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DE102017203656A1 - Method and device for controlling an electric drive and electric drive - Google Patents

Method and device for controlling an electric drive and electric drive Download PDF

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DE102017203656A1
DE102017203656A1 DE102017203656.7A DE102017203656A DE102017203656A1 DE 102017203656 A1 DE102017203656 A1 DE 102017203656A1 DE 102017203656 A DE102017203656 A DE 102017203656A DE 102017203656 A1 DE102017203656 A1 DE 102017203656A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
inverter
temperature
electric machine
electric drive
pwm
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
DE102017203656.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Lin Feuerrohr
Sven Reimann
Florian Malchow
Maximilian Manderla
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 DE102017203656.7A priority Critical patent/DE102017203656A1/en
Priority to PCT/EP2018/055133 priority patent/WO2018162334A1/en
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
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    • H02P27/085Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters with pulse width modulation wherein the PWM mode is adapted on the running conditions of the motor, e.g. the switching frequency
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines elektrischen Antriebs (2), welcher eine elektrische Maschine (22) und einen Wechselrichter (21) umfasst, mit den Schritten: Ermitteln (S1) von Temperaturinformationen bezüglich der elektrischen Maschine (22) und des Wechselrichters (21); und Einstellen (S2) eines Arbeitspunkts der elektrischen Maschine (22) und einer Schaltfrequenz (fPWM) des Wechselrichters (21) unter Verwendung der ermittelten Temperaturinformationen und unter Berücksichtigung einer Drehmomentvorgabe (Mziel) sowie von vorgegebenen thermischen Belastbarkeitsinformationen bezüglich des elektrischen Antriebs (2).

Figure DE102017203656A1_0000
The invention relates to a method for controlling an electric drive (2), which comprises an electrical machine (22) and an inverter (21), comprising the steps of: determining (S1) temperature information relating to the electrical machine (22) and the inverter ( 21); and setting (S2) an operating point of the electric machine (22) and a switching frequency (f PWM ) of the inverter (21) using the determined temperature information and taking into account a torque command (M target ) as well as predetermined thermal load information relating to the electric drive (2 ).
Figure DE102017203656A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines elektrischen Antriebs, eine Vorrichtung zur Regelung eines elektrischen Antriebs und einen elektrischen Antrieb.The present invention relates to a method for controlling an electric drive, a device for controlling an electric drive and an electric drive.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Antriebe umfassen temperaturempfindliche Komponenten, welche bei hoher thermischer Belastung beschädigt oder zerstört werden können. Daher ist es erforderlich, bereits frühzeitig zu erkennen, dass bestimmte Komponenten in einen thermischen Grenzbereich kommen könnten, um rechtzeitig entsprechende Gegenmaßnahmen einzuleiten. Möglich ist hierbei ein Derating des elektrischen Antriebs, d. h. eine Absenkung des maximal zulässigen Drehmoments oder der maximal zulässigen Ströme des elektrischen Antriebs.Electric drives include temperature sensitive components which can be damaged or destroyed by high thermal stress. Therefore, it is necessary to recognize at an early stage that certain components could enter a thermal boundary area in order to initiate appropriate countermeasures in good time. Possible here is a derating of the electric drive, d. H. a reduction in the maximum permissible torque or the maximum permissible currents of the electric drive.

So ist aus der Druckschrift DE 10 2014 220 208 A1 eine entsprechende Steuervorrichtung für eine Elektromaschine bekannt, wobei der Arbeitspunkt der Elektromaschine basierend auf einer Drehmomentvorgabe sowie basierend auf erfassten Temperaturen eines Stators und eines Rotors der Elektromaschine eingestellt wird.This is from the publication DE 10 2014 220 208 A1 a corresponding control device for an electric machine, wherein the operating point of the electric machine is adjusted based on a torque command and based on detected temperatures of a stator and a rotor of the electric machine.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Regelung eines elektrischen Antriebs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Vorrichtung zur Regelung eines elektrischen Antriebs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und einen elektrischen Antrieb mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 bereit.The invention provides a method for controlling an electric drive with the features of claim 1, a device for controlling an electric drive with the features of claim 8 and an electric drive with the features of claim 10 ready.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach ein Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung eines elektrischen Antriebs, wobei der elektrische Antrieb eine elektrische Maschine und einen Wechselrichter umfasst. Temperaturinformationen bezüglich der elektrischen Maschine und bezüglich des Wechselrichters werden ermittelt. Ein Arbeitspunkt der elektrischen Maschine und eine Schaltfrequenz des Wechselrichters werden unter Verwendung der ermittelten Temperaturinformationen und unter Berücksichtigung einer Drehmomentvorgabe sowie von vorgegebenen thermischen Belastbarkeitsinformationen bezüglich des elektrischen Antriebs eingestellt.According to a first aspect, the invention accordingly relates to a method for controlling an electric drive, wherein the electric drive comprises an electric machine and an inverter. Temperature information relating to the electrical machine and to the inverter is determined. An operating point of the electric machine and a switching frequency of the inverter are set using the determined temperature information and taking into account a torque specification as well as predetermined thermal capacity information relating to the electric drive.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung demnach eine Vorrichtung zur Steuerung bzw. Regelung eines elektrischen Antriebs, wobei der elektrische Antrieb eine elektrische Maschine und einen Wechselrichter umfasst. Die Vorrichtung umfasst eine Temperaturermittlungseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, Temperaturinformationen bezüglich der elektrischen Maschine und bezüglich des Wechselrichters zu ermitteln. Weiter umfasst die Vorrichtung eine Einstelleinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, einen Arbeitspunkt der elektrischen Maschine und eine Schaltfrequenz des Wechselrichters unter Verwendung der ermittelten Temperaturinformationen und unter Berücksichtigung einer Drehmomentvorgabe sowie unter Berücksichtigung von vorgegebenen thermischen Belastbarkeitsinformationen bezüglich des elektrischen Antriebs einzustellen.According to a second aspect, the invention accordingly relates to a device for controlling an electric drive, wherein the electric drive comprises an electric machine and an inverter. The device comprises a temperature determination device, which is designed to determine temperature information relating to the electrical machine and with respect to the inverter. Furthermore, the device comprises an adjusting device, which is designed to set an operating point of the electric machine and a switching frequency of the inverter using the determined temperature information and taking into account a torque specification and taking into account predetermined thermal capacity information with respect to the electric drive.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung demnach einen elektrischen Antrieb mit einem Wechselrichter, einer elektrischen Maschine und einer Vorrichtung zur Regelung des Wechselrichters und der elektrischen Maschine.According to a third aspect, the invention therefore relates to an electric drive with an inverter, an electrical machine and a device for controlling the inverter and the electric machine.

Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.Preferred embodiments are the subject of the respective subclaims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung ermöglicht eine ganzheitliche Betrachtung sowohl der elektrischen Maschine als auch des Wechselrichters. Dadurch ist es möglich, sowohl den Arbeitspunkt als auch die Schaltfrequenz zu optimieren, d. h. bestimmten Vorgaben oder Zielwerten möglichst nahe zu kommen. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass die maximale thermische Belastbarkeit des elektrischen Antriebs, d. h. sowohl der elektrischen Maschine als auch des Wechselrichters, nicht überschritten wird. Indem sowohl der Arbeitspunkt der elektrischen Maschine als auch die Schaltfrequenz des Wechselrichters als Freiheitsgrade zur Verfügung stehen, bestehen mehr Möglichkeiten, eine entsprechende Leistungsregelung bzw. ein Derating der elektrischen Maschine durchzuführen. Beispielsweise kann selbst dann, wenn die elektrische Maschine durch Anpassung des Arbeitspunkts bereits an ihre thermischen Grenzen gelangt ist, ein Derating weiter verzögert werden, da durch Variation der Schaltfrequenz des Wechselrichters eine weitere Erwärmung der elektrischen Maschine auf Kosten einer Erwärmung des Wechselrichters verhindert werden kann. Ein Derating muss in diesem Fall erst dann erfolgen, wenn auch der Wechselrichter bzw. Komponenten des Wechselrichters an die thermische Belastbarkeitsgrenze stoßen. Die Erfindung ermöglicht es daher, die thermischen Kapazitäten des elektrischen Antriebs möglichst optimal auszunutzen. Insbesondere stellt die Erfindung ein thermisches Managementverfahren bereit, welches die thermischen Kapazitäten der Komponenten in Überlastbedingungen besser ausnutzt. Dadurch kann letztlich mehr Dauerleistung erreicht werden. Vorzugsweise können weitere Informationen ermittelt werden, etwa wie lange das aktuell angeforderte Drehmoment, d. h. die Drehmomentvorgabe noch eingehalten werden kann. Neben einer höheren Dauerleistung ist auch eine verbesserte Rekuperation möglich.The invention enables a holistic view of both the electrical machine and the inverter. This makes it possible to optimize both the operating point and the switching frequency, ie to come as close as possible to certain specifications or target values. At the same time it is ensured that the maximum thermal load capacity of the electric drive, ie both the electrical machine and the inverter, is not exceeded. By both the operating point of the electric machine and the switching frequency of the inverter are available as degrees of freedom, there are more opportunities to perform a corresponding power regulation or derating the electric machine. For example, even if the electrical machine has already reached its thermal limits by adapting the operating point, derating can be further delayed since, due to variation of the Switching frequency of the inverter further heating of the electrical machine at the expense of heating of the inverter can be prevented. In this case, derating must only take place if the inverter or components of the inverter also hit the thermal load limit. The invention therefore makes it possible to optimally utilize the thermal capacities of the electric drive. In particular, the invention provides a thermal management method which better exploits the thermal capacities of the components in overload conditions. As a result, ultimately more continuous output can be achieved. Preferably, further information can be determined, such as how long the currently requested torque, ie the torque specification can still be met. In addition to a higher continuous power and improved recuperation is possible.

