用於運行一用於啟動器馬達的轉換器的方法
2023-05-02 00:05:06
用於運行一用於啟動器馬達的轉換器的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於運行一用於車輛的啟動器馬達、尤其是一傳動帶驅動的啟動器馬達的轉換器的方法，具有如下步驟：檢測所述轉換器的溫度，並且根據所檢測到的溫度利用一額定溫度作為導入參數來調節輸送給所述轉換器的電流。此外，本發明描述了一種用於車輛的啟動器馬達的轉換器，其能夠實施根據本發明的方法。
【專利說明】用於運行一用於啟動器馬達的轉換器的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於運行一用於啟動器馬達的轉換器的方法以及一種用於實施該方法的轉換器。
【背景技術】
[0002]為了運行一電的機器，可以藉助於一轉換器將交流電壓轉換成直流電壓。但在此情況下會產生熱，該熱會使所述轉換器負載。專利文獻DE 10 2010 001 250 Al公開了一種具有兩個轉換器的車載電網，所述轉換器具有多個用於運行一電的機器的切換元件。由此可以減少各轉換器的熱負載。
【發明內容】
[0003]本發明的任務在於,提出一種用於運行一轉換器的方法以及一種轉換器,其中，大大減少了由于波動的溫度而弓I起的熱應力。
[0004]根據本發明的一個方面，該任務通過一種用於運行一用於車輛的啟動器馬達的轉換器的方法解決，具有如下步驟:檢測所述轉換器的溫度，並且根據所檢測到的溫度利用一額定溫度作為導入參數來調節輸送給所述轉換器的電流。通過使用一額定溫度作為導入參數，實現了如下優點，即所述轉換器在運行期間能夠保持在一額定溫度上並且能夠將由於熱波動引起的負載減少到一最小值。由此可以延長所述轉換器的使用壽命。
[0005]在一種有利的實施方式中，所述額定溫度根據一車輛條件來規定。由此實現了如下優點，即根據車輛狀態的不同，可以選擇不同的額定溫度。例如可以將所述額定溫度以很小的步驟在所述車輛開動之後弓I導接近一最大的額定溫度。這額外地減小了在車輛開動時在所述轉換器中的由熱引起的機械應力。
[0006]在另一種有利的實施方式中，在超過所述額定溫度時中斷所輸送的電流。由此實現了如下優點，即在超過所述額定溫度時實現了一立即的冷卻。
[0007]在另一種有利的實施方式中，在超過所述額定溫度時減小所輸送的電流。由此實現了如下優點，即所述溫度緩慢地再次返回到所述額定溫度上並且減小了所述逆變器的強烈的熱波動。
[0008]在另一種有利的實施方式中，檢測所述轉換器的一半導體構件的溫度。由此實現了如下優點，即直接在熱源上檢測溫度並且減小了在所述半導體構件的區域中的峰值溫度。
[0009]在另一種有利的實施方式中，所述半導體構件是一可切換的構件或一經整流的構件。由此實現了如下優點，即根據所述構件類型的不同，可以將不同的額定溫度用作導入參數。
[0010]在另一種有利的實施方式中，檢測所述轉換器的多個半導體構件的溫度。由此實現了如下優點，即可以同時監控多個熱源並且如此地在所述構件之間出現高的溫度差時可在所述逆變器內部實施一用於均勻所述溫度的調節。在多相的啟動器馬達的情況下，在為了所參與的終放極的統一的溫度負載的目的所進行的調節的情況下可以考慮所述相電流的非對稱。
[0011]在另一種有利的實施方式中，向一半導體元件輸送的電流根據所檢測到的相關的半導體元件的溫度來調節。由此實現了如下優點，即各半導體的溫度可相互獨立地進行調節。
[0012]在一種有利的實施方式中，所輸送的電流經由一脈衝寬度調製來調節。由此實現了如下優點，即所述電流的調節可利用一特別合適的電路來實現。
