电机用的用于通过电机产生制动转矩的控制系统和用于运行电机用的控制系统的方法与流程

1.本发明涉及一种电机用的用于通过电机产生制动转矩的控制系统和一种用于运行电机用的控制系统的方法。


背景技术：

2.对于用电运行的车辆来说，电动机在电动车的运动期间产生再生能量，所述再生能量由车辆的动能产生。所产生的再生能量大多作为电能被传输到车辆中的负载和电池上。对于所述电池由于其充满电、有缺陷或未被连接而不再能够接收能量 这种情况来说，会抑制朝向电池的能量流。通常，电动机本身不能产生制动力矩，而在此没有向电池或负载供电。
3.另一方面，在较长时间的下坡行驶中或者在带有挂车负载的行驶中，可能需要机器的附加的制动力矩，以便能够减轻制动设备的负荷。如果所述电动机本身不能产生附加的制动力矩，则必须将传统的制动设备设计得大得多。
4.在de 10 2010 054 452 al中描述了一种用于电动车的制动调节装置，该制动调节装置在车轮的基础上计算目标制动力矩。所述制动调节装置能够实现abs调节。所述制动调节装置能够包括用于储存再生的能量的电池并且基于荷电状态产生马达转矩命令。


技术实现要素：

5.本发明提供一种根据权利要求1所述的用于电机的用于通过电机来产生制动力矩的控制系统和一种根据权利要求10所述的用于运行电机用的控制系统的方法。
6.优选的改进方案是从属权利要求的主题。
7.本发明的优点本发明所基于的构想在于，说明一种电机用的用于通过电机产生制动力矩的控制系统和一种用于运行电机用的控制系统的方法，其中即使在车辆的电池有缺陷、充满电或未被连接的情况下也还能够通过所述电机产生受控制的制动力矩，而在此没有输出电功率或者能够将所述电功率保持在预先确定的数值范围之内。通过这种附加的制动力矩能够减轻机械的制动器的负荷。
8.根据本发明，一种电机用的用于通过电机在牵引驱动装置上产生制动力矩的控制系统包括控制装置，其中所述控制装置被设立用于：在所述电机的功率电子装置中或者通过所述电机的功率电子装置来如此调节发电机电压或发电机电流，从而在所述牵引驱动装置的运动期间所述电机的电功率能够至少限制在预先确定的最小值之下。
9.所述控制系统有利地适合于电动车和混合动力车。能够馈入到例如用于电驱动装置的电池的直流电路中的电功率能够有利地被保持在特定的数值之下或者被保持为零。
10.根据所述控制系统的一种优选的实施方式，所述控制装置包括开关单元，该开关单元与电机端子并且/或者与功率电子装置相连接并且该开关单元被设立用于接通在电机
端子上和/或在功率电子装置上的短路。
11.如果所述电功率为零或接近于零并且所属的发电机电压等于零或接近于零（低于预先确定的极限值），则所述制动力矩能够有利地通过电机来产生。在此，当在所述电机的电机端子上例如经由接触器进行短路时或者在电子构件之一上、例如在所述电机的功率电子装置（例如变流器）中的半导体结构元件之一上进行短路时，所述发电机电压能够变为零或者接近于零。在半导体元件短路时，上短路和下短路能够交替地进行，例如对于半导体来说热保护性地在三相的或多相的半桥或全桥中进行。
12.根据所述控制系统的一种优选的实施方式，所述控制装置被设立用于查明所述电机的转速并且由此计算或产生由电机产生的发电机电流，从而能够将所述电机的属于发电机电流的电功率实现为比预先确定的极限值小或者等于零。
13.根据所述控制系统的一种优选的实施方式，所述控制装置被设立用于查明电机的转速并且由此根据所述转速查明用于由电机产生的发电机电流的组合特性曲线并且根据所述转速从所述组合特性曲线中查明所述发电机电流。
14.根据所述控制系统的一种优选的实施方式，所述控制装置被设立用于根据所述转速从所述组合特性曲线中查明属于所述发电机电流的电流相位角。
15.根据所述控制系统的一种优选的实施方式，所述控制装置包括功率调节机构，该功率调节机构被设立用于如此产生属于所述发电机电流的电流相位角，使得所述电机的电功率能够限制在预先确定的最小值之下或者能够设置为零。
16.根据所述控制系统的一种优选的实施方式，所述控制装置包括电流调节机构，该电流调节机构被设立用于：为所述电机的相应地所查明的转速分别接收所查明的用于发电机电流和所属的电流相位角的数值并且根据所查明的转速如此对其进行调节，从而在所述电机中产生发电机电压和所属的电压相位角，以便所述电机的电功率能够限制在预先确定的最小值之下或者能够设置为零。
17.根据所述控制系统的一种优选的实施方式，所述电流调节机构与电机相连接，并且在通过所述电流调节机构进行调节之后在电机上产生的发电机电流能够重新作为用于电流调节机构的输入参量加载在该电流调节机构上。
18.根据所述控制系统的一种优选的实施方式，所述控制装置被设立用于：由在所述电机上所产生的发电机电流并且/或者由所述电压相位角的相应地属于所产生的发电机电流的数值并且/或者由所述发电机电压的相应地属于所产生的发电机电流的数值来查明所述电机的所产生的电功率并且作为用于功率调节机构的输入参量来产生所述电功率。