Die Erfindung ist auch vorteilhaft im Rahmen von Entwurfprozessen von elektrischen Antrieben, da das thermische Management eine kleinere Auslegung der Maschine ermöglichen kann, wodurch die Kosten reduziert werden können.The invention is also advantageous in the context of electric drive design processes, as thermal management may allow for a smaller design of the machine, thereby reducing costs.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens umfassen die Temperaturinformationen eine Temperatur eines Rotors der elektrischen Maschine und/oder eine Temperatur eines Stators der elektrischen Maschine und/oder eine Temperatur von Dioden des Wechselrichters und/oder eine Temperatur von Transistoren des Wechselrichters. Sämtliche temperaturkritischen Komponenten sowohl der elektrischen Maschine als auch des Wechselrichters werden somit bei der Bestimmung des Arbeitspunkts der elektrischen Maschine und der Schaltfrequenz des Wechselrichters berücksichtigt.According to a preferred development of the method, the temperature information comprises a temperature of a rotor of the electrical machine and / or a temperature of a stator of the electrical machine and / or a temperature of diodes of the inverter and / or a temperature of transistors of the inverter. All temperature-critical components of both the electrical machine and the inverter are thus taken into account in determining the operating point of the electrical machine and the switching frequency of the inverter.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens umfassen die thermischen Belastbarkeitsinformationen eine maximale Temperatur des Rotors und/oder eine maximale Temperatur des Stators und/oder eine maximale Temperatur der Dioden des Wechselrichters und/oder eine maximale Temperatur der Transistoren des Wechselrichters. Vorzugsweise werden der Arbeitspunkt der elektrischen Maschine und die Schaltfrequenz des Wechselrichters derart eingestellt, dass die Temperaturen der jeweiligen Komponenten die maximalen Temperaturen nicht überschreiten.According to a preferred development of the method, the thermal load information comprises a maximum temperature of the rotor and / or a maximum temperature of the stator and / or a maximum temperature of the diodes of the inverter and / or a maximum temperature of the transistors of the inverter. Preferably, the operating point of the electrical machine and the switching frequency of the inverter are set such that the temperatures of the respective components do not exceed the maximum temperatures.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens umfasst das Einstellen des Arbeitspunkts der elektrischen Maschine das Berechnen einer d-Achsenkomponente eines Stromvektors der elektrischen Maschine und einer q-Achsenkomponente des Stromvektors der elektrischen Maschine. Der berechnete Stromvektor wird vorzugsweise durch eine unterlagerte feldorientierte Regelung eingeregelt.According to a preferred development of the method, setting the operating point of the electrical machine comprises calculating a d-axis component of a current vector of the electrical machine and a q-axis component of the current vector of the electrical machine. The calculated current vector is preferably adjusted by a subordinate field-oriented control.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens erfolgt das Einstellen des Arbeitspunkts der elektrischen Maschine und der Schaltfrequenz des Wechselrichters durch Optimierung eines Gütefunktionals, welches von dem Arbeitspunkt der elektrischen Maschine, der Schaltfrequenz des Wechselrichters und der Drehmomentvorgabe abhängt.According to a preferred embodiment of the method, the adjustment of the operating point of the electrical machine and the switching frequency of the inverter by optimizing a quality function, which depends on the operating point of the electric machine, the switching frequency of the inverter and the torque input.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden anhand eines Modells unter Berücksichtigung der ermittelten Temperaturinformationen Temperaturverläufe von Komponenten des elektrischen Antriebs in Abhängigkeit von dem Arbeitspunkt der elektrischen Maschine und der Schaltfrequenz des Wechselrichters ermittelt. Vorzugsweise wird weiter die Optimierung unter der Nebenbedingung durchgeführt, dass die Temperaturverläufe in vorgegebenen Wertebereichen liegen. Die Temperaturverläufe umfassen insbesondere Informationen bezüglich zu erwartender Temperaturveränderungen, d. h. eine prognostizierte Temperaturentwicklung von Komponenten des elektrischen Antriebs. Die Temperaturverläufe können sich hierbei über ein Zeitintervall bis zu einem vorgegebenen zukünftigen Zeitpunkt erstrecken. Erfindungsgemäß wird dadurch sichergestellt, dass die Temperaturen der Komponenten nicht zu hoch ansteigen und dadurch die Komponenten des elektrischen Antriebs nicht überhitzen.According to a preferred development of the method, temperature profiles of components of the electric drive as a function of the operating point of the electrical machine and the switching frequency of the inverter are determined on the basis of a model taking into account the determined temperature information. Preferably, the optimization is further carried out under the secondary condition that the temperature profiles are within predetermined value ranges. The temperature profiles include in particular information regarding expected temperature changes, d. H. a predicted temperature development of components of the electric drive. The temperature profiles may extend over a time interval up to a given future time. According to the invention, this ensures that the temperatures of the components do not rise too high and thus do not overheat the components of the electric drive.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist eine Gewichtung einer Abweichung eines tatsächlichen Drehmoments der elektrischen Maschine von der Drehmomentvorgabe in dem Gütefunktional einstellbar. Dadurch ist es möglich, zwischen verschiedenen Betriebsmodi des elektrischen Antriebs zu wechseln. Beispielsweise kann in einem Sportmodus die Gewichtung derart durchgeführt werden, dass das tatsächliche Drehmoments möglichst nah an der Drehmomentvorgabe liegt, d. h. dass ein Term des Gütefunktionals, welcher die Abweichung des tatsächlichen Drehmoments von der Drehmomentvorgabe umfasst, möglichst stark gewichtet wird. Dadurch werden der Arbeitspunkt und die Schaltfrequenz derart eingestellt, dass das tatsächliche Drehmoment möglichst nahe an der Drehmomentvorgabe liegt. Insbesondere wird ein Derating des elektrischen Antriebs möglichst lange verzögert. Umgekehrt kann in einem Eco-Modus die Abweichung des tatsächlichen Drehmoments von der Drehmomentvorgabe schwächer gewichtet werden, sodass das Derating bereits früher erfolgt. Das Drehmoment wird dadurch frühzeitiger gedrosselt, wodurch der Energieverbrauch des elektrischen Antriebs sinkt.According to a preferred embodiment of the method, a weighting of a deviation of an actual torque of the electric machine from the torque input in the quality functional is adjustable. This makes it possible to switch between different operating modes of the electric drive. For example, in a sport mode, the weighting may be performed such that the actual torque is as close as possible to the torque command, ie that a term of the quality function, which includes the deviation of the actual torque from the torque command, is weighted as strongly as possible. As a result, the operating point and the switching frequency are set such that the actual torque is as close as possible to the torque specification. In particular, a derating of the electric drive is delayed as long as possible. Conversely, in an Eco mode, the deviation of the actual torque from the torque command can be weighted less, so that the derating is done earlier. The torque is thereby throttled earlier, whereby the power consumption of the electric drive decreases.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung ist die Temperaturermittlungseinrichtung dazu ausgebildet, eine Temperatur eines Rotors der elektrischen Maschine und/oder eine Temperatur eines Stators der elektrischen Maschine und/oder eine Temperatur von Dioden des Wechselrichters und/oder eine Temperatur von Transistoren des Wechselrichters zu messen. Alternativ können auch Schätzverfahren zur Temperaturermittlung verwendet werden.According to a preferred embodiment of the device, the temperature detecting device is adapted to measure a temperature of a rotor of the electric machine and / or a temperature of a stator of the electric machine and / or a temperature of diodes of the inverter and / or a temperature of transistors of the inverter. Alternatively, estimation methods for temperature determination can also be used.

Figurenlistelist of figures

Es zeigen:

  • 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Regelung eines elektrischen Antriebs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 einen beispielhaften Verlauf von Temperaturen von Komponenten einer elektrischen Maschine;
  • 3 einen beispielhaften Verlauf von Temperaturen von Komponenten eines Wechselrichters;
  • 4 einen beispielhaften Verlauf einer Schaltfrequenz des Wechselrichters;
  • 5 einen beispielhaften Verlauf von Strömen einer elektrischen Maschine;
  • 6 einen beispielhaften Verlauf eines Drehmoments des elektrischen Antriebs;
  • 7 einen beispielhaften Verlauf einer Leistung des elektrischen Antriebs;
  • 8 ein schematisches Blockschaltbild eines elektrischen Antriebs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
  • 9 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Regelung eines elektrischen Antriebs.
Show it:
  • 1 a schematic block diagram of an apparatus for controlling an electric drive according to an embodiment of the invention;
  • 2 an exemplary course of temperatures of components of an electric machine;
  • 3 an exemplary course of temperatures of components of an inverter;
  • 4 an exemplary course of a switching frequency of the inverter;
  • 5 an exemplary course of currents of an electrical machine;
  • 6 an exemplary course of a torque of the electric drive;
  • 7 an exemplary course of a power of the electric drive;
  • 8th a schematic block diagram of an electric drive according to an embodiment of the invention; and
  • 9 a flowchart of a method for controlling an electric drive.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll im Allgemeinen keine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden. Verschiedene Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden, sofern dies sinnvoll ist.In all figures, the same or functionally identical elements and devices are provided with the same reference numerals. The numbering of method steps is for the sake of clarity and generally should not imply a particular chronological order. In particular, several method steps can be carried out simultaneously. Various embodiments can be combined as desired, if appropriate.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur Regelung eines elektrischen Antriebs 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der zu regelnde elektrische Antrieb 2 umfasst einen Wechselrichter 21, welcher mit einer Gleichspannungsquelle gekoppelt ist und die bereitgestellte Gleichspannung in Wechselspannung umwandelt und einer elektrischen Maschine 22 des elektrischen Antriebs 2 zur Verfügung stellt. Der elektrische Antrieb 2 kann beispielsweise Teil eines Antriebs für ein Fahrzeug sein. 1 shows a schematic block diagram of a device 1 for controlling an electric drive 2 according to an embodiment of the invention. The electric drive to be controlled 2 includes an inverter 21 , which is coupled to a DC voltage source and converts the provided DC voltage into AC voltage and an electrical machine 22 of the electric drive 2 provides. The electric drive 2 may be part of a drive for a vehicle, for example.