[0013]根據本發明的另一個方面，該任務通過一種用於車輛的啟動器馬達的轉換器解決，其具有:一用於檢測所述轉換器的溫度的溫度檢測裝置，以及一根據所檢測到的溫度利用一額定溫度作為導入參數來調節輸送給所述轉換器的電流的調節裝置。由此實現了如通過上面描述的方法所實現的相同的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]其它的實施例參照附圖來闡述。其中:
圖1示出了一按照現有技術的具有四個切換元件和兩個相的轉換器的電路圖；
圖2示出了一按照現有技術的具有六個切換元件和三個相的轉換器的電路圖；
圖3示出了一按照現有技術的具有十個切換元件和五個相的轉換器的電路圖；
圖4示出了所述轉換器的第一種實施方式的示意圖；
圖5示出了一用於調節所述轉換器中的溫度的調節迴路的示意圖；
圖6示出了所述轉換器的第二種實施方式的示意圖；
圖7示出了所述轉換器的第三種實施方式的示意圖；以及 圖8示出了用於調節所述轉換器的溫度的流程圖。
【具體實施方式】
[0015]下面參照附圖按照所示的發明的結構以及作用方式來闡述本發明。
[0016]為了說明單個的構件，圖1首先示出了一種從現有技術中公開的逆變器101，其用作用於一啟動器馬達SM的從直流電流轉換成兩相的交流電流的轉換器。但在另一種實施方式中，根據本發明的方法也可以用於具有其它轉換器的3相、5相或6相的系統。經由輸入接口 INl和IN2將直流電流輸送給所述逆變器101。所述逆變器將所輸送的直流電流以如下方式在輸出端OUTl和0UT2之間轉變成一交流電流，使得通過所述逆變器能夠驅動用於啟動一內燃機的電動馬達SM。
[0017]所述逆變器101包括切換元件S1、S2、S3和S4,它們用於將所輸送的直流電流轉變成交流電流。所述切換元件S1、S2、S3和S4中的每一個都包括一可切換的半導體構件103、105、107和109以及一經整流的半導體構件111、113、115和117。所述可切換的半導體構件103、105、107和109涉及用於受控地切換電流的電子構件。這種半導體構件111、113、115和117可以是電晶體，例如場效應電晶體、結型場效應電晶體、金屬-氧化物-半導體場效應電晶體(MOSFET)或其它的電晶體類型，它們適合於電流切換的目的。所述經整流的半導體構件111、113、115和117通常通過一 MOSFET的物理地引起的逆二極體形成。在一種可替換的實施方式中，所述經整流的半導體構件111、113、115和117可以涉及功率整流器，例如P + SN+ 二極體、矽-PN 二極體或矽-肖特基二極體。可替換的是，也可以使用其它的合適的整流器。
[0018]尤其是所述馬達的相位數不限於兩個，而是可以尤其在使用啟動器發電機時擴展到3相、5相、6相或η相的馬達。尤其是在多相系統中通過一更加均勻的轉矩並且通過一減小的限速(Abregelung)實現了優點。
[0019]圖2示出了一具有六個切換元件SI至S6以及三個相的轉換器，在該轉換器上可以運用本發明。
[0020]圖3示出了一具有十個切換元件SI至SlO以及五個相的轉換器，在該轉換器上可以運用本發明。
[0021]所述切換元件S1、S2、S3和S4中的每一個都經由一控制導線與一控制單元119連接。該控制單元119以如下方式控制所述切換元件S1、S2、S3和S4，即可以將施加在所述接口 INl和IN2上的直流電壓轉換成一適合於所述啟動器馬達SM的具有適合的頻率和振幅的交流電壓。在此情況下，可以使用所述切換元件的不同的控制裝置，例如一正弦換向的或方塊換向脈衝寬度調製控制裝置。控制單元可以例如涉及一可編程的邏輯控制器(PLC)。
