本發(fā)明涉及一種用于切換機動車的電驅(qū)動器的逆變器(Wechselrichter)的方法和機動車的電驅(qū)動器的相應(yīng)地可切換的逆變器。

背景技術(shù)：

電動車輛、混合動力車輛以及插電式車輛(Pluginfahrzeuge)具有電驅(qū)動器，該電驅(qū)動器借助于逆變器供給有交流電壓。持續(xù)激勵的(permanenterregt)電機經(jīng)常用作電驅(qū)動器。在某些條件下能夠為必要的是，如此運行逆變器，即使得向電驅(qū)動器的驅(qū)動軸不施加轉(zhuǎn)矩或僅僅施加非常小的轉(zhuǎn)矩，以為了由此保證電驅(qū)動器和整個車輛的可靠的狀態(tài)。這能夠通過切換到自由工作(Frailauf，有時稱為自由振蕩)中或切換到主動式短路中實現(xiàn)，這兩者是逆變器的非時鐘控制的(ungetakt)運行模式。

逆變器為了產(chǎn)生三相的交流電壓典型地含有六個切換設(shè)備，其中各兩個切換設(shè)備形成半橋。在自由工作中逆變器的所有切換設(shè)備切換成阻斷(sperrend)，而在主動式短路中每個半橋的第一或第二切換設(shè)備切換成阻斷并且每個半橋的第二或第一切換設(shè)備斷開，以為了使電驅(qū)動器的相接口短路。

在逆變器的導(dǎo)致車輛的某些行駛情況的一些運行情況中，在從逆變器的一種運行模式變換到自由工作中時在高伏中間電路中能夠出現(xiàn)瞬態(tài)的電壓過高。在從逆變器的時鐘控制的(getaktet，有時稱為定時的)運行模式變換到主動式短路中時在一些運行情況中能夠出現(xiàn)瞬態(tài)的相過載電流。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于切換機動車的電驅(qū)動器的逆變器的方法和一種逆變器，該逆變器至少部分地克服上面提及的缺點。

該任務(wù)通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的根據(jù)本發(fā)明的方法和根據(jù)權(quán)利要求10所述的逆變器解決。

根據(jù)一個方面本發(fā)明涉及用于切換機動車的電驅(qū)動器的逆變器的方法，其中逆變器至少具有自由工作運行模式、短路運行模式以及時鐘控制的運行模式，在該時鐘控制的運行模式中發(fā)生從直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓或反過來，其中為了將逆變器從當前的運行模式切換到與當前的運行模式不同的目標運行模式，所述方法包括：

獲取用于當前的運行模式的電壓值和/或電流值；

取決于獲取的電壓值和/或取決于獲取的電流值執(zhí)行匹配過程，以為了匹配用于目標運行模式的電壓和/或電流；以及

切換到目標運行模式中。

根據(jù)另一方面本發(fā)明涉及帶有控制裝置的逆變器，該控制裝置設(shè)立成用于執(zhí)行根據(jù)先前的方面的方法。

本發(fā)明的另外的有利的設(shè)計方案從從屬權(quán)利要求和本發(fā)明的優(yōu)選的實施例的下面的描述中得出。

根據(jù)本發(fā)明用于切換機動車(例如電動車輛、混合動力車輛或插電式車輛)的電驅(qū)動器的逆變器的方法基于逆變器，該逆變器至少具有自由工作運行模式(在該自由工作運行模式中逆變器位于自由工作中)、短路運行模式(在該短路運行模式中逆變器位于主動式短路中)以及時鐘控制的運行模式(在該時鐘控制的運行模式中發(fā)生從直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓或從交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓)。逆變器能夠具有例如控制裝置或與控制裝置連接，該控制裝置設(shè)立成用于，取用用于相應(yīng)的運行模式的切換型式，以為了使逆變器置于例如切換到相應(yīng)的運行模式中并且在時鐘控制的運行模式中進行時鐘控制。

按照根據(jù)本發(fā)明的用于切換逆變器的方法應(yīng)當從當前的運行模式切換到與當前的運行模式不同的目標運行模式中。對此獲取用于當前的運行模式的電壓值和/或電流值。電壓值和/或電流值能夠借助于逆變器的電壓控制裝置和/或電流調(diào)節(jié)器為可得到的和/或借助于測量設(shè)備確定，該測量設(shè)備例如布置在逆變器中。備選地也能夠估計電壓值和/或電流值，例如借助于用于估計電壓值和/或電流值的模型。電壓值和/或電流值能夠例如代表在逆變器的相接口處的相電壓和/或相電流或在一些情況中也代表在這樣的接口處的相電壓和/或相電流，即通過該接口逆變器與電驅(qū)動器連接。

