DE102011012314A1

DE102011012314A1 - Device for controlling phase current of i.e. three-phase, permanent magnet-energized synchronous machine, of i.e. hybrid vehicle, has evaluating device evaluating safety criterion based on amount and/or gradient of phase current

Info

Publication number: DE102011012314A1
Application number: DE102011012314A
Authority: DE
Inventors: Markus Aust; Carsten Busse; Dr.-Ing. Bruna Michal; Peter-Christoph Daur
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2012-08-30

Abstract

The device has an electrical or electronic switching element adjusting phase current (i-U, i-V, i-W). A driver (3) controls a state of the electrical or electronic switching element. An evaluating device (10) e.g. field programmable gate array, determines an amount and gradient of current, and is connected with the driver for current measurement. The evaluating device evaluates a safety criterion based on the amount and/or gradient of the phase current, and controls the driver with a switching off signal or a time course of the switching off signal if the safety criterion is met. An independent claim is also included for a method for controlling phase current of an electric machine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung mindestens eines Phasenstromes einer elektrischen Maschine.The invention relates to a method and a device for controlling at least one phase current of an electrical machine.

In Elektro- oder Hybridfahrzeugen werden einem Antrieb dieser Fahrzeuge dienende Elektromaschinen in der Regel mittels einer so genannten Leistungselektronik angesteuert. Die Leistungselektronik oder die leistungselektronischen Elemente wandeln hierbei in einer Hochvolt-Batterie oder Traktionsbatterie gespeicherte elektrische Energie in Wechselströme oder Wechselspannungen zur Ansteuerung der elektrischen Maschine, beispielsweise einer dreiphasigen permanentmagneterregten Synchronmaschine, um Hierbei werden die leistungselektronischen Elemente, insbesondere elektrische oder elektronische Schaltelemente, beispielsweise MOSFETs oder IGBTs, mittels einer Steuereinrichtung und einer Ansteuereinrichtung, die auch als Treiberstufe bezeichnet werden kann, angesteuert. Die Steuereinrichtung, die beispielsweise als Mikrocontroller ausgeführt sein kann, dient hierbei der Erzeugung eines Eingangssignals der Ansteuereinrichtung. Die Ansteuereinrichtung wiederum dient der Erzeugung von Eingangssignalen, beispielsweise Gate-Spannungen, der elektrischen oder elektronischen Schaltelemente.In electric or hybrid vehicles, a drive of these vehicles serving electric machines are usually controlled by means of a so-called power electronics. The power electronics or the power electronic elements convert this stored in a high-voltage battery or traction battery electrical energy into AC or AC voltages to control the electric machine, such as a three-phase permanent magnet synchronous machine to Here are the power electronic elements, in particular electrical or electronic switching elements, such as MOSFETs or IGBTs, by means of a control device and a drive device, which can also be referred to as a driver stage, driven. The control device, which may be designed, for example, as a microcontroller, serves to generate an input signal of the drive device. The drive device in turn serves to generate input signals, for example gate voltages, of the electrical or electronic switching elements.

Eine Steuerung der Phasenströme der elektrischen Maschine erfolgt hierbei mittels eines zeitlichen Verlaufs von Schaltzuständen der elektrischen oder elektronischen Schaltelemente der Leistungselektronik. Die Leistungselektronik kann hierbei, je nach Art der elektrischen Maschine, z. B. als zwei- oder dreiphasiger Wechselrichter ausgebildet sein. Ein dreiphasiger Wechselrichter umfasst z. B. drei Halbbrücken mit jeweils zwei elektrischen oder elektronischen Schaltelementen, die auch als High-Side-Schalter und Low-Side-Schalter bezeichnet werden können.A control of the phase currents of the electric machine takes place here by means of a time course of switching states of the electrical or electronic switching elements of the power electronics. The power electronics can in this case, depending on the type of electrical machine, z. B. be designed as a two- or three-phase inverter. A three-phase inverter includes z. B. three half-bridges, each with two electrical or electronic switching elements, which can also be referred to as a high-side switch and low-side switch.

Ein Defekt von Elementen der Leistungselektronik, insbesondere ein defektes elektrisches oder elektronisches Schaltelement, sowie ein Defekt der elektrischen Maschine kann hierbei zu unzulässig hohen Beträgen der Phasenströme führen. Um eine Gefahr für Insassen des Kraftfahrzeuges zu reduzieren, ist bei einem solchen Defekt die Leistungselektronik und die elektrische Maschine abzuschalten oder stromlos zu schalten. Hierfür kann einerseits die Leistungselektronik elektrisch von der Traktionsbatterie getrennt werden sowie die elektrische Maschine abgeschaltet werden, was zu Phasenströmen von Null führt.A defect of elements of the power electronics, in particular a defective electrical or electronic switching element, as well as a defect in the electrical machine can lead to unacceptably high amounts of the phase currents. In order to reduce a risk to occupants of the motor vehicle, the power electronics and the electric machine must be switched off or de-energized in such a defect. For this purpose, on the one hand, the power electronics are electrically separated from the traction battery and the electric machine are turned off, resulting in zero phase currents.

