用于操控车辆的逆变器的方法和装置以及车辆与流程

本发明涉及一种用于操控车辆的逆变器的方法和这种车辆。

背景技术：

1、由现有技术已知电驱动车辆的传动系，在所述传动系中，由开关损耗和传导损耗引起的、基于igbt的逆变器的损耗热和/或电动机的损耗热用于加热(也称为预调节)这些车辆的驱动电池。为此逆变器和/或电动机例如通过冷却回路与电池热耦合，从而逆变器和/或电动机的废热可以传递至电池。

2、如果电池应在电池具有低温时进行充电过程，则电池的这种预调节尤为重要。这可能此外导致通常对于车辆用户而言不利的充电时间增加。

3、此外，从现有技术中已知如下逆变器，其使用sic mosfet或与其不同的、具有宽带隙的半导体，因为这些逆变器与基于igbt的逆变器相比尤其是在部分负载范围中具有更低的传导损耗和开关损耗并且因此例如能够实现电驱动车辆的更高的续航里程。然而，由于更低的传导损耗和开关损耗，基于sic mosfet的逆变器无法产生足够高的、用于预调节电池的加热份额

4、de 102012223054a1描述了一种用于电动车辆的热管理的方法。控制器设置用于在车辆运行时将牵引电池的温度调节到运行温度范围之内。当电池与充电器和电源连接并且外部温度位于环境温度范围之外时，将电池的温度调节到充电温度范围之内。为此在一种实施方式中电池与热回路连接。

技术实现思路

1、本发明的任务是基于具有低开关损耗和传导损耗的逆变器的损耗热来实现对电池的充分预调节。

2、上述任务通过独立权利要求的特征来解决。从属权利要求具有本发明的优选扩展方案。

3、根据本发明的第一方面，提出一种用于操控车辆的逆变器的方法。在根据本发明的方法的第一步骤中，确定关于与车辆逆变器电和热耦合的电池的加热需求的信息，所述电池优选是用于可电驱动车辆的驱动电池。例如如果电池应在低环境温度下进行充电过程，则电池存在这种加热需求，因为低电池温度(例如低于0℃)通常会导致充电时间增加。例如基于一个或多个温度传感器来确定电池的加热需求，所述温度传感器直接或间接地(例如设置在用于电池的冷却装置上和/或冷却剂回路中等的温度传感器)与电池热耦合。替代或附加地，也可以想到，基于温度传感器估计电池的温度，所述温度传感器不直接或间接地与电池热耦合并且例如是用于检测车辆的环境温度的温度传感器。此外，替代或附加地，也可以基于车辆中接收的天气数据估计电池的温度。所确定的电池温度和预定义的电池目标温度之间的差相应地表示电池的加热需求。应指出，目标温度根据电池的计划用途(例如行驶运行或充电运行等)可以具有不同值。例如借助根据本发明的评估单元确定电池的加热需求，所述评估单元有利地设置用于例如基于计算机程序来执行该方法步骤和随后的方法步骤。为了确定电池的加热需求，这种评估单元例如直接或间接地在信息技术上与检测电池温度的所述一个或多个温度传感器连接。在根据本发明的方法的第二步骤中，评估单元在第一模式中操控逆变器，在所述第一模式中由电池提供的电流流过车辆的与逆变器的ac端子(即交流端子，其在此和在下文中也可以代表多相交流端子)电耦合的电动机(优选车辆的驱动马达)。为此有利地根据电动机转子的角度位置来操控逆变器的具有相应反向二极管(也称为“体”二极管)的半导体开关，使得实现通过电动机的相应电流流动。为此可以使用由现有技术已知的用于确定转子的角度位置和用于根据相应角度位置来操控逆变器的半导体开关的方法。在根据本发明的方法的第三步骤中，通过评估单元在代表逆变器空载的第二模式中操控逆变器，在所述第二模式中流过逆变器的特定半导体开关的反向二极管的空载电流导致对与逆变器热耦合的电池的加热。根据本发明的方法规定，重复地在第一模式与第二模式之间变换，至少直至满足电池的加热需求。还规定，在一段时间内(即在第一模式与第二模式之间的多次相继变换期间)这样操控逆变器，使得流过电动机的平均电流相当于在电动机中不引起转矩的直流电流。此外规定，根据电池的加热需求确定用于在第一模式和第二模式之间重复变换的相应转换时间点。根据本发明的方法提供的优点是，尽管使用尤其是在部分负载范围或特定负载范围中具有更低的传导损耗和/或开关损耗的半导体，但通过根据本发明操控的逆变器能实现足够用于预调节车辆电池的加热份额，其方式是，尤其是通过流经这些半导体开关的反向二极管的电流实现加热。

4、在本发明的一种有利的设计方案中，逆变器的半导体开关是sic-mosfet和/或gan-mosfet和/或si-mosfet。此外，可能的是，逆变器和电动机分别单相地或多相地并且特别有利地三相地构造和/或电动机是他励同步电机。

