DE102023209803A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Maschine, elektrische Maschine - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (2), die eine ansteuerbare Leistungselektronik (7) mit zumindest einem Inverter (6) aufweist, wobei der Inverter (6) in Abhängigkeit von einer Drehmomentanforderung (tqDesDrvr) für die elektrische Maschine (2) und einer Temperatur (tStator) von der elektrischen Maschine (2) angesteuert wird, mit folgenden Schritten:
- Überwachen der Drehmomentanforderung (tqDesDrvr),
- Überwachen der Temperatur (tStator) der elektrischen Maschine (2), insbesondere eines Stators (5) der elektrischen Maschine (2),
- Bestimmen eines Soll-Drehmoments (tqEmDes) in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung (tqDesDrvr) und der Temperatur (tStator),
- wobei zur Bestimmung des Soll-Drehmoments (tqDesDrvr) ein modellbasierter Pl-Regler (12) mit variablen Integratorgrenzen (P_Ctrl, I_Ctrl) derart eingesetzt wird, dass eine Übertemperatur (yMax), die eine vorgegebene Maximaltemperatur (tStatorMax) der elektrischen Maschine (2) überschreitet, für eine vorgegebene Zeitdauer (tMax) und in einer vorgegebenen Höhe zugelassen wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine, die eine ansteuerbare Leistungselektronik mit zumindest einem Inverter aufweist, wobei der Inverter in Abhängigkeit von einer Drehmomentanforderung für die elektrische Maschine und einer Temperatur von der elektrischen Maschine angesteuert wird.
• Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben einer derartigen elektrischen Maschine, die ein Steuergerät aufweist, das den Inverter in Abhängigkeit von einer Drehmomentanforderung und einer Temperatur der elektrischen Maschine ansteuert.
• Außerdem betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit der oben genannten Vorrichtung.
• Stand der Technik
• Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Um die elektrisch arbeitenden Komponenten, wie beispielsweise den Inverter oder dessen Halbleiterschalter, den Stator und/oder Rotor, im elektrischen Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs vor Überhitzung zu schützen, ist es bekannt, eine Ansteuerung des Inverters derart vorzunehmen, sodass eine zulässige oder vorgegebene Maximaltemperatur nicht überschritten wird. Dadurch sollen Hitzeschäden aufgrund einer Dauerbelastung vermieden werden. Häufig wird dazu eine sogenannte Derating- oder Abregelfunktion eingesetzt, durch welche die Leistung oder Verlustleistung der elektrischen Maschine mit der Zeit reduziert wird, um ein weiteres Erhitzen der elektrischen Komponenten zu vermeiden.
• Offenbarung der Erfindung
• Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Betriebsbereich der elektrischen Maschine innerhalb einer geforderten Mindestlebensdauer der elektrischen Maschine erweitert, insbesondere vergrößert wird. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Drehmomentanforderung überwacht wird. Die Drehmomentanforderung kann beispielsweise von einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs oder von einem Steuersystem des Kraftfahrzeugs, wie beispielsweise von einem autonomen Fahrsystem erfolgen. Außerdem wird eine Temperatur der elektrischen Maschine überwacht, insbesondere die Temperatur eines Stators der elektrischen Maschine, sodass eine vorteilhafte Temperaturregelung ermöglicht ist. Des Weiteren wird in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung und der Temperatur, die bei der Überwachung erfasst wurden, ein Solldrehmoment beziehungsweise eine Soll-Leistung der elektrischen Maschine bestimmt. Zur Bestimmung des Solldrehmoments wird erfindungsgemäß ein modellbasierter PI-Regler mit variablen Integratorgrenzen derart eingesetzt, dass eine zulässige Übertemperatur, die die vorgegebene Maximaltemperatur der elektrischen Maschine überschreitet, für eine vorgegebene Zeitdauer und/oder in einer vorgegebenen Höhe zugelassen wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren sieht es also vor, dass eine insbesondere kurzzeitige Überhöhung der Temperatur über die vorgegebene Maximaltemperatur hinaus zugelassen wird, um insbesondere kurzzeitig die Leistung oder die Leistungsgrenze der elektrischen Maschine zu erweitern. Durch den modellbasierten Pl-Regler wird der Temperatur-Überschwinger beziehungsweise die Übertemperatur oder ein einfaches Tiefpassverhalten mit definierter Einschwingzeit erzeugt. Dadurch wird erreicht, dass kurzzeitig die Leistung überhöht, dauerhaft jedoch die Maximaltemperatur nicht überschritten und die Leistung entsprechend begrenzt wird.
• Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird nach dem Erreichen der Übertemperatur das Solldrehmoment derart vorgegeben, dass die Temperatur der elektrischen Maschine auf die Maximaltemperatur eingeregelt wird.
• Vorzugsweise wird die Zeitdauer und/oder die Höhe der Übertemperatur in Abhängigkeit von einer geforderten Lebensdauer der elektrischen Maschine bestimmt. Die zulässige Anzahl von Übertemperaturereignissen sowie Höhe und Dauer des jeweiligen Übertemperaturereignisses wird vorzugsweise im Rahmen einer Lebensdaueranalyse berechnet oder geschätzt. Dabei wird insbesondere berücksichtigt, um welche Komponente der elektrischen Maschine es sich handelt, bei welcher eine Übertemperatur zugelassen wird. Vorzugsweise wird der Stator der elektrischen Maschine ausgewählt, da dieser verhältnismäßig unempfindlich gegenüber kurzzeitiger Übertemperatur ist.
• Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Temperatur der elektrischen Maschine mittels eines Temperaturmodells überwacht wird. Dabei wird insbesondere ein stark vereinfachtes Temperaturmodell verwendet, um eine Übertragungsfunktion zu finden, die ausreichend robust und dennoch ausreichend schnell auswertbar ist. Vorzugsweise werden die Temperaturverläufe einzelner Komponenten der elektrischen Maschine, insbesondere des Stators oder des Inverters mit einem PT1-Glied oder mit einem Temperaturnetzwerk abgebildet. Insbesondere wird ein PT1-Regler verwendet, da das PT1-Verhalten den Temperaturverlauf häufig dominiert.
• Vorzugsweise wird durch das Temperaturmodell eine durch eine Kühleinrichtung bewirkte Wärmeabfuhr an der betrachteten Komponente, insbesondere an dem Stator, berücksichtigt. Dabei weist die Kühleinrichtung bevorzugt einen ansteuerbaren Flüssigkeitskreislauf beziehungsweise Kühlkreislauf auf, der der Komponente zugeordnet ist. So ist beispielsweise der Stator in den Kühlkreislauf eingebunden. Insbesondere werden der Volumenstrom des Kühlkreislaufs und beispielsweise die vor dem Stator im Kühlkreislauf herrschende Kühlmitteltemperatur überwacht, um die Wärmeabfuhr am Stator vorteilhaft zu berücksichtigen. Insbesondere werden diese Vorlauftemperatur und der Volumenstrom laufend überwacht, um das Temperaturmodell zeitaktuell anzupassen.
• Besonders bevorzugt werden die Parameter des Pl-Reglers derart eingestellt, dass sich eine Übertragungsfunktion eines geschlossenen Regelkreises zu einem Tiefpass ergibt.
• Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Integratorgrenzen des Pl-Reglers in Abhängigkeit von der Höhe der zulässigen Übertemperatur, einem Verstärkungsfaktor des Temperaturmodells, einer ersten Zeitkonstante des Temperaturmodells und/oder einer zweiten Zeitkonstante einer Abregelfunktion der elektrischen Maschine eingestellt werden. Dadurch ist der definierte Überschwinger beziehungsweise die Begrenzung der Übertemperatur vorteilhaft festlegbar.