19.根据本发明，在所述用于运行电机用的控制系统的方法中，在所述电机的功率电子装置中或者通过所述电机的功率电子装置如此调节发电机电压或发电机电流，从而在牵引驱动装置的运动期间将所述电机的电功率至少限制在预先确定的最小值之下并且在此通过所述电机在所述牵引驱动装置上产生制动力矩。
20.根据所述方法的一种优选的实施方式，所述控制装置查明电机的转速并且由此根据所述转速查明用于由所述电机产生的发电机电流的组合特性曲线。所述控制装置能够根据所述转速从所述组合特性曲线中查明发电机电流或者计算发电机电流。
21.根据所述方法的一种优选的实施方式，功率调节机构如此产生属于所述发电机电流的电流相位角，从而将所述电机的电功率限制在预先确定的最小值之下或者设置为零。
22.根据所述方法的一种优选的实施方式，电流调节机构为电机的相应所查明的转速分别接收所查明的用于发电机电流的数值并且根据所查明的转速如此调节所属的电流相位角，从而在所述电机中产生发电机电压和所属的电压相位角，从而将所述电机的电功率限制在预先确定的最小值之下或者设置为零。
23.根据所述方法的一种优选的实施方式，在通过所述电流调节机构进行调节之后在电机上产生的发电机电流重新作为用于电流调节机构的输入参量被加载在该电流调节机构上。
24.根据所述方法的一种优选的实施方式，所述控制装置从在所述电机上产生的发电机电流中并且/或者从所述电压相位角的相应地属于所产生的发电机电流的数值中并且/或者从所述发电机电压的相应地属于所产生的发电机电流的数值中查明所述电机的所产生的电功率，并且作为用于功率调节机构的输入参量来产生所述电功率。
25.所述方法的突出之处也能够有利地在于已经结合控制系统提到的特征及其优点并且反之亦然。
26.本发明的实施方式的其他特征和优点从以下参照附图所作的描述中得出。
附图说明
27.下面借助于在附图的示意图中说明的实施例详细解释本发明。其中：图1示出了在电动车中的按照本发明的一种实施例的用于电机的控制系统的示意图；图2示出了按照本发明的另一种实施例的控制系统的示意性的框图；图3示出了按照本发明的另一种实施例的控制系统的示意性框图；并且图4示出了按照本发明的另一种实施例的控制系统的示意性的框图。
28.在附图中相同的附图标记表示相同的或者功能相同的元件。
具体实施方式
29.图1示出了在电动车中的按照本发明的一种实施例的用于电机的控制系统的示意图。
30.在电动车f或混合动力车中能够存在牵引驱动装置t，所述牵引驱动装置能够由电机em驱动。除了机械的制动器之外，所述电机也能够有利地如此产生制动力矩，使得所述电池不通过再生能量来充电。为此，能够将发电机电压设置为等于或接近于零，以便能够将电功率p
el
保持为接近于或等于零。为了能够实现这一点，所述电机能够被连接到控制系统10上。
31.所述控制系统10中的控制装置能够包括开关单元s，该开关单元s与电机em的电机端子和/或功率电子装置相连接并且该开关单元被设立用于在电机端子上并且/或者在功率电子装置上接通短路。
32.图2示出了按照本发明的另一种实施例的控制系统的示意性的框图。
33.所述用于电机em的控制系统10包括控制装置se，其中所述控制装置se被设立用于在所述电机的功率电子装置le中或者通过所述电机的功率电子装置来如此调节发电机电压或发电机电流，从而在牵引驱动装置的运动期间所述电机em的电功率p
el
能够至少限制在
预先确定的最小值之下。
34.在此，所述控制装置se能够被设立用于查明、即有利地从对于电机的运行的监控中读出所述电机em的转速d并且由此用组合特性曲线kf根据所述转速d查明由所述电机em产生的发电机电流is（相位和电流在此是转速的函数）。所述控制装置se此外能够被设立用于根据所述转速d从所述组合特性曲线kf中查明属于所述发电机电流is的电流相位角φi、即识别在当前转速下电流处于哪个相位中。
35.所述控制装置se此外能够包括电流调节机构str，该电流调节机构能够分别从控制装置处获得发电机电流is的和所属的电流相位角φi的数值。所述电流调节机构str能够被设立用于：为所述电机em的相应所查明的转速分别接收对于发电机电流is和所属的电流相位角φi而言的所查明的数值并且根据所查明的转速d如此对其进行调节，从而在所述电机em中产生发电机电压us和所属的电压相位角φu（即能够产生具有所属的相位φu的发电机电压us），使得所述电机em的电功率p
el
能够限制在预先确定的最小值之下或者能够设置为零。所述电机在此能够包括换流器，在所述换流器上能够例如也用转换元件（i/o）来加载相应的调制。
36.用所述预先确定的最小值能够确保的是，足够少的功率流入用于电池的直流电路中，然而所述功率能够特别有利地等于零。
