(57)【要約】【課題】電気自動車において使用し又は電気自動車と一緒に使用するのに適した、故障を十分な安全性を以て抑制することを可能にする方法および装置を提供する。【解決手段】本発明の駆動システムは、バッテリ（１２）の接続を可能にする手段と、インバータ（２４）と、当該インバータ（２４）の入力側に設けられた中間回路（２０）と、電気モータ（２６）と、当該電気モータ（２６）を前記インバータ（２４）の出力側に接続することを可能にする手段とを有する、電気モータ（２６）のための駆動システム（１０）において、前記中間回路（２０）内に、中間回路コンデンサ（２２）が設けられており、かつ前記中間回路コンデンサ（２２）に並列接続されていると共に、当該駆動システム（１０）に含まれた、又は当該駆動システム（１０）に付設された、オブザーバ（３８）によって、作動させられる第１のサイリスタ（４０）が設けられていることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ（１２）の接続を可能にする手段と、インバータ（２４）と、当該インバータ（２４）の入力側に設けられた中間回路（２０）と、電気モータ（２６）と、当該電気モータ（２６）を前記インバータ（２４）の出力側に接続することを可能にする手段とを有する、電気モータ（２６）のための駆動システム（１０）において、
前記中間回路（２０）内に、中間回路コンデンサ（２２）が設けられており、かつ
前記中間回路コンデンサ（２２）に並列接続されていると共に、当該駆動システム（１０）に含まれた、又は当該駆動システム（１０）に付設された、オブザーバ（３８）によって、作動させられる第１のサイリスタ（４０）が設けられている
ことを特徴とする駆動システム。
【請求項２】
請求項１記載の駆動システム（１０）において、
前記バッテリ（１２）と前記中間回路（２０）との間に、ヒューズ（１８）が設けられており、
前記第１のサイリスタ（４０）の作動時に当該第１のサイリスタ（４０）を介して閉じられ得るように設定された、前記バッテリ（１２）と前記インバータ（２４）との間の電流回路に、前記ヒューズ（１８）および前記第１のサイリスタ（４０）が、電流源としての前記バッテリ（１２）と直列に接続されている
ことを特徴とする駆動システム。
【請求項３】
請求項１のプリアンブル部に記載の駆動システムにおいて、
前記インバータ（２４）の出力側に接続又は接続可能な前記電気モータ（２６）に対して、並列に、整流器（４２）が接続されており、かつ
前記整流器（４２）の出力側に、当該駆動システム（１０）に含まれた又は当該駆動システム（１０）に付設されるオブザーバ（３８）によって作動させられる第２のサイリスタ（４４）が、接続されている
ことを特徴とする駆動システム。
【請求項４】
請求項１又は２記載の駆動システムを運転する、駆動システムの運転方法であって、
前記中間回路の電圧の計測値である中間回路電圧が、予め与えられた又は予め与え得る閾値を上回った際に、前記第１のサイリスタ（４０）を、前記オブザーバ（３８）によって作動させる
ことを特徴とする駆動システムの運転方法。
【請求項５】
請求項３記載の駆動システムの運転方法において、
前記インバータ（２４）の出力電圧の計測値が、予め与えられた又は予め与え得る閾値を上回った際に、前記第２のサイリスタ（４４）を、前記オブザーバ（３８）によって作動させる
ことを特徴とする駆動システムの運転方法。
【請求項６】
請求項４又は５記載の駆動システムの運転方法において、
前記オブザーバ（３８）が、前記第１のサイリスタ（４０）の作動に加えて、若しくは前記第２のサイリスタ（４４）の作動に加えて、前記インバータ（２４）の下側アームの３つのトランジスタ（３６）、又はインバータ（２４）の上側アームの３つのトランジスタ（３６）、若しくは下側アームおよび上側アームのトランジスタ（３６）を、一緒に作動させる
ことを特徴とする駆動システムの運転方法。
【請求項７】
請求項６記載の駆動システムの運転方法において、
前記電気モータ（２６）の回転数の計測値が、予め与えられた又は予め与え得る閾値を下回った際に、前記オブザーバ（３８）によって前記インバータ（２４）のトランジスタ（３６）の作動を解除する
ことを特徴とする駆動システムの運転方法。
【請求項８】
請求項５記載の駆動システムの運転方法において、
前記オブザーバ（３８）が、前記第１のサイリスタ（４０）の作動に加えて、若しくは前記第２のサイリスタ（４４）の作動に加えて、前記インバータ（２４）の下側アームの３つのトランジスタ（３６）、又はインバータ（２４）の上側アームの３つのトランジスタ（３６）、若しくは下側アームおよび上側アームのトランジスタ（３６）を、一緒に作動させるものであるか、或いは、
