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CN104094519A - 基于电动机器的温度来控制其电力供应的系统和方法 - Google Patents

基于电动机器的温度来控制其电力供应的系统和方法 Download PDF

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CN104094519A CN201380008182.0A CN201380008182A CN104094519A CN 104094519 A CN104094519 A CN 104094519A CN 201380008182 A CN201380008182 A CN 201380008182A CN 104094519 A CN104094519 A CN 104094519A
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Abstract

本发明涉及用于对向电动机器供应的电力进行控制的系统，该电动机器被装配在机动车辆上并且有助于所述车辆的运动，该控制系统在其输入处连接至用于估算该电动机器(2)的转子(2a)的温度的一个装置(10)以及测量该电动机器(2)的定子(2b)的温度的一个温度传感器(11)上。该控制系统包括由用于基于在该控制系统的输入处接收到的转矩和转速请求来指派该电动机器的供应电流的一组值组成的多个图谱，其中该控制系统还包括一个用于选择图谱的切换装置(9)，基于来自该用于估算转子温度的装置(10)以及来自定子温度传感器(11)的信号，该切换装置的供应电流信号被传送至该电动机器。

Description

基于电动机器的温度来控制其电力供应的系统和方法
技术领域
本发明的技术领域是向电动马达供应电力并且更确切地说是向受到电力限制器保护的电动马达供应电力。
背景技术
电动机器一般包括被称为转子的运动部分以及被称为定子的固定部分。转子被穿过该定子以及转子的电流流通所产生的磁力所驱动而进行运动。为了与内燃发动机竞争，这些电动机器的动力在几年来已经大大提高。然而，电流穿过转子和定子的流通通过焦耳效应而导致了升温。在电动机器的控制的背景下，对定子和转子的温度进行监测以防止损坏。超出一个阈值温度时，功率受到限制以便将该转子和定子保持在它承受住损伤的温度之下。因此，温度升高到超过该阈值越多，功率被减小的量就越大。然而，可能发生的是仅有转子或仅有定子遭遇了升温，而其配对物仍处于其阈值温度以下。由于电动机器的动力依赖于流通穿过转子的以及流通穿过定子的功率，因此这二者之一的任何减小都会导致该电动机器的总功率的减小。
需要使得有可能限制以下情形的一种电动机器控制系统，该情形为在转子和定子的升温方面存在不对称性。
以下文献是从现有技术中已知的。
文献WO 2009003478传授了如果部件的温度超过一个临界阈值时如何限制功率。
文献US 2006087789描述了以下一种系统，在该系统中如果(磁阻)马达升温到超出某个温度，则定子控制电路被关掉。
文献RU 2003 132783描述了基于用于冷却多个部件的风扇对空气冷却进行电子控制。
文献US 3555356披露了用于限制电流以便保护部件不过热的一种分立式电子系统。
文献WO 201140845传授了当转子温度超过一个温度阈值便降低转子的端子间电压或转子电流。
文献GB 2478361描述了用于保护马达以免其部件过热的一种系统，该系统根据该马达的部件之一的温度的经提炼函数而对马达转矩设定点使用一种限制，其中此部件有可能是该转子的磁铁或该定子的线圈。
文献JP 1274685描述了用于保护马达以免其部件过热的一种系统，其中在确定该转矩设定点时考虑了该马达的定子与转子之间的温度差异。
所引用文献均不能解决转子的升温与定子的升温之间的不对称性。
发明内容
本发明的一个目的是减小转子与定子之间的升温差异，以便延迟或消除为保护转子和定子不受损伤而进行的功率限制的开始。
提出了一种用于对向机动车辆所装备的电动机器供应的电力进行控制的系统，该控制系统在输入处连接至一个用于估算该电动机器的转子的温度的估算装置以及一个测量该电动机器的定子的温度的温度传感器上。该控制系统包括针对于限制电损失而进行了优化的一个第一电流图谱、针对于减少该转子中的损失并且增大该定子中的损失而进行了优化的一个第二电流图谱、以及针对于增大该转子中的损失并且减小该定子中的损失而进行了优化的一个第三电流图谱，这些图谱包含一组值，这组值使得有可能基于在该控制系统的输入处接收的转矩和转速值来确定电动机器供应电流，该控制系统还包括能够选择该图谱的一个转换装置，该转换装置的供应电流信号基于来自该用于估算转子稳定的装置的信号以及来自该定子温度传感器的信号而被传送至该电动机器。
该控制系统可以包括一个时间延迟装置，该时间延迟装置能够基于该转矩请求信号而延迟来自这些图谱或该第三图谱的信号的传送。这样一个控制系统提供了在改变图谱时避免震摇的优点。
