CN115200740A - 用于获知电机的转子温度值的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于获知电机的转子温度值的方法和设备，其中，方法包括在使用借助温度模型获知的转子温度值T_rot和马达电流值I_sdq的情况下计算支持值P_{cu2_Trot}的步骤。此外，方法包括在使用马达转矩T_rq和马达滑差值ω_slip的情况下确定辅助值P_{cu2_Ref}的步骤。方法还包括将支持值P_{cu2_Trot}与辅助值P_{cu2_Ref}关联起来以得到修正转子温度值Delta_Trot的步骤。另外，方法包括在使用修正转子温度值Delta_Trot的情况下改变温度模型120以得到经修正的温度模型120的步骤。最后，方法包括在使用经修正的温度模型120的情况下获知转子温度值T_rot的步骤。

Description

用于获知电机的转子温度值的方法和设备

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的用于获知电机的转子温度值的方法和设备。

背景技术

针对电机的温度特性的建模通常使用具有集中参数的热模型。在此，电机被划分为不同的部分，这些部分被视为均匀的主体。每个这样的主体具有自身的热容。热容说明：为了使主体的温度变化1摄氏度需要多少能量。在各个主体间存在热阻，热阻是用于衡量由于温度差异而流动的热电流的尺度。能够以类似于电网的方式借助等效电路图反映出热过程。视经建模的部分的数量而定，可以有单主体模型、双主体模型或多主体模型。

发明内容

在该背景下，本发明提出了根据独立权利要求的经改进的用于获知电机的转子温度值的方法。有利的设计方法由从属权利要求和下面的说明得出。

利用在此描述的方法可以改进针对监控马达温度和用于降额功能的温度模型。在此，热模型可以特别简单地被保持，以便最佳地充分利用目标硬件上的计算资源。尤其是在针对汽车的应用中，方法可以在ASM转子热模型中在端子转换后对动态修正初始误差做出贡献。

提出了用于获知电机的转子温度值的方法，其中，该方法包括在使用借助温度模型获知的转子温度值和马达电流值的情况下计算支持值的步骤以及在使用马达转矩和马达滑差值的情况下确定辅助值的步骤。该方法还包括将支持值与辅助值关联以得到修正转子温度值的步骤、在使用修正转子温度值的情况下改变温度模型以得到经修正的温度模型的步骤以及在使用经修正的温度模型的情况下获知转子温度值的步骤。

例如，电机可以是车辆、例如载重车辆的驱动马达(例如异步马达)。在此，电机可以包括能运动的转子，转子在电机投入运行时可以在包围转子的定子中旋转。为了避免将传感器施装在能运动的部件上的耗费，可以借助温度模型来计算马达温度。为此，为了通过温度模型计算转子温度T_rot，可以离线储存重要的、基于马达模型的值，例如马达的转矩T_rq或其滑差频率ω_slip、冷却剂温度T_cooling、定子温度T_stat或损耗功率P_V。这样的输出值例如在车辆的重新启动或端子转换之后的偏差可以利用在此提出方法检测到，由此可以有利地修正出现的初始误差。这样的偏差例如会在短暂的暂停后出现，马达在该暂停中暂时被关断，然而时间却不足以进行完全冷却。例如，定子在此会比运行期间旋转的转子更快速地冷却。例如在驾驶员休息之后，在重新启动、即在车辆重新起步时，可能会发生定子温度不再对应于转子温度并且应调整温度模型。为此，一方面可以利用在此提出的方法确定辅助值，该辅助值可以被称为参考值并且可以从离线储存的针对马达转矩和马达滑差的数据计算。换言之，该参考计算例如基于电机的或异步马达的电压模型。另一方面，可以算出支持值，该支持值基于通过温度模型估计出的转子温度并且基于已知的马达电流值。在方法的接下来的步骤中，辅助值和支持值被相互联系起来，以便得到修正转子温度值。接着可以使用该修正转子温度值，以便修正温度模型并因此有利地在例如相对于实际温度最大10℃偏差的情况下确定实际的转子温度。