• Besonders bevorzugt wird das Solldrehmoment in Abhängigkeit von einer maximal möglichen oder zulässigen Verlustleistung der elektrischen Maschine begrenzt. Dadurch werden insbesondere unplausible Zustände beziehungsweise Arbeitspunkte der elektrischen Maschine vermieden.
• Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass das Solldrehmoment modellbasiert linearisiert wird. Dabei wird die Linearisierung insbesondere in Abhängigkeit davon durchgeführt, welche physikalische Größe durch das Verfahren geregelt, insbesondere abgeregelt wird. Als physikalische Größen kommen dabei insbesondere das Drehmoment oder der Betriebsstrom der elektrischen Maschine in Frage.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 zeichnet sich dadurch aus, dass das Steuergerät speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
• Die erfindungsgemäße Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 11 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile.
• Weitere Vorteile und bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich insbesondere aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. Im Folgenden soll Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Dazu zeigen
• 1 ein elektrischer Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine in einer vereinfachten Darstellung,
• 2 ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine in einer vereinfachten Darstellung,
• 3 ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Verfahrens in einer weiteren schematischen Darstellung,
• 4 ein vereinfachtes Temperaturmodell der elektrischen Maschine, und
• 5 ein Diagramm zur Erläuterung des vorteilhaften Verfahrens.
• 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein elektrisches Antriebssystem 1 für ein hier nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug. Das Antriebssystem 1 weist eine elektrische Maschine 2 auf, die einen Rotor 3 und einen Stator 4 mit einer vorliegend dreiphasigen Antriebswicklung 5 aufweist. Die Phasen U, V, W der Antriebswicklung 5 sind mit einem ansteuerbaren Inverter 6 verbunden, der insbesondere für jede der Phasen U, V, W jeweils eine Halbleiterbrücke mit vorzugsweise zwei in Reihe geschalteten Halbleiterschaltern aufweist. Der Inverter 6 ist Teil einer Leistungselektronik 7 der elektrischen Maschine 2. Durch den Inverter 6 ist die elektrische Maschine mit einer Energiequelle 8, vorliegend in Form einer Batterie oder eines Akkumulators, verbindbar. Die Energiequelle 8 stellt Gleichstrom bereit, der durch Ansteuern des Inverters 6 in einen Drehstrom derart gewandelt wird, dass die elektrische Maschine 2 ein von einem Fahrer gefordertes Antriebsdrehmoment tqDesDrvr erfüllt oder zumindest im Wesentlichen erfüllt. Hierzu ist ein Steuergerät 9 vorhanden, das mit dem Inverter 6 zu dessen Betrieb verbunden ist. Dabei ist das Steuergerät 9 insbesondere dazu ausgebildet, die Halbleiterschalter anzusteuern beziehungsweise zu betätigen. Das angeforderte Antriebsdrehmoment tqDesDrvr wird von der Software des Steuergeräts 9 beispielsweise per Pulsweitenmodulation in Schaltbefehle für die Halbleiterschalter umgesetzt. Dabei erfolgt durch das Steuergerät 9 auch eine Regelung des Soll-Drehmoments tqEmDes, durch welche insbesondere eine Überlastung, insbesondere eine Überhitzung, der elektrischen Maschine 2, insbesondere der Antriebswicklung 5, vermieden wird.
• 2 zeigt hierzu ein Funktionsbild, durch welches ein Verfahren zum Betreiben der elektrischen Maschine 2 erläutert wird. In Abhängigkeit von dem angeforderten Drehmoment tqDesDrvr wird das Soll-Drehmoment tqEmDes ausgegeben. Das angeforderte Drehmoment tqDesDrvr wird bevorzugt limitiert zu einem limitierten gewünschten Drehmoment tqMinMax. Das gewünschte Drehmoment tqMinMax wird anschließend von dem Steuergerät 9 und seiner Software, sowie von der durch das Steuergerät 9 angesteuerten Hardware, also der Leistungselektronik 7, mit Sollwertbestimmungen, Regelungen und dergleichen und der Pulsweitenmodulation in Schaltbefehle für die Halbleiterschalter umgerechnet und umgesetzt. Der Inverter 6 setzt dabei die Schaltbefehle zusammen mit der Energiequelle 8 in eine elektrische Antriebsspannung der Statorwicklung 5 um. Hierdurch ergibt sich ein elektrischer Strom, der das Soll-Drehmoment tqEmDes an der elektrischen Maschine 2 realisiert.