Die Vorrichtung 1 umfasst weiter eine Temperaturermittlungseinrichtung 11, welche dazu ausgebildet ist, Temperaturinformationen bezüglich der elektrischen Maschine 22 und des Wechselrichters 21 zu ermitteln. Beispielsweise kann die Temperaturermittlungseinrichtung 11 mindestens einen Temperatursensor umfassen, welcher dazu ausgebildet ist, eine Temperatur des Wechselrichters 21 und/oder der elektrischen Maschine 22 zu messen. Insbesondere kann die Temperaturermittlungseinrichtung 11 dazu ausgebildet sein, jeweilige aktuelle Temperaturen von Komponenten des Wechselrichters 21 und der elektrischen Maschine 22 zu messen. So kann der Wechselrichter 21 Dioden und Transistoren umfassen und die elektrische Maschine 22 kann einen Rotor und einen Stator umfassen. Die Temperaturinformationen umfassen eine Temperatur des Rotors der elektrischen Maschine 22, eine Temperatur des Stators der elektrischen Maschine, eine Temperatur von Dioden des Wechselrichters 21 und eine Temperatur von Transistoren des Wechselrichters 21. Die Transistoren des Wechselrichters 21 sind beispielsweise als IGBTs ausgebildet.The device 1 further comprises a temperature detecting means 11 , which is adapted to temperature information relating to the electrical machine 22 and the inverter 21 to investigate. For example, the temperature detecting device 11 comprise at least one temperature sensor, which is adapted to a temperature of the inverter 21 and / or the electric machine 22 to eat. In particular, the temperature determination device 11 be adapted to respective current temperatures of components of the inverter 21 and the electric machine 22 to measure. So can the inverter 21 Diodes and transistors include and the electric machine 22 may include a rotor and a stator. The temperature information includes a temperature of the rotor of the electric machine 22 , a temperature of the stator of the electric machine, a temperature of diodes of the inverter 21 and a temperature of transistors of the inverter 21 , The transistors of the inverter 21 For example, they are designed as IGBTs.

Weiter kann die Temperaturermittlungseinrichtung 11 auch dazu ausgebildet sein, Temperaturinformationen bezüglich der elektrischen Maschine 22 und des Wechselrichters 21 anhand eines empirischen oder physikalischen Modells zu bestimmen. Die Temperaturermittlungseinrichtung 11 kann hierzu vorhandene Fahrzyklen, Straßenprofile und/oder Navigationsdaten berücksichtigen, um die aktuellen Temperaturen abzuschätzen.Further, the temperature detecting means 11 also be adapted to temperature information with respect to the electrical machine 22 and the inverter 21 using an empirical or physical model. The temperature detecting device 11 can take into account existing driving cycles, road profiles and / or navigation data to estimate the current temperatures.

Vorzugsweise ist die Temperaturermittlungseinrichtung 11 zusätzlich dazu ausgelegt, unter Berücksichtigung der ermittelten Temperaturinformationen Temperaturverläufe der Komponenten des elektrischen Antriebs 2 zu ermitteln. Die Temperaturverläufe können hierbei von einem Arbeitspunkt der elektrischen Maschine 22 und einer Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21 abhängen. Der Arbeitspunkt der elektrischen Maschine 22 wird vorzugsweise durch eine d-Achsenkomponente id eines Stromvektors der elektrischen Maschine 22 und durch eine q-Achsenkomponente iq des Stromvektors der elektrischen Maschine 22 bestimmt. Die Temperaturermittlungseinrichtung 11 kann somit ein Prädiktionsmodell bereitstellen, anhand dessen die Temperaturermittlungseinrichtung beispielsweise eine zu erwartende Statortemperatur Tstator(k+1) zu einem zukünftigen Zeitpunkt in Abhängigkeit von einer Statortemperatur Tstator(k) zum gegenwärtigen Zeitpunkt, einer Kühltemperatur Tcool, einem Arbeitspunkt id, iq der elektrischen Maschine 22 und einer Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21 berechnet, etwa nach folgender Formel: T stator ( k + 1 ) = f 1 ( T stator ( k ) , T cool , i d , i q , f PWM ) .

Figure DE102017203656A1_0001
Preferably, the temperature detecting means 11 additionally designed, taking into account the determined temperature information, temperature profiles of the components of the electric drive 2 to investigate. The temperature curves can in this case from an operating point of the electric machine 22 and a switching frequency f PWM of the inverter 21 depend. The working point of the electric machine 22 is preferably by a d-axis component i d of a current vector of the electric machine 22 and by a q-axis component i q of the current vector of the electrical machine 22 certainly. The temperature detecting device 11 can thus provide a prediction model, by means of which the temperature determination device, for example, an expected stator temperature T stator (k + 1) at a future time in dependence on a stator temperature T stator (k) at the present time, a cooling temperature T cool , an operating point i d , i q of the electric machine 22 and a switching frequency f PWM of the inverter 21 calculated according to the following formula: T stator ( k + 1 ) = f 1 ( T stator ( k ) , T cool , i d , i q , f PWM ) ,
Figure DE102017203656A1_0001

Weiter kann die Temperaturermittlungseinrichtung 11 anhand des Prädiktionsmodells in analoger Weise eine Temperatur Trotor eines Rotors der elektrischen Maschine 22, eine Temperatur Tdiode von Dioden des Wechselrichters 21 bzw. eine Temperatur TIGBT von Transistoren des Wechselrichters 21 zu einem zukünftigen Zeitpunkt in Abhängigkeit von einer jeweiligen entsprechenden Temperatur zum momentanen Zeitpunkt, von einer Kühltemperatur Tcool, von dem Arbeitspunkt id, iq der elektrischen Maschine 22 und von der Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21 bestimmen, d. h. nach folgenden Formeln: T rotor ( k + 1 ) = f 2 ( T rotor ( k ) , T cool , i d , i q , f PWM ) ,

Figure DE102017203656A1_0002
T diode ( k + 1 ) = f 3 ( T diode ( k ) , T cool , i d , i q , f PWM ) ,
Figure DE102017203656A1_0003
T IGBT ( k + 1 ) = f 4 ( T IGBT ( k ) , T cool , i d , i q , f PWM ) .
Figure DE102017203656A1_0004
Further, the temperature detecting means 11 Based on the prediction model in an analogous manner, a temperature T rotor of a rotor of the electric machine 22 , a temperature T diode of diodes of the inverter 21 or a temperature T IGBT of transistors of the inverter 21 at a future time depending on a respective corresponding temperature at the present time, a cooling temperature T cool , from the operating point i d , i q of the electric machine 22 and the switching frequency f PWM of the inverter 21 determine, ie according to the following formulas: T rotor ( k + 1 ) = f 2 ( T rotor ( k ) , T cool , i d , i q , f PWM ) .
Figure DE102017203656A1_0002
T diode ( k + 1 ) = f 3 ( T diode ( k ) , T cool , i d , i q , f PWM ) .
Figure DE102017203656A1_0003
T IGBT ( k + 1 ) = f 4 ( T IGBT ( k ) , T cool , i d , i q , f PWM ) ,
Figure DE102017203656A1_0004