根据一个实施形式，可以在关联步骤中由辅助值减去支持值，以便得到误差值。例如，可以在该步骤中应用公式e＝P_{cu2_Ref}-P_{cu2_Trot}，其中，变量e对应于误差值、P_{cu2_Ref}对应于辅助值并且P_{cu2_Trot}对应于支持值。在此，误差e可以归因于估计的转子温度的失真。因此，可以有利地通过简单且节省资源的计算方法确定误差值。

根据另一个实施形式，在关联步骤中可以在使用调节器的情况下确定修正转子温度值，该调节器可以使用误差值作为输入参量。例如，可以从支持值和辅助值间的差计算误差值，该误差值可以用作调节器的输入参量。在使用该误差值的情况下可以对调节器进行修正，调节器例如可以是简单的比例调节器。由于受控对象的积分特性，可以有利地取消较复杂的PI调节器。调节器可以紧接在端子转换之后被接通成灵敏的并且可以例如在能设定的时间之后被设定成较迟缓的或彻底地被断开。可以有利地借助调节器精确且快速地修正温度模型。

根据另一个实施形式，在确定步骤中可以在使用标度系数p_z并且附加地或替选地使用磁通量ψ和电流强度I的情况下、尤其是在使用公式

的情况下算出转矩。在此，ψ_sα可以表示定子中在α方向上的磁通量并且I_sβ可以表示定子中在β方向上的电流强度。ψ_sβ可以表示定子中在β方向上的磁通量并且I_sα表示定子中在α方向上的电流强度。例如，可以基于马达的电压模型来使用电机调节部的转矩。在此，可以基于电压方程例如如下地算出转矩：

ψ_sα＝∫(U_sα-R_sI_sα)dt

ψ_sβ＝∫(U_sβ-R_sI_sβ)dt。

由此，可以有利地以不依赖于包括转子电阻在内的转子参量的方式计算辅助值。为了更准确地算出铜损耗，可以依赖于定子温度地对定子电阻进行跟踪。

根据另一个实施形式，在计算步骤中可以在使用转子电阻R_r、第一转子电流值I_rd和第二转子电流值I_rq的情况下、尤其是在使用公式

的情况下算出支持值。在此，第一转子电流值I_rd可以对应于转子的dq坐标系中的第一电流分量，而第二转子电流值I_rq可以对应于转子的dq坐标系中的第二电流分量。在此，第一和第二电流值可以是经派克变换的。有利地，可以利用该公式依赖于转子温度地确定转子铜损耗。

根据另一个实施形式，在计算步骤中可以在使用转子中的初始电阻R_r20和调整系数的情况下算出转子电阻，尤其是其中，可以在使用标度值α_r和转子温度值T_rot的情况下算出调整系数，尤其是其中，可以在使用公式R_r＝R_r20(1+α_r(T_rot-20))的情况下算出转子电阻。例如，初始电阻可以对应于在20℃的转子温度时的转子电阻，而标度值可以对应于转子的温度系数。这具有如下优点，即，可以借助估计的转子温度尽可能精确地算出转子电阻。

根据另一个实施形式，在计算步骤中可以在使用主电感L_m和转子电感L_r的情况下计算支持值，尤其是其中，可以依赖于特征曲线并且附加地或替选地依赖于定子中的电流强度I_sd和I_sq计算主电感与转子电感的比。例如，主电感L_m可以对应于整个马达的或整个电机的电感，而电流强度I_sd和I_sq可以分别对应于定子的dq电流分量(即在dq坐标系中的电流分量)。这可以有利地有助于尽可能精确计算支持值。

根据另一个实施形式，在计算步骤中可以在使用主电感L_m、转子电感L_r和定子中的电流强度I_sq的情况下、尤其是在使用公式

的情况下算出第二转子电流I_rq。因此，可以有利地基于已知的值来算出用于计算支持值所需的第二转子电流的值。

此外，根据另一个实施形式，在计算步骤中可以在使用转子电感L_r、转子中的磁通量ψ_rd、主电感L_m和定子中的电流强度I_sd的情况下，尤其是在使用公式

的情况下算出第一转子电流I_rd。在此，ψ_rd对应于转子磁链的d分量。在此，可以忽略在ψ_rd变化期间仅瞬时流动的转子电流的d分量。这种过程方式具有如下优点，即，可以尽可能精确地算出第二转子电流和也由此得到的支持值。