  Der eingeprägte Strom erzeugt aber auch Verluste, die zu einer Erwärmung einzelner Komponenten der elektrischen Maschine 2, insbesondere des Stators 5 und/oder beispielsweise der Halbleiterschalter, führen. Daher ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Kühleinrichtung 10 vorhanden, wie in 1 gezeigt, die mit dem Inverter 6 und der elektrischen Maschine 2 fluidtechnisch verbunden ist, um ein Kühlmittel durch den Inverter 6 und/oder die elektrische Maschine 2, insbesondere im Bereich des Stators 5, zu fördern. Hierdurch wird Wärme von den im Betrieb erhitzten Komponenten abgeführt.
• Dabei wird die Limitierung des angeforderten Drehmoments in Abhängigkeit von einer aktuellen Temperatur tStator des Stators 5 und einer vorgegebenen zulässigen Maximaltemperatur tStatorMax des Stators 5 durchgeführt. Durch das Berücksichtigen der Maximaltemperatur tStatorMax wird gewährleistet, dass der Stator 5 im laufenden Betrieb nicht überhitzt und keine dauerhaften Schäden davonträgt. Außerdem wird für die Limitierung des Antriebsdrehmoments die aktuelle Drehzahl nEm der elektrischen Maschine 2 berücksichtigt. Zur Bestimmung der Limitierung beziehungsweise eines maximal und minimal zulässigen Drehmoments tqMinMax wird eine sogenannte Abregelfunktion 11 eingesetzt.
• 3 zeigt die Abregelfunktion 11 in einem weiteren Funktionsbild. Die Abregelfunktion 11 weist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vier Teile auf, von denen drei jedoch optional sind.
• Die Abregelfunktion 11 weist als ersten optionalen Teil eine modellbasierte Vorsteuerung Fwd auf, die in Abhängigkeit von der Drehzahl nEm, der zulässigen Maximaltemperatur tStatorMax und insbesondere von einem Volumenstrom vFl der Kühleinrichtung 10 eine Verlustleistung pwrLossFwd bestimmt.
• Weiterhin weist die Abregelfunktion 11 vorliegend als zweiten Teil einen modellbasierten Pl-Regler 12 auf, der variable Integratorgrenzen für den P-Anteil P_Ctrl und den I-Anteil I_Ctrl aufweist. Die Verlustleistungen vom Pl-Regler und der Vorsteuerung pwrLossFwd werden addiert zu einer geregelten Verlustleistung pwrLossCtrl.
• Weiterhin weist die Abregelfunktion 11 als dritten optionalen Teil eine Limitierung Lim auf, mittels welcher unplausible Arbeitspunkte der elektrischen Maschine 2 vermieden werden.
• Außerdem weist die Abregelfunktion 11 vorliegend als vierten optionalen Teil eine modellbasierte Linearisierung (Pwr => Tq) auf, die in Abhängigkeit von der physikalischen Größe, die durch die Abregelfunktion 11 abgeregelt werden soll, also insbesondere Drehmoment tq oder Strom i der elektrischen Maschine 2, die Verlustleistung pwrLossCtrl linearisiert. Im Ergebnis wird die Temperatur tStator des Stators 5 optimal mit erweiterten Bereichsgrenzen innerhalb der Lebensdauer eingestellt. Im Einzelnen:
• Zunächst wird ein vereinfachtes Temperaturmodell des Antriebssystems verwendet, um eine Übertragungsfunktion zu bilden. 4 zeigt beispielhaft das vereinfachte Temperaturmodell. Die meisten Temperaturverläufe der einzelnen Komponenten des Antriebssystems lassen sich mit einem PT1-Glied oder Temperaturnetzwerk abbilden, wie es in 4 gezeigt ist. Der bevorzugte Regler zur Vorstellung Fwd basiert auf dem PT1-Verhalten, da dieses meistens das Temperaturverhalten der Komponenten dominiert.