还提出了一种用于对向机动车辆所装备的电动机器供应的电力进行控制的方法，并且该电动机器有助于所述车辆的推进，该电动机器包括一个配备有温度估算装置的转子以及一个配备有温度传感器的定子。该方法包括以下步骤：
接收一个电动机器转矩和转速请求，
确定该定子的温度和该转子的温度，
确定该定子的温度与该转子的温度之间的差异，
确定满足该转矩和转速请求的至少两个电动机器供应电流值，
基于该定子的温度和该转子的温度选择一个供应电流值，并且
将所选择的值朝该电动机器传送。
如果转子温度高于一个第一阈值的值并且转子温度与定子温度的差异高于一个第二阈值的值，则所选择的值有可能是来自针对于减小转子中的损失并且增大定子中的损失进行了优化的这些电动机器供应电流中的值。
如果定子温度高于一个第三阈值S3的值并且转子温度与定子温度的差异高于一个第四阈值S4的值，则所选择的值有可能是来自针对于增大转子中的损失并且减小定子中的损失进行了优化的这些电动机器供应电流中的值。
如果转子温度与定子温度的差异小于该第二阈值的值，则所选择的值有可能是来自针对于限制电损失进行了优化的这些电动机器供应电流中的值。
有可能延迟这些电动机器供应电流值的传送，直到已经确定该转矩请求低于一个第五阈值S5的值。
附图说明
通过阅读以下仅以非限制性实例的方式给出的并且参考附图所作出的说明，进一步的目的、特征和优点将变得清楚，在附图中：
-图1展示了该电力供应控制系统的关键元件，并且
-图2展示了在控制电力供应的方法中的关键步骤。
具体实施方式
一个绕线转子同步电动机器针对给定的转速产生一个转矩，该转矩依赖于供应给该电动机器的多个相的控制电流。将会想到，转子电流表示为If，并且定子被供以表示为Id和Iq的两个电流。存在大量的电流三联值(Id，Iq，If)允许实现给定的转矩值。在正常模式下选择的三联值一般是将产生最少电损失的那些。然而，可以使用其他三联值来产生相同的转矩而同时限制转子或定子处的热量释放。
此外，通过补偿在定子温度与转子温度之间可能出现的不平衡性，有可能避免触发对功率的温度引发式限制，英语中更常称为“温度减额”。
图1示出了用于对向电动机器2供应的电力进行控制的一种控制系统1，该控制系统包括一个转子2a和一个定子2b。
该用于对向电动机器供应的电力进行控制的系统1在输入处连接至一个用于控制电动机器的功率的系统上，该系统能够确定所述机器的转矩和转速设定点。该电力供应控制系统1在输入处还连接至一个用于估算转子2a的温度的装置10以及一个测量定子2b的温度的温度传感器11上。
该电力供应控制系统1还可以连接到一个开关3上。
该电力供应控制系统1包括载有一个转矩设定点的一个第一输入连接件4以及载有转速的一个第二输入连接件5。该电力供应控制系统1包括针对于限制电损失进行了优化的由电流Id、Iq、If组成的一个第一图谱6，针对于减小转子中的损失并且增大定子中的损失而进行了优化的由电流Id、Iq、If组成的一个第二图谱7，以及针对于增大转子中的损失并且减小定子中的损失而进行了优化的由电流Id、Iq、If组成的一个第三图谱8。这些图谱包含一组值，这些值允许向所请求的转矩值T和转速N指配这些电动机器电力供应相电流Id、Iq、If。
该第一图谱在输入处通过支路4a连接至该第一输入连接件4并且通过支路5a连接至第二输入连接件5。同样，该第二图谱在输入处通过支路4b连接至第一输入连接件4并且通过支路5b连接至第二输入连接件5，而第三图谱在输入处通过支路4c连接至第一输入连接件4并且通过支路5c连接至第二输入连接件5。
该电力供应控制系统1此外包括一个转换装置9，该转换装置在输入处通过连接件6a连接至第一图谱6、通过连接件7a连接至第二图谱7并且通过连接件8a连接至第三图谱8。该转换装置9此外在输入处通过连接件10a连接至估算装置10并且通过连接件1ia连接至传感器11。该转换装置9还在输入处通过连接件3a连接至开关3。开关3可以是发出二态逻辑信号的一个控制装置。
转换装置9在输出处通过连接件12a连接至用于控制该电动机器的转子和定子的电压的一个装置12上。
在操作过程中，转换装置9基于在连接件10a、10b和3a上接收到的信号而使得连接件12a与连接件6a、7a或8a中的一者或另一者联通。
默认情况下，转换装置9在输出处朝向用于对向该电动机器的转子和定子供应的电力进行控制的装置12传送多个电动机器相供应电流值，这些值是基于在输入连接件4、5上接收到的转矩请求T和转速请求N由该第一图谱6确定的。
一旦切换装置9经由连接件3a接收到一个激活信号，它就开始监测转子和定子的温度。
该转换装置9确定在连接件10a上接收到的转子温度Trot是否高于第一阈值SI的值并且在连接件1ia上接收到的转子温度Trot与定子温度Tstat之间的差异是否高于一个第二阈值S2的值，开关9使得连接件12a与连接件7a相联通。确定SIS3S3S2S4S4，即为第一阈值的值(例如82℃)以及第二阈值的值(例如30℃)并将其储存在转换装置9的存储器中。因此，转换装置9在输出处朝向该电动机器转子与定子电力供应控制装置12传送由第二图谱7基于在输入连接件4、5上接收到的转矩T和转速N请求所确定的这些电动机器相供应电流值。这具有减小转子中的电流以及增大定子中的电流的作用。该电动机器的总功率得到维持但转子温度的升高被减慢或中止。因此推回或避免了功率限制的开始。
