CN112955723A - 电驱动单元和用于电驱动单元中的温度计算的方法 - Google Patents

电驱动单元和用于电驱动单元中的温度计算的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于电驱动单元中的温度计算的方法(10)，所述电驱动单元具有第一温度检测区域和第二温度检测区域，所述第一温度检测区域具有第一温度并且所述第二温度检测区域具有第二温度，至少所述第一温度受到第一耦合值(R12，W1)的影响，所述第一耦合值非线性地取决于所述第一温度，并且如下计算所述第一温度检测区域处和所述第二温度检测区域处的温度：第一计算模块(12)以线性地取决于第一输入值(P1)的方式计算所述第一温度检测区域的第一温度值(T1)，并且以线性地取决于第二输入值(P2)的方式计算所述第二温度检测区域的第二温度值(T2)，以及第二计算模块(16)至少根据所述第一温度值(T1)计算所述第一耦合值(R12，W1)，并将所述第一耦合值传输到所述第一计算模块(12)，并且所述第一计算模块(12)根据所述第一输入值和所述第二输入值(P1，P2)以及所述第一耦合值(R12，W1)计算所述第一温度检测区域处的第一估计温度(Ts,1)和所述第二温度检测区域处的第二估计温度(Ts,2)。此外，本发明涉及一种在车辆中的电驱动单元，其中通过这种方法(10)来计算第一温度检测区域处和第二温度检测区域处的温度。

Description

电驱动单元和用于电驱动单元中的温度计算的方法
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于电驱动单元中的温度计算的方法，并且涉及通过这种方法计算温度的电驱动单元。
背景技术
在例如包括用于驱动机动车辆的电动机的电驱动单元的情况下，可能需要进行电动机中的温度检测，以使电动机尽可能可靠地起作用。电动机的性能限制也可以通过精确的温度检测而以更有针对性的方式使用。
最可靠的是直接测量电驱动单元中的所选温度检测区域处的温度。然而，即时温度测量有时可能是困难的或不可能的。例如，由于安装空间或功能，温度传感器不能在预期的温度检测区域处附连。还可以出于成本或简化结构的原因提供数量减少的温度传感器。如果不能直接测量在所提供的温度检测区域中的温度，则可以使用温度模型计算和估计温度。
计算电驱动单元中的温度有许多不同的方法。在US20110084638 A1中，温度估计模块根据测得的油温和测得的定子中的电流来计算电动机中的电动机温度。在JPH0654572A中，使用电动机的热模型来计算电动机的线圈中和电动机凸缘中的温度。根据线圈的温度依赖性电阻来计算线圈中的温度，其中电阻通过测量电压和电流来确定。在WO 2015 101107A1中，基于电动机温度模型，根据控制电动机的电力电子器件中的温度来估计电动机中的温度。
发明内容
本发明的目的是改善电驱动单元中的温度计算。将减小温度传感器的数量。将减少温度计算的计算工作。温度计算更可靠且更准确。温度计算应更快地进行，优选地实时进行。
这些目的中的至少一个通过具有权利要求1的特征的用于电驱动单元中的温度计算的方法来实现。因此，提出了一种用于电驱动单元中的温度计算的方法，所述电驱动单元具有第一温度检测区域和第二温度检测区域，所述第一温度检测区域具有第一温度并且所述第二温度检测区域具有第二温度，至少所述第一温度受到第一耦合值的影响，所述第一耦合值非线性地取决于所述第一温度，并且如下计算所述第一温度检测区域和所述第二温度检测区域处的温度：第一计算模块计算所述第一温度检测区域的第一温度值(所述计算线性地取决于第一输入值)和所述第二温度检测区域的第二温度值(所述计算线性地取决于第二输入值)，以及第二计算模块至少根据所述第一温度值计算所述第一耦合值并将所述第一耦合值传输到所述第一计算模块，并且所述第一计算模块根据所述第一输入值和所述第二输入值以及所述第一耦合值计算所述第一温度检测区域处的第一估计温度以及所述第二温度检测区域处的第二估计温度。
因此，也可以可靠地和实时地计算第一温度检测区域和第二温度检测区域中的温度，这些温度不能直接测量。
电驱动单元可用于车辆中。电驱动单元可用于混合动力模块中，特别是用于P2混合动力模块中。电驱动单元可包括具有定子和转子的电动机。电动机可以通过电力电子器件控制。
温度可以实时计算。第一估计温度或第二估计温度可以是电驱动单元中(例如定子中)的最高温度，例如热点温度。第一估计温度或第二估计温度可以是转子中的磁体的温度。第一估计温度或第二估计温度可以是电力电子器件中的温度。
第二输入值可以对应于第一输入值或与其不同。输入值的数量可以与计算的温度值的数量相同或不同。
