用於運行電網的方法以及用於控制電網的裝置製造方法

2023-07-20 10:25:11

用於運行電網的方法以及用於控制電網的裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於運行電網（44）、尤其是機動車（10）的電網的方法，其中，所述電網（44）具有至少兩個電機（14、34），所述電機經由各一個能控制的逆變器（32、42）與電網（44）連接，其中，導入電機（14、34）中的第一電機的經調節的發電機運行，其特徵在於，在第一步驟中對低於在電網（44）中能供使用的電壓的第一能預設的電壓值的情況進行檢測，隨後在第二步驟中根據電機（14、32）之一的預期的誘導空轉電壓，選出逆變器（32、42）之一，其配屬於電機（14、32）之一併且如此被操控，使得聯接在其上的電機（14、34）在電空轉中運行，從而電機由於其轉動而誘導空轉電壓，其施加在電網（44）中，隨後在第三步驟中對超過在電網（44）中能供使用的誘導空轉電壓的第二能預設的電壓值的情況進行檢測，隨後在第四步驟中操控第一電機（14、34）的逆變器（32、42），使得聯接在其上的第一電機（14、34）在經調節的發電機運行中運行。
【專利說明】用於運行電網的方法以及用於控制電網的裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於運行一電網、尤其是一機動車的電網的方法，其中，所述電網具有至少一個電能存儲器、尤其是一高壓電能存儲器，以及至少兩個電機，所述電機經由各一個可控的逆變器與所述電網連接，其中，為了所述網的電能供給，導入所述電機中的第一電機的經調節的發電機運行。
[0002]此外，本發明涉及一種用於控制一電網、尤其是一機動車的電網的裝置，其具有用於檢測在所述網中可供使用的電壓的電壓檢測器具以及一控制單元，該控制單元構造用於實施上述的方法。
[0003]最後，本發明涉及一種電網，尤其是用於一機動車的電網，其具有一電能存儲器、尤其是一高壓電能存儲器，以及至少兩個電機，所述電機經由各一個可控的逆變器與所述電網聯接，並且具有一上述類型的控制單元。
【背景技術】
[0004]為了在一混合機動車中運行一電的網絡，已知的是，在檢測到一電能存儲器的故障時，將該電能存儲器從所述網絡上電氣地分開並且將所述混合機動車的電機切入到一空轉運行中，用以將一轉動的、機械的經由動力總成系統驅動的電機所誘導的空轉電壓提供給所述網絡，該空轉電壓用於重新激活一電壓調節器。在此，通過所述逆變器的功率開關的打開來導入所述空轉運行並且將由永磁激勵的電機所誘導的空轉電壓提供給所述網絡。
[0005]這種方法例如從W02009/083342中公開。
[0006]電機的誘導空轉電壓取決於該電機的轉速。在所述電機的特別高的轉速或特別低的轉速的情況下，所述誘導空轉電壓可能位於一允許範圍之外。如果所述電壓過低，則該電壓在所述網絡中無法進行調節。如果所述電壓過高，則也可能通過過壓而損壞構件。

【發明內容】

[0007]在該背景下根據本發明提供了一種文章開頭所述類型的用於運行一電網、尤其是一機動車的電網的方法。
[0008]根據所述電機之一的預期的誘導空轉電壓高度，將所述電機之一在空轉中運行，從而在將導入所述電機之一的經調節的發電機運行之前，在該電網中具有一空轉電壓。為此，所述方法包括下列步驟:在第一步驟中，對低於在所述電網中可供使用的電壓的第一可預設的電壓值的情況進行檢測。隨後在第二步驟中根據所述電機之一的預期的誘導空轉電壓高度來選出所述逆變器之一，該逆變器配屬於該電機。如此地操控所選出的逆變器，使得聯接在其上的電機在電空轉中運行。所述電機由於其轉動而誘導一空轉電壓，該空轉電壓施加在所述電網中。在隨後的第三步驟中，對超過在所述電網中可供使用的空轉電壓的第二可預設的電壓值的情況進行檢測。隨後在第四步驟中如此地操控所述第一電機的逆變器，使得聯接在其上的第一電機發電機式地運行。