Die EP 0 805 538 B1 offenbart eine Steuereinrichtung zur Überstrom- und Kurzschlusssicherung für Leistungshalbleiter-Schaltungsanordnungen mit Stromdetektoreinrichtungen, Vergleichseinrichtungen, Signalgeneratoreinrichtungen und einer Einrichtung zum Unterbrechen des Betriebes der Halbleiterbauelemente. Hierbei werden Strom-Ist-Werte an jeder der n Phasen eines Umrichterleistungsteiles an Wechselstromausgängen erfasst und in zwei parallelen Einrichtungen verarbeitet. In der ersten Einrichtung wird ein Summenstrom gebildet und mit einem Schwellwert verglichen, wobei in der zweiten Einrichtung der maximale positive und negative Augenblickswert aller Einzelwerte mit Schwellwerten verglichen wird. Die so erzielten Ausgangssignale der Einrichtungen werden über ein OR-Gatter zusammengeführt, gespeichert und über Verzögerungsglieder mit unterschiedlichen Zeitverzögerungen zur Beeinflussung der Ansteuerung der Leistungsschalter in den positiven und negativen Brückenzweigen des Umrichtungsleistungsteiles verwertet.The EP 0 805 538 B1 discloses a controller for overcurrent and short circuit protection for power semiconductor circuits having current detection means, comparators, signal generator means and means for interrupting the operation of the semiconductor devices. Current actual values are detected at each of the n phases of an inverter power section at AC outputs and processed in two parallel devices. In the first device, a summation current is formed and compared with a threshold value, wherein in the second device the maximum positive and negative instantaneous value of all individual values is compared with threshold values. The thus obtained output signals of the devices are combined via an OR gate, stored and utilized via delay elements with different time delays to influence the control of the circuit breaker in the positive and negative bridge arms of Umrichtungsleistungsteil.

Es stellt sich das technische Problem, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung mindestens eines Phasenstromes einer elektrischen Maschine zu schaffen, welche eine verbesserte Betriebssicherheit, insbesondere in einem Fehlerfall, gewährleisten.This raises the technical problem of providing a method and a device for controlling at least one phase current of an electrical machine which ensure improved operational safety, in particular in the case of a fault.

Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Gegenständen mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The solution of the technical problem results from the objects having the features of claims 1 and 7. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Steuerung mindestens eines Phasenstromes einer elektrischen Maschine, beispielsweise einer dreiphasigen, permanentmagneterregten Synchronmaschine. Die elektrische Maschine kann hierbei einem Antrieb eines Kraftfahrzeuges, beispielsweise eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, dienen. Auch kann die elektrische Maschine als Servomotor einer elektromechanischen Lenkung dienen, welche einen Unterstützungsmoment erzeugt. Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Einrichtung zur Strommessung, mindestens eine Ansteuereinrichtung und mindestens eine Auswerteeinrichtung.A device is proposed for controlling at least one phase current of an electric machine, for example a three-phase, permanent-magnet-excited synchronous machine. The electric machine can in this case serve to drive a motor vehicle, for example an electric or hybrid vehicle. Also, the electric machine can serve as a servo motor of an electromechanical steering, which generates a support torque. The device comprises at least one device for current measurement, at least one drive device and at least one evaluation device.

Der mindestens eine Phasenstrom ist mittels mindestens eines elektrischen oder elektronischen Schaltelementes einstellbar. Das elektrische oder elektronische Schaltelement kann hierbei ein Element eines Wechselrichters, beispielsweise eines dreiphasigen Wechselrichters, sein. Beispielsweise kann das elektrische oder elektronische Schaltelement als MOSFET oder als IGBT ausgebildet sein. Ein Zustand oder Schaltzustand des mindestens einen elektrischen oder elektronischen Schaltelementes ist mittels der Ansteuereinrichtung steuerbar. Die Ansteuereinrichtung kann hierbei auch als Treiberstufe bezeichnet werden, wobei die Ansteuereinrichtung ein Eingangssignal, beispielsweise eine Gate-Spannung, des elektrischen oder elektronischen Schaltelementes erzeugt.The at least one phase current can be set by means of at least one electrical or electronic switching element. The electrical or electronic switching element may in this case be an element of an inverter, for example a three-phase inverter. For example, the electrical or electronic switching element may be formed as a MOSFET or as an IGBT. A state or switching state of the at least one electrical or electronic switching element can be controlled by means of the control device. The drive device can also be referred to as a driver stage, wherein the drive means an input signal, for example generates a gate voltage of the electrical or electronic switching element.

