耗功率最小化。在三相电机转换到低效的第二运行模式中,预设从第二配置中读取这样的与理论转矩相对应的包括电流值的第二组合,通过所述第二组合,使损耗功率最大化并且使声学干扰信号最小化。
[0017] 优选提供第二运行模式,以用于借助在第二运行模式中提供的损耗热量对机动车的至少一个构件调温。因此三相电机总是在如下情况下从第一运行模式转换到第二运行模式中,即,机动车的至少一个构件应该被调温、例如加热。所述至少一个构件例如可以是机动车的内部空间或客舱和/或电气驱动单元的高压存储器。通过借助通过三相电机产生的损耗功率对所述至少一个构件的调温尤其是可以省去附加的加热装置、例如电子连续加热器或高压存储器中的加热垫,它们会导致机动车中的附加的费用、附加的结构空间和重量提高。
[0018] 本发明此外涉及一种机动车,其包括至少一个按照本发明的电气驱动单元或其实施形式。所述机动车尤其是构成为电动车或混合动力车辆。驱动单元可以此外具有高压存储器,所述高压存储器为三相电机提供电能。由高压存储器提供的电能可以由控制设备的逆变器转变为三相交变电流并且提供给三相电机。
[0019] 关于按照本发明的方法设想的实施形式及其优点相应地适用于按照本发明的电气驱动单元以及按照本发明的机动车。
[0020] 本发明的其他的特征由权利要求、附图和对附图的说明得出。以上在说明书中提到的特征和特征组合以及接着在对附图的说明中所提到的和/或在图中单独示出的特征和特征组合不仅以相应给出的组合中、而且也以其他的组合或单独可用。