[0009]此外，根據本發明提供一種裝置，其構造用於實施上述的方法。[0010]最後，根據本發明提供一種具有上述類型的裝置的電網、尤其是用於機動車的電網。
[0011]經調節的發電機運行在此理解為所述電機的一種運行，其中，主動地、交替地、尤其是脈衝寬度調製地操控所配屬的逆變器的功率開關，用以向所述電網提供一誘導的、可調節的發電機電壓。
[0012]藉助於所述電機的空轉運行，誘導一空轉電壓並且在所述電網中提供。為了使所述電機之一在空轉運行中運行，打開所配屬的逆變器的功率開關。這樣，誘導所述空轉電壓並且施加在所述電網中。該空轉電壓用於在所述電網中提供一足夠高的電壓，該電壓能夠實現所述經調節的發電機運行的導入。如此地選擇可預設的第二電壓值，使得其與如下的電壓高度相應，該電壓高度是為導入所述經調節的發電機運行所需的。
[0013]根據本發明，為了提供所述電網中的足夠高的電壓，利用所述至少兩個電機之一的空轉電壓。該電機可以例如是一輔助驅動裝置，其以一不同於另一電機的轉速來轉動。該輔助驅動裝置可以例如用於驅動所述車輛，或者用於驅動車輛中的其它部件，例如作為空調壓縮機或油泵的驅動裝置。這樣，所述至少兩個電機在空轉運行中產生不同的空轉電壓。換句話說，根據本發明不僅一個電機可以用於向所述電網提供所述誘導空轉電壓。而且有至少兩個電機可供使用。這樣，可以可靠地提供一足夠高的空轉電壓，該空轉電壓是導入經調節的發電機運行、尤其也是導入一緊急運行的前提。
[0014]低於或超過一可預設的電壓值的情況的檢測藉助於用於電壓測量的已知的方法來進行。一旦所述電壓測量檢測到一電壓值，該電壓值低於或超過一可預設的電壓值，則檢測到低於或超過一電壓值的情況。該信息的檢測和繼續處理以及所述方法和所述逆變器的控制藉助於適合於此的器具、尤其是通過一控制設備或一控制電子裝置來進行。
[0015]發明優點
通過本發明可以導入一具有更高的可靠性的發電機運行，因為在存在多個電機的情況下選出如下的電機用於產生所述空轉電壓，該電機的預期的空轉電壓適合於導入經調節的發電機運行。當僅具有一個電機時，存在許多運行情況，在這些運行情況中，利用這一個電機可產生的空轉電壓要麼過小，因為該電機例如是靜止的，要麼所述可產生的空轉電壓過高，因為該電機以過高的轉速轉動。
[0016]優選地，根據本發明的方法在車輛的運行期間在所述電能存儲器從所述電網上分開的情況下使用。「車輛的運行期間」理解為車輛的根據設定的運行，即尤其是在以不同的速度和比較短的停頓、例如在十字路口或擁堵時的停頓從地點A向地點B行駛期間。尤其是在車間中執行對車輛的診斷和修理不理解為「車輛的運行期間」。
[0017]在所述電能存儲器、即尤其是高壓電池組從所述電網上分開的情況下，在所述電網中可供使用的電壓在短的時間內下降到一最小值以下。這樣，無法再進行經調節的發電機運行。這樣，所述電壓調節的實際值和額定值之間的差別過大。根據調節路徑的設計，所述調節變得不穩定。可能出現電壓峰值，其破壞所述功率電子裝置。根據本發明的第一可預設的電壓值如此預設，即其與所述最小值相應。
[0018]當所述電機之一隨後在所述電網中施加的空轉電壓超過了所述第二可預設的電壓值時，所述第一電機的逆變器發電機式地操控聯接在其上的第一電機。這時，由於其轉動而誘導一發電機電壓，該發電機電壓施加在所述電網中。優選地，藉助於一電壓調節器來調節所述發電機電壓。用於所述電網的電壓調節器根據已知的方法藉助於合適的器具以及所述控制設備來實施。因此，從受控的空轉運行切換到一經調節的發電機運行中，由此向所述電網提供一可預設的發電機電壓。