在獲取電壓值和/或電流值后，取決于獲取的電壓值和/或取決于獲取的電流值執(zhí)行匹配過程，以為了匹配用于目標運行模式的電壓和/或電流。在匹配過程期間逆變器能夠位于時鐘控制的運行中，也就是說逆變器的切換設(shè)備能夠根據(jù)合適的時鐘控制斷開和閉合。在匹配電壓和/或電流時能夠例如最小化或甚至消除在當前的運行狀態(tài)和目標運行狀態(tài)之間的電壓差和/或電流差。

在電壓和/或電流與目標運行模式相匹配后，切換到目標運行模式中。因為電壓和/或電流與在目標運行模式中的電壓和/或電流相匹配，在一些實施例中降低了產(chǎn)生電壓過高和/或過載電流的可能性。

目標運行模式能夠為非時鐘控制的運行模式，例如自由工作運行模式或短路運行模式。根據(jù)本發(fā)明的用于切換逆變器的方法能夠因此在切換到非時鐘控制的運行模式中例如切換到自由工作運行模式中和/或切換到短路運行模式中時使用。

自由工作運行模式能夠如此限定，即在自由工作運行模式中沒有相電流流過或存在零安培的相電流。在一些實施例中相電流至少在輸出端處為零安培，電驅(qū)動器能夠聯(lián)接在該輸出端處。這能夠通過逆變器的所有切換設(shè)備切換成阻斷來實現(xiàn)。

短路運行模式能夠如此限定，即在該短路運行模式中存在零伏的相電壓。在一些實施例中相電壓至少在輸出端處為零伏，電驅(qū)動器能夠聯(lián)接到該輸出端處。這能夠通過逆變器的所有的半橋的某些切換設(shè)備分別切換成阻斷而相應(yīng)的半橋的其余的切換設(shè)備置入到斷開的狀態(tài)中來實現(xiàn)。例如所有的半橋的“上面的”切換設(shè)備能夠切換成阻斷，而“下面的”切換設(shè)備斷開，或反過來。

當前的運行模式能夠為非時鐘控制的運行模式(例如自由工作運行模式或短路運行模式)或時鐘控制的運行模式。當前的運行模式能夠為時鐘控制的運行模式，在該時鐘控制的運行模式中存在相電壓和/或相電流。

根據(jù)本發(fā)明的切換方法能夠在將逆變器從時鐘控制的運行模式切換到自由工作運行模式中時投入使用。在從時鐘控制的運行模式切換到自由工作運行模式中時能夠獲取用于時鐘控制的運行模式的電流值。獲取電流值能夠通過從逆變器的當前的狀態(tài)條件中進行估計或計算(例如通過采用電流調(diào)節(jié)器的數(shù)據(jù))和/或通過測量電流而發(fā)生。匹配過程能夠取決于獲取的電流值被執(zhí)行，以為了匹配用于自由工作運行模式的電流。獲取電流值和匹配過程能夠借助于電流調(diào)節(jié)器發(fā)生。對此電流調(diào)節(jié)器能夠這樣調(diào)整，即該電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)到例如零安培的額定電流。以匹配過程的最終狀態(tài)為出發(fā)點能夠切換到自由工作運行模式中。

備選地或附加地根據(jù)本發(fā)明的切換方法能夠在將逆變器從短路運行模式切換到自由工作運行模式中時應(yīng)用。在此能夠獲取用于短路運行模式的電流值。如在上面的段落中提到的那樣，獲取電流額定值能夠以基于例如電流調(diào)節(jié)信息來估計或計算電流值為基礎(chǔ)和/或以測量為基礎(chǔ)。匹配過程能夠取決于獲取的電流值被執(zhí)行，以為了匹配用于自由工作運行模式的電流。獲取電流值和匹配過程能夠再次借助于電流調(diào)節(jié)器發(fā)生，對此該電流調(diào)節(jié)器能夠這樣調(diào)整，即該電流調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)到例如零安培的電流。在匹配過程后能夠切換到自由工作運行模式中。

備選地或附加地也能夠在將逆變器從時鐘控制的運行模式切換到短路運行模式中時使用根據(jù)本發(fā)明的切換方法。對此能夠獲取用于時鐘控制的運行模式的電壓值。獲取電壓值能夠通過從逆變器的當前的狀態(tài)條件中進行估計或計算(例如通過采用電壓控制裝置的數(shù)據(jù))和/或通過測量電壓發(fā)生。匹配過程能夠取決于獲取的電壓值被執(zhí)行，以為了匹配用于短路運行模式的電壓。在執(zhí)行匹配過程后能夠切換到短路運行模式中。