Mittels der Einrichtung zur Strommessung ist der Phasenstrom erfassbar. Die Einrichtung zur Strommessung kann hierbei als Stromsensor ausgebildet sein, der ein den Phasenstrom repräsentierendes Ausgangssignal erzeugt. Ein Stromsensor bezeichnet ein elektrisches Bauelement, mit welchem eine Stromstärke in Kabeln und Stromschienen vorzugsweise galvanisch getrennt anhand deren Magnetfeldern gemessen werden kann. Mittels der Auswerteeinrichtung ist ein Betrag des Phasenstromes ermittelbar. Zusätzlich kann auch eine Richtung des Phasenstromes ermittelbar sein. Die Auswerteeinrichtung ist hierbei signaltechnisch ausschließlich mit der Einrichtung zur Strommessung und der Ansteuereinrichtung verbunden. Wie nachfolgend näher erläutert, kann die Auswerteeinrichtung zusätzlich noch mit einer Speichereinrichtung signaltechnisch verbunden sein. Somit ist die Auswerteeinrichtung direkt und ausschließlich der Einrichtung zur Strommessung zugeordnet. Insbesondere ist die erfindungsgemäße Auswerteeinrichtung keine zentrale Auswerteeinrichtung, beispielsweise keine zentrale Steuereinrichtung der elektrischen Maschine. Insbesondere dient die Auswerteeinrichtung ausschließlich der Auswertung des von der Einrichtung zur Strommessung erzeugten Signals. Weiter ist die mindestens eine Auswerteeinrichtung signaltechnisch mit der mindestens einen Ansteuereinrichtung verbunden. Hierbei erzeugt die Einrichtung zur Strommessung ein Eingangssignal für die Auswerteeinrichtung, welches in Bezug auf die Auswerteeinrichtung ein ausschließliches Eingangssignal darstellt. Die Auswerteeinrichtung erzeugt als ein Ausgangssignal der Auswerteeinrichtung ein Ansteuersignal, welches ein Eingangssignal der Ansteuereinrichtung darstellt.By means of the device for current measurement, the phase current can be detected. In this case, the device for measuring the current can be designed as a current sensor which generates an output signal representing the phase current. A current sensor denotes an electrical component with which a current in cables and busbars can preferably be measured galvanically separated by means of their magnetic fields. By means of the evaluation device, an amount of the phase current can be determined. In addition, a direction of the phase current can also be determined. In this case, the evaluation device is connected by signal technology exclusively with the device for measuring the current and the control device. As explained in more detail below, the evaluation device can additionally be connected to a memory device by signal technology. Thus, the evaluation is directly and exclusively assigned to the device for measuring current. In particular, the evaluation device according to the invention is not a central evaluation device, for example no central control device of the electrical machine. In particular, the evaluation device is used exclusively for evaluating the signal generated by the device for measuring the current. Furthermore, the at least one evaluation device is signal-technically connected to the at least one activation device. In this case, the device for current measurement generates an input signal for the evaluation device, which represents an exclusive input signal with respect to the evaluation device. The evaluation device generates an activation signal as an output signal of the evaluation device, which represents an input signal of the activation device.

Erfindungsgemäß ist mittels der Auswerteeinrichtung zusätzlich ein Gradient des Phasenstromes ermittelbar. Mittels der Auswerteeinrichtung ist weiter ein von dem Betrag des Phasenstromes und/oder dem Gradienten abhängiges Sicherheitskriterium auswertbar, wobei mittels der Auswerteeinrichtung die mindestens eine Ansteuereinrichtung mit einem Abschaltsignal oder einem zeitlichen Verlauf eines Abschaltsignals ansteuerbar ist, falls das Sicherheitskriterium erfüllt ist. Hierbei erzeugt die Auswerteeinrichtung das Abschaltsignal oder den zeitlichen Verlauf des Abschaltsignals.According to the invention, a gradient of the phase current can additionally be determined by means of the evaluation device. By means of the evaluation device is further dependent on the amount of the phase current and / or gradient safety criterion evaluable, by means of the evaluation, the at least one control device with a shutdown signal or a time course of a shutdown signal is controlled, if the safety criterion is met. In this case, the evaluation device generates the switch-off signal or the time profile of the switch-off signal.

Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung die mindestens eine Ansteuereinrichtung mit einem Abschaltsignal ansteuern, falls ein Betrag des Phasenstromes größer als ein vorbestimmter sicherheitsrelevanter Betrag des Phasenstromes und/oder ein Gradient des Phasenstromes größer als ein vorbestimmter sicherheitsrelevanter Gradient des Phasenstromes ist. Auch kann die Auswerteeinrichtung die mindestens eine Ansteuereinrichtung mit einem Abschaltsignal ansteuern, falls eine aus dem Betrag und dem Gradient des Phasenstromes ermittelte Zeitdauer bis zum Erreichen des vorbestimmten Betrages des Phasenstromes kleiner als eine vorbestimmte Zeitdauer ist.For example, the evaluation device can control the at least one drive device with a switch-off signal if an amount of the phase current is greater than a predetermined safety-relevant amount of the phase current and / or a gradient of the phase current is greater than a predetermined safety-relevant gradient of the phase current. The evaluation device can also actuate the at least one activation device with a switch-off signal if a time duration determined from the magnitude and the gradient of the phase current is less than a predetermined period of time until the predetermined amount of the phase current is reached.

Hierbei kann ein Abschaltsignal ein Signal zum sofortigen Öffnen aller oder ausgewählter elektrischer oder elektronischer Schaltelemente sein. Ein zeitlicher Verlauf eines Abschaltsignals ermöglicht in vorteilhafter Weise, die elektrische Maschine nicht sofort, sondern mit einem gewünschten Auslaufverhalten in z. B. einer vorbestimmten Zeitdauer herunterzufahren und dann abzuschalten, wobei der mindestens eine Phasenstrom in einer gewünschten Art und Weise reduziert wird. Hierbei kann der zeitliche Verlauf des Abschaltsignals ein zeitlicher Verlauf von Schaltzuständen ausgewählter oder aller elektrischen oder elektronischen Schaltelemente sein.Here, a shutdown signal may be a signal for immediate opening of all or selected electrical or electronic switching elements. A time course of a shutdown signal allows advantageously, the electric machine not immediately, but with a desired leakage behavior in z. B. shut down a predetermined period of time and then turn off, wherein the at least one phase current is reduced in a desired manner. In this case, the time profile of the switch-off signal can be a chronological progression of switching states of selected or all electrical or electronic switching elements.

Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass eine direkt und ausschließlich der mindestens einen Einrichtung zur Strommessung zugeordnete Auswerteeinrichtung einen Betrag und einen Gradienten mindestens eines Phasenstromes bestimmen und in deren Abhängigkeit direkt und unmittelbar die mindestens eine Ansteuereinrichtung oder Treiberstufe z. B. von elektrischen oder elektronischen Schaltelementen z. B. eines dreiphasigen Wechselrichters ansteuert. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein dynamisches, also zeitlich schnelles, Abschalten der elektrischen Maschine, falls ein Sicherheitskriterium nicht erfüllt ist.This results in an advantageous manner that a directly and exclusively the at least one device for current measurement associated evaluation determine an amount and a gradient of at least one phase current and their dependence directly and directly the at least one driver or driver stage z. B. of electrical or electronic switching elements z. B. a three-phase inverter drives. This results in an advantageous manner, a dynamic, ie temporally fast, switching off the electric machine, if a safety criterion is not met.

Gemäß dem Stand der Technik wird im Gegensatz ein Ausgangssignal von Stromsensoren zuerst über ein Bussystem, beispielsweise einen CAN-Bus, an eine zentrale Steuereinrichtung übertragen, die beispielsweise die Steuereinrichtung der elektrischen Maschine sein kann. Nach Auswertung der entsprechenden Signale wird dann von der Steuereinrichtung, beispielsweise einem Mikrocontroller, ein Eingangssignal für die Treiberstufe erzeugt. Hierbei ist die zentrale Steuereinrichtung nicht ausschließlich den Stromsensoren zugeordnet, wodurch sich Verzögerungen bei der Auswertung und Ansteuerung der Treiberstufe ergeben, da durch die zentrale Steuereinrichtung noch weitere Signale verarbeitet werden müssen.In contrast, according to the prior art, an output signal from current sensors is first transmitted via a bus system, for example a CAN bus, to a central control device, which may be, for example, the control device of the electrical machine. After evaluation of the corresponding signals, an input signal for the driver stage is then generated by the control device, for example a microcontroller. In this case, the central control device is not exclusively associated with the current sensors, which results in delays in the evaluation and control of the driver stage, since even more signals must be processed by the central control device.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung als strukturabhängige Recheneinheit ausgebildet. Hierbei kann die Auswerteeinrichtung beispielsweise als FPGA (Field Programmable Gate Array) oder als ASIC (Application Specific Integrated Circuit) ausgebildet sein. Eine strukturabhängige Recheneinheit bezeichnet hierbei eine Recheneinheit, deren Funktionalität durch eine Schaltungsstruktur, also eine Verschaltung von Schaltungselementen, wie z. B. Flip-Flops, oder Look-Up-Tables, vorgegeben ist. Bei einer strukturabhängigen Recheneinheit kann eine Funktionalität durch hardwareseitige Programmierung, d. h. Verschalten der Schaltungselemente, hergestellt werden. Diese strukturabhängigen Recheneinheiten ermöglichen in vorteilhafter Weise eine parallele Programmabarbeitung und können somit ein schnelles Laufzeitverhalten aufweisen, wodurch insbesondere in einer Echtzeitumgebung keine oder weniger Laufzeitprobleme auftreten. Weiter können so genannte Soft-Core-Prozessoren in solche strukturabhängigen Recheneinheiten integriert werden, die eine auf Bedürfnisse eines Anwenders angepasste Prozessorfunktionalität der strukturabhängigen Recheneinheit gewährleisten. Eine Funktionalität von strukturabhängigen Recheneinheiten lässt sich hierbei in der Regel in einem hardwarespezifischen Code, wie z. B. VHDL oder Verilog beschreiben.In a further embodiment, the evaluation device is designed as a structure-dependent computing unit. In this case, the evaluation device can be designed, for example, as FPGA (Field Programmable Gate Array) or ASIC (Application Specific Integrated Circuit). In this case, a structure-dependent computing unit denotes a computing unit whose functionality is represented by a circuit structure, that is, an interconnection of Circuit elements such. As flip-flops, or look-up tables, is given. In the case of a structure-dependent arithmetic unit, functionality can be produced by hardware-side programming, that is to say interconnection of the circuit elements. These structure-dependent arithmetic units advantageously enable a parallel program execution and can thus have a fast runtime behavior, whereby no or less runtime problems occur, in particular in a real-time environment. Furthermore, so-called soft-core processors can be integrated into such structure-dependent computing units which ensure a processor functionality of the structure-dependent computing unit adapted to the needs of the user. A functionality of structure-dependent computing units can be in this case usually in a hardware-specific code such. B. VHDL or Verilog describe.