根据另一个实施形式，在确定步骤中可以通过马达转矩与马达滑差角度的乘积来确定辅助值。在此，例如可以应用公式P_{cu2_Ref}＝T_rq*ω_slip。因此，可以有利地通过简单且节省资源的计算方法基于已知的值来确定辅助值。

此外，在此提出的方案还涉及设备，该设备被构造成在相应的装置中执行、驱控或实现在此提出的方法变体的步骤。也可以通过本发明设备形式的实施变体快速且有效地解决基于本发明的任务。

设备可以是电设施，该电设施处理电信号、例如传感器信号并依赖于此地输出控制信号。设备可以具有一个或多个合适的接口，所述接口可以构造成硬件方面的和/或软件方面的。在硬件方面的构造方案中，接口可以例如是集成电路的部分，在该集成电路中实现设备的功能。接口也可以是自身的、集成的开关电路或者至少部分地由分立的结构元件组成。在软件方面的构造方案中，接口可以是软件模块，除了其它软件模块，该软件模块也存在于微控制器上。

具有程序编码的计算机程序产品是有利的，该程序编码可以存储在能机器读取的载体，如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器上并且当程序在电脑或设备上被实施时可以被用于执行根据前述实施形式之一的方法。

附图说明

根据附图示例性地详细阐述本发明。其中：

图1示出了具有电机的车辆的示意图，针对该电机可以使用用于获知转子温度值的方法的实施例的在此介绍的变体；

图2示出了用于驱控用以获知电机的转子温度值的方法的设备的实施例；

图3示出了用于获知电机的转子温度值的方法的实施例的流程图；

图4借助特征曲线示出了电机的主电感L_m和转子电感L_r中的饱和特性的实施例的示意图；

图5示出了测量的转子温度和估计的转子温度的示意图；

图6示出了测量的转子温度和估计的转子温度的示意图；

图7示出了测量的转子温度和估计的转子温度的示意图；和

图8示出了测量的转子温度和估计的转子温度的示意图。

在对本发明优选实施例的接下来的描述中，针对在不同附图中示出的并且类似地起作用的元件使用相同的和类似的附图标记，其中，取消了对这些元件的重复性描述。

具体实施方式

图1示出了具有根据实施例的电机105的车辆100的示意图。车辆100仅示例性地是具有12吨总重量的载重汽车，该载重汽车具有电机105、在此例如异步马达作为驱动马达。异步马达在该实施例中包括转子110和定子115，能借助设备125的温度模型120计算转子的温度值。该计算的温度可以例如被用于电机105的另外的驱控任务，例如避免电机105在运行中过热，然而这并未揭示在此介绍的内容的中心思想并因此在该方面不继续讨论。温度模型120的各个微分方程的解在该实施例中具有普遍形式

在此，仅示例性地以T₀来表示待估计的温度的初始值。

简单的热网络由于热补偿过程而具有自身的修正性能，热补偿过程导致了可能的、短时的温度失真发生衰减。这样的补偿过程的时长处于热时间常数T_W＝R_W*C_W的范围中。因此，这样的热补偿过程是相当迟缓的。12吨的载重汽车在陡峭路段上模拟的行驶周期示出在冷启动之后的几分钟内达到了转子温度极限。车辆上的特殊的运行边界条件，例如环境温度的和冷却剂温度的变化、不同的载荷和行驶工况、频繁的端子转换，要求优选在几秒内快速修正，以便能够确保部件保护和可用性。