備選地或附加地根據(jù)本發(fā)明的切換方法能夠在將逆變器從自由工作運行模式切換到短路運行模式中時投入使用。為了獲取用于自由工作運行模式的電壓值，逆變器的電流調(diào)節(jié)器能夠利用零安培的預(yù)設(shè)電流理論值運行。通過相應(yīng)地運行電流調(diào)節(jié)器能夠出現(xiàn)中間狀態(tài)。在該中間狀態(tài)中的電壓值能夠通過從逆變器的當前的狀態(tài)條件中進行估計或計算(例如通過采用電壓控制裝置的數(shù)據(jù))和/或通過測量被獲取并且用作用于匹配過程的獲取的電壓值。備選地電壓值能夠借助于模型以短路模式為出發(fā)點被估計或以其他的方式被確定。匹配過程能夠取決于獲取的電壓值被執(zhí)行，以為了匹配用于短路運行模式的電壓。以匹配的電壓為出發(fā)點能夠切換到短路運行模式中。

匹配電壓和/或電流能夠含有改變電壓和/或電流或使電壓的值和/或電流的值最小化。例如能夠在匹配期間在從0V到±10V的范圍中調(diào)整相電壓和/或在從0A到5A的范圍中調(diào)整相電流。在一些實施例中匹配相電壓和/或相電流意味著調(diào)整大約0V的電壓和/或大約0A的電流。

在匹配過程期間匹配用于目標運行模式的電壓和/或電流能夠依據(jù)函數(shù)。函數(shù)能夠為例如線性函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、或多項式函數(shù)。備選地或附加地函數(shù)能夠為階梯函數(shù)。匹配能夠例如沿連續(xù)地或線性地改變的階梯函數(shù)(例如沿連續(xù)地上升的或下降的階梯函數(shù))發(fā)生，其中例如在具有1ms的持續(xù)時間的每一級中，電流和/或電壓提高或減少了預(yù)設(shè)的值例如10A或10V。

匹配過程能夠具有在從1ms到100ms的范圍內(nèi)的持續(xù)時間。在一些實施例中匹配過程的持續(xù)時間減少到2ms至20ms。例如匹配電壓和/或電流能夠總體來說持續(xù)大約10ms。對于每個轉(zhuǎn)換過程(如從時鐘控制的運行模式到自由工作運行模式中或到短路運行模式中或從短路運行模式到自由工作運行模式中或反過來)能夠確定用于匹配過程的特征性的持續(xù)時間，例如10ms。

通過估計和/或計算和/或通過測量來獲取電壓值和/或電流值能夠快速地發(fā)生。例如能夠比執(zhí)行匹配過程更快速地來估計、計算和/或測量電壓值和/或電流值。切換到目標運行模式中也能夠快速地例如比執(zhí)行匹配過程更快速地執(zhí)行。用于執(zhí)行切換方法的時間間隔能夠因此處于毫秒范圍中，從而快速地調(diào)整可靠的狀態(tài)。

在從自由工作運行狀態(tài)切換到短路運行狀態(tài)中時電流調(diào)節(jié)器能夠在從1ms到100ms的持續(xù)時間上利用零安培的預(yù)設(shè)電流理論值運行。在一些實施例中持續(xù)時間減少到1ms到20ms。電流調(diào)節(jié)器能夠例如利用零安培的預(yù)設(shè)電流理論值運行大約10ms。持續(xù)時間(在該持續(xù)時間期間電流調(diào)節(jié)器相應(yīng)地運行)能夠?qū)τ诿總€轉(zhuǎn)換過程為恒定的。用于執(zhí)行切換方法的時間間隔能夠因此相應(yīng)地延長。

根據(jù)本發(fā)明的切換方法能夠?qū)崿F(xiàn)為促使處理器執(zhí)行所述方法的軟件產(chǎn)品。

本發(fā)明此外涉及機動車的電驅(qū)動器的逆變器。逆變器如上面描述的那樣至少具有自由工作運行模式(在該自由工作運行模式中逆變器位于自由工作中)、短路運行模式(在該短路運行模式中逆變器位于主動式短路中)、以及時鐘控制的運行模式(在該時鐘控制的運行模式中發(fā)生從直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓或從交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓中)，并且含有控制裝置，該控制裝置設(shè)立成用于執(zhí)行所描述的切換方法?？刂蒲b置能夠設(shè)立成用于取用用于相應(yīng)的運行模式的切換型式，以為了使逆變器置于或相應(yīng)地切換到相應(yīng)的運行模式中?？刂蒲b置能夠具有電子構(gòu)件，如微處理器、數(shù)據(jù)存儲器和諸如此類。此外控制單元能夠具有軟件，通過該軟件實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的切換方法，從而微處理器實施切換方法。