[0019]還優選的是，所述第一電機與所述機動車的內燃機的曲軸連接並且在所述發電機運行期間由所述內燃機驅動。至少一個其它的電機與一其它的車橋、一其它的車輛部件，或經由一變速器直接或間接地與所述機動車的車輪連接。由此，所述至少兩個電機在所述車輛的運行期間基本上具有不同的轉速，從而在一空轉運行中能夠誘導不同的空轉電壓並且能夠向所述電網提供。
[0020]還優選的是，所述至少兩個電機利用不同的轉速運行。
[0021]由此在空轉運行中誘導不同的空轉電壓，從而為了導入一緊急運行或發電機運行，根據各轉速的不同，能夠向所述電網提供一最佳的空轉電壓。
[0022]還優選的是，所述至少兩個電機具有不同的空轉特徵曲線。
[0023]由此也可以在相同轉速的情況下誘導不同的空轉電壓並且向所述電網提供。
[0024]還優選的是，電機的預期的誘導空轉電壓基於其轉速和其空轉特徵曲線來確定。
[0025]還優選的是，針對所述空轉運行選出所述電機，其預期的誘導空轉電壓具有與一預設的發電機電壓額定值的最小偏差。
[0026]由此可以向所述電網提供所述空轉電壓值，其具有與一預設的發電機電壓額定值的最小偏差。這樣，可以減小在所述電網中重新啟動所述電壓調節器的情況下的電壓躍變和電壓峰值。
[0027]還優選的是，在所述空轉運行中如下的電機不被運行，其預期的誘導空轉電壓位於一允許的電壓範圍之外。由此防止了向所述電網提供一空轉電壓，其對於導入一可靠地經調節的發電機運行來說是過小的，或者是過高的且由此損壞了敏感的構件。
[0028]優選地，將所述第一可預設的電壓值和所述第二可預設的電壓值預設成相同大小。這樣可以更簡單地轉換所述方法。在該情況下用於轉換所述方法的電腦程式需要較少的資源。
[0029]一般來說優選地，所述第一電機的受控的發電機運行藉助於一脈衝寬度調製方法來執行。這樣，執行一用於產生一可預設的發電機電壓的損失少的並且優化的發電機運行。
[0030]一般來說優選地，一電機構造成永磁激勵的同步機。由此可以通過在沒有電能供給的情況下切換到空轉中而誘導一空轉電壓。
[0031]不言而喻，根據本發明的特徵、特性和優點也可相應地適用於或可應用到根據本發明的方法上，或者反過來。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1以示意圖形式示出了一機動車，其具有一混合動力總成系統和一附加的用於驅動所述機動車的電機；以及
圖2以示意圖形式示出了用於運行一電網的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0033]在圖1中示意性示出了一機動車並且整體上以10表示。該機動車10具有一動力總成系統12，其在該情況下包括一電機14和一用於提供驅動功率的內燃機16。所述動力總成系統12用於驅動所述車輛10的被驅動的車輪18L、18R。
[0034]所述內燃機16經由一曲軸20與一電機、尤其是第一電機14連接或可連接。所述內燃機16和所述電機14可以在一驅動軸22上提供一轉矩t和一可設定的轉速。所述從動軸22與一傳動單元24連接或可連接，用以將所述轉矩t傳遞到被驅動的車輪18R、18L上。所述曲軸20和所述從動軸22在該情況下分別具有一聯接器26、28，用於將所述內燃機16與所述電機14或者說將所述電機14與所述傳動單元24連接起來。
[0035]所述動力總成系統12可以設置用於僅僅藉助於所述電機16來驅動所述車輛10。可替換的是，所述電機16可以如在該情況下那樣是一混合動力總成系統12的一部分。
[0036]所述曲軸20藉助於所述聯接器26與所述電機14的轉子連接或可連接，用以將一轉速或一轉矩傳遞到所述電機14上。所述電機14的轉子與所述從動軸22連接，用以將所述轉矩t傳遞到所述傳動單元24上。所述轉矩t在此通過由所述內燃機16和所述電機14提供的單個的轉矩之和來形成。
