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DE102009045351A1 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebsaggregats sowie Antriebsaggregat - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsaggregats sowie Antriebsaggregat Download PDF

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DE102009045351A1
DE102009045351A1 DE102009045351A DE102009045351A DE102009045351A1 DE 102009045351 A1 DE102009045351 A1 DE 102009045351A1 DE 102009045351 A DE102009045351 A DE 102009045351A DE 102009045351 A DE102009045351 A DE 102009045351A DE 102009045351 A1 DE102009045351 A1 DE 102009045351A1
Authority
DE
Germany
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inverter
drive unit
emergency
electric machine
manipulated variables
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102009045351A
Other languages
English (en)
Inventor
Ekkehard Hoffmann
Ulrich Vollmer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102009045351A priority Critical patent/DE102009045351A1/de
Priority to US13/500,003 priority patent/US8786226B2/en
Priority to PCT/EP2010/061603 priority patent/WO2011042237A1/de
Publication of DE102009045351A1 publication Critical patent/DE102009045351A1/de
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsaggregats (1), wobei das Antriebsaggregat (1) eine elektrische Maschine (2) aufweist, die in einem Normalbetrieb mit von einem Wechselrichter (3) an mindestens zwei Strängen (4, 5, 6) bereitgestelltem Strom betrieben wird und an den Strängen bestimmte Strangspannungen (U, U, U) für die elektrische Maschine (2) eingestellt werden. Dabei ist vorgesehen, dass nach Auftreten eines Fehlers des Wechselrichters (3) der Wechselrichter (3) zum weiteren Betreiben der elektrischen Maschine (2) in einem Notbetrieb betrieben wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Antriebsaggregat (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsaggregat, wobei das Antriebsaggregat eine elektrische Maschine aufweist, die in einem Normalbetrieb mit von einem Wechselrichter an mindestens zwei Strängen bereitgestelltem Strom betrieben wird und an den Strängen bestimmte Strangspannungen für die elektrische Maschine eingestellt werden.
  • Stand der Technik
  • Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei wird die elektrische Maschine von dem Wechselrichter mit Strom versorgt, der an den mindestens zwei Strängen anliegt. Zum Einstellen der Drehzahl und des Drehmoments der elektrischen Maschine werden die Strangspannungen eingestellt, die an den Strängen anliegen. Tritt jedoch während des Normalbetriebs der elektrischen Maschine ein Fehler, insbesondere ein Fehler des Wechselrichters, auf, so wird häufig eine Trenneinrichtung (beispielsweise ein Phasentrennrelais, welches elektronisch oder elektromechanisch sein kann), eingesetzt, um die elektrische Maschine vollständig von dem Wechselrichter zu trennen. Auf diese Weise wird verhindert, dass die elektrische Maschine ein Moment in ungewünschter Richtung erzeugt, wenn der Fehler des Wechselrichters auftritt. Dazu sei auf die WO 98/10971 A1 verwiesen. Das Antriebsaggregat weist dabei üblicherweise eine Einrichtung auf, mit welcher das Auftreten des Fehlers des Wechselrichters festgestellt werden kann. Derartige Einrichtungen sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt. Generell zum Stand der Technik wird die DE 198 49 889 A1 angeführt. Diese beschreibt ein Verfahren zur leistungs- und wirkungsgradoptimierten Regelung von Synchronmaschinen. Dabei werden wenigstens drei Regelbereiche gebildet, in denen die Regelung eines Erregerstroms und von Strangströmen einer als Generator ausgebildeten elektrischen Maschinen nach unterschiedlichen Kriterien erfolgt. Auf diese Weise kann die verfügbare Ausgangsleistung sowie der Wirkungsgrad des Generators gegenüber einem Generator mit passiver Diodengleichrichtung erhöht werden. In dem Normalbetrieb des Generators werden die Regelbereiche in Abhängigkeit von gegebenen Anforderungen und Randbedingungen, beispielsweise der gewünschten Ausgangsleistung und der gegebenen Generatordrehzahl, ausgewählt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das Verfahren zum Betreiben eines Antriebsaggregat mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass die elektrische Maschine auch bei Auftreten eines Fehlers des Wechselrichters zumindest eingeschränkt weiterbetrieben werden kann. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem nach Auftreten eines Fehlers des Wechselrichters der Wechselrichter zum weiteren Betreiben der elektrischen Maschine in einem Notbetrieb betrieben wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass auch in dem Notbetrieb die elektrische Maschine weiterhin mit dem Wechselrichter elektrisch verbunden ist. Es ist also nicht vorgesehen, die elektrische Maschine, beispielsweise mittels eines Phasentrennrelais, von dem Wechselrichter elektrisch zu entkoppeln, um so zu verhindern, dass die elektrische Maschine ein ungewünschtes Drehmoment (beispielsweise ein Bremsmoment) erzeugt. Vielmehr ist vorgesehen, dass die elektrische Maschine auch in dem Notbetrieb zumindest teilweise ein angefordertes Drehmoment erzeugt. Es kann vorgesehen sein, dass nach dem Auftreten des Fehlers beziehungsweise einem Sensieren des Fehlers in Abhängigkeit von dem aufgetretenen Fehler ein Notbetriebsmodus aus mehreren zur Verfügung stehenden Notbetriebsmodi ausgewählt wird.