前記オブザーバ（３８）が、前記第１のサイリスタ（４０）の作動に加えて、若しくは前記第２のサイリスタ（４４）の作動に加えて、前記インバータ（２４）の下側アームの３つのトランジスタ（３６）、又は前記インバータ（２４）の上側アームの３つのトランジスタ（３６）、又は下側アームおよび上側アームのトランジスタ（３６）を、一緒に作動させるものであり、
かつ、
前記インバータ（２４）の前記トランジスタ（３６）の作動を解除する前に、前記バッテリ（１２）と前記中間回路（２０）との間の少なくとも１つの電気的又は電子的なスイッチ（１４，１６）を開路することによって、前記インバータ（２４）を前記バッテリ（１２）から電気的に分離する
ことを特徴とする駆動システムの運転方法。
【請求項９】
請求項１又は２記載の駆動システムの動作を試験する、駆動システムの試験方法であって、
前記インバータ（２４）を前記バッテリ（１２）から電気的に分離して前記第１のサイリスタ（４０）を作動させ、その際に生じる中間回路電流を前記オブザーバ（３８）によって予期される中間回路電流と比較する
ことを特徴とする駆動システムの試験方法。
【請求項１０】
請求項３記載の駆動システムの動作を試験する、駆動システムの試験方法であって、
前記オブザーバ（３８）によって、一方で前記第２のサイリスタ（４４）を作動させ、他方で相次ぐ短い電圧パルスを出力するように前記インバータ（２４）を制御し、各電圧パルス中に又は各電圧パルス後に各電圧パルスが電流の流れをもたらしたか否かを、前記オブザーバ（３８）によって監視する
ことを特徴とする駆動システムの試験方法。
【請求項１１】
請求項４から１０のうちの１項に記載の方法に含まれている全てのステップを、請求項１から３のうちの１項に記載の駆動システム（１０）の制御装置の機能として実行するためのプログラムコードを含んでいる
ことを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項１２】
請求項４から１０の１つに記載の方法を実施するべく請求項１から３の１つに記載の駆動システム（１０）内の、又はその駆動システム（１０）用の、制御装置としてのオブザーバ（３８）と協働する、電子的に読み出し可能な制御信号の情報を格納してなる
ことを特徴とする、コンピュータプログラムの記憶媒体。
【請求項１３】
請求項１から至３の１つに記載の駆動システムにおいて、
前記オブザーバ（３８）が、マイクロプロセッサ様式の処理ユニットを有し、メモリを含むか又はメモリへのアクセス手段を有し、そのメモリに、請求項１１記載のコンピュータプログラムがロードされている
ことを特徴とする駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動システムおよびその駆動システムの運転方法、そのうちでも特に、電気自動車用の駆動システムおよびその駆動システムの運転方法に関する。
電気自動車は、車載バッテリ、駆動調節装置、インバータおよび電気モータ（以下において単にモータとも表記する場合あり）を介して駆動される。駆動システムには、少なくとも駆動調節装置およびインバータが属する。バッテリおよびモータが接続されているときには、これらも駆動システムに属する。
モータとしては、特に永久磁石励磁同期モータが考慮の対象となる。この種のモータは、高い効率および高い出力密度を有する。特別な回転数−トルク特性に基づいて、このモータは弱め界磁領域においても運転される。そのために、モータには相応の電流が供給される。その電流は、永久磁石によって生じる磁界に対抗する磁界を発生する。
【背景技術】
【０００２】
この種の駆動システムおよびその駆動システムの運転方法では一般に、故障時には、弱め界磁電流を維持することができない。故障の種類によっては、許容できない制動トルクおよび許容できない電圧が生じることがあるため、それらは抑制されなければならない。
【０００３】
工業用駆動装置の場合には一般に、制動トルクは故障時に問題とはならない。何故なら、常に可能な限り最善かつ高速の制動が望まれているからである。
【０００４】
モータの制動のための技術として、いわゆる電機子短絡制動が知られている。このような制動は、むしろモータがもはや（これ以外の方法では）電気的に制動できない、といった場合に使用される。何故なら、発生した短絡が短時間大きな電流をもたらすこととなるからである。
電機子短絡制動（以下において略して電機子短絡とも記述する）の場合、故障発生時にインバータの上側の３つのアーム又は下側の３つのアームのトランジスタ（ＩＧＢＴ）がオンされる。その際に、モータの固定子巻線が短絡されるので、これらの巻線間に電流が流れ、それによって回転子が停止させられる。この場合、全回転数域に亘って制動トルクが生じるが、これは標準的なモータ設計の場合には、さらに容認できるものとなる。