图2示出了用于驱控用以获知电机的转子温度值的方法的设备的实施例的示意图，该电机如其在图1中所描述。在此示出的设备125对应于或类似于在之前的图1中所描述的设备。在该实施例中，设备125被构造成驱控在接下来的图3中所描述的方法。为此，设备125包括温度模型120，该温度模型关于使用在异步马达中也可以被称为ASM温度模型。借助温度模型120，在使用已知的值，如冷却温度T_cooling、定子温度T_stat和电机的损耗功率P_V的情况下能算出转子温度T_rot。为了在运行边界条件，如环境温度、冷却剂温度、不同的载荷和行驶工况或频繁的端子转换，发生变化时精确计算转子温度，或者为了在几秒内修正计算的温度值，设备125在该实施例中还具有修正-转子温度模块200。修正-转子温度模块200包括用于在使用转子温度值T_rot和马达电流值I_sdq的情况下计算支持值P_{cu2_Trot}的计算单元202。修正-转子温度模块200还包括用于在使用马达转矩T_rq和马达滑差值ω_slip的情况下确定辅助值P_{cu2_ref}的确定单元204。支持值P_{cu2_Trot}和辅助值P_{cu2_ref}说明了计算的转子铜损耗或转子的热损耗功率，其中，辅助值P_{cu2_ref}是如下参考值，即，对该参考值的参考计算基于电机。两个值P_{cu2_Trot}和P_{cu2_ref}在修正-转子温度模块200的关联单元205中能相互关联，其中，仅示例性示出能由辅助值P_{cu2_ref}减去支持值P_{cu2_Trot}。在该实施例中，从两个值间的差能获知误差值e，该误差值仅示例性地能用作调节器K的输入参量，以便确定修正转子温度值Delta_Trot。该误差值e能归因于估计的温度T_rot的失真并且能借助简单的比例调节器修正。由于受控对象的积分特性，在此例如不需要PI调节器。调节器K在该实施例中紧接在端子转换之后能接通成“灵敏的”并且在能设定的时间之后能设定成较迟缓的或关断。修正-转子温度模块200还具有改变单元210，该改变单元被构造成在使用输出的修正温度值Delta_Trot的情况下改变或修正温度模型120。

借助获知单元215，在使用经修正的温度模块120的情况下又能通过设备125获知转子温度值T_rot。

图3示出了用于获知电机的转子温度值的方法300的实施例的流程图，该电机如其在之前的图1中描述。方法300能由设备驱控或实施，该设备如其在之前的图2中描述。相应地，方法300包括在使用借助温度模型获知的转子温度值和马达电流值的情况下计算支持值的步骤305。在计算步骤305中仅示例性地在使用转子电阻R_r、第一转子电流值I_rd和第二转子电流值I_rq的情况下算出支持值。在此，在该实施例中利用公式

算出依赖于转子温度的转子铜损耗。仅可选地，在使用转子中的基础电阻值R_r20和调整系数的情况下借助公式R_r＝R_r20(1+α_r(T_rot-20))算出转子电阻R_r。在此，在该实施例中，在使用标度值α_r和转子温度值T_rot的情况下算出调整系数。因此，示例性地借助估计的转子温度来算出转子电阻。此外，仅示例性地在使用主电感L_m和转子电感L_r的情况下计算转子电流。为此，仅示例性地在使用主电感L_m、转子电感L_r和定子中的电流强度I_sq的情况下借助公式

算出第二转子电流I_rq。在该实施例中，在使用转子电感L_r、转子中的磁通量ψ_rd、主电感L_m和定子中的电流强度I_sd的情况下借助公式

算出第一转子电流I_rd。

方法300还包括在使用马达转矩和马达滑差值的情况下确定辅助值的步骤310。在确定步骤310中，仅示例性地通过转矩和马达滑差角度的乘积来确定辅助值。换言之，在该实施例中基于转矩和滑差借助公式P_{cu2_Ref}＝T_rq*ω_slip来确定转子铜损耗。在此，示例性可选地在使用标度系数p_z、磁通量ψ和电流强度I的情况下算出转矩。为此，在该实施例中使用公式