  • Der in dem Notbetrieb betreibbare Wechselrichter ermöglicht es also, auf das Phasentrennrelais zu verzichten. Somit werden der für das Antriebsaggregat benötigte Bauraum, dessen Verlustleistung sowie Kosten reduziert. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann, wenn das Antriebsaggregat in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, ein Notlauf erreicht werden, das heißt auch bei Auftreten des Fehlers kann noch ein Drehmoment erzeugt werden. Damit ist eine „Limp Home”-Funktion realisierbar, beispielsweise im Rahmen einer elektrischen Servolenkung oder bei einem Hybrid- beziehungsweise Elektroantrieb des Kraftfahrzeugs, welche mit dem Antriebsaggregat ausgestattet sind. Die elektrische Maschine kann beispielsweise eine Synchronmaschine sein.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jedem Strang mindestens zwei Schalter, insbesondere ein High-Side-Schalter und ein Low-Side-Schalter, zugeordnet werden. Der zur Ansteuerung der elektrischen Maschine verwendete Wechselrichter kann zum Beispiel auf Basis von Halbleiterschaltem (MOSFET, IGBT) realisiert sein. Tritt in einem solchen Halbleiterschalter ein Fehler auf, so kann die elektrische Maschine nicht mehr korrekt angesteuert werden, womit der Wechselrichter in dem Notbetrieb betrieben werden muss, um eine weitere Funktion der elektrischen Maschine zumindest eingeschränkt sicherzustellen. Die den Strängen zugeordnete Schalter des Wechselrichters werden angesteuert, um die bestimmten Strangspannungen einzustellen. Zu diesem Zweck werden die Schalter beispielsweise zur Pulsweitenmodulation eingesetzt. Das bedeutet, dass die Schalter entsprechend geöffnet beziehungsweise geschlossen werden, um die gewünschten Strangspannungen für die elektrische Maschine zu erzielen. Sind zwei Schalter vorgesehen, so wird einer der Schalter üblicherweise als High-Side-Schalter und ein werterer als Low-Side-Schalter verwendet. Dabei ist der High-Side-Schalter zwischen einem Potential und der elektrischen Maschine und der Low-Side-Schalter zwischen der elektrischen Maschine und einer Masse angeordnet. Jedem der Schalter kann ein Freilaufpfad zugeordnet sein, der insbesondere eine Freilaufdiode aufweist. Der Fehler des Wechselrichters kann beispielsweise darin bestehen, dass einer der Schalter nicht mehr korrekt funktioniert, also dauerhaft geschlossen oder dauerhaft geöffnet ist. In beiden Fällen muss der Notbetrieb des Wechselrichters durchgeführt werden, um ein Fehlverhalten der elektrischen Maschine zu vermeiden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Normalbetrieb eine Transformation von rotorfesten Stellgrößen auf statorfeste Stellgrößen durchgeführt wird, wobei die statorfesten Stellgrößen die Strangspannungen umfassen und/oder eine Begrenzung der Stellgrößen auf einen Maximalbetrag vorgenommen wird. Die Stellgrößen können beispielsweise Stromstärken oder Spannungen sein. Zum Bestimmen der rotorfesten Stellgrößen wird beispielsweise eine feldorientierte Regelung verwendet, die aus dem Stand der Technik bekannt ist. Nach dem Bestimmen der rotorfesten Stellgrößen werden diese auf statorfeste Stellgrößen transformiert, um mittels des Wechselrichters die elektrische Maschine des Antriebsaggregats ansteuern zu können. Zu diesem Zweck wird beispielsweise die inverse Park-Transformation eingesetzt, welche mit der Gleichung
    Figure 00040001