[0022]但本發明不限於使用特定的、上面描述的逆變器101，而是可以與所有類型的轉換器組合地實現，這些轉換器用於產生一適合於啟動器馬達的輸出電壓，例如脈衝逆變器。在此情況下，尤其可以使用不同數量的切換元件、其它的半導體構件、其它的控制單元以及其它的電子構件，它們不一定非得是半導體構件。因此，在本發明的意義上，轉換器理解為一種裝置，其適合於從某一種品質的輸入電流產生另一種品質的適合於啟動器馬達的輸出電流。
[0023]圖4不出了一根據本發明的轉換器201的第一種實施方式。該轉換器201具有一轉換器切換裝置213，其具有兩個輸入端INl和IN2，兩個輸出端OUTl和0UT2以及四個切換元件S1、S2、S3和S4，它們與所述啟動器馬達SM連接。所述切換元件S1、S2、S3和S4在所述轉換器210運行期間產生熱，該熱在運行過程中經由整個轉換器201擴散。
[0024]所產生的熱被一溫度檢測裝置203在所述轉換器201的一適當的部位處檢測到。該部位可以例如位於一殼體或所述轉換器201的電路板上。尤其是可以在一切換的半導體構件、一經整流的構件或任何其它的有源構件或無源構件、例如在一電阻上檢測溫度。
[0025]所述溫度檢測裝置203用作熱探測器或者熱傳感器並且可以例如通過一由陶瓷或由矽製成的電的負溫度係數熱敏電阻(Thermistor，熱敏電阻)，一正溫度係數熱敏電阻、一矽傳感器、一陶瓷正溫度係數熱敏電阻或一半導體溫度傳感器來形成。一般來說，針對所述溫度檢測裝置203考慮所有的裝置，藉助於它們能夠確定所述轉換器201的溫度，例如間接的溫度檢測裝置，其適合於經由一經測量的電流和/或一經測量的電壓來確定溫度。
[0026]所檢測到的溫度值經由一信號導線205引導至一調節裝置215。該調節裝置215可以例如包括一易失性或非易失性存儲、一處理器或一可編程的邏輯電路，其能夠基於所輸送的溫度測量值產生一調節。所述調節裝置215是一調節迴路的部分並且將由所述溫度檢測裝置203所檢測到的溫度與一溫度額定值進行比較，該溫度額定值用作所述調節迴路的導入參數。
[0027]所述溫度額定值可以固定地在所述調節裝置215的一非易失性存儲器中預設或者可以從外部通過一未示出的輸入裝置來設置。尤其是所述溫度額定值可以是時間上可變的或者可以取決於特定的車輛條件。這種車輛條件可以例如是車輛運行的持續時間或啟動器馬達運行的持續時間。
[0028]尤其有利的是，所述溫度額定值在車輛運行的過程中從一首先較低的值被提高到一較高的值上。例如可以在達到一第一溫度額定值之後選擇一更高的第二溫度額定值，從而所述轉換器的溫度能夠緩慢地並且逐漸地以所選擇的溫度步驟來提高。通過所述溫度額定值的緩慢的提高，能夠避免強烈的以及突然的溫度變化。但可替換的是，所述溫度額定值也可以取決於其它的車輛條件。
[0029]如果所檢測到的溫度值與所述溫度額定值有偏差，則例如形成一差值，其用作用於計算一調整參數的其它基礎。輸送給所述轉換器201的電流用作調整參數。為了設定向所述轉換器201輸送的電流，所述轉換器具有一電流控制裝置211，其與所述調節裝置215經由一控制導線209連接。所述電流控制裝置211具有所述輸入端ΙΝT和IN2』並且前置於所述轉換器電路213。經由所述控制導線209能夠以如下方式控制所述電流控制裝置211，使得能夠將輸送給所述轉換器201的電流設定到一確定的值上。這種電流控制裝置211可以包括一可控的電流限制電路，例如一可控的串聯電阻。
[0030]圖5示出了一調節迴路301，其可以用於實現本發明。
[0031]該調節迴路301代表了一用於在一技術程序中影響所述轉換器213的溫度的閉合的作用流程。在此情況下，重要的是，在實施與一額定值或參考值RV的連續的或時間離散的額定-實際比較期間，所檢測到的實際的溫度值AV通過一負反饋FB返回到一調節裝置303 上。