如果定子温度Tstat高于一个第三阈值S3(例如96℃)并且定子温度Tstat与转子温度Trot之间的差异高于一个第四阈值S4(例如30℃)，则转换装置9使得连接件12a与连接件8a相联通。因此，转换装置9在输出处朝向该电动机器转子与定子电力供应控制装置12传送由第三图谱8基于在输入连接件4、5上接收到的转矩T和转速N请求所确定的这些电动机器相供应电流值。这具有减小定子中的电流以及增大转子中的电流的作用。该电动机器的总功率得到维持但定子温度的升高被减慢或中止。因此推回或避免了功率限制的开始。
第一阈值SI和第三阈值S3的值取决于转子和定子的结构和性能而具有相同的值或不同的值。第二阈值S2和第四阈值S4的值也是如此。
转换装置9还可以在用于激活第二图谱或第三图谱的条件不再被满足时使得连接件12重新与第一图谱6相联通。
替代地，除了限定第二图谱或第三图谱的激活可能必须满足的这些条件的这个表达式之外，还可以提供其他的阈值。因此，有可能限定一个滞后程度，以用于限制当从把控两个图谱之间的切换的这些表达式得到的值接近于这些阈值时在由使用第一图谱与使用第二或第三图谱中一者或另一者之间的来回切换所造成的波动。例如，可以考虑阈值SI至S4的值的10℃差异，以便限定一个滞后程度。
第二或第三图谱的使用必然要使用没有针对于限制电损失进行优化的电动机器相供应电流。这意味着车辆里程的减少、但允许保护该电动机器而同时将其可实现的转矩维持在最大值。这在局部升温过程中是特别有利的。
然而，如果转子温度和定子温度太接近，则电力供应控制系统1不再被激活，因为它将具有加速返回到转子或定子功率限制的趋势。这是因为，如果将被激活，该控制系统将使得转子或定子的温度更容易升高，因此缩短了功率限制被激活之前的时间。
还有可能规划仅在转矩请求很低时进行图谱的改变，以避免在改变模式时的震摇。因此，当改变图谱的条件被满足时，这种改变被延迟到油门踏板下一次“抬起”时。这是有可能的，因为如果对马达提出高需求(特别高的转矩)时温度升高、但在简单抬脚时没有时间下降返回以允许转矩请求降回到该转矩阈值以下。
图2中展示的用于对向电动机器的转子和定子供应的电力进行控制的方法包括以下步骤。
在第一步骤20的过程中，接收针对电动机器2的转矩T和转速N设定点。在步骤21的过程中，确定定子温度Tstat和转子温度Trot。接下来，在步骤22的过程中确定定子温度Tstat与转子温度Trot之间的差异。
在步骤23的过程中，如果转子温度Trot高于一个第二阈值的值并且转子温度Trot与定子温度之间的差异高于一个第三阈值的值，则该方法继续进行步骤24，在该步骤的过程中，传送针对于减小转子中损失并且增大定子中损失进行了优化的多个电动机器电力供应相电流值，否则该方法继续进行步骤25。
在步骤25的过程中，如果定子温度Tstat高于第三阈值S3的值并且定子温度Tstat与转子温度Trot之间的差异高于第四阈值S4的值，则该方法继续进行步骤26，在该步骤的过程中，传送针对于增大转子中损失并且减小定子中损失进行了优化的多个电动机器电力供应相电流值，否则该方法继续进行步骤27。
在步骤27的过程中，传送针对于限制电损失进行了优化的多个电动机器电力供应相电流值。
一旦在步骤20中接收到或者在步骤21中测量出新的值，该方法就重复。
步骤25继续进行直到步骤24的条件被满足。同样，步骤26继续进行直到步骤25的条件被满足。
还有可能在转子温度与定子温度之间的差异低于第二阈值S2和第四阈值S4的值时直接从步骤22转到步骤27。
还可以提供步骤24a和26a，这些步骤分别紧接着步骤24和26之后进行并且在这些步骤的过程中，将转子和定子温度以及转子温度与定子温度之间的差异分别同与步骤23和25的阈值不相同的多个阈值进行比较。不同的阈值使得有可能引入限制波动行为的滞后作用。
还可以提供时间延迟步骤23a和25a，这些步骤对应地在步骤23与24之间、以及步骤25与26之间进行。一旦步骤23和25的条件已被满足，时间延迟步骤23a和25a就分别延迟步骤24和26的激活，直到已经检测到转矩请求是低于第五阈值(例如10Nm)。
以上指出的这些阈值可以根据该电动机器并且根据所使用的测量和估算系统(温度差异、温度测量系统的准确度等等)来采用。这些不同阈值的范围可以限定如下：
第一阈值SI的值针对160℃的最大转子温度可以是包含在从40℃变化至120℃的范围内。
第二阈值S2的值可以是包含在从0℃变化至50℃的范围内。
第三阈值S3的值针对180℃的最大定子温度可以是包含在从50℃变化至140℃的范围内。
第四阈值S4的值可以是包含在从0℃变化至50℃的范围内。
第五阈值S5的值可以是包含在从0Nm变化到该电动机器的最大转矩(220Nm)的范围内。
该控制系统和方法使得有可能限制一个电动机器的转子与定子的温度差异，以便延迟固有的对温度过度升高的功率限制。使用优化了转子或定子中损失的电动机器相供应电流值允许在通常会减小马达功率的情况下以里程为代价来满足驾驶员的转矩请求。