Durch die Ausbildung der Auswerteeinrichtung als strukturabhängige Recheneinheit ergibt sich somit in vorteilhafter Weise ein schnelleres Laufzeitverhalten und somit auch ein schnelleres Abschalten der elektrischen Maschine im Falle eines nicht erfüllten Sicherheitskriteriums.The design of the evaluation device as a structure-dependent computing unit thus advantageously results in a faster runtime behavior and thus also a faster shutdown of the electrical machine in the case of an unfulfilled safety criterion.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Auswerteeinrichtung mindestens eine Speichereinrichtung oder ist mit mindestens einer Speichereinrichtung signal- oder datentechnisch verbunden. Hierbei kann in der Speichereinrichtung mindestens ein sicherheitsrelevanter Betrag des Phasenstromes und/oder mindestens ein sicherheitsrelevanter Gradient gespeichert sein. Auch kann in der Speichereinrichtung mindestens eine sicherheitsrelevante Zeitdauer gespeichert sein, wobei sich die Zeitdauer auf eine aus Betrag und Gradient des Phasenstromes ermittelte Zeitdauer bis zum Erreichen eines vorbestimmten Betrages des Phasenstromes bezieht. Die Speichereinrichtung kann hierbei ausschließlich mit der mindestens einen Auswerteeinrichtung signal- oder datentechnisch verbunden sein, also ausschließlich dieser Auswerteeinrichtung zugeordnet sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass sicherheitsrelevante Werte schnell und ohne große Zeitverzögerung für eine Auswertung durch die Auswerteeinrichtung abgerufen werden können. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise ein zeitlich schnelleres Auswerten eines Sicherheitskriteriums und gegebenenfalls somit ein zeitlich schnelleres Abschalten.In a further embodiment, the evaluation device comprises at least one memory device or is connected to at least one memory device by signal or data technology. In this case, at least one safety-relevant amount of the phase current and / or at least one safety-relevant gradient can be stored in the memory device. It is also possible for at least one safety-relevant time duration to be stored in the memory device, wherein the time duration relates to a time duration determined from the magnitude and gradient of the phase current until a predetermined amount of the phase current has been reached. The memory device can in this case be connected to the at least one evaluation device in terms of signal or data technology, that is to say be assigned exclusively to this evaluation device. This results in an advantageous manner that safety-relevant values can be retrieved quickly and without a long time delay for evaluation by the evaluation device. This advantageously results in a faster evaluation of a safety criterion and, if necessary, a faster shutdown.

In einer weiteren Ausführungsform ist mittels der Auswerteeinrichtung ein zeitlicher Verlauf des Abschaltsignals in Abhängigkeit des ermittelten Betrages des Phasenstromes und/oder in Abhängigkeit des ermittelten Gradienten erzeugbar. Übersteigt der ermittelte Betrag des Phasenstromes beispielsweise den vorbestimmten, sicherheitsrelevanten Betrag um mehr als ein vorbestimmtes Maß und/oder ist der ermittelte Gradient um mehr als ein vorbestimmtes Maß größer als der vorbestimmte, sicherheitsrelevante Gradient, so kann ein schnelles, insbesondere sofortiges, Abschalten der elektrischen Maschine, beispielsweise durch Öffnen einzelner, ausgewählter oder aller elektrischen oder elektronischen Schaltelemente bewirkt werden. Ergibt jedoch eine Auswertung des Phasenstromes und/oder des Gradienten, dass vorbestimmte, sicherheitsrelevante Werte (noch) nicht um ein vorbestimmtes Maß überschritten sind, so kann ein im Vergleich langsameres und gezieltes Abschalten der elektrischen Maschine, z. B. durch ein zeitlich versetztes Öffnen von ausgewählten oder allen elektrischen oder elektronischen Schaltelementen, bewirkt werden. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass z. B. ein Fahrgefühl eines Kraftfahrzeugführers in einem solchen Falle weniger stark beeinflusst wird, wodurch ein Kraftfahrzeugführer weniger irritiert wird. Zu beachten ist hierbei, dass sowohl Betrag des Phasenstromes als auch der Gradient des Phasenstromes jeweils einzeln ausgewertet und mit vorbestimmten Beträgen verglichen werden können. Jedoch ist auch möglich, die Kombination aus Phasenstrom und Gradient mit vorbestimmten, sicherheitsrelevanten Kombinationen zu vergleichen. Auch ist möglich, wie vorhergehend erläutert, eine Zeitdauer bis zum Erreichen eines vorbestimmten, sicherheitsrelevanten Wertes zu bestimmen, wobei ein Abschaltsignal in Abhängigkeit der ermittelten Zeitdauer erzeugbar ist.In a further embodiment, by means of the evaluation device, a time profile of the switch-off signal can be generated as a function of the determined magnitude of the phase current and / or as a function of the determined gradient. If the ascertained amount of the phase current exceeds, for example, the predetermined, safety-relevant amount by more than a predetermined amount and / or if the determined gradient is greater than the predetermined, safety-relevant gradient by more than a predetermined amount, then a rapid, in particular immediate, switching off of the electrical current Machine, for example, by opening individual, selected or all electrical or electronic switching elements are effected. If, however, an evaluation of the phase current and / or of the gradient shows that predetermined, safety-relevant values are not (yet) exceeded by a predetermined amount, a comparatively slower and targeted shutdown of the electrical machine, eg. B. caused by a time-delayed opening of selected or all electrical or electronic switching elements. This results in an advantageous manner that z. B. a driving feeling of a motor vehicle driver is less affected in such a case, whereby a motor vehicle driver is less irritated. It should be noted here that both the amount of the phase current and the gradient of the phase current can each be evaluated individually and compared with predetermined amounts. However, it is also possible to compare the combination of phase current and gradient with predetermined, safety-relevant combinations. It is also possible, as explained above, to determine a time duration until reaching a predetermined, safety-relevant value, wherein a shut-off signal can be generated as a function of the determined time duration.