【０００５】
しかしながら、ＩＧＢＴモジュール又はその制御のために設けられた制御回路において、電機子短絡の実行がもはや不可能であるほどの故障が発生する確率は比較的高い傾向にある。その程度は、より具体的には、少なくともそれによって安全性要求を満たし得ないほど高いことが想定される。
【０００６】
ＩＧＢＴモジュール内の欠陥は、そのモジュールに含まれているトランジスタおよびフリーホイールダイオードに関して考えられ得るあらゆる故障が原因となり得る。
【０００７】
例えば、下側アームのトランジスタも上側アームのトランジスタもオンできない場合には、一般に、モータの起電力（ＥＭＦ）が、高回転数時における減磁電流中断後に、若しくはモータ端子開放時に、定格電圧の何倍にも上昇する、という問題が生じる。
これは、固定子電圧がフリーホイールダイオードを介してバッテリ電圧にクランプされていることによって防止されるが、しかし、それによって異常事態としてバッテリへの高い回生電流が生じ、この高い回生電流が、許容できないほど高い制動トルクを発生させることとなる。整流されたＥＭＦがバッテリ電圧よりも低くなればなるほど、回転数が低下するとその制動トルクが零になる傾向は強くなる。
【０００８】
一方ではトランジスタがもはや電機子短絡のためにオン可能でなく、他方ではフリーホイールダイオードがもはや導通しない場合には、他の異常事態として、モータ端子又はインバータ出力端に、極めて高い電圧が生じる。これは、インバータおよび／又はモータの破壊をもたらし、さらに著しくは火災という結果を伴うアークをもたらすなどして、インバータおよびモータの安全な電気絶縁を損なうことがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、冒頭に述べた如き問題点から出発して、上述の故障を十分な安全性を以て抑制することを可能にする方法および装置を提供することにある。この課題の特別な観点は、電気自動車において使用する、若しくは電気自動車と一緒に使用するのに適した、この種の駆動システムおよびその駆動システムの運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題は、本発明によれば、請求項１に記載の特徴（装置カテゴリ；より具体的には、駆動システム）ならびに請求項４に記載の特徴（方法カテゴリ；より具体的には、駆動システムの運転方法）によって、解決される。
そのために、バッテリの接続を可能にする手段と、インバータと、インバータ入力側に存在する中間回路と、電気モータのインバータ出力側への接続を可能にする手段とを有する電気モータ用の駆動システムにおいて、中間回路内で中間回路コンデンサに並列接続されていて、かつ当該駆動システムに含まれる又は当該駆動システムに付設されるオブザーバによって作動させ得る１つのサイリスタが設けられている。
代替又は追加として、駆動システムが、インバータの出力側に接続された又は接続可能な電気モータに対して並列な整流器を含むと共に、その整流器の出力側に、駆動システムに含まれる又は付設されるオブザーバによって作動させられ得る１つのサイリスタを含むようにしてもよい。
【００１１】
以下において、区別のために、中間回路に設けられたサイリスタを第１のサイリスタと呼び、整流器の出力側に設けられたサイリスタを第２のサイリスタと呼ぶこととする。
代替又は追加として、一方では第１のサイリスタに関して、他方では整流器および第２のサイリスタに関して、駆動システムの補完が可能なので、本明細書によって開示される発明の内容は、第１のサイリスタを含まず整流器および第２のサイリスタだけを含む駆動システムにも、又は第１のサイリスタだけを含み整流器と第２のサイリスタとを含まない駆動システムにも、適用可能である。
【００１２】
請求項１における本発明の利点は、中間回路における第１のサイリスタによって、バッテリへの好ましくない回生が起きる事態を抑制できることにある。この場合には、第１のサイリスタの作動が用意されており、そのサイリスタの点弧によって、中間回路においてインバータに公知の如く含まれる複数のフリーホイールダイオードを介して、電機子短絡を生じせしめることができる。
【００１３】
本発明の利点は、請求項３による駆動システムの追加的又は代替的な実施形態の場合、更に、整流器および第２のサイリスタによりインバータ出力端における過電圧が抑制できることにある。このようなインバータ出力端における過電圧は、インバータのフリーホイールダイオードがもはや導通しないとき、又は、インバータのトランジスタがもはやオンできないときに、生じ得る。