• Wird das Temperaturmodell ausgewertet, ergeben sich für die Spannungsmaschen und den Stromknoten folgende Funktionen:
  Spannungsmasche: $$\begin{array}{c}-\text{ uCo}+\text{uR}+\text{uCth}=0\\ =>\\ \text{uCth}=\text{uCo}-\text{uR}=\text{uCo}-\text{Rth}*\text{pwrCool}\end{array}$$

  

  
  Stromknoten: $$\begin{array}{c}\text{pwrLoss}+\text{pwrCool}-\text{pwrC}=0\\ =>\\ \text{pwrCool}=\text{pwrC}-\text{pwrLoss}=\text{uCth}*\text{s}*\text{Cth}-\text{PwrLoss}\end{array}$$

  
• Diese lassen sich umrechnen zu: $$\begin{array}{c}\text{uCth}=\text{uCo}-\text{Rth}*\left(\text{uCth}*\text{s*Cth}-\text{pwrLoss}\right)\\ \text{uCth}=\left(\text{pwrLoss}*\text{Rth}+\text{uCo}\right)/\left(\text{Cth}*\text{Rth}*\text{s}+1\right)\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{c}\text{mit uCth}=\text{tStator},\text{uCo}=\text{tCoolant}\\ =>\\ \text{tStator}=\left(\text{pwrLoss}*\text{Rth}+\text{tCoolant}\right)/\left(\text{Cth}*\text{Rth}*\text{s}+1\right)\end{array}$$

  
• Dabei zeigt sich, dass der thermische Widerstand Rth vom Volumenstrom vFlw, der Kühlmitteltemperatur tCoolant und der Drehzahl nEm der elektrischen Maschine 2 abhängig ist, die wiederum vom Arbeitspunkt der elektrischen Maschine 2 abhängig sind. Außerdem ist die thermische Kapazität Cthabhängig vom Design der elektrischen Maschine und den Materialkonstanten und damit konstant ist.
• Mit der Vorsteuerung Fwd im eingeregelten Zustand (steady-state) ergibt sich mit mit dem Laplace-operator für die Beschreibung von Signalverläufen und Übertragungsfunktionen s = 0, dem Anteil pwrLossFwd der modellbasierten Vorsteuerung Fwd und tStator = tStatorMax: $$\begin{array}{c}\text{tStatorMax}=\text{pwrLossFwd}*\text{Rth}+\text{tCoolant}\\ \text{und}\\ \text{pwrLossFwd}=\left(\text{tStatorMax}-\text{tCoolant}\right)/\text{Rth}\end{array}$$

  
• Die Parameter vom PI-Regler 12 werden optimalerweise derart eingestellt, dass sich die Übertragungsfunktion vom geschlossenen Regelkreis zu einem Tiefpass ergibt. $$\text{Tiefpass}-Ü\text{bertragungsfunktion: T}\left(\text{s}\right)=1/\left(\text{TauCtrl}*\text{s}+1\right)$$

  
• Wobei TauCtrl eine Zeitkonstante der Abregelfunktion ist. Mit dem PT1-Regler aus der Vorsteuerung Fwd und der Standard PI-Regler- Übertragungsfunktion ergibt sich unter Berücksichtigung der Parameter Kp und Ki für die Verstärkung vom Proportional- und Integralanteil des Pl-Reglers: $$\begin{array}{c}\text{Kp}=\text{Tau}/\left(\text{TauCtrl}*\text{G0}\right)\\ \text{Ki}=1/\text{Tau}\\ \text{mit G0}=\text{Rth}\text{, Tau}=\text{Cth}*\text{Rth}\end{array}$$

  