In einer weiteren Ausführungsform ist mittels der Auswerteeinrichtung ein zeitlicher Verlauf des Abschaltsignals zusätzlich in Abhängigkeit einer Induktivität der elektrischen Maschine erzeugbar. Die in einer elektrischen Maschine vorhandenen Induktivitäten, beispielsweise durch Statorwicklungen ausgebildete Motorinduktivitäten, bewirken bei einem sprunghaften Abschalten eines durch die Induktivitäten fließenden Stromes, beispielsweise des erfindungsgemäßen Phasenstromes, dass dieser Strom trotz des Abschaltens weitergetrieben wird. Dies kann zu unerwünschten Erwärmungen in den elektrischen oder elektronischen Elementen der elektrischen Maschine und somit zu Zerstörungen führen. Ist eine Induktivität der elektrischen Maschine sowie Eigenschaften von Phasenströmen (Betrag, Gradient) bekannt, so kann ein zeitlicher Verlauf eines Abschaltsignals derart bestimmt werden, dass keine unerwünschten Auswirkungen beim Abschalten durch einen durch die Induktivität weiter getriebenen Strom auftreten.In a further embodiment, by means of the evaluation device, a time profile of the switch-off signal can additionally be generated as a function of an inductance of the electrical machine. The present in an electrical machine inductors, for example, formed by stator windings Motorinduktivitäten cause in a sudden shutdown of a current flowing through the inductors current, for example, the phase current according to the invention that this stream continues to be driven despite the shutdown. This can lead to undesirable heating in the electrical or electronic elements of the electrical machine and thus to destruction. If an inductance of the electrical machine as well as properties of phase currents (magnitude, gradient) are known, a time profile of a turn-off signal can be determined such that no undesired effects occur during turn-off by a current driven further by the inductance.

In einer weiteren Ausführungsform ist das elektronische oder elektrische Schaltelement ein Schaltelement eines Wechselrichters. Insbesondere kann das elektronische oder elektrische Schaltelement ein High-Side-Schalter oder Low-Side-Schalter eines zwei- oder dreiphasigen Wechselrichters zur Erzeugung von Wechselspannungen für einen Betrieb einer zwei- oder dreiphasigen elektrischen Maschine sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Steuerung eines Phasenstromes einer in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug angeordneten elektrischen Maschine einsetzbar ist.In a further embodiment, the electronic or electrical switching element is a switching element of an inverter. In particular, the electronic or electrical switching element, a high-side switch or low-side switch of a two- or three-phase inverter for Generating AC voltages for operation of a two- or three-phase electric machine. This results in an advantageous manner that the method according to the invention can also be used to control a phase current of an electric machine arranged in an electric or hybrid vehicle.

Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Steuerung mindestens eines Phasenstromes einer elektrischen Maschine. Der mindestens eine Phasenstrom wird mittels mindestens eines elektrischen oder elektronischen Schaltelements eingestellt. Ein Zustand oder Schaltzustand des mindestens einen elektrischen oder elektronischen Schaltelementes wird mittels einer Ansteuereinrichtung gesteuert. Eine Einrichtung zur Strommessung erfasst mindestens einen Phasenstrom, wobei eine Auswerteeinrichtung einen Betrag des Phasenstromes ermittelt. Die Auswerteeinrichtung ist hierbei ausschließlich mit der Einrichtung zur Strommessung sowie der Ansteuereinrichtung signaltechnisch verbunden.Further proposed is a method for controlling at least one phase current of an electrical machine. The at least one phase current is adjusted by means of at least one electrical or electronic switching element. A state or switching state of the at least one electrical or electronic switching element is controlled by means of a drive device. A device for current measurement detects at least one phase current, wherein an evaluation device determines an amount of the phase current. In this case, the evaluation device is connected only by signal to the device for measuring the current and to the drive device.

Erfindungsgemäß ermittelt die Auswerteeinrichtung einen Gradienten des Phasenstromes, wobei die Auswerteeinrichtung ein von dem Betrag des Phasenstromes und/oder dem Gradienten abhängiges Sicherheitskriterium auswertet, wobei die Auswerteeinrichtung die mindestens eine Ansteuereinrichtung mit einem Abschaltsignal oder einem zeitlichen Verlauf eines Abschaltsignals ansteuert, falls das Sicherheitskriterium erfüllt ist.According to the invention, the evaluation device determines a gradient of the phase current, the evaluation device evaluating a safety criterion dependent on the magnitude of the phase current and / or the gradient, wherein the evaluation device activates the at least one drive device with a switch-off signal or a time profile of a switch-off signal if the safety criterion is met ,

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich in vorteilhafter Weise eine zeitlich schnelle Abschaltung der elektrischen Maschine erreichen, falls ein Sicherheitskriterium nicht (mehr) erfüllt ist.By means of the method according to the invention can be achieved in a timely manner rapid shutdown of the electrical machine, if a safety criterion is not (more) met.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzelnen Figuren zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The individual figures show:

1 ein schematisches Blockschaltbild einer elektrischen Maschine und einer zugehörigen Leistungselektronik, und 1 a schematic block diagram of an electrical machine and associated power electronics, and

2 ein schematisches Blockschaltbild eines Stromsensors mit integrierter Auswerteeinrichtung. 2 a schematic block diagram of a current sensor with integrated evaluation.