第一输入值可以是第一热功率，特别是第一功率损耗，和/或第二输入值可以是第二热功率，特别是第二功率损耗。第一输入值和/或第二输入值又可以依赖于相应的初始值，例如依赖于电流。该依赖性可以通过至少一个查找表和/或分析函数建立。转换模块可以将初始值转换为相应的输入值。
在本发明的优选实施例中，第一耦合值表征至少相对于第一温度检测区域的热流。
在本发明的又一个优选实施例中，第一耦合值取决于第一温度值和第二温度值。
在本发明的一个特定实施例中，第一温度和第二温度经由第一耦合值彼此相互依赖。耦合值可以指示第一温度检测区域与第二温度检测区域之间的热流。
在本发明的有利实施例中，第一温度检测区域和第二温度检测区域通过耦合区域彼此热有效地耦合，并且第一耦合值是表征耦合区域中的热流的变量。
第一耦合值可以是热流的量。第一耦合值也可以是热阻。第一耦合值可以取决于包括耦合区域的部件的转速和/或速度。
在本发明的一个优选实施例中，第一计算模块至少根据第一输入值来执行第一温度值的线性计算，并且第二计算模块至少根据第一温度值来执行第一耦合值的非线性计算。第一计算模块可以根据数值建模例如FEM执行RC网络模型形成和/或模型降阶。第二计算模块可以使用至少一个查找表和/或使用分析函数将第一耦合值分配给第一温度值和/或第二温度值。
在本发明的一个特定实施例中，通过包括闭合控制回路在考虑至少一个第一温度测量值的情况下计算温度。这允许增加相应的估计温度的精度。可以记录并考虑进一步的温度测量值。
在本发明的一个特定实施例中，当计算第一估计温度和第二估计温度时，第一计算模块通过根据第一温度计算值与第一温度测量值之间的偏差来调整第一估计温度和第二估计温度而考虑第一温度测量值。第一计算模块可以包括状态观测器，例如根据Luenburger的状态观测器。
温度计算可包括开环控制回路，特别是具有冗余温度测量。
在本发明的一个特定实施例中，电驱动单元具有电动机和控制电动机的电力电子器件，并且第一温度检测区域和第二温度检测区域各自分配给电动机和/或电力电子器件。
上述目的中的至少一个通过车辆中的电驱动单元实现，其中通过具有上述特征中的至少一个的方法计算第一温度检测区域和第二温度检测区域处的温度。
本发明的其他优点和有利的实施例由对数字和附图的说明得出。
附图说明
下面参考附图详细描述本发明。具体地：
图1：示出了在本发明的特定实施例中的用于温度计算的方法的框图。
图2：示出了在本发明的又一个特定实施例中的用于温度计算的方法的框图。
具体实施方式
图1示出了在本发明的特定实施例中的用于温度计算的方法10的框图。电驱动单元可用于车辆中，特别是用于P2混合动力模块中。电驱动单元可以包括具有定子和转子的电动机，并且电动机可以通过电力电子器件控制。
电驱动单元可以具有第一温度检测区域和第二温度检测区域，第一温度检测区域具有第一温度并且第二温度检测区域具有第二温度。可以提供另外的温度检测区域。还可以将多个温度分配给温度检测区域。要检测的温度的数量n可以大于温度检测区域的数量。
第一温度和第二温度可以经由第一耦合值R12彼此相互依赖，该第一耦合值非线性地取决于第一温度和第二温度。第一温度检测区域和第二温度检测区域通过耦合区域彼此热有效地耦合，并且第一耦合值可以是表征耦合区域中的热流的量，例如热阻或热流本身。
第一温度检测区域和第二温度检测区域中的温度如下计算：第一计算模块12计算第一温度检测区域的第一温度值T1(所述计算线性地取决于第一输入值P1)和第二温度检测区域的第二温度值T2(所述计算线性地取决于第二输入值P2)。第二输入值P2可以对应于第一输入值P1或与其不同。第一输入值P1可以是第一热输出，特别是第一功率损耗，并且第二输入值P2可以是第二热输出，特别是第二功率损耗。第一输入值P1和第二输入值P2又可以取决于相应的初始值，例如取决于电流I。该依赖性可以由例如具有查找表和/或分析函数的转换模块14分配。
第一计算模块12还可以基于输入值P1至Pm来计算直至Tn的进一步温度值。温度值的数量n可以与输入值的数量m相同或不同。相应的温度值T1至Tn线性地取决于输入值P1至Pm，并且第一计算模块12执行线性计算，以基于输入值P1至Pm获得相应的温度值T1至Tn。
第一温度和第二温度例如经由第一耦合值R12彼此相互依赖，该第一耦合值非线性地取决于第一温度和第二温度。其他温度也取决于相应的耦合值R，特别是取决于彼此。耦合值R又非线性地取决于温度。第二计算模块16根据第一温度值T1和第二温度值T2计算第一耦合值R12，并将第一耦合值R12输出到第一计算模块12。相应地，另外的耦合值R根据相应的温度而计算并传输到第一计算模块12。第二计算模块16考虑温度值T之间存在的或影响温度值T的并且可以经由相应的耦合值R描述的非线性。