In den Formeln 1 bis 4 bezeichnen f1, f2, f3, f4 jeweilige modellabhängige Funktionen. Diese Funktionen können anhand eines physikalischen Modells bestimmt werden, können jedoch auch anhand von Kennlinien des elektrischen Antriebs ermittelt werden. Während die Temperaturinformationen sich somit auf aktuelle Temperaturen der Komponenten des elektrischen Antriebs 2 beziehen, betreffen die Temperaturverläufe auch zukünftige Temperaturen der Komponenten des elektrischen Antriebs 2.In the formulas 1 to 4 f 1 , f 2 , f 3 , f 4 denote respective model-dependent functions. These functions can be determined on the basis of a physical model, but can also be determined on the basis of characteristics of the electric drive. While the temperature information is thus on current temperatures of the components of the electric drive 2 The temperature profiles also relate to future temperatures of the components of the electric drive 2 ,

Die Vorrichtung 1 umfasst weiter eine Einstelleinrichtung 12, welche dazu ausgebildet ist, den Arbeitspunkt id, iq der elektrischen Maschine 22 und die Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21 einzustellen. Die Einstelleinrichtung 12 bestimmt hierzu ein Gütefunktional J, welches von dem Arbeitspunkt id, iq der elektrischen Maschine 22, der Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21, einer Arbeitspunktvorgabe id,ziel, iq,ziel, einer Schaltfrequenzvorgabe fPWM,ziel und einer Drehmomentvorgabe Mziel abhängt. Das Gütefunktional J kann durch folgende Formel gegeben sein: J = k 1 ( i d i d , ziel ) 2 + k 2 ( i q i q ,ziel ) 2 + k 3 ( M M ziel ) 2 + k 4 ( f PWM f PWM ,ziel ) 2 .

Figure DE102017203656A1_0005
The device 1 further comprises an adjustment device 12 , which is adapted to the operating point i d , i q of the electric machine 22 and the switching frequency f PWM of the inverter 21 adjust. The adjustment device 12 determines for this purpose a quality function J, which of the operating point i d , i q of the electric machine 22 , the switching frequency f PWM of the inverter 21 , an operating point specification i d, destination , i q, destination , a switching frequency specification f PWM, target and a torque input M target depends. The quality functional J can be given by the following formula: J = k 1 ( i d - i d . aim ) 2 + k 2 ( i q - i q ,aim ) 2 + k 3 ( M - M aim ) 2 + k 4 ( f PWM - f PWM ,aim ) 2 ,
Figure DE102017203656A1_0005

Die Arbeitspunktvorgabe id,ziel, iq,ziel entspricht einem vorgegebenen Zielwert für den Arbeitspunkt id, iq, die Schaltfrequenzvorgabe fPWM,ziel entspricht einem vorgegebenen Zielwert für die Schaltfrequenz fPWM und die Drehmomentvorgabe Mziel entspricht einem vorgegebenen Zielwert für das Drehmoment M. Typische Kriterien zur Festlegung von id,ziel und iq,ziel sind der maximale Wirkungsgrad oder das maximale Drehmoment pro Ampere. In der Realität können die Zielwerte jedoch immer nicht sämtlich erreicht werden, ohne dass bestimmte Komponenten des elektrischen Antriebs 2 an ihre thermischen Belastbarkeitsgrenzen stoßen. Durch die Gewichtungsfaktoren k1 bis k4 können die jeweiligen Beiträge zum Gütefunktional J jedoch entsprechend gewichtet werden. Durch Einstellen der Gewichtungsfaktoren k1 bis k4 können die verschiedenen Zielwerte verändert werden. Beispielsweise kann in einem Sportmodus der Gewichtungsfaktor k3 des Drehmoments M erhöht werden und in einem Eco-Modus kann der Gewichtungsfaktor k3 des Drehmoments M verringert werden. Durch Änderung der Gewichtung k3 ist somit eine Abweichung des tatsächlichen Drehmoments M von der Drehmomentvorgabe Mziel bzw. von dem Zielwert für das Drehmoment einstellbar.The operating point specification i d, target , i q, target corresponds to a predetermined target value for the operating point i d , i q , the switching frequency specification f PWM, target corresponds to a predetermined target value for the switching frequency f PWM and the torque specification M target corresponds to a predetermined target value for the Torque M. Typical criteria for determining i d, target and i q, target are the maximum efficiency or the maximum torque per ampere. In reality, however, the target values can not always be achieved without certain components of the electric drive 2 reach their thermal capacity limits. By the weighting factors k 1 to k 4, however , the respective contributions to the quality function J can be weighted accordingly. By setting the weighting factors k 1 to k 4 , the different target values can be changed. For example, in a sport mode, the weighting factor k 3 of the torque M may be increased, and in an eco mode, the weighting factor k 3 of the torque M may be decreased. By changing the weighting k 3 , a deviation of the actual torque M from the torque input M target or from the target value for the torque is thus adjustable.

Die Einstelleinrichtung 12 ist dazu ausgebildet, den Arbeitspunkt id, iq der elektrischen Maschine 22 und die Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21 durch Optimieren des Gütefunktionals J zu bestimmen. Die Einstelleinrichtung 12 berücksichtigt hierbei die von der Temperaturermittlungseinrichtung 11 ermittelten Temperaturinformationen und Temperaturverläufe. Die Einstelleinrichtung 12 kann dazu ausgebildet sein, das Gütefunktional J unter Verwendung des Arbeitspunkts id, iq der elektrischen Maschine 22 und der Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21 als Optimierungsvariablen zu minimieren, wobei die obigen Formeln 1 bis 4 erste Nebenbedingungen darstellen und als zweite Nebenbedingungen die Werte für den Arbeitspunkt id, iq der elektrischen Maschine 22, die Werte für Spannungen ud, uq der elektrischen Maschine 22 und für die Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21 beschränkt werden, beispielsweise nach folgenden Formeln: T stator ( k ) T stator ,max , für alle k von 1 bis N ,

Figure DE102017203656A1_0006
T rotor ( k ) T rotor ,max , für alle k von 1 bis N ,
Figure DE102017203656A1_0007
T diode ( k ) T diode ,max , für alle k von 1 bis N ,
Figure DE102017203656A1_0008
T IGBT ( k ) T IGBT ,max , für alle k von 1 bis N ,
Figure DE102017203656A1_0009
i d 2 + i q 2 i max 2 ,
Figure DE102017203656A1_0010
u d 2 + u q 2 u max 2 ,
Figure DE102017203656A1_0011
f PWM ,min f PWM f PWM ,max .
Figure DE102017203656A1_0012
The adjustment device 12 is designed to the working point i d , i q of the electric machine 22 and the switching frequency f PWM of the inverter 21 by optimizing the quality function J. The adjustment device 12 in this case takes into account that of the temperature detecting device 11 determined temperature information and temperature profiles. The adjustment device 12 can be designed to the quality function J using the operating point i d , i q of the electric machine 22 and the switching frequency f PWM of the inverter 21 as optimization variables, using the formulas above 1 to 4 first secondary conditions and as second secondary conditions the values for the operating point i d , i q of the electric machine 22, the values for voltages u d , u q of the electric machine 22 and for the switching frequency f PWM of the inverter 21 be limited, for example, according to the following formulas: T stator ( k ) T stator ,Max , for all k from 1 to N .
Figure DE102017203656A1_0006
T rotor ( k ) T rotor ,Max , for all k from 1 to N .
Figure DE102017203656A1_0007
T diode ( k ) T diode ,Max , for all k from 1 to N .
Figure DE102017203656A1_0008
T IGBT ( k ) T IGBT ,Max , for all k from 1 to N .
Figure DE102017203656A1_0009
i d 2 + i q 2 i Max 2 .
Figure DE102017203656A1_0010
u d 2 + u q 2 u Max 2 .
Figure DE102017203656A1_0011
f PWM , min f PWM f PWM ,Max ,
Figure DE102017203656A1_0012