In 1 ist ein schematisches Blockschaltbild einer elektrischen Maschine 1 und leistungselektronischen Elementen zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 1 dargestellt. Die Elemente zum Betrieb der elektrischen Maschine 1 umfassen eine zentrale Steuereinrichtung 2, eine Ansteuereinrichtung 3, die auch als Treiberstufe bezeichnet werden kann, einen aus drei Halbbrücken bestehenden dreiphasigen Wechselrichter, wobei jede Halbbrücke einen als High-Side-Schalter 4a ausgebildeten IGBT 4 und einen als Low-Side-Schalter 4b ausgebildeten IGBT 4 umfasst. Weiter umfassen die Elemente zum Betrieb einen Zwischenkreiskondensator 5, eine Traktionsbatterie 6, Temperatursensoren 7 und einen Rotorlagesensor 8. Zwischen den High-Side-Schaltern 4a und den Low-Side-Schaltern 4b werden die Phasen U, V, W zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 1 abgegriffen. Hierbei werden die durch die Phasen U, V, W fließenden Phasenströme i_U, i_V, i_W mittels Stromsensoren 9 erfasst. Weiter dargestellt sind Auswerteeinrichtungen 10, die z. B. baulich innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 15 mit den Stromsensoren 9 angeordnet sind (siehe 2).In 1 is a schematic block diagram of an electrical machine 1 and power electronic elements for controlling the electric machine 1 shown. The elements for operating the electric machine 1 comprise a central control device 2 , a drive device 3 , which can also be referred to as a driver stage, consisting of three half-bridges three-phase inverter, each half bridge as a high-side switch 4a trained IGBT 4 and one as a low-side switch 4b trained IGBT 4 includes. Furthermore, the elements for operation comprise an intermediate circuit capacitor 5 , a traction battery 6 , Temperature sensors 7 and a rotor position sensor 8th , Between the high-side switches 4a and the low-side switches 4b become the phases U, V, W for controlling the electric machine 1 tapped. In this case, the phase currents i _U , i _V , i _W flowing through the phases U, V, W are detected by means of current sensors 9 detected. Also shown are evaluation devices 10 that z. B. structurally within a common housing 15 with the current sensors 9 are arranged (see 2 ).

Beispielsweise kann der Stromsensor 9 als anisotropisch magneto-resistiver Sensor ausgebildet sein. Ein solcher Sensor basiert auf dem anisotropen magnetoresistiven Effekt. Die Auswerteeinrichtung 10 kann hierbei als FPGA ausgebildet sein, der auf derselben Leiterplatte angeordnet ist wie die den Stromsensor 9 ausbildenden Elemente. Insbesondere kann der Stromsensor 9 eine Brückenschaltung umfassen, wobei Anschlüsse der Brückenschaltung, insbesondere Anschlüsse zum Abgriff von Brückenzweigströmen Inm, Inp sowie Anschlüsse zum Abgriff eines Kompensationsstromes direkt und ausschließlich signaltechnisch mit dem FPGA, insbesondere Anschlüssen des FPGA, verbunden sind.For example, the current sensor 9 be designed as anisotropic magneto-resistive sensor. Such a sensor is based on the anisotropic magnetoresistive effect. The evaluation device 10 can be designed as FPGA, which is arranged on the same circuit board as the current sensor 9 training elements. In particular, the current sensor 9 comprise a bridge circuit, wherein connections of the bridge circuit, in particular connections for tapping bridge branch currents Inm, Inp and connections for tapping a compensation current directly and exclusively by signal technology with the FPGA, in particular terminals of the FPGA, are connected.

Die den Stromsensor 9 ausbildenden Elemente sowie die als FPGA ausgebildete Auswerteeinrichtung 10 sind hierbei baulich integriert, beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse 15 angeordnet, ausgebildet (siehe 2).The the current sensor 9 forming elements and designed as an FPGA evaluation 10 are structurally integrated, for example, in a common housing 15 arranged, formed (see 2 ).

Die Temperatursensoren 7 sowie der Rotorlagesensor 8 sind hierbei an ein Bussystem 11 gekoppelt, wobei mittels des Bussystems 11 Signale an die zentrale Steuereinrichtung 2 übertragen werden können. Die zentrale Steuereinrichtung 2 ist hierbei über exemplarisch dargestellte weitere Bussysteme 12 mit weiteren im Kraftfahrzeug vorhandenen Elementen datentechnisch verbunden. Weiter ist die zentrale Steuereinrichtung 2 mit der Ansteuereinrichtung 3 signaltechnisch verbunden. Die Ansteuereinrichtung 3 erzeugt in Abhängigkeit des von der zentralen Steuereinrichtung 2 vorgegebenen Eingangssignals Eingangssignale, insbesondere Gate-Spannungen, für die IGBT 4.The temperature sensors 7 as well as the rotor position sensor 8th are here to a bus system 11 coupled, wherein by means of the bus system 11 Signals to the central control device 2 can be transmitted. The central control device 2 is here by way of exemplary illustrated further bus systems 12 connected to other existing elements in the motor vehicle data. Next is the central controller 2 with the drive device 3 connected by signal technology. The drive device 3 generated as a function of the central control device 2 predetermined input signal input signals, in particular gate voltages, for the IGBT 4 ,