其中，仅示例性地，ψ_sα表示定子中在α方向上的磁通量、I_sβ表示定子中在β方向上的电流强度、ψ_sβ表示定子中在β方向上的磁通量并且I_sα表示定子中在α方向上的电流强度。

紧接着计算的步骤305和确定的步骤310，方法300具有将支持值与辅助值关联起来以得到修正转子温度值的步骤315。在该实施例中，在关联步骤315中仅示例性地由辅助值减去支持值，以便得到误差值。换言之，利用算出的转子损耗P_{cu2_Ref}＝T_rq*ω_slip和

来计算误差e＝P_{cu2_Ref}-P_{cu2_Trot}。在该实施例中，该误差归因于估计的温度T_rot的失真并且借助简单的比例调节器来修正。

接下来是在使用修正温度值的情况下改变温度模型以得到经修正的温度模型的步骤320和在使用经修正的温度模型的情况下获知转子温度值的步骤325。

换言之，对方法300进行应用的一个重要方面是使用不同的用于转子铜损耗的计算方法以检测误差。参考计算基于电机的电压模型。第二计算P_{cu2_Trot}基于估计的转子温度T_rot。在最后的步骤中，两种计算的差通过调节器K在热模型中被修正。

图4借助特征曲线400示出了电机的主电感L_m和转子电感L_r中的饱和特性的实施例的示意图。借助特征曲线依赖于I_sd和I_sq地在此示出的主电感L_m和转子电感L_r的饱和特性能在之前图3中描述的方法的步骤305中被考虑到。在该实施例中，在使用主电感L_m和转子电感L_r的情况下计算支持值，其中，仅示例性依赖于特征曲线并依赖于定子中的电流强度I_sd和I_sq地计算主电感与转子电感的比。因此，转子铜损耗的第二计算被简化为：

图5示出了测量的转子温度和估计的转子温度的示意图。在此示出的图中未应用如之前图3中描述的那样的用于获知转子温度值的方法。相应地，对应于测量的转子温度的第一转子温度曲线505与对应于估计的转子温度的第二转子温度曲线510有差别。

图6示出了测量的转子温度和估计的转子温度的示意图。在此示出的图中应用了如之前图3中描述的那样的用于获知转子温度值的方法。相应地，第一转子温度曲线505与第二转子温度曲线510的差别仅是最小的。

图7示出了测量的转子温度和估计的转子温度的示意图。在此示出的图中未应用如之前图3中描述的那样的用于获知转子温度值的方法。相应地，第一转子温度曲线505与第二转子温度曲线510有差别。

图8示出了测量的转子温度和估计的转子温度的示意图。在此示出的图中应用了如之前图3中描述的那样的用于获知转子温度值的方法。相应地，第一转子温度曲线505与第二转子温度曲线510的差别仅是最小的。

所描述的和在附图中示出实施例仅是示例性地选择的。不同的实施例可以完全地或关于单个的特征相互组合。一个实施例也可以通过另一个实施例的特征来补充。

此外，根据本发明的方法步骤可以被重复以及以与所描述的顺序所不同的顺序被实施。

如果实施例包括第一个特征和第二个特征之间的连词“和/或”，那么这可以被解读为：根据一个实施形式的实施例既具有第一个特征也具有第二个特征并且根据另一个实施形式要么仅具有第一个特征要么仅具有第二个特征。

附图标记列表

100 车辆

105 电机

110 转子

115 定子

120 温度模型

125 设备

200 修正-转子温度模块

202 计算单元

204 确定单元

205 关联单元

210 改变单元

215 获知单元

300 方法

305 计算步骤

310 确定步骤

315 关联步骤

320 改变步骤

325 获知步骤

400 特征曲线

505 第一转子温度曲线

510 第二转子温度曲线

ASM 异步机

Delta_Trot 修正转子温度值

e 误差值

I_sdq 马达电流

I_sd、I_sq 定子中的电流强度

K 调节器

L_m 主电感

L_r 转子电感

P_{cu2_Ref} 辅助值

P_{cu2_Trot} 支持值

P_V 损耗功率

T_cooling 冷却剂温度

T_stat 定子温度

T_rot 转子温度值

T_rq 马达转矩

ω_slip 马达滑差

Claims (13)