Hierbei sind Tstator,max, Trotor,max, Tdiode,max, TIGBT,max und imax vorgegebene Schwellenwerte, welche thermische Belastbarkeitsinformationen des elektrischen Antriebs 2 darstellen. Die Parameter umax, fPWM,min und fPWM,max sind antriebsbedingte Schwellwerte. Der Parameter N bezeichnet die Anzahl der Zeitschritte.In this case, T stator, max , T rotor, max , T diode, max , T IGBT, max and imax are predetermined threshold values, which thermal load information of the electric drive 2 represent. The parameters u max , f PWM, min and f PWM, max are drive-related threshold values. The parameter N denotes the number of time steps.

Die Einstelleinrichtung 12 kann dazu ausgebildet sein, dieses nichtlineare Optimierungsproblem anhand eines bekannten Verfahrens zu lösen, beispielsweise mittels Sequential Quadratic Programming (SQP). Die Einstelleinrichtung 12 stellt den Arbeitspunkt id, iq der elektrischen Maschine 22 und die Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21 auf diejenigen Werte ein, welche das Optimierungsproblem lösen.The adjustment device 12 can be designed to solve this non-linear optimization problem using a known method, for example by means of sequential quadratic programming (SQP). The adjustment device 12 represents the operating point i d , i q of the electric machine 22 and the switching frequency f PWM of the inverter 21 to those values that solve the optimization problem.

Die genaue Form des Gütefunktionals J ist nur beispielhaft. Insbesondere kann die Abhängigkeit von den Variablen auch von der obigen quadratischen Beziehung abweichen.The exact form of the quality function J is only an example. In particular, the dependence on the variables may also differ from the above quadratic relationship.

Das Einstellen des Arbeitspunkts id, iq und der Schaltfrequenz fPWM wird anhand eines in den 2 bis 7 illustrierten Szenarios beispielhaft erläutert.The setting of the operating point i d , i q and the switching frequency f PWM is based on a in the 2 to 7 illustrated scenarios exemplified.

Wie in 2 gezeigt, erhitzt sich die elektrische Maschine 22 anfangs, sodass bis zu einer ersten Zeit t1 die Temperaturen Tstator des Stators und die Temperatur Trotor des Rotors der elektrischen Maschine 22 ansteigen, wobei sich insbesondere die Temperatur Trotor des Rotors einer zulässigen Maximaltemperatur von 100 °C annähert.As in 2 shown, the electric machine heats up 22 initially, so that up to a first time t 1, the temperatures T stator of the stator and the temperature T rotor of the rotor of the electric machine 22 increase, in particular, the temperature T rotor of the rotor approaches a maximum allowable temperature of 100 ° C.

Die Temperatur Tdiode der Dioden und die Temperatur TIGBT der Transistoren des Wechselrichters 21 bleiben im Wesentlichen konstant und sind kleiner als die maximal zulässige Temperatur von 100 °C, wie in 3 illustriert.The temperature T diode of the diodes and the temperature T IGBT of the transistors of the inverter 21 remain substantially constant and are less than the maximum allowable temperature of 100 ° C, as in 3 illustrated.

Wie in 4 gezeigt, ist die Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21 im Wesentlichen konstant, genauso wie die in 5 illustrierten d-Achsenkomponenten id und q-Achsenkomponenten iq des Stromvektors der elektrischen Maschine 22.As in 4 shown is the switching frequency f PWM of the inverter 21 essentially constant, as well as the in 5 illustrated d-axis components i d and q-axis components i q of the current vector of the electric machine 22 ,

Wie in 6 illustriert, entspricht das Drehmoment M im Wesentlichen der Drehmomentvorgabe Mziel für das Drehmoment M. Die Leistung P des elektrischen Antriebs 2 ist ebenfalls konstant, wie in 7 illustriert.As in 6 illustrated, the torque M substantially corresponds to the torque command M target for the torque M. The power P of the electric drive 2 is also constant, as in 7 illustrated.

Zum Zeitpunkt t1 wird prädiziert, dass die Temperatur Trotor des Rotors nach kurzer Zeit die zulässige Maximaltemperatur von 100 °C überschreiten wird. Bei der Lösung des Optimierungsproblems wird dadurch automatisch die Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21 erhöht, wie in 4 zu sehen. Dadurch verringert sich die q-Achsenkomponente iq des Stromvektors, während die d-Achsenkomponente id des Stromvektors ansteigt. Aufgrund der auftretenden Schaltverluste und der zunehmenden Stromvektornorm steigen die Temperaturen Tdiode, TIGBT der Dioden und der Transistoren an. Um ein Überhitzen der Transistoren zu verhindern, wird daher die Schaltfrequenz fPWM wieder reduziert, wie in 4 zu erkennen ist. Das Drehmoment M des elektrischen Antriebs 2 bleibt weiterhin konstant und gleich der Drehmomentvorgabe Mziel. Ein Derating kann so durch das Variieren der Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21 weiter verzögert werden. Die abgegebene Leistung P des elektrischen Antriebs 2 bleibt unverändert. At time t 1 it is predicted that the temperature T rotor of the rotor will exceed the maximum permissible temperature of 100 ° C after a short time. In solving the optimization problem, this automatically causes the switching frequency f PWM of the inverter 21 increased, as in 4 to see. This reduces the q-axis component i q of the current vector, while the d-axis component i d of the current vector increases. Due to the switching losses occurring and the increasing current vector norm, the temperatures T diode, T IGBT of the diodes and the transistors increase. In order to prevent overheating of the transistors, therefore, the switching frequency f PWM is again reduced, as in 4 can be seen. The torque M of the electric drive 2 remains constant and equal to the torque target M goal . A derating can be done by varying the switching frequency f PWM of the inverter 21 be further delayed. The output power P of the electric drive 2 stays unchanged.