[0037]在馬達運行中，所述電機14產生一驅動矩，其例如在一加速階段輔助所述內燃機
16。在發電機運行或再生運行中，所述電機14通過與所述車輛的車輪18R、18L連接的、轉動的從動軸22來驅動並且產生電能，該電能一般來說提供給所述車輛10。
[0038]所述內燃機16通過一燃料罐30來供給燃料。
[0039]所述電機14可以構造成兩相或多相的並且藉助於一功率電子裝置32或一換流器32或脈衝逆變器32來操控並且供給電能。
[0040]所述機動車10還具有一其它的電機、尤其是一第二電機34，其可經由一聯接器36和一傳動裝置38與所述車輛10的車輪40R、40L連接。所述電機34用於提供驅動所述車輪40R、40L的額外的驅動功率。此外，所述電機34用於在發電機運行或再生運行中，當轉動的車輪40R、40L驅動所述電機34時，產生能量並且一般來說提供給所述車輛10。
[0041]所述電機34可以兩相或多相地構成。其藉助於一功率電子裝置42或一換流器42或脈衝逆變器42進行控制並且與所述電網連接。所述電機14、34優選構造成永磁激勵的同步機。
[0042]所述換流器32、42經由一電網44、尤其是一高壓網44與一能量供給單元46例如所述車輛10的一直流電壓供給設備(例如蓄電池、電池組或高壓電池組)46連接。所述換流器32、42和所述能量供給單元46和所述電網44與一控制設備48或一控制電子裝置48連接，其構造用於調節施加在所述電網44中的電壓，尤其是控制和監控所述電機14、34的總能量供給、所述能量供給單元46的充電狀態和所述電網44。為此，給所述控制設備48和包含在其中的電壓調節器48配設尤其是一電壓測量設備49。所述控制設備48的單個地這裡所述的電子功能的配設可以任意地分配到所述動力總成系統的不同的控制單元、例如所述換流器32、42上。
[0043]所述機動車10尤其具有一在圖1中未示出的具有一單獨的電池組的低壓網，用以向所述車輛10的控制設備供給低壓。尤其是所述控制設備48的能量供給和所述換流器
32、42的功率開關的操控通過所述低壓網來進行，其中，所述操控例如用於所述空轉運行以及用於所述發電機運行。在此優選地，所述電網44和所述低壓網藉助於一直流變壓器進行連接，用以交換電能。[0044]所述電機14、34都可以單獨地在一發電機運行或再生運行中發電機式地運行。在此，所述電機產生一發電機電壓，其經由各換流器32、42經電壓調節地饋入到所述電網44中。這樣，所述電能被提供給所述機動車10的其它消耗器和/或用於對所述能量供給單元46進行充電。
[0045]為了使所述電機14、34在經調節的發電機運行中運行，將所述電機14、34優選經由所述換流器32、42以一定的方式、尤其是脈衝寬度調製地進行操控。
[0046]所述換流器32、42為了相應地操控所述電機14、34而具有多個功率開關，它們聯接在多個半橋中。藉助於所述功率開關將所述電機14、34不僅在馬達運行中也在發電機運行中進行控制。
[0047]只要所述電能供給單元46從所述電網44上電脫耦，則所述控制設備48引起一第一電機14的發電機運行的維持或再次導入，用以確保所述電網44的經調節的電能供給。只要所述第一電機14在分開所述能量供給單元46的情況下已經發電機式運行，則能夠繼續所述經調節的發電機運行。如果在分開所述能量供給單元46的情況下沒有電機14、34是發電機式地運行的，則所述電網44中的電壓特別快速地下降。當消耗器、例如電機14、34或DC/DC轉換器為了供給所述低壓網而聯接在所述電網44上時，所述電壓可以在幾個毫秒內下降到0伏。一電機的經調節的發電機運行的接收在僅幾伏的網絡電壓的情況下是無法實現的。由於所述電壓調節器的實際值與額定值的大的偏差，所述調節器變得不穩定。結果導致大的電壓躍變和電壓峰值並且會損壞所述功率電子裝置。如果所述電網44中的電壓低於一第一可預設的電壓值，則根據本發明根據所述電機14、32之一的預期的誘導的空轉電壓來選出所配屬的逆變器32、42之一。如此操控所選出的逆變器32、42，使得聯接在其上的電機14、34在電空轉中運行並且由於其轉動而誘導一空轉電壓。該空轉電壓施加在所述電網44中。在一電機的空轉中，所有的功率開關被打開，從而通過相應的電機14、34所誘導的電壓經由空轉二極體進行整流並且相應地饋入到所述電網44中，其中，所述空轉二極體在所述換流器32、42中將所述功率開關並聯起來。