    durchgeführt wird. Dabei sind die Größen Ud und Uq die rotorfesten Stellgrößen, Ua, Ub und Uc die statorfesten Stellgrößen und φ der Rotorwinkel bezüglich des Stators. Der Winkel 120° resultiert aus einem dreiphasigen Aufbau der elektrischen Maschine, bei welcher Statorwicklungen um diesen Winkel gegeneinander versetzt angeordnet sind. Weiterhin kann auch eine Begrenzung der Stellgrößen auf den Maximalbetrag vorgenommen werden. Vorzugsweise werden dazu die rotorfesten Stellgrößen herangezogen, bevor sie auf die statorfesten Stellgrößen transformiert werden. Dabei ist die Beziehung Ud 2 + Uq 2 ≤ UB 2/3 zu beachten. Der Maximalbetrag der Stellgrößen ist üblicherweise durch ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs (mit der Betriebsspannung UB) vorgegeben.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die elektrische Maschine in dem Notbetrieb ein Drehmoment erzeugt. Das Drehmoment soll dabei zumindest dem Vorzeichen nach einem angeforderten Drehmoment entsprechen. Wird also ein positives Drehmoment (Antriebsmoment) angefordert, so soll zumindest gewährleistet sein, dass die elektrische Maschine kein negatives Drehmoment (Bremsmoment) erzeugt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenn der Fehler einen fehlerhaften Schalter betrifft, ein erster Notbetriebsmodus ausgewählt wird. Wie vorstehend bereits dargelegt, kann ein solcher fehlerhafter Schalter entweder dauerhaft geschlossen oder dauerhaft geöffnet sein. In diesem Fall wird aus mehreren zur Verfügung stehenden Notbetriebsmodi der erste Notbetriebsmodus ausgewählt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem ersten Notbetriebsmodus ein weiterer, demselben Strang wie der fehlerhafte Schalter zugeordnete Schalter geöffnet oder geschlossen wird. Dies bedeutet insbesondere, dass bei einem defekten High-Side-Schalter der entsprechende Low-Side-Schalter desselben Strangs geöffnet beziehungsweise geschlossen wird und umgekehrt. Vorzugsweise ist es jedoch vorgesehen, dass wenn einer der Schalter dauerhaft leitend Ist, der jeweils andere Schalter geöffnet wird. Ist der Schalter dagegen dauerhaft geöffnet, also nicht leitend, so kann der jeweils andere Schalter geschlossen oder geöffnet werden. In letzterem Fall fließt in dem Strang, in welchem sich der fehlerhafte Schalter befindet, nur noch Strom über den eventuell vorhandenen Freilaufpfad des jeweils anderen, also intakten, Schalters. Die Schalter in der Brücke sollen also derart geschaltet sein, dass nicht beide Schalter gleichzeitig geschlossen beziehungsweise leitend sind, um einen Kurzschluss in dem Strang zu vermeiden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem ersten Notbetriebsmodus die Transformation unter Berücksichtigung des fehlerhaften Schalters durchgeführt wird. Ist beispielsweise der High-Side-Schalter eines Strangs dauerhaft leitend (womit die Strangspannung dieses Strangs gleich UB ist), dann wird dies bei der Transformation von den rotorfesten Stellgrößen auf die statorfesten Stellgrößen berücksichtigt. Ist der Strang, welcher mit der Strangspannung Uc beaufschlagt ist, betroffen, so ergeben sich für die beiden verbliebenen Zweige somit die statorfesten Stellgrößen Ua und Ub aus der Gleichung:
    Figure 00050001
    während Uc = UB gilt. In dem ersten Notbetriebsmodus kann somit die Bestimmung der rotorfesten Stellgrößen analog zu der des Normalbetriebs durchgeführt werden. Lediglich bei der Transformation der rotorfesten Stellgrößen auf die statorfesten Stellgrößen muss der Fehler des Wechselrichters berücksichtigt werden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenn der Fehler einen Kurzschluss zwischen zwei Strängen betrifft, ein zweiter Notbetriebsmodus gewählt wird. Sobald festgestellt wird, dass der Kurzschluss vorliegt, so wird der Wechselrichter in dem Notbetrieb betrieben. Zu diesem Zweck wird der zweite Notbetriebsmodus ausgewählt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem zweiten Notbetriebsmodus nur eine der rotorfesten Stellgrößen, insbesondere eine drehmomentbildende Stellgröße, eingestellt wird. Bei einem Kurzschluss zwischen zwei Strängen steht bei einer dreiphasigen elektrischen Maschine – welche über drei Stränge verfügt – lediglich noch