逆變器此外能夠具有電路，該電路含有多個例如六個切換設(shè)備，例如IGBT。切換設(shè)備能夠形成全橋電路。

本發(fā)明還涉及帶有逆變器的機動車，如該逆變器在上面所描述的那樣。機動車能夠為電動車輛、混合動力車輛或插電式車輛。機動車此外能夠具有電驅(qū)動器。在逆變器的時鐘控制的運行模式中電驅(qū)動器能夠?qū)⑥D(zhuǎn)矩施加到機動車的驅(qū)動軸上，從而電驅(qū)動器位于行駛運行中。在匹配過程后能夠存在電驅(qū)動器的這樣的工作點，即該工作點類似于目標運行模式例如自由工作運行模式或短路運行模式。電驅(qū)動器的工作點能夠定義為電機的相電流的綜合的空間矢量(Raumzeiger)和相電壓的綜合的空間矢量的組合。

機動車此外能夠含有中間電路、牽引用電池、車輛控制裝置和/或諸如此類。

附圖說明

現(xiàn)在示例性地并且參考附圖描述本發(fā)明的實施例，在其中：

圖1示意性地顯示了用于切換逆變器的方法的實施例的流程圖；

圖2示意性地示出了逆變器的線路；并且

圖3示意性地示出了關(guān)于逆變器的運行模式和在運行模式之間的過渡的概覽。

具體實施方式

在圖1中示意性地作為流程圖示出了用于切換機動車的電驅(qū)動器的逆變器的方法1的實施例。

方法1設(shè)計成用于以逆變器為基礎(chǔ)被實施，該逆變器至少具有自由工作運行模式、短路運行模式以及時鐘控制的運行模式，在該時鐘控制的運行模式中發(fā)生從直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓或反過來。設(shè)計成用于實施該方法的示例性的逆變器21參考圖2被描述。根據(jù)用于切換逆變器的方法1設(shè)置成，將逆變器的運行模式從當前的運行模式切換到與當前的運行模式不同的目標運行模式。用于可考慮作為當前的運行模式的運行模式的示例參考圖3在下文更后面詳細地被描述。

根據(jù)用于切換逆變器的方法1獲取101用于當前的運行模式的電壓值和/或電流值。對此在大多數(shù)過渡中從逆變器的當前的預(yù)設(shè)狀態(tài)中估計電壓值和/或電流值。僅僅在從自由工作模式切換到短路模式時逆變器的電流調(diào)節(jié)器利用零安培的預(yù)設(shè)電流理論值運行，以為了接著從逆變器的當前的預(yù)設(shè)狀態(tài)中估計電壓值和/或電流值。

在103中取決于獲取的電壓值和/或取決于獲取的電流值執(zhí)行匹配過程，以為了匹配用于目標運行模式的電壓和/或電流。在105中以匹配的電壓和/或匹配的電流為出發(fā)點切換到目標運行模式中。

圖2示意性地示出了借助于逆變器21用于運行電驅(qū)動器23的組件2。組件此外包括中間電路25，通過該中間電路25逆變器21與車輛的高伏電池27連接。

逆變器21含有六個切換設(shè)備S11,S12,S13,S21,S22,S23，這六個切換設(shè)備能夠構(gòu)造為IGBT。切換設(shè)備S11,S12,S13,S21,S22,S23成對地作為半橋211聯(lián)結(jié)并且每個切換設(shè)備對或每個半橋211的中間抽頭213與電驅(qū)動器23的相接口231連接，其中圖2為了簡化僅僅示出了半橋211。逆變器21此外含有電容器215，該電容器215與并聯(lián)聯(lián)結(jié)的半橋211并聯(lián)聯(lián)結(jié)。

此外逆變器21含有控制裝置217，該控制裝置217具有微處理器，該微處理器設(shè)立成用于操控和切換切換設(shè)備S11,S12,S13,S21,S22,S23，從而逆變器21能夠在時鐘控制的運行模式、自由工作運行模式或短路運行模式中工作。在時鐘控制的運行模式中半橋211的切換設(shè)備S11,S21如此切換，即使得產(chǎn)生三相的交流電流。在自由工作運行模式中逆變器21的所有的切換設(shè)備S11,S12,S13,S21,S22,S23切換成阻斷。而在短路運行模式中每個半橋211的上面的切換設(shè)備S11切換成阻斷并且每個半橋211的下面的切換設(shè)備21斷開，以為了使電驅(qū)動器23的相接口231短路。