[0032]所述轉換器201的實際溫度在一個點309上被檢測並且經由所述返回FB返回到所述點307上，在該點上通過在所檢測到的溫度值AV和所述溫度額定值RV之間的比較來獲知一調節偏差。所獲知的調節偏差被輸送給所述調節器303，其從所述調節偏差中獲知一調整參數或控制參數CV。所述調整參數CV被輸送給所述調節路徑305，其例如包括所述電流限制電路211。通過使用一調節迴路301產生了如下優點，即所述轉換器201的溫度可以保持在一確定的溫度值上。該溫度值可以以如下方式選擇，使得所述轉換器201的電子構件的熱應力下落到小於現有技術中公知的熱應力。
[0033]一調節偏差的確定可以基於所檢測到的溫度值AV和所述額定溫度值RV的一簡單的比較來進行，但也可以基於複雜的算術運算。
[0034]尤其是可以以如下方式發生一調節，即在存在一超過一確定的閾值的調節偏差時，以如下方式選擇所述控制參數CV，使得向所述轉換器201的電流輸送被中斷。由此接下來所述轉換器201的溫度下降。一旦所述轉換器201的溫度再次下落到低於一確定的值，則所獲知的調節偏差再次處於所述閾值以下並且可以再次接收所述電流輸送。
[0035]在一種可替換的調節中，在存在一超過一確定的閾值的調節偏差時，以如下方式選擇所述控制參數CV，使得向所述轉換器201的電流輸送被減小。由此接下來同樣是所述轉換器201的溫度下降。一旦所述轉換器201的溫度再次下落到低於一確定的值，則所獲知的調節偏差再次處於所述閾值以下並且可以再次提高向所述轉換器201的電流輸送。
[0036]但本發明不限於上面描述的調節裝置，而是可以使用所有的反饋的調節裝置和調節迴路，它們適合於並且允許，將所述轉換器301的溫度調節到一事先選擇的溫度額定值RV上並且基本上保持在其上，從而將一額定溫度用作導入參數。
[0037]圖6示出了一根據本發明的轉換器401的第二種實施方式。在該實施方式中，所述轉換器401同樣具有一轉換器切換裝置413，其具有兩個輸入端INl和IN2，兩個輸出端OUTl和0UT2以及四個切換元件S1、S2、S3和S4，它們與所述啟動器馬達SM連接。
[0038]但在該實施方式中，在所述切換兀件S1、S2、S3和S4中的每一個上分別布置一自身的溫度檢測裝置403、405、407和409，它們可通過已經在上面提到的裝置來形成。
[0039]在此，所述溫度檢測裝置403、405、407和409中的每一個都可以相互獨立地檢測各切換元件S1、S2、S3和S4的溫度。尤其是可以分別在一切換的半導體構件、一經整流的構件或任何其它的有源構件或無源構件、例如在一電阻上檢測溫度。可能的溫度檢測裝置的數量不限於各切換元件S1、S2、S3和S4，而是完全可以設置其它的溫度檢測裝置，例如分別兩個所述切換元件S1、S2、S3和S4，其中一個檢測所述經切換的半導體構件的溫度以及另一個檢測所述經整流的半導體構件的溫度。通過較大數量的測量點，獲得了如下優點，即能夠以如下方式調節向所述轉換器401輸送的電流，即在運行期間確保了一種特別均勻的溫度分布並且特別準確地監控單個的構件的熱應力。同樣好的是，也可以僅在一部分數量的切換元件上設置相應的溫度檢測裝置。
[0040]為了簡化示圖，用於利用一額定溫度作為導入參數來調節溫度的調節迴路僅針對所述第一切換元件Si示出，儘管在該實施方式中也裝備了具有相應的調節迴路的其餘的切換元件S2、S3和S4。因此，總體上在圖6中所示的實施方式中，發生經由四個獨立的調節迴路的溫度調節，它們能夠分別使用一自身的額定溫度作為導入參數。