eine der rotorfesten Stellgrößen zur Verfügung. Lediglich diese kann zum Betreiben der elektrischen Maschine eingestellt beziehungsweise geregelt werden. In dem zweiten Notbetriebsmodus wird somit auf eine Regelung der elektrischen Maschine beziehungsweise des Wechselrichters umgeschaltet, bei welcher vorzugsweise lediglich die drehmomentbildende Stellgröße eingestellt wird. Eine feldbildende Stellgröße kann folglich nicht beeinflusst werden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem zweiten Notbetriebsmodus anstatt der drehmomentbildenden Stellgröße zumindest vorübergehend eine feldbildende Stellgröße eingestellt wird, sobald diese einen Maximalwert erreicht. Da in dem zweiten Notbetriebsmodus lediglich die drehmomentbildende Stellgröße eingestellt wird, kann die feldbildende Stellgröße nicht direkt beeinflusst werden. Diese stellt sich vielmehr aufgrund der drehmomentbildenden Stellgröße ein. Üblicherweise darf die feldbildende Stellgröße jedoch einen bestimmten Maximalwert nicht überschreiten. Der Wert der feldbildenden Stellgröße muss demnach überwacht werden. Erreicht sie den Maximalwert, so kann zumindest vorübergehend auf die Regelung der feldbildenden Stellgröße umgeschaltet werden. Das bedeutet, dass nun nicht mehr die drehmomentbildende, sondern die feldbildende Stellgröße steuernd beziehungsweise regelnd eingestellt wird. Dabei kann es beispielsweise Ziel des Einstellens sein, die feldbildende Stellgröße auf einen Wert von Null zu führen. Hat die feldbildende Stellgröße einen hinreichend kleinen Wert erreicht, so kann wiederum auf das Einstellen der drehmomentbildenden Stellgröße umgeschaltet werden.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Antriebsaggregat, insbesondere zur Umsetzung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, mit einer elektrischen Maschine, die in einem Normalbetrieb mit von einem Wechselrichter an mindestens zwei Strängen bereitgestelltem Strom betreibbar ist, wobei an den Strängen bestimmte Strangspannungen für die elektrische Maschine eingestellt werden. Dabei ist vorgesehen, dass der Wechselrichter zum weiteren Betreiben der elektrischen Maschine nach Auftreten eines Fehlers des Wechselrichters in einem Notbetrieb betreibbar ist. Die elektrische Maschine muss also nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, bei Auftreten des Fehlers des Wechselrichters von diesem elektrisch getrennt werden, um ein ungünstiges Verhalten der elektrischen Maschine zu vermeiden. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die elektrische Maschine das angeforderte Drehmoment zumindest teilweise erzeugt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die elektrische Maschine ein Elektromotor, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, ist. Die elektrische Maschine ist dabei Bestandteil des Antriebsaggregats, welches im Wesentlichen aus der elektrischen Maschine und dem Wechselrichter sowie zu deren Ansteuerung benötigten Elektronik besteht.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Antriebsaggregat zum Einsatz in einer Servolenkung oder einem Kraftfahrzeugantrieb vorgesehen ist. Die Servolenkung ist dabei eine elektrisch unterstützte Servolenkung, wobei mittels des Antriebsaggregats das zum Lenken eines Kraftfahrzeugs benötigte Drehmoment erzeugt wird. Der Kraftfahrzeugantrieb kann beispielsweise rein elektrisch oder als Hybridantrieb ausgebildet sein. In ersterem Fall dient allein das Antriebsaggregat einem Antrieb des Kraftfahrzeugs. Im Falle des Hybridantriebs wird das Antriebsaggregat mit einer weiteren drehmomenterzeugenden Maschine, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, kombiniert.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
  • Figur ein Antriebsaggregat mit einer elektrischen Maschine und einem Wechselrichter.