• Wobei Tau eine Zeitkonstante des Temperaturmodells und G0 ein Verstärkungsfaktor des Temperaturmodells ist. Der Integrator wird optional innerhalb des Betriebspunkts bevorzugt derart begrenzt, dass sich ein definierter Überschwinger der Temperatur tStator ergibt, wie beispielhaft in 5 gezeigt. Diese zeigt ein Diagramm A und ein Diagramm B. Das Diagramm A zeigt die aktuelle Temperatur tStator des Stators 5 über die Zeit t und das Diagramm B zeigt das Drehmoment tqEM der elektrischen Maschine 2 über die Zeit t. Als definierter Überschwinger wird ein Temperaturverlauf verstanden, in welchem die Temperatur tStator die zulässige Maximaltemperatur tStatorMax der elektrischen Maschine 2 in einer Höhe als Übertemperatur yMax für eine begrenzte Zeitdauer tMax überschreitet. Basierend auf dem PT-1 Modell Fwd und dem PI-Regler 12 ergibt sich bei einer festgelegten Übertemperatur yMax um das Integrator-Limit IntLim zu bestimmen: $$\begin{array}{l}\text{IntLim}=\text{yMax}/(\left(\text{G}0*\text{TauCtrl}\right)/(\left(\text{Tau}-\text{TauCtrl}\right)*{\left(\text{Tau}/\text{TauCtrl}\right)}^{\wedge }(\text{TauCtrl}/(\text{Tau}-\\ \text{TauCtrl})))-\left(\text{G}0*\text{TauCtrl}\right)/\left(\left(\text{Tau}-\text{TauCtrl}\right)*{\left(\text{Tau}/\text{TauCtrl}\right)}^{\wedge }\left(\text{Tau}/\left(\text{Tau}-\text{TauCtrl}\right)\right)\right))\end{array}$$

  
• Die optionale Limitierung Lim sieht vor, dass der Reglerausgang der Abregelfunktion 11 in Form der Verlustleistung pwrLossCtrl auf einen realistischen Wert oder realistische Werte begrenzt wird, um unplausible Zustände des Antriebssystems 1 zu vermeiden. Als Maximum wird insbesondere die maximal mögliche Verlustleistung pwrLossMax des Antriebssystems 1 und als Minimum eine Verlustleistung von 0 Watt angenommen. Alternativ wird die Limitierung erst nach der Linearisierung (Pwr => tq), also umgekehrt zu dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel durchgeführt.
• Die optionale Linearisierung führt dazu, dass die limitierte maximale Verlustleistung aus der Abregelfunktion 11 zu einer Abregelgrenze umgerechnet wird. Die Abregelgrenze ist insbesondere ein maximaler Strom oder ein maximales Drehmoment für die elektrische Maschine. Für den Fall, dass ein Abregelstrom iEfcLim benötigt wird, wird insbesondere eine Formel iEfcLim = sqrt(pwrLoss / R(nEm, tStator)) (sqrt=square root = Wurzel) oder ein Kennfeld iEfcLim (pwrLoss, nEm, tStator,...) verwendet.
• Für den Fall, dass ein Abregel-Drehmoment TqLim eingesetzt werden soll, wird bevorzugt entweder zuerst ein Abregelstrom iEfcLim und dann das Abregelmoment TqLim oder direkt ein Abregelmoment TqLim bestimmt. Im ersten Fall erfolgt die Berechnung des Abregelstroms insbesondere über eine Formel iEfcLim = sqrt(pwrLoss / R(nEm, tStator)) oder ein Kennfeld iEfcLim ( pwrLoss, nEm, tStator,...). Das Abregelmoment TqLim wird dann bevorzugt in Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Maschine und der Temperatur des Rotors begrenzt (TqLim(iEfcLim, nEm, tRotor, ...)). Im zweiten Fall, in welchem das Abregelmoment auf direktem Wege bestimmt wird, wird dieses insbesondere in Abhängigkeit von der Verlustleistung und der Drehzahl der elektrischen Maschine 2, der Rotortemperatur und der Statortemperatur ermittelt (TqLim(pwrLoss, nEm, tRotor, tStator, ...)).