第一计算模块12根据第一输入值P1、第二输入值P2和耦合值R12计算第一温度检测区域处的第一估计温度Ts,1以及第二温度检测区域处的第二估计温度Ts,2。总的来说，可以计算估计的温度Ts,1至Ts,n。经由执行线性计算的第一计算模块12和执行非线性计算的第二计算模块16进行的这种计算划分也可以准确快速地计算不能直接进行温度测量的第一温度检测区域和第二温度检测区域处的温度。
虽然第一计算模块12实现快速计算，但是第二计算模块16考虑非线性并因而提高温度计算的精度。尽管在第二计算模块16中的计算更复杂，但是由于在第一计算模块12中对线性计算的分离，它的范围是有限的。因此，可以更准确地和实时地计算温度。
第一估计温度Ts,1或第二估计温度Ts,2可以是电驱动单元中(例如定子中)的最高温度，例如热点温度。第一估计温度Ts,1或第二估计温度Ts,2可以是转子中的磁体的温度。第一估计温度Ts,1或第二估计温度Ts,2也可以是电力电子器件中的温度。
通过包括闭合控制回路在考虑到至少一个第一温度测量值Tm的情况下在第一计算模块12中计算温度。当计算第一估计温度Ts,1和第二估计温度Ts,2时，第一计算模块12通过根据第一温度计算值与第一温度测量值Tm之间的偏差调整第一估计温度Ts,1和第二估计温度Ts,2而考虑第一温度测量值Tm。这使得可以增加相应的计算出的估计温度Ts,1至Ts,n的精度。
第一计算模块12可以包括状态观测器，例如根据Luenburger的状态观测器。对分配给第一估计温度Ts,1的不可测量温度的计算由以下两者之间的偏差量控制：对应于第一温度测量值Tm的可测量温度与第一计算模块12在具有测得温度的温度检测区域处确定的第一温度计算值。
图2示出了在本发明的又一个特定实施例中的用于温度计算的方法10的框图。输入值P(例如功率损耗)可以取决于相应的初始值，例如取决于电流I。离合器的功率损耗Pk也可以被传输到第一计算模块12。定子18、转子20和电力电子器件22的功率损耗由转换模块14计算为输入值P并传输到温度计算11。
在温度计算11期间，输入值P由第一计算模块12处理。例如，可以将具有第一温度的第一温度检测区域分配给定子，可以将具有第二温度的第二温度检测区域分配给电力电子器件，可以将具有第三温度的第三温度检测区域分配给转子并且可以将具有第四温度的第四温度检测区域分配给容纳转子的转子支架。取决于输入值P，第一计算模块12经由线性状态空间模型计算第一温度的第一温度值T1、第二温度的第二温度值T2、第三温度的第三温度值T3和第四温度的第四温度值T4。因此，第一计算模块12可以根据数值建模例如FEM执行RC网络模型形成和/或模型降阶。
第一温度、第二温度、第三温度和第四温度各自取决于耦合值W，该耦合值非线性地取决于相应的温度。耦合值W可以各自是各个温度检测区域之间或温度检测区域与环境之间的热流率。例如，第一耦合值W1可以是第一温度检测区域(这里分配给定子)和第二温度检测区域(这里分配给电力电子器件)之间的热流率。该热流量取决于第一温度T1和第二温度值T2以及第一温度检测区域与第二温度检测区域之间的第一热阻R1。第一热阻R1可以表征例如包括导电轨的第一温度检测区域与第二温度检测区域之间的连接。相应地，第二耦合值W2可以是第三温度检测区域(这里分配给转子)与第四温度检测区域(这里分配给转子支架)之间的热流量。该热流量取决于第三温度值T3和第四温度值T4以及第三温度检测区域与第四温度检测区域之间的第二热阻R2。第二热阻R2可以表征第三温度检测区域与第四温度检测区域之间的连接。
温度又可以取决于速度。速度被测量为速度值ω并传输到第二计算模块。例如，相应的热阻也可以经由温度与速度之间的关系表示为速度值ω的函数。
第二计算模块16根据相应的温度值T1至T4并根据第一热阻R1和第二热阻R2计算第一耦合值W1和第二耦合值W2。第二计算模块16可以使用至少一个查找表和/或使用分析函数将第一耦合值W1和第二耦合值W2分配给相应的温度值。
可以计算进一步的耦合值Wu，每个耦合值显示温度检测区域与环境之间的热流(该热流取决于分配给温度检测区域的温度值)并且表征热阻Ru(该热阻非线性地取决于温度值与环境温度Te之间的温差)。因此，第一热阻Ru,1可以表示转子与环境之间的径向传热，第二热阻Ru,2可以表示转子与环境之间的轴向传热，并且第三热阻Ru,3可以表示转子支架与环境之间的传热。还可以提供多个第三热阻Ru,3。环境温度Te可以例如被测量为空气温度并提供给第二计算模块16。第二计算模块16将耦合值W1、W2、Wu输出到第一计算模块12，该第一计算模块计算和输出取决于这些耦合值的估计温度Ts。