  • Die Figur zeigt ein Antriebsaggregat 1, welches eine elektrische Maschine 2 sowie einen Wechselrichter 3 aufweist. Das Antriebsaggregat 1 wird beispielsweise als Teil einer elektrischen Servolenkung oder zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs eingesetzt. Die elektrische Maschine 2 ist beispielsweise eine dreiphasige permanenterregte Synchronmaschine, verfügt also über drei Stränge 4, 5 und 6, über welche sie von dem Wechselrichter 3 mit Strom versorgt wird. Die Stränge 4, 5 und 6 sind dabei an Außenleiter 7, 8 und 9 des Wechselrichters 3 angeschlossen. Der Wechselrichter 3 selbst ist über Anschlussleitungen 10 und 11 mit einer Stromquelle 12, welche eine Gleichstromquelle ist, verbunden.
  • Jedem der Stränge 4, 5 und 6 sind jeweils zwei Schalter 13 zugeordnet, wobei High-Side-Schalter 14, 15 und 16 mit der Anschlussleitung 10 und Low-Side-Schalter 17, 18 und 19 mit der Anschlussleitung 11 verbunden sind. Der Strang 4 weist dabei den High-Side-Schalter 14 und den Low-Side-Schalter 17, der Strang 5 den High-Side-Schalter 15 und den Low-Side-Schalter 18 sowie der Strang 6 den High-Side-Schalter 16 und den Low-Side-Schalter 19 auf. Jedem der Schalter 13 ist ein Freilaufpfad 20 zugeordnet beziehungsweise parallel geschaltet. Jeder Freilaufpfad 20 verfügt über eine Freilaufdiode 21.
  • In einem Normalbetrieb der elektrischen Maschine 2 beziehungsweise des Antriebsaggregats 1 werden die Schalter 13 mittels Pulsweitenmodulation angesteuert, um die elektrischen Maschine 2 über die Stränge 4, 5 und 6 mit Strang spannungen zu beaufschlagen, sodass diese ein Drehmoment bewirkt. Zu diesem Zweck dient eine Regelung beziehungsweise Stromregelung, beispielsweise eine feldorientierte Regelung. Mit Hilfe dieser Regelung werden rotorfeste Stellgrößen Ud und Uq bestimmt, welche beispielsweise einem Drehmoment oder einer Drehzahl der elektrischen Maschine 2 entsprechen. Diese rotorfesten Stellgrößen Ud und Uq werden auf statorfeste Stellgrößen Ua, Ub und Uc transformiert, wozu eine inverse Park-Transformation gemäß der Gleichung
    Figure 00080001
    eingesetzt wird. Die aus dieser Gleichung resultierenden statorfesten Stellgrößen Ua, Ub und Uc werden nun mit Hilfe der Pulsweitenmodulation und den Schaltern 13 an den Strängen 4 (Ua), 5 (Ub) und 6 (Uc) eingestellt. Zuvor kann auch eine Begrenzung der Stellgrößen auf einen Maximalbetrag Umax vorgenommen werden. Dabei entspricht Umax üblicherweise einer Spannung UB, die von dem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden kann. Das bedeutet, dass der Betrag der Stellgrößen kleiner oder gleich dem Maximalbetrag gemäß der Gleichung Ud 2 + Uq 2 ≤ UB 2/3 festgelegt werden muss.