Zu einem zweiten Zeitpunkt t2 muss das Drehmoment M verringert werden, um ein Überhitzen der Transistoren und des Rotors zu verhindern. Somit tritt ein Derating auf und das Drehmoment M unterscheidet sich von der Drehmomentvorgabe M, wie in 6 zu sehen. Die abgegebene Leistung P des elektrischen Antriebs 2 sinkt.At a second time t 2 , the torque M must be reduced to prevent overheating of the transistors and the rotor. Thus, a derating occurs and the torque M is different from the torque command M, as in 6 to see. The output power P of the electric drive 2 sinks.

Zu einem dritten Zeitpunkt t3 wird schließlich die Drehmomentvorgabe Mziel reduziert. Dadurch sinken die d-Achsenkomponente id und die q-Achsenkomponente iq des Stromvektors, während die Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21 ansteigt. Dadurch kann die Drehmomentvorgabe Mziel wiederum erreicht werden.At a third time t 3 , finally, the torque input M target is reduced. As a result, the d-axis component i d and the q-axis component i q of the current vector decrease, while the switching frequency f PWM of the inverter 21 increases. As a result, the torque specification M goal can be achieved again.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. So können beispielsweise auch die Temperaturen und Temperaturverläufe sowie Betriebsparameter von weiteren Komponenten des elektrischen Antriebs 2 berücksichtigt werden. Beispielsweise kann ein Zwischenkreiskondensator berücksichtigt werden. Weiter können auch Elemente des Antriebsstrangs, eine Batterie oder ein Getriebe eines Fahrzeugs berücksichtigt werden. Neben einer Anpassung der Schaltfrequenz des Wechselrichters können auch Ansteuerungsverfahren des Wechselrichters entsprechend angepasst werden, sodass kritische Komponenten des Wechselrichters 21 eine niedrige Leistungdissipation erfahren. Weiter können die Komponenten des Gütefunktionals J zeitabhängig sein, sodass Alterung- bzw. Belastungsmodelle in dem Gütefunktional J berücksichtigt werden.The invention is not limited to the embodiments shown. Thus, for example, the temperatures and temperature profiles as well as operating parameters of other components of the electric drive 2 be taken into account. For example, a DC link capacitor can be taken into account. Further, also elements of the drive train, a battery or a transmission of a vehicle can be taken into account. In addition to an adjustment of the switching frequency of the inverter and control methods of the inverter can be adjusted accordingly, so that critical components of the inverter 21 experience a low power dissipation. Furthermore, the components of the quality function J can be time-dependent, so that aging or load models are taken into account in the quality functional J.

In 8 ist ein Blockschaltbild eines elektrischen Antriebs 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung illustriert. Der elektrische Antrieb 2 umfasst einen Wechselrichter 21, welcher Gleichspannung in Wechselspannung wandelt und einer elektrischen Maschine 22 des elektrischen Antriebs 2 bereitstellt. Die elektrische Maschine 22 ist als Drehstrommaschine, etwa als Synchronmaschine oder Asynchronmaschine ausgebildet. Der elektrische Antrieb 2 umfasst weiter eine Vorrichtung 1, welche dazu ausgebildet ist, Temperaturinformationen bezüglich der elektrischen Maschine 22 und bezüglich des Wechselrichters 21 zu ermitteln und einen Arbeitspunkt iq, id der elektrischen Maschine 22 und eine Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21 unter Verwendung der ermittelten Temperaturinformationen und unter Berücksichtigung einer Drehmomentvorgabe Mziel sowie von vorgegebenen thermischen Belastbarkeitsinformationen bezüglich des elektrischen Antriebs 2 zu ermitteln und einzustellen. Die Vorrichtung 1 entspricht vorzugsweise einer der oben beschriebenen Ausführungsformen.In 8th is a block diagram of an electric drive 2 illustrated according to an embodiment of the invention. The electric drive 2 includes an inverter 21 , which converts DC voltage into AC voltage and an electric machine 22 of the electric drive 2 provides. The electric machine 22 is designed as a three-phase machine, such as a synchronous machine or asynchronous machine. The electric drive 2 further comprises a device 1 , which is adapted to temperature information relating to the electrical machine 22 and regarding the inverter 21 to determine and an operating point i q , i d of the electric machine 22 and a switching frequency f PWM of the inverter 21 using the determined temperature information and taking into account a torque input M goal and of predetermined thermal capacity information with respect to the electric drive 2 to determine and adjust. The device 1 preferably corresponds to one of the embodiments described above.

In 9 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Regelung eines elektrischen Antriebs 2 illustriert. Der elektrische Antrieb 2 umfasst, wie oben beschrieben, eine elektrische Maschine 22 und einen Wechselrichter 21.In 9 is a flowchart of a method for controlling an electric drive 2 illustrated. The electric drive 2 includes, as described above, an electric machine 22 and an inverter 21 ,

In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden Temperaturinformationen bezüglich der elektrischen Maschine 22 und bezüglich des Wechselrichters 21 ermittelt. Die Temperaturinformationen können anhand von Sensordaten und/oder anhand von physikalischen Modellen bzw. von Kennlinien des elektrischen Antriebs 2 ermittelt werden.In a first method step S1, temperature information relating to the electrical machine is obtained 22 and regarding the inverter 21 determined. The temperature information can be based on sensor data and / or on the basis of physical models or characteristics of the electric drive 2 be determined.