モータの接続のために設けられた端子に、又は（その端子と電気的には同一又は少なくとも殆ど同一である）インバータの出力端子に、つまり駆動制御ユニットに接続されるモータに並列に、変換器として特に６パルス形の整流器が、そしてその整流器の出力側に第２のサイリスタが、接続されているか又は接続可能である。
第２のサイリスタの作動時には、整流器のダイオードを介して電機子短絡が発生させられる。
【００１４】
本発明の有利な幾許かの実施形態の展開は、各従属請求項に記載されているとおりである。なお、それら各従属請求項の特徴のさらに他の組み合わせを適宜に実施することなども可能であることは勿論である。
【００１５】
電気的にバッテリと中間回路との間にヒューズを有し、第１のサイリスタの作動時に第１のサイリスタを介して閉じられる電流回路において、そのヒューズおよび第１のサイリスタが電流源としてのバッテリと直列に接続されているならば、バッテリの短絡電流がヒューズおよび第１のサイリスタを介して流れ、その短絡電流がヒューズを極めて短時間内に作動させ、それにより、インバータが中間回路と共にバッテリから電気的に分離される。この電気的分離は、第１のサイリスタをも、短絡電流による破壊から保護し得る。
【００１６】
第１又は第２のサイリスタは、それぞれ、各サイリスタの作動によって抑制されるべき特定の異常事態が存在することがオブザーバによって検出されたときに、作動させられる。第１のサイリスタの作動のために、オブザーバが連続的又は規則的に、好ましくは等間隔時点で、中間回路電圧ＵＺＫすなわち中間回路電圧の実測値もしくはそれと実質的に等価な何らかの別の尺度（つまり、いわゆる間接計測的な測定値；なお、本明細書では、それら実測値と尺度とを含めて「計測値」とも記述する）が、予め与えられた又は予め与え得る閾値を上回っているか否かを比較・判別する。そのために、オブザーバは、少なくとも、ハードウェア、ファームウェア又はソフトウェア等のコンパレータ機能と、中間回路電圧ＵＺＫの計測値およびコンパレータのための閾値を供給するための手段と、コンパレータによる比較結果に応じた信号を転送および出力するための手段とを含む。
【００１７】
追加又は代替として、オブザーバは、測定された電流および電圧に基づいて、当該駆動システムが接続されて駆動される電気モータのトルクを算定し、これを目標値と比較する。その偏差が下側又は上側の閾値を超えた際に、同様に、このサイリスタの点弧が行なわれる。
第２のサイリスタの作動のために適切な方法が用意されており、ここでは前述の説明に従って、オブザーバは、インバータの出力電圧の計測値が予め与えられた又は予め与え得る閾値を上回っているか否かを比較・判別する。
【００１８】
オブザーバが、第１のサイリスタ若しくは第２のサイリスタの作動に加えて、特に予め与えられた又は予め与え得る待ち時間の経過後に、インバータの下側アームの３つのトランジスタか、インバータの上側アームの３つのトランジスタか、下側および下側の両アームのトランジスタかを作動させると、このようにして生じた電機子短絡が、その前に点弧されたサイリスタが再び消弧するという結果をもたらすこととなる。サイリスタおよびトランジスタの導通特性に応じて、例えばサイリスタに直列に接続されたダイオードによって、トランジスタのオン時にサイリスタの電流が保持電流を下回るように配慮することが必要である。
【００１９】
インバータのトランジスタの作動をその後に解除するための基準としては、電気モータの回転数の計測値が予め与えられた又は予め与え得る閾値を何時下回るかを、オブザーバによって監視する、ということが考えられる。そのために設けられるソフトウェア、ファームウェア又はハードウェアのコンパレータを用いて、オブザーバによってインバータのトランジスタの作動解除のための電気信号を発生させ、それにより、電機子短絡も再び解除することができる。
【００２０】
上述の課題は、駆動システムを監視し、かつ駆動システムに含まれるパワーモジュール、すなわちトランジスタ又はサイリスタ若しくはそれら両方を作動させるための制御装置であって、ここに、および以下に、オブザーバと呼ぶ制御装置によっても解決される。
この制御装置は、ここに、および以下に説明するような方法に従って動作する。従って、その方法を実施するための手段を含んでいる。