37.所述电流调节机构str能够与电机em相连接，并且在通过所述电流调节机构str调节之后在所述电机em上产生的发电机电流is_i（在相应的步骤中在电机的输出端上是主导的）能够重新作为用于电流调节机构str的输入参量加载在所述电流调节机构str上。因此，能够实现迭代的调节回路并且在最初调节发电机电流及其相位之后为了获得发电机电压us和所属的相位φu如此用每个步骤重新对所述迭代的调节回路进行调整，以便适应性地接近用于低于预先确定的最小值或为零的电功率的条件。
38.在此能够有利地将所述发电机电压us设置为等于零。
39.作为替代方案或补充方案，能够在所述电流调节机构str中如此调节所述发电机电流is，从而产生所述电功率p
el
＝3*us*is* cos（φ
umi
），其中φ
umi = mod（φ
u-φ
i π，2*π）-π），φ
umi
作为在φu和φi之间的角度差，两个相位角能够沿着形成场的和形成转矩的方向来表示。
40.因此，所述电机em的p
el
能够在预先确定的最小值或零以下产生。对于所述电流is的调节例如能够用具有场定向调节或类似调节的标准调节器来进行。
41.图3示出了按照本发明的另一种实施例的控制系统的示意性的框图。
42.图3的实施方式与图2的实施方式的区别在于，虽然类似于图2中的实施方式来提供所述发电机电流is或者其数值，然而其相位角φi如此由所述控制装置se确定和产生，使得所述电机em的由发电机电流和其相位所产生的电功率p
el
能够在预先确定的最小值之下产生或者为零。随后，如关于图2所描述的那样，也能够基于这些数值来调节所述发电机电压及其相位。然后，在迭代的步骤中能够查明实际的功率p
el
并且重新调整所述电流相位角φi和/或发电机电压及其相位。
43.为此目的，所述控制装置se能够包括功率调节机构lr，该功率调节机构被设立用于如此产生属于发电机电流is的电流相位角φi，使得所述电机em的电功率p
el
能够限制在预先确定的最小值之下或者能够设置为零。因此，在给定电流is的长度时，能够如此调准电
流的相位角，使得所述电功率变为最小或零，并且因此没有或几乎没有功率流到直流电路、例如电池中。在此，所述控制装置se能够在开始时将有待实现的功率设置为等于零并且查明、有利地产生由此所需的、用于特定的发电机电流的相位（由转速来确定）并且将其作为输入参量传送给所述电流调节机构str。
44.此外，图3的实施例还能够包括另一反馈的调节回路、有利地利用在电机em上实际存在的电流is-i，以便查明所述电机em的实际的瞬时电功率并且确定相对于所期望的功率p
el
＝0的差。这条调节回路能够通过控制装置se来实现。为此，也能够考虑其它参量、例如发电机电压us和其相位角φu。为了该目的，所述控制装置se能够被设立用于：由在所述电机em上产生的发电机电流is_i并且/或者由所述电压相位角φu的相应地属于所产生的发电机电流is_i的数值并且/或者由所述发电机电压us的相应地属于所产生的发电机电流is_i的数值来查明所述电机的所产生的电功率p
el-i并且作为所述功率调节机构lr的输入参量来产生，以用于重新调节发电机电流的相位。
45.图4示出了按照本发明的另一种实施例的控制系统的示意性的框图。
46.图4的实施方式与图3的实施方式的区别在于，取代相对于相应的转速d来最初确定发电机电流is的做法，不是由组合特性曲线来查明所述发电机电流，而是例如能够由所述控制装置se预先给定所期望的发电机电压us' =0，所述发电机电压而后通过对于发电机电流is的相应的选择能够引起最小化的或消失的电功率p
el （在如在图3中所解释的那样确定其他参量的情况下）。因此，所述控制装置se能够被设立用于：查明所述电机em的转速d并且由此计算或产生由所述电机em产生的发电机电流is，从而当所述电压、电流和/或其相位的这些特定的条件得以满足时，能够产生所述电机em的属于发电机电流is的电功率，所述电功率小于预先确定的极限值或等于零。
47.在理论上，当其余参量根据p
el
＝3* us* is*cos（φ
umi
）得出时，在发电机电压us＝0的情况下产生等于零的电功率。
48.对于us＝0或cos（φ
umi
）＝0来说，而后能够得出这一点，即：p
el
＝0或至少低于一个可以容忍的极限值。
49.然而，可能出现这些参量与特定的参量的偏差，并且因此可能为所产生的（实际上在迭代步骤中所查明的）功率设置可以容忍的预先确定的极限值，然后能够将所述功率保持在该极限值之下。
50.因此，通过例如由所述电流调节机构str对电流进行的调节，作为由此产生的直接的结果也能够调节所述电机的转矩。通过所述调节，也能够提供这样的在动力传动系中不产生振动或者几乎不产生振动的转矩，也就是说能够减小或者避免转矩中的冲击。
51.虽然前面借助于优选的实施例对本发明进行了充分描述，但是本发明不局限于此，而是能够以多种方式和方法被修改。