[0041]經由所述信號導線411，所述溫度檢測裝置403將所述第一切換元件SI的實際溫度值傳送到所述調節裝置415上，該調節裝置在此情況下不僅用於利用一額定溫度作為導入參數來調節所述切換元件S1、S2、S3和S4的溫度，而且同時用於控制所述切換元件S1、S2、S3和S4。為此，例如所述切換元件SI經由一控制導線412與所述控制裝置和調節裝置415連接。如果所述控制裝置和調節裝置415檢測到，存在所測量到的溫度與額定值的偏差，則以如下方式控制所述切換元件SI，使得經由所述切換元件SI輸送給所述啟動器馬達SM的電流被減小。通過該控制，同時間接地調節輸送給所述轉換器401的電流。這種控制可以例如通過在一脈衝寬度控制的情況下延長輸出間隔(Aus-1ntervalle)來實現。當然為此也可以考慮用於所述切換元件S1、S2、S3和S4的其它的控制方法，它們總體上用於調節輸送給所述轉換器413的電流。
[0042]尤其是這種與溫度相關的控制可以針對所述切換元件S1、S2、S3和S4中的每一個分別相互獨立地利用一額定溫度作為導入參數來實施，從而能夠實現所述溫度的一種特別均勻的分布。這裡同樣還可以考慮，針對所述切換元件中的每一個，或者針對每個所使用的溫度探測器使用個別的額定溫度作為導入參數。
[0043]圖7示出了一根據本發明的轉換器501的第三種實施方式。在該實施方式中，所述轉換器501同樣包括一轉換器切換裝置513，其具有兩個輸入端INl和IN2，兩個輸出端OUTl和0UT2以及四個切換元件S1、S2、S3和S4，它們與所述啟動器馬達SM連接。
[0044]在該實施方式中，在所述切換元件S1、S2、S3和S4中的每一個上分別布置一自身的溫度檢測裝置503、505、507和509，它們可通過已經在上面提到的裝置來形成。在此，所述溫度檢測裝置503、505、507和509中的每一個都可以相互獨立地檢測各切換元件S1、S2、S3和S4的溫度。此外，所述切換元件S1、S2、S3和S4中的每一個都分別包括一自身的可控的電流控制裝置519、521、523和527。所述電流控制裝置519、521、523和527中的每一個分別能夠獨立地控制輸送給所述切換元件S1、S2、S3和S4的電流。
[0045]為了簡化示圖，用於利用一額定溫度作為導入參數來調節溫度的調節迴路僅針對所述第一切換元件Si示出，儘管在該實施方式中也裝備了具有相應的調節迴路的其餘的切換元件S2、S3和S4。因此，總體上在圖7中所示的實施方式中，發生所述切換元件S1、S2、S3和S4的溫度的經由四個獨立的調節迴路的調節。所述切換元件S1、S2、S3和S4的狀態分別經由一控制導線517來控制，其為了簡化起見同樣僅在所述切換元件SI上示出。
[0046]所述切換元件SI的溫度檢測裝置503經由一信號導線511與所述調節裝置515連接。此外，所述調節裝置515經由一控制導線512與所述電流控制裝置519連接。如果所述控制裝置和調節裝置515檢測到，存在所測量到的溫度與額定值的偏差，則所述調節裝置515以如下方式控制所述電流控制裝置519，使得所述切換元件SI的溫度被減小到所述額定值上。由此總體上也調節了輸送給所述轉換器501的電流。所述調節裝置515不僅可以用於控制所述電流控制裝置519，而且同樣可以用於經由所述控制導線517控制所述切換元件SI。
[0047]但原則上也可行的是，僅部分數量的切換元件S1、S2、S3和S4設計有可控的電流控制裝置。例如可以僅在兩個切換元件SI和S3上或在兩個切換元件SI和S2上設置電流控制裝置。
[0048]此外，在該情況下可行的是，所述切換元件S1、S2、S3和S4的經電流調節的切換與所述電流控制裝置519、521、523和525的額外的控制相結合地使用，用以以如下方式調節一輸送的電流，使得維持所希望的額定溫度。由此實現了如下優點，即特別有效地以及高效地調入一額定溫度。