この観点に関して、本発明は、ソフトウェア、又はファームウェア、又はソフトウェアおよびファームウェアの組合せによって、実現されることが好ましい。従って、本発明は、一方で、コンピュータ、すなわち例えばマイクロプロセッサ又はＡＳＩＣの様式のオブザーバの処理ユニットによって実行可能なプログラムコード命令を有するコンピュータプログラムでもあり、他方で、この種のコンピュータプログラムを有する記憶媒体でもあり、そして更に、その方法の実施および構成展開のための手段として、そのようなコンピュータプログラムをロードされている又はロード可能である若しくは格納されているメモリを有する、制御装置又は駆動システムでもあり得る。
【００２１】
以下、本発明に係る実施の形態を、図面に基づいて更に詳細に説明する。互いに対応する対象又は要素には全図において同じ符号が付されている。
いずれの実施の形態も、本発明の教示する技術内容がそれらのみに限定されるものとして理解されるべきではないことは、勿論である。その他に種々の変形ならびに変更等が可能である。それらの変更は、例えば、本明細書における一般的又は特別な記載部分において説明され、請求項又は図面若しくはそれら両方に含まれている個々の特徴若しくは要素又は方法ステップの組合せ又は変形によって、当業者が本発明に係る課題解決を顧慮して更に展開的に推論することができるものであり、また、それらの特徴の組み合わせに基づいて、あるいはさらにそれらおよびそれらとは別の特徴との組み合わせで以て、新しい方法ステップ群又は方法ステップ順序をもたらすことなども可能であることは云うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来技術に係る、電気自動車のための駆動システムを示すブロック図である。
【図２】特定の故障時または異常事態時の電機子短絡時における、回転数に対するトルク特性を示す図である。
【図３】バッテリへの回生時のトルク特性を示す図である。
【図４】本発明による駆動システムを示すブロック図である。
【図５】図４に示した駆動システムによって実現されるトルク特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、それ自体図示されていない電気自動車のための、従来技術に係る駆動システム１０を、概略的に示している。
駆動システム１０は、バッテリ１２、特に高電圧バッテリを含み、このバッテリは、第１および第２のスイッチ１４，１６とヒューズ１８とを介して、中間回路コンデンサ２２を有する中間回路２０に接続されている。この中間回路２０の直後段に、以下においてＩＧＢＴモジュールとも呼ぶインバータ２４が続き、さらに、このインバータ２４には３相交流方式の電気モータ２６が接続されている。
【００２４】
運転制御のための運転制御モジュール２８が設けられている。この運転制御モジュールは、トルク目標値（ｍ＊）を発生し、これを少なくとも駆動調節装置３０に、そこで実行される調節のための目標値として転送する。トルク目標値は、運転制御モジュール２８によって、間接的又は直接的に、例えばペダル（「アクセルペダル」）の位置に基づいて、形成又は導出することができる。
【００２５】
駆動調節装置３０は、調節過程のために測定値を評価する。すなわち、中間回路電圧ＵＺＫ、中間回路電流ＩＺＫおよび電気モータ２６への相電流ｉＲ，ｉＳ，ｉＴについての測定値を評価する。更に、オプションとして、エンコーダ３２を介して電気モータ２６の瞬時回転数ｎの検出が可能であり、これを他の測定値として使用することができる。
この駆動調節装置３０は、予め与えられたトルク目標値ｍ＊と個々又は全ての測定値の瞬時値とに基づいて、インバータ２４を制御する。すなわち、そのインバータに含まれていて各々フリーホイールダイオード３４を並列接続された複数のトランジスタ３６を、駆動調節装置３０が制御する。
【００２６】
上記の説明導入部において紹介した公知の安全措置のために、特に安全性を指向したトルクオブザーバ３８（以下、単にオブザーバ３８とも略称する）が使用される。インバータ２４の制御、すなわち３つの下側アームおよび／又は上側アームのトランジスタ３６の制御が、例えば冒頭に述べた電機子短絡を生じさせ得る。
【００２７】
図２は、電機子短絡時に生じるトルク若しくは制動トルクの回転数に対する相関関係を示している。原点から急峻に立ち上がる最大回転数ｎｍａｘから出発して、全回転数範囲において、制動トルクが生じる。すなわち、制動トルクは、低回転数方向に増大し、電気モータ２６の停止状態（回転数零）の直前に最大値に達する、という特性を有している。
図３は、冒頭に説明したバッテリ１２への回生時における電気モータ２６の、
回転数に対する制動トルクの相関関係を示している。ここでは、高い回転数において、特に最大回転数ｎｍａｘにおいても、大きな制動トルクが存在し、その制動トルクは、低い回転数方向において消える。両図（図２および図３）における１００％という表示は、最大トルクに相当する。
【００２８】