  • Liegt ein Fehler des Wechselrichters 3 vor, so wird der Wechselrichter 3 zum weiteren Betreiben der elektrischen Maschine 2 in einem Notbetrieb betrieben. Das bedeutet, dass die elektrische Maschine 2 weiterhin über die Stränge 4, 5 und 6 mit dem Wechselrichter 3 elektrisch verbunden ist, also nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, eine Trennung dieser Verbindung vorgenommen wird. Zur Erkennung des Fehlers verfügt das Antriebsaggregat 1 über geeignete Mittel, die hier nicht dargestellt sind. Der Fehler des Wechselrichters 3 kann beispielsweise darin bestehen, dass einer der Schalter 13 dauerhaft leitend, also dauerhaft geschlossen, oder dauerhaft nichtleitend, das heißt dauerhaft geöffnet, ist. In diesem Fall wird aus mehreren zur Verfügung stehenden Notbetriebsmodi ein erster Notbetriebsmodus ausgewählt. In diesem wird zunächst derjenige Schalter 13 geöffnet oder geschlossen, welcher in demselben Strang 4, 5 oder 6 wie der fehlerhafte Schalter 13 angeordnet ist. Ist beispielsweise der High-Side-Schalter 16 dauerhaft leitend, so wird der Low-Side-Schalter 19 geöffnet. Ist dagegen der High-Side-Schalter 16 dauerhaft nicht leitend, so kann der Low-Side-Schalter 19 entweder geöffnet oder geschlossen werden. Dabei ist darauf zu achten, dass die High-Side-Schalter 14, 15 oder 16 und der Low-Side-Schalter 17, 18 oder 19 eines Stranges 4, 5 oder 6 nicht gleichzeitig geschlossen sind. In diesem Fall läge ein Kurzschluss zwischen den Anschlussleitungen 10 und 11 über den jeweiligen Strang 4, 5 oder 6 vor.
  • Ist der High-Side-Schalter 16 dauerhaft leitend, so steht der Strang 6 permanent in elektrischer Verbindung mit der Anschlussleitung 10, an dem Strang 6 liegt also eine Versorgungsspannung UB an und es gilt Uc = UB. In dem ersten Notbetriebsmodus werden weiterhin die rotorfesten Stellgrößen mittels der geeigneten Regelung bestimmt und anschließend in die statorfesten Stellgrößen umgerechnet. Dabei ist jedoch der geschlossene High-Side-Schalter 16, also Uc = UB zu beachten. Für dieses Beispiel ergibt sich die Gleichung der inversen Park-Transformation zu
    Figure 00100001
  • Die statorfesten Stellgrößen Ua, Ub sowie Uc = UB werden anschließend über Pulsweitenmodulation der Schalter 13 an den Strängen 4, 5 und 6 der elektrischen Maschine 2 eingestellt, womit diese in dem Notbetrieb weiterhin ein Drehmoment erzeugen kann, welches zumindest teilweise dem gewünschten beziehungsweise angeforderten Drehmoment entspricht.
  • Ist dagegen der High-Side-Schalter 16 dauerhaft nichtleitend, so wird der Low-Side-Schalter 19 ebenfalls dauerhaft geschlossen und das oben beschriebene Verfahren durchgeführt. Alternativ kann der Low-Side-Schalter 19 auch geöffnet werden. Damit fließt in dem Außenleiter 9 bei dem Durchführen des Notbetriebs der elektrischen Maschinen Strom lediglich über den Freilaufpfad 20 des Low-Side-Schalters 19.
  • Liegt hingegen ein Kurzschluss zwischen zwei der Strängen 4, 5 und 6 vor, so wird ein zweiter Notbetriebsmodus aus den zur Verfügung stehenden Notbetriebsmodi gewählt. Bei einem solchen Fehler kann lediglich eine der rotorfesten Stellgrößen Ud und Uq (beziehungsweise Id und Iq) eingestellt werden. Dabei ist Iq eine drehmomentbildende Stellgröße und Id eine feldbildende Stellgröße. In dem zweiten Notbetriebsmodus wird lediglich Iq eingestellt beziehungsweise geregelt/gesteuert. Die feldbildende Stellgröße Id stellt sich aufgrund der drehmomentbildenden Stellgröße Iq automatisch ein. Anschließend wird wiederum die vorstehend beschriebene Transformation von den rotorfesten Stellgrößen auf die statorfesten Stellgrößen durchgeführt und diese an den Strängen 4, 5 und 6 der elektrischen Maschine 2 eingestellt.