5、此外，特别有利的是，电池与电动机热耦合，从而可以将通过电动机中的电流流动引起的电动机的升温附加地用于加热电池。电动机与电池的热耦合例如通过一个共同使用的冷却回路和/或通过与之不同的热耦合实现。

6、优选由逆变器提供的第一加热份额和/或由电动机提供的第二加热份额是用于加热电池的加热份额，其例如通过确定在第一模式和第二模式之间重复变换的转换频率来确定。通过更高的转换频率例如可以由于更高的开关损耗而通过逆变器的半导体开关产生加热份额。替代或附加地，可以通过确定逆变器的半导体的相应栅极电压大小来实现相应的加热份额。通过例如以更低的接通电压(例如小于18v或小于15v等)运行半导体开关，能够在逆变器的半导体开关中产生更高的传导损耗，由此可以在整体加热中相应地提高逆变器的加热份额。此外，替代或附加地，可以通过确定在逆变器的对应的高侧和低侧半导体开关的互补转换中必须保持的死区时间的持续时间来实现相应的加热份额，以防止逆变器中的短路。应指出，相应的加热份额可以是预定义的加热份额或可以基于控制和/或调节来调整的加热份额。以这种方式，可以在通过逆变器的加热份额和通过电动机的加热份额之间实现或维持特定于应用的适合的平衡。

7、有利的是，根据逆变器和/或电动机的电流负载能力确定用于加热车辆电池的上述加热份额。优选在达到相应的电流负载能力时限制第一加热份额和第二加热份额，从而不会由于电池的预调节而导致逆变器和/或电动机损坏。

8、此外，逆变器的那些其反向二极管在逆变器的第二模式中传导空载电流的半导体开关在电池的整个加热阶段期间或仅在加热阶段的一部分期间(例如在第一模式和第二模式之间的多次变换期间)例如借助-5v的栅极电压持续地关断并且尤其是主动地关断。替代或附加地，逆变器的那些其反向二极管在逆变器的第二模式中传导空载电流的半导体开关在考虑分别需要的死区时间的情况下与其分别对应的高侧或低侧半导体开关互补地切换。后者因此相应于由现有技术已知的通过逆变器的同步整流。

9、在本发明的另一种有利的设计方案中，在对应的低侧和高侧半导体开关的互补转换中为避免短路所需的死区时间根据电池的加热需求初始地(例如出厂时或从充电周期开始时或之前等)确定和/或随时间以适合的方式调整。后者能够例如通过在充电过程开始时使用更长的死区时间实现最初更快的加热，该加热通过随后使用更短的死区时间逐渐与在加热时要达到的目标温度相适应。为此例如可以基于预定义的特性曲线和/或表格来控制死区时间和/或基于电池的温度测量来调节死区时间。

10、有利的是，电池的热需求根据计划的电池充电过程来确定。为此例如接收车辆中的充电装置的信号和/或与车辆电耦合的充电站的信号并将其用作用于执行根据本发明的方法的触发器。此外，也可以根据预定义的时间和/或根据车辆接近充电站和/或根据与此不同的标准和/或事件来确定计划的充电过程。如上所述，相应于电池的加热需求的对电池的加热可以在控制和/或调节的基础上进行，所述控制和/或调节优选借助上述评估单元来实施。

11、根据本发明的第二方面，提出一种用于操控车辆的逆变器的装置，所述装置可以是独立的部件和/或逆变器本身的组成部分。所述装置包括具有数据输入端和数据输出端的评估单元，所述评估单元例如可以设计为asic、fpga、处理器、数字信号处理器、微控制器等。评估单元设置用于结合数据输入端确定关于与逆变器电和热耦合的车辆电池的加热需求的信息。此外，评估单元设置用于结合数据输出端在第一模式中操控逆变器，在所述第一模式中由电池提供的电流流过车辆的与逆变器的ac端子电耦合的电动机，在代表逆变器空载的第二模式中操控逆变器，在所述第二模式中流过逆变器的半导体开关的反向二极管的空载电流导致对与逆变器热耦合的电池的加热，重复地在第一模式和第二模式之间变换，至少直至满足电池的加热需求并且这样操控逆变器，使得流过电动机的平均电流相当于在电动机中不引起转矩的直流电流。此外，评估单元设置用于根据电池的加热需求确定用于在第一模式和第二模式之间重复变换的相应转换时间点。

12、根据第三方面，提出一种车辆，所述车辆包括根据本发明第二方面的装置。所述车辆例如可以是道路车辆(如摩托车、轿车、运输车、载重汽车)或轨道车辆或飞行器/飞机和/或船只。特征、特征组合以及由其得到的优点相应于结合本发明第一和第二方面所阐述的那些特征、特征组合以及由其得到的优点，因此为避免重复参考上述说明。