図４は、故障時に作動させられるトルク低減および電圧制限のための手段を有する駆動システム１０を示す。この駆動システム１０は、図１に示した駆動システム１０に、本発明に係る特徴的技術を新たに加え手構成された、本発明に係る新しい駆動システムである。なお、従来技術に係る駆動システムについては、既述の説明を参照されたい。
【００２９】
駆動システム１０の諸システム量から、すなわち、図１の説明に関連して説明した測定値と、電気モータ２６に給電する３つの相の各電圧ｕＲ，ｕＳ，ｕＴに関する付加的な測定値と、実際の回転数ｎ又はモータ回転位置若しくはそれら両方に関する測定値と、場合によってはさらに実際のトルクに関する測定値とから、オブザーバ３８により駆動システム１０の状態、特にその都度におけるトルクを、監視することができる。
【００３０】
故障又はシステム１０の状態に応じて、制御装置としてのオブザーバ３８によって、相応の動作が実行される。そのために設けられた操作要素は、システム１０にいずれの態様であっても含まれている（図１参照）インバータ２４に加えて、システム１０の付加的な構成部分としての第１の電子スイッチ、例えば第１のサイリスタ４０と、整流器４２、および第２の電子スイッチ、例えば第２のサイリスタ４４と、である。それら第１および第２の電子スイッチとしては、サイリスタを用いることが特に望ましい。
【００３１】
第１のサイリスタ４０は、バッテリ１２への好ましくない回生を阻止するために必要である。整流器４２および第２のサイリスタ４４は、インバータ２４の出力端における過電圧を処理するために必要である。第１のサイリスタ４０と、整流器４２および第２のサイリスタ４４との両方を含む駆動システム１０は、両異常事態を抑制することができる。それにもかかわらず、基本的には、上述の両異常事態のうちの一方の抑制で足りる駆動システム１０、又はそのような一方の抑制が極めて重要である駆動システム１０も考えられ得る。その限りでは、サイリスタ４０と、整流器４２および第２のサイリスタ４４と、それらの制御のためのオブザーバ３８の相応の設計とは、駆動システム１０におけるオプション的に代替可能な構成部分と見做すことができる。以下においては第１のサイリスタ４０と、整流器４２および第２のサイリスタ４４との、両方を含んだ駆動システム１０について説明を進める。
第１および第２のサイリスタ４０，４４は、原則的にそれぞれトランジスタによって置き換えることができる。インバータ２４のトランジスタ３６と区別するために、各スイッチ素子として、サイリスタ４０，４４を基にして説明を進める。この点において、「サイリスタ」なる概念は、「サイリスタ又はトランジスタ」を意味している。
【００３２】
第１のサイリスタ４０は、特定の故障時又は異常事態時に、オブザーバ３８によって作動させられる（点弧される）。すなわち、中間回路２０内で、又はインバータ２４の入力端で、過電圧が検出された際、従ってこの中間回路電圧ＵＺＫが、又は中間回路電圧に関してオブザーバ３８によって処理可能な量が、予め与えられた又は予め与え得る閾値を上回った際に、第１のサイリスタ４０が作動されることとなるのである。
第１のサイリスタ４０の点弧によって、中間回路２０においてインバータ２４のフリーホイールダイオードを介して電機子短絡が生じる。駆動システム１０の一実施形態では、図１および図４に示されたヒューズ１８を、バッテリ１２から来る給電線に接続することができる。このヒューズ１８によって、第１のサイリスタ４０の作動時に流れるバッテリ１２の短絡電流に基づいて、ヒューズ１８の応答によりインバータ２４をバッテリ１２から電気的に分離することができる。これは、例えば、バッテリ１２の短絡電流による第１のサイリスタ４０の破壊を回避する。
【００３３】
異常事態が生じたとき、インバータ２４がなおも動作能力を有する場合には、オブザーバ３８によって、追加的にインバータの下側アームの３つのトランジスタ３６、又はインバータの上側アームの３つのトランジスタ３６、若しくは全てのトランジスタ３６が、オンされるとよい。下側か上側かのいずれかのトランジスタ３６を作動させた場合には、電機子短絡のためのそれぞれ丁度１つの付加的な電気回路が生じたことになると見做すことができる。全てのトランジスタ３６を作動させた場合には、電機子短絡のための２つの付加的な冗長的電気回路が生じたことになると見做すことができる。
【００３４】