Claims (6)

1.一种用于对向电动机器供应的电力进行控制的系统，该电动机器被装配在机动车辆上并且有助于所述车辆的推进，该控制系统(1)在输入处连接至用于估算该电动机器(2)的转子(2a)的温度的一个估算装置(10)以及测量该电动机器(2)的定子(2b)的温度的一个温度传感器(11)上，其特征在于，该系统包括针对于限制电损失进行了优化的一个第一电流图谱(6)、针对于减小该转子中的损失并且增大该定子中的损失进行了优化的一个第二电流图谱(7)、以及针对于增大该转子中的损失并且减小定子中的损失进行了优化的一个第三电流图谱(8)，这些图谱包含一组值，该组值使得有可能基于在该控制系统的输入处接收到的转矩和转速请求来确定多个电动机器供应电流，
该控制系统还包括一个能够选择图谱的转换装置(9)，该转换装置的供应电流信号在来自该估算转子的温度的装置(10)以及来自该定子温度传感器(11)的信号的基础上被传送至该电动机器(2)。
2.如权利要求1所述的控制系统，包括一个时间延迟装置，该时间延迟装置能够基于该转矩请求信号而延迟来自这些图谱的信号的传送。
3.一种用于对向电动机器供应的电力进行控制的方法，该电动机器被装配在机动车辆上并且有助于所述车辆的推进，该电动机器包括一个配备有温度估算装置的转子以及一个配备有温度传感器的定子，其特征在于，该方法包括以下步骤：
接收(20)一个电动机器转矩和转速请求，
确定(21)该定子的温度和该转子的温度，
确定(22)该定子的温度与该转子的温度之间的差异，
确定满足该转矩和转速请求的至少两个电动机器供应电流值，
基于该定子的温度和该转子的温度来选择一个供应电流值，以使得如果该转子温度高于一个第一阈值的值并且该转子温度与该定子温度之间的差异高于一个第二阈值的值，则所选择的该值是来自针对于减少该转子中的损失并且增大该定子中的损失而进行了优化的这些电动机器供应电流中的值，
并且将所选择的值朝该电动机器传送。
4.如权利要求3所述的方法，其中，如果该定子温度高于一个第三阈值的值并且该定子温度与该转子温度的差异高于一个第五阈值的值，则所选择的该值是来自针对于增大该转子中的损失并且减小该定子中的损失进行了优化的这些电动机器供应电流中的值。
5.如权利要求3和4之一所述的方法，其中，如果该转子温度与该定子温度的差异小于该第二阈值的值，则所选择的该值是来自针对于限制电损失进行了优化的这些电动机器供应电流中的值。
6.如权利要求3至5之一所述的方法，其中这些电动机器供应电流值的传送被延迟直到已确定该转矩请求低于一个第五阈值的值。
CN201380008182.0A 2012-02-10 2013-02-01 基于电动机器的温度来控制其电力供应的系统和方法 Active CN104094519B (zh)

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