  • Dabei darf jedoch üblicherweise die feldbildende Stellgröße Id einen bestimmten Maximalwert nicht überschreiten. Kommt die feldbildende Stellgröße Id in den Bereich dieses Maximalwerts, so kann beispielsweise auf eine Regelung, insbesondere der drehmomentbildenden Stellgröße Iq, umgeschaltet werden, die diese auf Null zurückregelt. Ist die feldbildende Stellgröße Id hinreichend klein, so kann wieder auf das Einstellen der drehmomentbildenden Stellgröße Iq gewechselt werden.
  • Bei der Umsetzung des beschriebenen Verfahrens kann jedem Notbetriebsmodus eine eigenständige Regeleinrichtung für die elektrische Maschine beziehungsweise für den Wechselrichter zugeordnet werden und bei Auftreten des Fehlers zwischen diesen Regeleinrichtungen umgeschaltet werden. Die Funktion kann jedoch auch mittels einer einzigen Regeleinrichtung realisiert sein.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 98/10971 A1 [0002]
    • DE 19849889 A1 [0002]

Claims (13)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsaggregats (1), wobei das Antriebsaggregat (1) eine elektrische Maschine (2) aufweist, die in einem Normalbetrieb mit von einem Wechselrichter (3) an mindestens zwei Strängen (4, 5, 6) bereitgestelltem Strom betrieben wird und an den Strängen bestimmte Strangspannungen (Ua, Ub, Uc) für die elektrische Maschine (2) eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass nach Auftreten eines Fehlers des Wechselrichters (3) der Wechselrichter (3) zum werteren Betreiben der elektrischen Maschine (2) in einem Notbetrieb betrieben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Strang, (4, 5, 6) mindestens zwei Schalter (13), insbesondere ein High-Side-Schalter (14, 15, 16) und ein Low-Side-Schalter (17, 18, 19) zugeordnet werden.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Normalbetrieb eine Transformation von rotorfesten Stellgrößen (Ud, Uq) auf statorfeste Stellgrößen durchgeführt wird, wobei die statorfesten Stellgrößen die Strangspannungen (Ua, Ub, Uc) umfassen und/oder eine Begrenzung der Stellgrößen auf einen Maximalbetrag vorgenommen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (2) in dem Notbetrieb ein Drehmoment erzeugt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der Fehler einen fehlerhaften Schalter (13) betrifft, ein erster Notbetriebsmodus ausgewählt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Notbetriebsmodus ein weiterer, demselben Strang (4, 5, 6) wie der fehlerhafte Schalter zugeordneter Schalter (13) geöffnet oder geschlossen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Notbetriebsmodus die Transformation unter Berücksichtigung des fehlerhaften Schalters (13) durchgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenn der Fehler einen Kurzschluss zwischen zwei Strängen (4, 5, 6) betrifft, ein zweiter Notbetriebsmodus gewählt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem zweiten Notbetriebsmodus nur eine der rotorfesten Stellgrößen (Ud, Id, Uq, Iq), insbesondere eine drehmomentbildende Stellgröße (Uq, Iq), eingestellt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zweiten Notbetriebsmodus anstatt der drehmomentbildenden Stellgröße (Uq, Iq) zumindest vorübergehend eine feldbildende Stellgröße (Ud, Id) eingestellt wird, sobald diese einen Maximalwert erreicht.
  11. Antriebsaggregat (1), insbesondere zur Umsetzung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einer elektrischen Maschine (2), die in einem Normalbetrieb mit von einem Wechselrichter (3) und mindestens zwei Strängen (4, 5, 6) bereitgestellten Strom betreibbar ist, wobei an den Strängen (4, 5, 6) bestimmte Strangspannungen (Ua, Ub, Uc) für die elektrische Maschine (2) eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (3) zum weiteren Betreiben der elektrischen Maschine (2) nach Auftreten eines Fehlers des Wechselrichters (3) in einem Notbetrieb betreibbar ist.
  12. Antriebsaggregat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (2) ein Elektromotor, insbesondere eine permanenterregte Synchronmaschine, ist.
  13. Antriebsaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Einsatz in einer Servolenkung oder einem Kraftfahrzeugs-Antrieb vorgesehen ist.
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