インバータ２４を介しての電機子短絡によって、第１のサイリスタ４０を再び消弧させ、従って遮断させるのが有利である。保持電圧は、トランジスタ３６の導通電圧よりも高いので、場合によっては、第１のサイリスタ４０に直列に図４の図中に既に描き込まれている追加ダイオードＶ１が必要である。その際に、電機子短絡は、インバータ２４のトランジスタ３６を介して維持される。電気モータ２６の回転数が、予め与えられた又は予め与え得る回転数を下回るや否や、すなわち、回転数又はその回転数の計測値が、予め与えられた又は予め与え得る閾値を下回るや否や、オブザーバ３８がトランジスタ３６を再び遮断するとよい。このようにすることにより、電機子短絡を解除して、低回転数域における高い制動トルクを、図２および図３の図示と同じ座標系で図５に図示されているとおり、零にまで低減することが可能となる。
【００３５】
第２のサイリスタ４４も、特定の故障時又は異常事態時に、すなわちインバータ２４の出力端の１つで過電圧が検出された際に、作動することとなる。つまり、出力電圧又はオブザーバ３８によって処理可能なインバータ出力電圧の計測値が、予め与えられた又は予め与え得る閾値を上回った際に、第２のサイリスタ４４が作動する。
【００３６】
第２のサイリスタ４４のオンによって、３相の接続端子に対応して６パルス形の整流器として構成された整流器４２のダイオードを介して、電機子短絡が生じる。整流器４２は、インバータ２４の出力側に設けられたモータ端子に接続されている。従って、駆動システム１０に電気モータ２６が接続されている場合には、電気モータ２６と整流器４２とが、インバータ２４の出力端に並列接続されている。
第２のサイリスタ４４は、整流器４２の出力側、従って直流側において、その整流器の出力端子に接続されている。その都度の異常事態においてオブザーバ３８によって生じさせられる、又は生じさせられ得る、第２のサイリスタ４４の点弧は、電機子短絡を生じさせ、かつそれと同時に、インバータ２４と電気モータ２６との間の電圧の短絡を生じさせる。
従って、危険な高い電圧と同様に、低回転数域における危険な大きなトルクも、確実に防止される。
【００３７】
トランジスタを付加的にスイッチングさせる、以下に示された方法は、特性改善に役立つ。本発明によれば、トランジスタがもはやスイッチングできないときにも、安全性が保証されている。これは、トランジスタのための比較的複雑な制御ロジックにおける故障が安全性を損なうことがない、ということも意味している。
【００３８】
第２のサイリスタ４４の作動時又は作動直前には、不要な電流の流れを防止するために、インバータ２４におけるその時点でもまだスイッチング可能な状態にあるトランジスタ３６を遮断するように、試みるべきである。各コレクタ・エミッタ電圧（ＵＣＥ）の監視機能付きの制御駆動回路を有するように構成されたトランジスタ３６の場合、サイリスタが導通するや否や、導通中のスイッチング可能なトランジスタ３６の自動的な遮断が行なわれる。
【００３９】
下側アーム又は上側アームのトランジスタ３６が再びオン可能である場合には、ここでも下側アーム若しくは上側アームのトランジスタをオンすることによって、サイリスタを消弧させるとよい。その際に、電気モータ２６の回転数が予め与えられた又は予め与え得る回転数を下回るや否や、つまり回転数又はこのような回転数の計測値が、予め与えられた又は予め与え得る閾値を下回るや否や、オブザーバ３８によって、電機子短絡を再び解除させるとよい。
この方法によって、入力側のヒューズについて既に説明したとおり、図５に示すように、低回転数域における高い制動トルクを零に低減させることができる。トランジスタ３６の作動停止前に、すなわち電機子短絡の解除前に、インバータ２４をバッテリ１２から電気的に分離することが好ましい。それには、電気的又は電子的に作動可能なスイッチ、例えばリレーとして構成されたスイッチ１４，１６が適している。スイッチ１４，１６の一方又は両スイッチ１４，１６の作動は、間接的又は直接的にオブザーバ３８によってその都度確認された異常事態に基づいて、例えばインバータ２４の出力側での過電圧に基づいて、行なわれる。その一方のスイッチ又は各スイッチ１４，１６が通電中に開路されてはならないことに起因した特別な損耗等は生じない。
【００４０】
付加的に、個々のパワーモジュールのいわゆる強制作動、つまり故意作動によって、いわゆる隠れた故障を見つけることによって、駆動システム１０の信頼性を、更に高めることができる。この観点から、常に電気自動車の停止後に両スイッチ１４，１６を開き、従ってインバータ２４をバッテリ１２から電気的に分離し、それから第１のサイリスタ４０を作動させることによって、第１のサイリスタ４０を検査することができる。その際に、中間回路コンデンサ２２が第１のサイリスタ４０を介して放電させられる。その際、中間回路２０内で予期される電流は、中間回路コンデンサ２２の放電電流である。実際の中間回路電流ＩＺＫが、予期された放電電流を、予め与えられた又は予め与え得る閾値より以上に上回るか又は下回る場合には、第１サイリスタ４０の機能に関して何らかの故障が生じているということが分かる。この検査は、オブザーバ３８によって実行することができる。そのために、オブザーバ３８内には、予期される放電電流の値と、それに関連する判別のための閾値とが格納されており、その閾値を用いて、実際の中間回路電流ＩＺＫのどのような値を予期値相当と見做すかが判別される。