第一计算模块12另外在根据Luenburger的状态观测器中处理第一温度测量值Tm。将由第一计算模块12确定的温度计算值与第一温度测量值Tm进行比较，并且根据该偏差来调整估计的温度Ts并将其输出。该协调允许更精确地计算估计的温度。
附图标记列表
10 方法
11 温度计算
12 第一计算模块
14 转换模块
16 第二计算模块
18 定子
20 转子
22 电力电子器件
I 电流
P1 第一输入值
P2 第二输入值
Pm 输入值
Pk 功率损耗
R 耦合值
R12 第一耦合值
R1 第一热阻
R2 第二热阻
Ru 热阻
Ru,1第一热阻
Ru,2第二热阻
Ru,3第三热阻
T 温度值
T1 第一温度值
T2 第二温度值
T3 第三温度值
T4 第四温度值
Te 环境温度
Tn 温度值
Tm 温度测量值
Ts,1第一估计温度
Ts,2第二估计温度
Ts,n估计温度
ω 速度值
W 耦合值
W1 第一耦合值
W2 第二耦合值
Wu 耦合值。

Claims (10)

1.一种用于电驱动单元中的温度计算的方法(10)，所述电驱动单元具有第一温度检测区域和第二温度检测区域，所述第一温度检测区域具有第一温度并且所述第二温度检测区域具有第二温度，其中至少第一温度受到第一耦合值(R12，W1)的影响，所述第一耦合值非线性地取决于所述第一温度，
其特征在于，
如下计算所述第一温度检测区域处和所述第二温度检测区域处的温度
第一计算模块(12)以线性地取决于第一输入值(P1)的方式计算所述第一温度检测区域的第一温度值(T1)，并且以线性地取决于第二输入值(P2)的方式计算所述第二温度检测区域的第二温度值(T2)，以及
第二计算模块(16)至少根据所述第一温度值(T1)计算所述第一耦合值(R12，W1)，并将所述第一耦合值传输到所述第一计算模块(12)，并且
所述第一计算模块(12)根据所述第一输入值和所述第二输入值(P1，P2)以及所述第一耦合值(R12，W1)计算所述第一温度检测区域处的第一估计温度(Ts,1)和所述第二温度检测区域处的第二估计温度(Ts,2)。
2.根据权利要求1所述的方法(10)，其特征在于，所述第一耦合值(R12，W1)表征至少相对于所述第一温度检测区域的热流。
3.根据权利要求1或2所述的方法(10)，其特征在于，所述第一耦合值(R12，W1)取决于所述第一温度值和所述第二温度值(T1，T2)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其特征在于，所述第一温度和所述第二温度经由所述第一耦合值(R12，W1)彼此相互依赖。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其特征在于，所述第一温度检测区域和所述第二温度检测区域通过耦合区域彼此热有效地耦合，并且所述第一耦合值(R12，W1)是表征所述耦合区域中的热流的变量。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其特征在于，所述第一计算模块(12)至少根据所述第一输入值(P1)来执行所述第一温度值(T1)的线性计算，并且所述第二计算模块(16)至少根据所述第一温度值(T1)来执行所述第一耦合值(R12，W1)的非线性计算。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其特征在于，通过包括闭合控制回路在考虑至少一个第一温度测量值(Tm)的情况下计算温度。
8.根据权利要求7所述的方法(10)，其特征在于，当计算所述第一估计温度和所述第二估计温度(Ts,1，Ts,2)时，所述第一计算模块(12)通过根据第一温度计算值与所述第一温度测量值(Tm)之间的偏差调整所述第一估计温度和所述第二估计温度(Ts,1，Ts,2)而考虑所述第一温度测量(Tm)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)，其特征在于，所述电驱动单元具有电动机和控制所述电动机的电力电子器件系统(22)，并且所述第一温度检测区域和所述第二温度检测区域各自分配给所述电动机和/或所述电力电子器件系统(22)。
10.一种在车辆中的电驱动单元，其中通过根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)来计算第一温度检测区域处和第二温度检测区域处的温度。
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