[0049]圖8示出了用於調節所述轉換器的溫度的流程圖。在步驟S601中首先在一合適的部位處檢測所述轉換器的當前的溫度，例如在一殼體上，在一電路板上或在一電子構件上。所述溫度T的檢測藉助於一合適的溫度檢測裝置來進行，該溫度檢測裝置也能夠例如間接地經由一電流或電壓測量來確定所述溫度。
[0050]在步驟S603中將所檢測到的溫度值T與一規定的額定溫度Ts進行比較。如果所檢測到的溫度值T和所述額定溫度Ts —致，則所述方法在支路S603-Y上重新分支至步驟S601，並且所述溫度T的檢測直接地或在一時間間隔中重複。
[0051]如果在步驟S603中確定，在所檢測到的溫度值T和所述額定溫度Ts之間存在一偏差，則所述方法在支路S603-N上分支至步驟S605。
[0052]之後，在步驟S605中，以如下方式調節輸送給所述轉換器的電流，使得所檢測到的溫度T接下來接近所述額定溫度Ts。這可以例如通過一臨時地中斷或減小所輸送的電流來實現。為此計算一控制參數，其被傳送到所述轉換器內部的一合適的電流控制裝置上，並且將所輸送的電流控制到該控制參數上。
[0053]在步驟S605之後，所示的方法從前面開始，從而得到一閉合的調節迴路，其中，輸送給所述轉換器的電流通過使用一額定溫度Ts作為導入參數來進行調節。
[0054]由此獲得了如下優點，即能夠實現所述轉換器的一時間上或空間上均勻的溫度並且所述轉換器的熱應力被減小。
[0055]所有結合本發明的不同的實施方式所描述的特徵和方法步驟可以以任意的方式相互組合，用以實現它們有利的效果。
【權利要求】
1.用於運行一用於車輛的啟動器馬達(SM)的轉換器(201)的方法，具有如下步驟: -檢測所述轉換器的溫度(S601)，並且 -根據所檢測到的溫度(AV)利用一額定溫度(RV)作為導入參數來調節輸送給所述轉換器(201)的電流(3603、5605)。
2.按照權利要求1所述的方法，其中，所述額定溫度(RV)根據一車輛條件來規定。
3.按照權利要求1或2之一所述的方法，其中，在超過所述額定溫度(RV)的情況下減小所輸送的電流。
4.按照前述權利要求中任一項所述的方法，其中，在超過所述額定溫度(RV)的情況下中斷所輸送的電流。
5.按照前述權利要求中任一項所述的方法，其中，檢測所述轉換器(201)的一半導體構件(103、…、117)的溫度。
6.按照權利要求5所述的方法，其中，所述半導體構件是一能切換的構件(103、…、109)或一經整流的構件(111、…、117)。
7.按照前述權利要求中任一項所述的方法，其中，檢測所述轉換器(201)的多個半導體構件(103、…、117)的溫度。
8.按照權利要求7所述的方法，其中，構件所檢測到的各半導體構件(103、…、117)的溫度(AV )，調節向一半導體構件(IO 3、…、117 )所輸送的電流。
9.按照前述權利要求中任一項所述的方法，其中，經由一脈衝寬度調製來調節所輸送的電流。
10.用於車輛的啟動器馬達(SM)的轉換器(201)，具有: -一用於檢測所述轉換器(201)的溫度(AV)的溫度檢測裝置(203)，以及 -一用於根據所檢測到的溫度(AV)利用一額定溫度(RV)作為導入參數來調節輸送給所述轉換器(201)的電流的調節裝置(211、215)。
【文檔編號】F02N11/08GK103842640SQ201280049770
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年9月19日 優先權日:2011年10月10日
【發明者】P.梅林格, M.鮑爾, F.馬吉尼 申請人:羅伯特·博世有限公司