Claims (11)

1. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine (2), die eine ansteuerbare Leistungselektronik (7) mit zumindest einem Inverter (6) aufweist, wobei der Inverter (6) in Abhängigkeit von einer Drehmomentanforderung (tqDesDrvr) für die elektrische Maschine (2) und einer Temperatur (tStator) von der elektrischen Maschine (2) angesteuert wird, mit folgenden Schritten: - Überwachen der Drehmomentanforderung (tqDesDrvr), - Überwachen der Temperatur (tStator) der elektrischen Maschine (2), insbesondere eines Stators (5) der elektrischen Maschine (2), - Bestimmen eines Soll-Drehmoments (tqEmDes) in Abhängigkeit von der Drehmomentanforderung (tqDesDrvr) und der Temperatur (tStator), - Wobei zur Bestimmung des Soll-Drehmoments (tqDesDrvr) ein modellbasierter Pl-Regler (12) mit variablen Integratorgrenzen (P_Ctrl, I_Ctrl) derart eingesetzt wird, dass eine Übertemperatur (yMax), die eine vorgegebene Maximaltemperatur (tStatorMax) der elektrischen Maschine (2) überschreitet, für eine vorgegebene Zeitdauer (tMax) und in einer vorgegebenen Höhe (yMax) zugelassen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Erreichen der Übertemperatur (yMax) das Soll-Drehmoment (tqDesDrvr) derart vorgegeben wird, dass die Temperatur (tStator) der elektrischen Maschine (2) auf die Maximaltemperatur (tStatorMax) eingeregelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer (tMax) und/oder die Höhe der Übertemperatur (yMax) in Abhängigkeit von einer geforderten Lebensdauer der elektrischen Maschine (2) bestimmt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (tStator) der elektrischen Maschine (2) mittels eines Temperaturmodells überwacht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperaturmodell eine durch eine Kühleinrichtung (10) bewirkte Wärmeabfuhr berücksichtigt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter des PI-Reglers (12) derart eingestellt werden, dass sich eine Übertragungsfunktion eines geschlossenen Regelkreises zu einem Tiefpass ergibt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Integratorgrenzen (P_Ctrl, I_Ctrl) in Abhängigkeit von der Höhe der zulässigen Übertemperatur (yMax), einem Verstärkungsfaktor (G0) des Temperaturmodells, einer ersten Zeitkonstante (Tau) des Temperaturmodels und/oder einer zweiten Zeitkonstante (TauCtrl) einer Abregelfunktion (11) eingestellt werden.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Soll-Drehmoment (tqDesDrvr) in Abhängigkeit von einer maximal zulässigen Verlustleistung (pwrLossCtrl) der elektrischen Maschine (2) begrenzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Soll-Drehmoment (tqDesDrvr) modellbasiert linearisiert wird.
10. Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Maschine (2), die eine ansteuerbare Leistungselektronik (7) mit zumindest einem Inverter (6) aufweist, und mit einem Steuergerät (9), das den Inverter (6) in Abhängigkeit von einer Drehmomentanforderung für die elektrische Maschine (2) und einer Temperatur (tStator) der elektrischen Maschine (2) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (9) speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
11. Elektrische Maschine (2) für ein Kraftfahrzeug, die eine ansteuerbare Leistungselektronik (7) mit zumindest einem Inverter (6) aufweist, wobei der Inverter (6) in Abhängigkeit von einer Drehmomentanforderung (tqDesDrvr) für die elektrische Maschine (2) und einer Temperatur (tStator) von der elektrischen Maschine (2) angesteuert wird, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung nach Anspruch 10.

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