[发明专利]用于运行由逆变器操控的电机的控制装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于运行由逆变器操控的电机的控制装置和方法。

背景技术

通常使用感应式电机形式的电机驱动混合车辆或者电动车辆，所述电机与逆变器(经常也称作Inverter(变换器))结合地被运行。电机在此可选地以发动机或发电机运行方式被运行。在发动机运行中，电机产生驱动力矩，该驱动力矩在用于混合车辆中时支持内燃机，例如在加速阶段。在发电机运行中，电机产生电能，所述电能被存储在储能器中，诸如电池或者超级电容(Super-Cab)。电机的运行方式和功率通过逆变器调节。

已知的逆变器包括一系列开关元件，利用所述开关元件将电机的各个相可选地接至高供电电压电位或者低供电电压电位。在此，分别两个串联的开关元件构成半桥分支，其中第一开关元件与高供电电压电位连接，并且第二开关元件与低供电电压电位连接。电机的每个相于是分别与一个半桥分支相连接。所述开关元件由外部控制单元操控，所述外部控制单元根据驾驶员意愿(加速或者制动)为电机计算额定运行点。所述逆变器与控制单元连接并从其获得对应的运行数据或控制指令。

对于经由逆变器被控制的电机，逆变器的半导体功率器件——下文简称为功率器件——尤其在当转速小时以高电流运行中遭受高热负荷。这样电动车辆或者混合车辆例如必须在纯电行驶运行方式中仅仅能够借助电机起动。如果电机在此在没有平衡转速的耦合元件、例如转矩转换器或者摩擦离合器的情况下与传动装置及从而车辆的车轮连接，那么电机就必须提供从“零”转速起的所需要的起动力矩。例如在陡坡处或者也在街边石边棱处需要特别高的起动力矩。

如果电机例如实施为同步电机，那么定子中的力矩产生场直接与电机转速耦合。由此电场在转速为零时根本不运动或者在转速小时仅非常缓慢地运动，但这导致产生该场的逆变器必须利用相同的功率器件较长时间地提供所需电流。因此逆变器功率器件的负荷在该运行范围内不均匀，从而在功率器件处出现不同的温度。而在较高转速时几乎不出现温差，因为热时间常数明显大于功率器件的换向时间。

由于在逆变器功率器件处出现的温度偏移决定性地影响所述器件的寿命，必须限制功率器件中的温度偏移。为此在达到温度偏移的极限值时降低用于产生力矩产生场的电流并因而限制电机的转矩或功率。

由EP1 768 238A1已知一种用于限制电动机末级温度的方法，其中温度由至少一个包含在末级的桥式构件通过以下方式确定，即测量流经桥式构件的相电流，从相电流中计算桥式构件的损耗功率，由损耗功率确定在桥式构件处得出的温度提高，并且将与末级基板的温度加到温度提高上。当所确定的桥式构件温度超过特定最大温度时，则降低电动机的输出力矩。

发明内容

本发明提供一种用于运行由逆变器操控的n相电机的方法，其中n≥1，其中所述逆变器包括具有可控功率开关元件和分别与之并联的功率二极管形式的功率器件的n个半桥分支，其中每个所述半桥分支布置在单独的半导体模块上，其共同布置在基板上。至少对于低于可预定转速阈值的电机转速范围，确定流经半桥分支的相电流、施加在功率器件上的电压和半导体模块上的温度。从分别在功率器件处流动的电流和分别施加的电压为每个所述功率器件计算损耗功率。从损耗功率接着为每个所述功率器件以及为温度传感器确定相应的温度偏移，所述温度传感器用于确定半导体模块上的温度。然后，由所确定的在半导体模块上的温度和所确定的在温度传感器处的温度偏移确定基板的温度并且最后根据所确定的温度偏移和所确定的基板温度来确定电机的转矩或者功率。

根据另一实施方式，本发明提供一种用于运行由逆变器控制的n相电机的控制装置，其中n≥1，其中所述逆变器包括具有可控功率开关元件和分别与之并联的功率二极管形式的功率器件的n个半桥分支，其中每个所述半桥分支布置在单独的半导体模块上，其共同布置在基板上，所述控制装置具有检测装置，其被设计用于至少对于低于可预定转速阈值的电机转速范围确定流经半桥分支的相电流、和在功率器件上施加的电压和半导体模块上的温度；第一计算装置，其被设计用于从分别在功率器件处流动的相电流和分别施加的电压为每个所述功率器件计算损耗功率；第二计算装置，其被设计用于由损耗功率为每个所述功率器件以及为温度传感器确定相应的温度偏移，所述温度传感器用于确定半导体模块上的温度；第三计算装置，其被设计用于从所确定的在半导体模块上的温度和所确定的在温度传感器处的温度偏移确定基板的温度；以及第四计算装置，其被设计用于根据所确定的温度偏移和所确定的基板温度来确定电机的转矩或者功率。