[0048]如果這時施加在所述電網44中的空轉電壓超過了所述第二可預設的電壓值，則如此操控所述第一電機14的逆變器32，使得聯接在其上的第一電機14發電機式地運行。通過所述內燃機所驅動的機器14由於其轉動而誘導一發電機電壓，該發電機電壓施加在所述電網44中並且可藉助於一電壓調節器48進行調節。因此，從不受控的空轉運行切換到一經調節的發電機運行中，由此向所述電網44提供一可預設的發電機電壓。用於所述電網的電壓調節器48根據已知的方法藉助於合適的器具和所述控制設備48來實施。
[0049]通常所述電網44中的用於針對一經調節的發電機運行而導入和運行所述換流器32,42的功率開關所需的最小電壓為大致70V。
[0050]由此所述電機14、34通過優選不同的中間聯接的傳動裝置24、38而具有不同的轉速，並且具有優選不同的空轉特徵曲線，即在空轉運行中在所述車輛的相同的車輪轉速的情況下提供不同的空轉電壓，可以針對所述空轉運行選出所述兩個電機14、34中的如下電機，其誘導一空轉電壓，該空轉電壓與一預設的發電機電壓額定值的偏差是最小的。
[0051]只要所述機動車10具有多於兩個電機14、34，例如作為輪轂驅動器或其它的輔助驅動器，所述控制設備48可以基於所測量的各轉速和所述空轉特徵曲線選出所述電機14、34之一,該電機誘發一空轉電壓，該空轉電壓與一預設的發電機電壓額定值的偏差是最小的。在此，選出如下的電機14、34，其誘發在一預定義的電壓範圍內的空轉電壓。
[0052]因此，總體上可以在所述電能存儲器46從所述電網44上分開的情況下，確保所述機動車10的其它經調節的電能供給。
[0053]在圖2中示意性示出了用於運行一電網的方法的流程圖並且總體上以50表示。
[0054]該方法50例如通過在所述車輛的運行期間所述電能存儲器46從所述電網44上分開而導入，如在52處所示。隨後在54處根據本發明對低於所述電網44中的第一可預設的電壓值的情況進行檢測。接著在56處根據所述電機14、32之一的預期的誘導空轉電壓來選出一配屬的逆變器32、42之一併且如此地操控所選出的逆變器32、42，使得聯接在其上的電機14、34在電空轉中運行。由於其轉動而誘導一發電機電壓，該發電機電壓施加在所述電網44中。
[0055]在58處檢測，是否這時在所述電網44中施加的空轉電壓超過所述第二可預設的電壓值。只要超過了所述第二可預設的電壓值，則在60處導入所述第一電機14的經調節的發電機運行。為此，如此地操控所述第一電機14的逆變器32，使得聯接在其上的第一電機14發電機式地運行。由於其轉動誘發一發電機電壓，其施加在所述電網44中並且其可藉助於所述電壓調節器48來調節。
【權利要求】
1.用於運行一電網(44)、尤其是一機動車(10)的電網的方法(50)，其中，所述電網(44)具有至少兩個電機(14、34)，所述電機經由各一個能控制的逆變器(32、42)與所述電網(44 )連接，其中，導入(60)所述電機(14、34)中的第一電機的經調節的發電機運行，其特徵在於， 在第一步驟(54)中，對低於在所述電網(44)中能供使用的電壓的第一能預設的電壓值的情況進行檢測， 並且隨後在第二步驟(56)中，根據所述電機(14、32)之一的預期的誘導空轉電壓，選出所述逆變器(32、42)之一，其配屬於所述電機(14、32)之一併且如此地被操控，使得聯接在其上的電機(14、34)在所述電空轉中運行，從而所述電機由於其轉動而誘導一空轉電壓，所述空轉電壓施加在所述電網(44)中， 並且隨後在第三步驟(58)中對超過在所述電網(44)中能供使用的誘導空轉電壓的一第二能預設的電壓值的情況進行檢測， 並且隨後在第四步驟(60)中如此地操控所述第一電機(14、34)的逆變器(32、42)，使得聯接在其上的第一電機(14、34)在所述經調節的發電機運行中運行。