In einem Verfahrensschritt S2 werden ein Arbeitspunkt id, iq der elektrischen Maschine 22 und eine Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21 unter Verwendung der ermittelten Temperaturinformationen und unter Berücksichtigung einer Drehmomentvorgabe Mziel sowie von vorgegebenen thermischen Belastbarkeitsinformationen bezüglich des elektrischen Antriebs eingestellt. Vorzugsweise wird dazu, wie oben beschrieben, ein entsprechendes Gütefunktional J optimiert, welches von dem Arbeitspunkt id, iq der elektrischen Maschine 22, der Schaltfrequenz fPWM des Wechselrichters 21 und der Drehmomentvorgabe Mziel abhängt.In a method step S2, an operating point i d , i q of the electric machine 22 and a switching frequency f PWM of the inverter 21 set using the determined temperature information and taking into account a torque input M target and of predetermined thermal capacity information with respect to the electric drive. Preferably, as described above, a corresponding quality function J is optimized, which from the operating point i d , i q of the electric machine 22 , the switching frequency f PWM of the inverter 21 and the torque default M goal depends.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Verfahren zur Regelung eines elektrischen Antriebs (2), welcher eine elektrische Maschine (22) und einen Wechselrichter (21) umfasst, mit den Schritten: Ermitteln (S1) von Temperaturinformationen bezüglich der elektrischen Maschine (22) und des Wechselrichters (21); und Einstellen (S2) eines Arbeitspunkts der elektrischen Maschine (22) und einer Schaltfrequenz (fPWM) des Wechselrichters (21) unter Verwendung der ermittelten Temperaturinformationen und unter Berücksichtigung einer Drehmomentvorgabe (Mziel) sowie von vorgegebenen thermischen Belastbarkeitsinformationen bezüglich des elektrischen Antriebs (2).A method of controlling an electric drive (2) comprising an electric machine (22) and an inverter (21), comprising the steps of: determining (S1) temperature information regarding the electric machine (22) and the inverter (21); and adjusting (S2) of a working point of the electrical machine (22) and a switching frequency (f PWM) of the inverter (21) (destination M) using the temperature information determined under consideration of a torque setting and of predetermined thermal capacity information relating to the electric drive (2 ). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperaturinformationen eine Temperatur (Tr) eines Rotors der elektrischen Maschine (22) und/oder eine Temperatur (Ts) eines Stators der elektrischen Maschine (22) und/oder eine Temperatur (Td) von Dioden des Wechselrichters (21) und/oder eine Temperatur (TIGBT) von Transistoren des Wechselrichters (21) umfassen.Method according to Claim 1 wherein the temperature information is a temperature (T r ) of a rotor of the electrical machine (22) and / or a temperature (T s ) of a stator of the electric machine (22) and / or a temperature (T d ) of diodes of the inverter (21 ) and / or a temperature (T IGBT ) of transistors of the inverter (21). Verfahren nach Anspruch 2, wobei die thermischen Belastbarkeitsinformationen eine maximale Temperatur (Trotor,max) des Rotors und/oder eine maximale Temperatur des Stators (Tstator,max) und/oder eine maximale Temperatur (Tdiode,max) der Dioden des Wechselrichters (21) und/oder eine maximale Temperatur (TIGBT,max) der Transistoren des Wechselrichters (21) umfassen.Method according to Claim 2 , wherein the thermal load information is a maximum temperature (T rotor, max ) of the rotor and / or a maximum temperature of the stator (T stator, max ) and / or a maximum temperature (T diode, max ) of the diodes of the inverter (21) and or a maximum temperature (T IGBT, max ) of the transistors of the inverter (21). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einstellen des Arbeitspunkts der elektrischen Maschine (22) das Berechnen einer d-Achsenkomponente (id) eines Stromvektors der elektrischen Maschine (22) und einer q-Achsenkomponente (iq) des Stromvektors der elektrischen Maschine (22) umfasst.The method of any one of the preceding claims, wherein adjusting the operating point of the electric machine (22) comprises calculating a d-axis component (i d ) of a current vector of the electric machine (22) and a q-axis component (i q ) of the electric machine's current vector (22). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Einstellen des Arbeitspunkts der elektrischen Maschine (22) und der Schaltfrequenz (fPWM) des Wechselrichters (21) durch Optimierung eines Gütefunktionals (J) erfolgt, welches von dem Arbeitspunkt der elektrischen Maschine (22), der Schaltfrequenz (fPWM) des Wechselrichters (21) und der Drehmomentvorgabe (Mziel) abhängt.Method according to one of the preceding claims, wherein adjusting the operating point of the electric machine (22) and the switching frequency (f PWM) of the inverter (21) by optimizing a quality function (J), which from the operating point of the electric machine (22), the switching frequency (f PWM ) of the inverter (21) and the torque command (M target ) depends. Verfahren nach Anspruch 5, wobei anhand eines Modells unter Berücksichtigung der ermittelten Temperaturinformationen Temperaturverläufe von Komponenten des elektrischen Antriebs (2) in Abhängigkeit von dem Arbeitspunkt der elektrischen Maschine (22) und der Schaltfrequenz (fPWM) des Wechselrichters (21) ermittelt werden, und wobei die Optimierung unter der Nebenbedingung durchgeführt wird, dass die Temperaturverläufe in vorgegebenen Wertebereichen liegen.Method according to Claim 5 , wherein based on a model taking into account the determined temperature information temperature profiles of components of the electric drive (2) depending on the operating point of the electric machine (22) and the switching frequency (f PWM ) of the inverter (21) are determined, and wherein the optimization under the secondary condition is carried out that the temperature curves are within predetermined value ranges. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei eine Gewichtung einer Abweichung eines tatsächlichen Drehmoments der elektrischen Maschine (22) von der Drehmomentvorgabe (Mziel) in dem Gütefunktional einstellbar ist.Method according to one of Claims 5 or 6 wherein a weighting of a deviation of an actual torque of the electric machine (22) from the torque command (M target ) in the quality functional is adjustable. Vorrichtung (1) zur Regelung eines elektrischen Antrieb (2), wobei der elektrische Antrieb (2) eine elektrische Maschine (22) und einen Wechselrichter (21) umfasst, mit: einer Temperaturermittlungseinrichtung (11), welche dazu ausgebildet ist, Temperaturinformationen bezüglich der elektrischen Maschine (22) und des Wechselrichters (21) zu ermitteln; und einer Einstelleinrichtung (12), welche dazu ausgebildet ist, einen Arbeitspunkts der elektrischen Maschine (22) und eine Schaltfrequenz (fPWM) des Wechselrichters (21) unter Verwendung der ermittelten Temperaturinformationen und unter Berücksichtigung einer Drehmomentvorgabe (Mziel) sowie von vorgegebenen thermischen Belastbarkeitsinformationen bezüglich des elektrischen Antriebs (2) einzustellen.Device (1) for controlling an electric drive (2), wherein the electric drive (2) comprises an electric machine (22) and an inverter (21), comprising: temperature detecting means (11) adapted to provide temperature information relating to electrical machine (22) and the inverter (21) to determine; and an adjusting device (12) which is adapted to a working point of the electric machine (22) and a switching frequency (f PWM ) of the inverter (21) using the determined temperature information and taking into account a torque command (M target ) and predetermined thermal To set resilience information with respect to the electric drive (2). Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, wobei die Temperaturermittlungseinrichtung (11) dazu ausgebildet ist, eine Temperatur (Tr) eines Rotors der elektrischen Maschine (22) und/oder eine Temperatur (Ts) eines Stators der elektrischen Maschine (22) und/oder eine Temperatur (Td) von Dioden des Wechselrichters (21) und/oder eine Temperatur (TIGBT) von Transistoren des Wechselrichters (21) zu messen oder zu schätzen.Device (1) according to Claim 8 wherein the temperature detecting means (11) is adapted to a temperature (T r ) of a rotor of the electric machine (22) and / or a temperature (T s ) of a stator of the electric machine (22) and / or a temperature (T d ) of diodes of the inverter (21) and / or a temperature (T IGBT ) of transistors of the inverter (21) to measure or estimate. Elektrischer Antrieb (2), mit einem Wechselrichter (21), einer elektrischen Maschine (22) und einer Vorrichtung (1) zur Regelung des Wechselrichters (21) und der elektrischen Maschine (22) gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9.Electric drive (2), comprising an inverter (21), an electric machine (22) and a device (1) for controlling the inverter (21) and the electric machine (22) according to one of Claims 8 or 9 ,
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