附图说明

[0021] 现在借助优选的实施例以及在参考附图的情况下进一步解释本发明。
[0022] 唯一的图示出按照本发明的电气驱动单元的一种实施形式的示意图。

具体实施方式

[0023] 在所述图中,描绘用于在这里未示出的机动车的电气驱动单元1。所述机动车可以例如构成为以电动或混合动力车辆形式的轿车并且具有用于驱动机动车的电气驱动单元1。驱动单元1具有电气驱动装置2,所述电气驱动装置构成为无磁体的三相电机3。所述三相电机3具有在机动车中位置固定地支承的定子4,所述定子包括定子绕组U、V、W。此外三相电机3具有相对于定子4可旋转地支承的转子5。三相电机3例如可以构成为异步电动机,其中,转子5例如构成为鼠笼式转子。三相电机3也可以构成为电流激励的同步电机,其中,转子5具有转子绕组,励磁电流馈入到所述转子绕组中。
[0024] 电气驱动单元1此外具有控制设备6,所述控制设备设计为用于操控无磁体的三相电机3。控制设备6为此具有逆变器7以及包括调节器9和驱动器10的控制单元8。逆变器7设计为用于将由在这里未示出的高压存储器提供的直流电流转变为用于三相电机3的三相交变电流或三相电流。为此逆变器7具有三个半桥H1、H2、H3,其中,各一个半桥H1、H2、H3与定子4的所述绕组U、V、W中的各一个绕组电连接。每个半桥H1、H2、H3具有开关装置S0、S1、S2、S3、S4、S5的串联电路,所述开关装置例如可以具有以IGBT或功率MOSFET形式的半导体开关。在两个开关装置S0、S1、S2、S3、S4、S5之间的节点K1、K2、K3与一个定子绕组U、V、W电连接。
[0025] 为了现在将三相电流输送给三相电机3,开关装置S0至S5由控制单元8的驱动器10按照预先确定的模式关闭。为驱动器10由调节器9预定预先确定的模式,所述调节器构成为用于调节三相电机3的转矩M并且借此用于调整三相电机3的运行点的转矩调节器。转矩M在此根据形成场的电流id与形成转矩的电流iq之间的比例来调节。所述比例例如可以通过形成场的电流id与形成转矩的电流iq之间的电流角度调整。在三相电机3的第一运行模式中,对于要预定的转矩M或理论转矩这样选择在形成场的电流id与形成转矩的电流iq之间的比例,使得由三相电机3提供的损耗热量Pv最小。因此通过第一运行模式,三相电机3应该特别高效地运行。驱动器10设计为用于通过操控并且关闭相应的开关装置S0至S5这样调整三相电流,使得产生形成场的电流id与形成转矩的电流iq的优化比例。
[0026] 三相电机3可以也在第二运行模式中运行,在所述第二运行模式中,预定形成场的电流id与形成转矩的电流iq之间的、与优化比例偏离的比例。在第二运行模式中,三相电机3因此有意地低效地运行或修整,以便提高损耗热量Pv。该损耗热量Pv可以例如用于机动车的至少一个构件的调温、例如用于机动车的内部空间和/或高压存储器的加热。为了现在阻止通过修整干扰激励出噪声并且因此声学干扰信号出现,这样选择形成场的电流id与形成转矩的电流iq之间的比例,使得声学干扰信号最小化。
[0027] 然而为了能够提供希望的损耗功率或损耗热量Pv,附加地调整无磁体的三相电机3的转子5的转子电流。在无磁体的三相电机3构成为异步电动机的情况下,例如可以调整有助于转矩形成的转差率,亦即在定子4的旋转场的转速和转子5的转速之间的转速差。即通过转差率在转子5中感应出电流,从而通过改变转差率也改变感应的电流、亦即转子电流。
在无磁体的三相电机3构成为电流激励的同步电机的情况下,可以调整馈入到转子5的转子绕组中的励磁电流,所述励磁电流有助于转矩形成。
[0028] 例如可以为调节器9确定第一配置11,在所述第一配置中,为用于三相电机3的转矩M和损耗热量Pv的不同的值配置包括形成场的电流id的值、形成转矩的电流iq的值和用于调整转子电流iR的值的第一组合。附加地可以预定第二配置12,在所述第二配置中,为用于三相电机3的转矩M和损耗热量Pv的不同的值配置包括形成场的电流id的值、形成转矩的电流iq的值和用于调整励磁电流iR的值的第二组合。在电流激励的同步电机的情况下,用于调整转子电流iR的值是用于励磁电流的值。在异步电动机的情况下,用于调整转子电流iR的值是用于转差率的值。
[0029] 当应该提供第一运行模式、亦即三相电机3的高效的运行模式时,使用第一配置11。当机动车的所述至少一个构件不需要调温时,例如提供该运行模式。根据要预定的理论转矩M,从第一配置11选择包括电流值的相应的第一组合。当例如为了对机动车的所述至少一个构件调温应该提供第二运行模式时,则可以从第二配置12选择电流值的相应的组合。
在三相电机3从第一运行模式转换到第二运行模式中时,三相电机3的转矩M保持恒定。所述配置11、12例如可以存储在这里未示出的车辆侧的存储器设备中并且由控制单元8读取。用于配置11、12的电流值的组合例如可以通过测试测量和/或仿真预先确定。
[0030] 附图标记列表
[0031] 1                       电气驱动单元
[0032] 2                       电气驱动装置
[0033] 3                       三相电机
[0034] 4                       定子
[0035] 5                       转子
[0036] 6                       控制设备
[0037] 7                       逆变器
[0038] 8                       控制单元
[0039] 9                       调节器
[0040] 10                      驱动器
[0041] 11                      第一配置
[0042] 12                      第二配置
[0043] U、V、W                  定子绕组
[0044] H1、H2、H3               半桥
[0045] S0、S1、S2、S3、S4、S5   开关装置
[0046] K1、K2、K3               节点
[0047] M                       力矩
[0048] id                      形成场的电流
[0049] iq                      形成转矩的电流
[0050] iR                      转子电流
[0051] Pv                      损耗热量
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