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述電網(44)具有至少一個電能存儲器(46)、尤其是一高壓電能存儲器(46)，並且在所述車輛的運行期間在所述電能存儲器(46)從所述電網(44)上分開(54)之後，為了所述電網(44)的繼續的電能供給，導入所述電機(14、34 )中的第一電機的經調節的發電機運行。
3.按照權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，所述電網(44)還具有一電壓調節器(48)，藉助於所述電壓調節器，在所述第一電機(14、34)的經調節的發電機運行的情況下，能夠調節在所述電網(44)中的誘導的發電機電壓。
4.按照權利要求1至3中任一項所述的方法，其中，所述第一電機(14)與所述機動車(10)的內燃機(16)的曲軸(20)連接，並且所述至少一個其它的電機(34)與所述機動車(10)的車橋或車輪(40R、40L)連接。
5.按照權利要求1至4中任一項所述的方法，其中，所述第一電機(14)和所述至少一個其它的電機(34)利用不同的轉速來運行。
6.按照權利要求1至5中任一項所述的方法，其中，所述第一電機(14)和所述至少一個其它的電機(34)具有不同的空轉特徵曲線。
7.按照權利要求1至6中任一項所述的方法，其中，各電機(14、34)的預期的誘導空轉電壓基於各轉速和/或各空轉特徵曲線來確定。
8.按照權利要求7所述的方法，其中，導入所述電機(14、34)中的第一電機的經調節的發電機運行，用於產生所述電網(44)中的具有一預設的發電機電壓額定值的發電機電壓，其中，為了產生所述電網(44)中的空轉電壓選出如下的電機(14、34)，所述電機的預期的誘導空轉電壓具有與一預設的發電機電壓額定值的最小偏差。
9.按照權利要求7或8所述的方法，其中，作為用於產生所述電網(44)中的空轉電壓的電機(14,34)將如下的電機予以排除，所述電機的預期的誘導空轉電壓位於一允許的電壓範圍之外。
10.按照權利要求1至9中任一項所述的方法，其中，所述第一電機的經調節的發電機運行藉助於一脈衝寬度調製方法來執行。
11.按照權利要求1至10中任一項所述的方法，其中，所述第一能預設的電壓值和所述第二能預設的電壓值大小相同。
12.用於控制一電網(44)、尤其是一機動車(10)的電網的裝置(48)，具有用於檢測所述電網(44)中的電壓的電壓檢測器具(49)和一控制單元(48)，所述控制單元設置用於實施按照權利要求1至11所述的方法(50)。
13.電網(44)、尤其是用於一機動車(10)的電網，具有一電能存儲器(46)、尤其是一高壓電能存儲 器(46);以及至少兩個電機(14、34)，所述電機經由各一個能控制的逆變器(32,42)與所述電網(44)連接；並且具有一按照權利要求12所述的控制單元(48)。
【文檔編號】B60L3/04GK103648829SQ201280035892
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2012年7月4日 優先權日:2011年7月21日
【發明者】K-J.瓦爾德, M.維爾特 申請人:羅伯特·博世有限公司