圖3示意性地示出了關(guān)于逆變器例如來自圖2的逆變器21的運行模式以及在運行模式之間的過渡的概覽30。

圖3示出了時鐘控制的運行模式301、自由工作運行模式303以及短路運行模式305。在時鐘控制的運行模式301中在電驅(qū)動器處存在電壓U≥0V和電流I≥0A。在自由工作運行模式303中施加0A的電流，而對于電壓適用U>0V。在短路運行模式305中施加0V的電壓，而對于電流適用I>0A。此外在自由工作運行模式303中能夠通過逆變器21的電壓控制或電流調(diào)節(jié)限定電壓值和電流值。在自由工作運行模式303中不可直接獲取電壓。

圖3此外示出了在時鐘控制的運行模式301、自由工作運行模式303以及短路運行模式305之間的一系列過渡311,313,315,321,331,333。過渡311,313,315基于在圖1中示出的方法1發(fā)生，其中電壓值直接借助于逆變器21的電壓控制獲取，且電流值直接借助于逆變器21的電流調(diào)節(jié)獲取。過渡321同樣基于方法1發(fā)生，其中借助于附加的電流調(diào)節(jié)步驟3211確定電壓值。過渡331,333能夠在不執(zhí)行匹配過程的情況下直接被調(diào)整，因為在該過渡331,333中不必擔(dān)憂過載電流或電壓過高。

在從時鐘控制的運行模式301到自由工作運行模式303的過渡311中獲取了電壓值和電流值。取決于獲取的電流值匹配電流，其中電流在大約10ms內(nèi)逐級地調(diào)節(jié)例如降低到大約0A。接著利用在自由工作運行模式中的切換也就是說通過阻斷所有的切換設(shè)備S11,S12,S13,S21,S22,S23結(jié)束逆變器21的時鐘控制。

在從時鐘控制的運行模式301到短路運行模式305的過渡313中獲取電壓值和電流值。取決于電壓值匹配電壓，其中電壓在大約10ms內(nèi)逐級地控制例如降低到大約0V。接著利用在短路運行模式中的切換也就是說通過阻斷上面的切換設(shè)備S11,S12,S13并且通過斷開下面的切換設(shè)備S21,S22,S23或反過來而結(jié)束逆變器21的時鐘控制。

在從短路運行模式305到自由工作運行模式303的過渡315中獲取電壓值和電流值。取決于電流值匹配電流，其中電流在大約10ms內(nèi)通過對逆變器進行時鐘控制而逐級地調(diào)節(jié)例如降低到大約0A。接著利用在自由工作運行模式中的切換也就是說通過阻斷所有的切換設(shè)備來結(jié)束逆變器21的時鐘控制。

在從自由工作運行模式301到短路運行模式305的過渡313中首先對于大約10ms的時間利用0A的預(yù)設(shè)電流理論值運行逆變器21的電流調(diào)節(jié)器(3211)并且在該時間期間獲取電壓值和電流值。取決于這樣獲取的電壓值匹配電壓，其中電壓在大約10ms內(nèi)逐級地調(diào)節(jié)例如降低到大約0V(3213)。接著利用在短路運行模式中的切換也就是說通過阻斷上面的切換設(shè)備S11,S12,S13并且通過斷開下面的切換設(shè)備S21,S22,S23或反過來而結(jié)束逆變器21的時鐘控制(3213)。

由于在切換到自由工作運行模式中或短路運行模式中之前有針對性地控制或調(diào)節(jié)電壓或電流，能夠平衡在當前的運行模式和目標運行模式之間的電壓差或電流差并且減少或甚至完全阻止瞬態(tài)的過載電流或過載電壓。

參考符號列表

1 用于切換逆變器的方法

101 獲取電壓值和/或電流值

103 匹配電壓和/或電流

105 切換到目標運行模式中

2 組件

21 逆變器

23 電驅(qū)動器

25 中間電路

27 高伏電池

211 半橋

213 中間抽頭

215 電容器

217 控制裝置

231 相接口

S11,S13,S15 上面的切換設(shè)備

S21,S23,S25 下面的切換設(shè)備

30 概覽運行模式

301 時鐘控制的運行模式

303 自由工作運行模式

305 短路運行模式

311 過渡：時鐘控制的運行模式到自由工作運行模式中

313 過渡：時鐘控制的運行模式到短路運行模式中

315 過渡：短路運行模式到自由工作運行模式中

321 過渡：自由工作運行模式到短路運行模式中

331,333 調(diào)節(jié)的過渡

3211 電流調(diào)節(jié)和確定電壓

3213 匹配電壓并且切換到短路運行模式中。