1.用于获知电机(105)的转子温度值(T_rot)的方法(300)，其中，所述方法(300)包括如下步骤：

在使用借助温度模型(120)获知的转子温度值(T_rot)和马达电流值(I_sdq)的情况下计算(305)支持值(P_{cu2_Trot})；

在使用马达转矩(T_rq)和马达滑差值(ω_slip)的情况下确定(310)辅助值(P_{cu2_Ref})；

使所述支持值(P_{cu2_Trot})与所述辅助值(P_{cu2_Ref})关联(315)以得到修正转子温度值(Delta_Trot)；

在使用所述修正转子温度值(Delta_Trot)的情况下改变(320)所述温度模型(120)以得到经修正的温度模型(120)；

在使用所述经修正的温度模型(120)的情况下获知(325)所述转子温度值(T_rot)。

2.根据权利要求1所述的方法(300)，其特征在于，在关联步骤(315)中由所述辅助值(P_{cu2_Ref})减去所述支持值(P_{cu2_Trot})以得到误差值(e)。

3.根据权利要求2所述的方法(300)，其特征在于，在关联步骤(315)中在使用以所述误差值(e)用作输入参量的调节器(K)的情况下确定所述修正转子温度值(Delta_Trot)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)，其特征在于，在确定步骤(310)中在使用标度系数(p_z)和/或磁通量(ψ)和电流强度(I)的情况下、尤其是在使用公式

的情况下算出转矩，其中，ψ_sα表示定子中在α方向上的磁通量、I_sβ表示定子中在β方向上的电流强度，并且其中，ψ_sβ表示定子中在β方向上的磁通量并且I_sα表示定子中在α方向上的电流强度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)，其特征在于，在计算步骤(305)中，在使用转子电阻(R_r)、第一转子电流值(I_rd)和第二转子电流值(I_rq)的情况下、尤其是在使用公式

的情况下算出所述支持值(P_{cu2_Trot})。

6.根据权利要求5所述的方法(300)，其特征在于，在计算步骤(305)中，在使用所述转子中的基础电阻值(R_r20)和调整系数的情况下算出所述转子电阻，尤其是其中，在使用标度值(α_r)和所述转子温度值(T_rot)的情况下算出所述调整系数，尤其是其中，在使用公式R_r＝R_r20(1+α_r(T_rot-20))的情况下算出所述转子电阻。

7.根据权利要求5或6所述的方法(300)，其特征在于，在计算步骤(305)中，在使用主电感(L_m)和转子电感(L_r)的情况下计算所述支持值(P_{cu2_Trot})，尤其是其中，依赖于特征曲线(400)和/或依赖于定子中的电流强度(I_sd)和(I_sq)计算主电感与转子电感的关系。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法(300)，其特征在于，在计算步骤(305)中，在使用主电感(L_m)、转子电感(L_r)和定子中的电流强度(I_sq)的情况下、尤其是在使用公式

的情况下算出所述第二转子电流(I_rq)。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法(300)，其特征在于，在计算步骤(305)中，在使用转子电感(L_r)和转子中的磁通量(ψ_rd)和主电感(L_m)和定子中的电流强度(I_sd)的情况下，尤其是在使用公式

的情况下算出所述第一转子电流(I_rd)。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)，其特征在于，在确定步骤(310)中，通过所述马达转矩(T_rq)与所述马达滑差(ω_slip)的乘积来确定所述辅助值(P_{cu2_Ref})。

11.被设置成在相应的单元(202、204、205、210、215)中实施和/或驱控根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)的步骤(305、310、315、320、325)的设备(125)。

12.计算机程序，所述计算机程序被设置成实施和/或驱控根据前述权利要求中任一项所述的方法(300)的步骤(305、310、315、320、325)。

13.能机器读取的存储媒介，在所述能机器读取的存储媒介上存储有根据权利要求12所述的计算机程序。

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