【００４１】
整流器４２および第２のサイリスタ４４の検査は、車両停止時に、オブザーバ３８に制御されるインバータ２４によって、６つの全スイッチングの組み合せで短い電圧パルスを順次出力し、同時に第２のサイリスタ４４を点弧することによって、行なうことができる。オブザーバ３８による相応の測定値の評価によって、その都度、電流ｉＲ，ｉＳ，ｉＴが流れるかどうかをチェックする。このようにすることによって、整流器４２内の全部で６つのダイオードおよび第２のサイリスタ４４を検査することができる。
その際、電圧パルスは、結果として生じる電流が過大にならないように、短くなければならない。場合によっては、電流増大を制限するために、図４に描き込まれているダイオードＶ２（場合によっては、ダイオードＶ２と小さなリアクトルとの直列回路）が、第２のサイリスタ４４に直列に設けられている。
代替として、この電圧パルスを、サイリスタの点弧前にその都度、電気モータに与えるとよい。各電圧パルスの終端でのトランジスタの阻止後にはじめて、サイリスタが点弧される。電流の減衰時間は、成功裡に点弧されたサイリスタに関しては、導通しないサイリスタの場合若しくは故障したダイオードの場合よりも、著しく長い。従って、同様に、整流器の全てのダイオードおよびサイリスタを検査することができる。
【００４２】
ここに開示した説明の個々の重要な観点は、次のとおり手短に要約することができる。
故障時における、制動トルク低減、又は過電圧保護、若しくはそれら両方のために、インバータ２４に加えて、中間回路２０における第１のサイリスタ４０又はインバータ２４若しくはそれら両方の出力側に、第２のサイリスタ４４ならびに整流器４２を設けることができる。これらの付加的な操作要素４０，４２，４４とインバータ２４とが、特に安全性を指向したトルクモニタ（オブザーバ３８）を介して制御される。操作要素２４，４０，４２，４４のどれを制御するのか、若しくは、それに含まれるスイッチ要素３６のどれを制御するかが、電流（ＩＺＫ，ｉＲ，ｉＳ，ｉＴ）、電圧（ＵＺＫ，ｕＲ，ｕＳ，ｕＴ）、電気モータ２６の回転位置又は回転数（ｍ）などのような複数種類のシステム量から導き出され、選択される。
全体としてここに提案した駆動システム１０は、多重冗長式の電機子短絡を可能にする。更に、インバータ２４は、少なくとも第１のサイリスタ４０を備えた実施形態の場合には少なくとも入力側でバッテリ１２から無接点で電気的に分離可能であり、また、一方で第１のサイリスタ４０を備えると共に他方で整流器４２および第２のサイリスタ４４を備えた実施形態の場合には両側でエネルギ供給要素（バッテリ１２、電気モータ２６）から無接点で電気的に分離可能である。更に、インバータ２４の全てのトランジスタ３６のオンによって、その都度作動させられていたサイリスタ４０，４４が、簡単に再び消弧される。そして、バッテリ電圧に接続するために一般に必要とされているスイッチ１４，１６が、本発明に係る安全性構想に取り込まれ、オブザーバ３８によって特別に生じさせられたスイッチング状態および制御方法によって、安全上重要なパワーモジュール４０，４２，４４の検査を行うようにすることが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１０        駆動システム
１２        バッテリ
１４        第１のスイッチ
１６        第２のスイッチ
１８        ヒューズ
２０        中間回路
２２        中間回路コンデンサ
２４        インバータ
２６        電気モータ
２８        運転制御モジュール
３０        駆動調節装置
３２        エンコーダ
３４        フリーホイールダイオード
３６        トランジスタ
３８        オブザーバ
４０        第１のサイリスタ（第１の電子スイッチ）
４２        整流器
４４        第２のサイリスタ（第２の電子スイッチ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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