Die Auswerteeinrichtungen 10 sind signaltechnisch direkt mit der Ansteuereinrichtung 3 verbunden. Insbesondere können die Auswerteeinrichtungen 10 Eingangssignale für die Ansteuereinrichtung 3 zusätzlich zu dem von der zentralen Steuereinrichtung 2 erzeugten Eingangssignalen erzeugen. In Abhängigkeit der von den Auswerteeinrichtungen 10 erzeugten Eingangssignale erzeugt die Ansteuereinrichtung 3 ein Abschaltsignal oder einen zeitlichen Verlauf eines Abschaltsignals, wobei das Abschaltsignal als Eingangssignal, insbesondere als Gate-Spannung, für die IGBT 4 dient. Hierfür kann ein Abschaltsignal der Auswerteeinrichtung 10 die von der zentralen Steuereinrichtung 2 erzeugten Eingangssignale überlagern oder ersetzen.The evaluation facilities 10 are signal technology directly with the control device 3 connected. In particular, the evaluation devices 10 Input signals for the drive device 3 in addition to that of the central controller 2 generate generated input signals. Depending on the evaluation equipment 10 generated input signals generated by the drive device 3 a shutdown signal or a time course of a shutdown signal, wherein the Shutdown signal as an input signal, in particular as a gate voltage, for the IGBT 4 serves. For this purpose, a shutdown signal of the evaluation 10 that from the central controller 2 Overlay or replace generated input signals.

In 2 ist ein schematisches Blockschaltbild eines Stromsensors 9 mit integrierter Auswerteeinrichtung 10 dargestellt. Hierbei ist die Auswerteeinrichtung 10 als FGPA ausgebildet, die Spannungseingänge und -ausgänge für eine Versorgungsspannung V_dd, eine Masse GND, eine Brückenspannung V_br, Brückenzweigströme Inm, Inp sowie Kompensationsströme Ic1, Ic2 aufweist. Exemplarisch ist dargestellt, dass der FGPA weitere Spannungseingänge und Spannungsausgänge aufweisen kann. Der Stromsensor 9 umfasst eine Brückenschaltung 13 sowie ein induktives Element 14. Hierbei sind der Stromsensor 9 und die Auswerteeinrichtung 10 innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 15 angeordnet.In 2 is a schematic block diagram of a current sensor 9 with integrated evaluation device 10 shown. Here is the evaluation 10 designed as FGPA, the voltage inputs and outputs for a supply voltage V _dd , a ground GND, a bridge voltage V _br , bridge branch currents Inm, Inp and compensation currents Ic1, Ic2 has. As an example, it is shown that the FGPA can have further voltage inputs and voltage outputs. The current sensor 9 includes a bridge circuit 13 and an inductive element 14 , Here are the current sensor 9 and the evaluation device 10 within a common housing 15 arranged.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: elektrische Maschineelectric machine
22: zentrale Steuereinrichtungcentral control device
33: Ansteuereinrichtungdriving
44: IGBTIGBT
4a4a: High-Side-SchalterHigh-side switch
4b4b: Low-Side-SchalterLow-side switch
55: ZwischenkreiskondensatorLink capacitor
66: Traktionsbatterietraction battery
77: Temperatursensortemperature sensor
88th: RotorlagesensorRotor position sensor
99: Stromsensorcurrent sensor
1010: Auswerteeinrichtungevaluation
1111: Bussystembus system
1212: weiteres Bussystemanother bus system
1313: Brückenschaltungbridge circuit
1414: Induktives ElementInductive element
1515: Gehäusecasing
U, V, WAND MANY MORE: Phasenphases
i_U, i_V, i_W i _U , i _V , i _W: Phasenströmephase currents
V_dd V _dd: Versorgungsspannungsupply voltage
GNDGND: MasseDimensions
Inm, InpInm, Inp: BrückenzweigströmeBridge branch currents
Ic1, Ic2Ic1, Ic2: Kompensationsströmecompensation currents
V_br V _br: Brückenspannungbridge voltage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0805538 B1 [0005]

Claims

Device for controlling at least one phase current (i _U , i _V , i _W ) of an electrical machine ( 1 ), wherein the device has at least one device for current measurement, at least one drive device ( 3 ) and at least one evaluation device ( 10 ), wherein the at least one phase current (i _U , i _V , i _W ) is adjustable by means of at least one electrical or electronic switching element, wherein a state of the at least one electrical or electronic switching element by means of the drive means ( 3 ) is controllable, wherein by means of the device for current measurement of the phase current (i _U , i _V , i _W ) can be detected, wherein by means of the evaluation device ( 10 ) an amount of the phase current (i _U , i _V , i _W ) can be determined, wherein the evaluation device ( 10 ) exclusively with the device for current measurement and the control device ( 3 ) is technically connected, characterized in that by means of the evaluation device ( 10 ) in addition a gradient of the phase current (i _U , i _V , i _W ) can be determined, wherein by means of the evaluation device ( 10 ) can be evaluated by the amount of the phase current (i _U , i _V , i _W ) and / or the gradient dependent safety criterion, wherein by means of the evaluation device ( 10 ) the at least one drive device ( 3 ) is controllable with a shutdown signal or a time course of a shutdown signal, if the safety criterion is met.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the evaluation device ( 10 ) is designed as a structure-dependent arithmetic unit.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation device ( 10 ) comprises at least one memory device or is additionally connected to at least one memory device signal or data technology, wherein in the memory device at least one safety-relevant amount of the phase current (i _U , i _V , i _W ) and / or at least one safety-relevant gradient is stored.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the evaluation device ( 10 ) a temporal course of the switch-off signal in dependence on the determined amount of the phase current (i _U , i _V , i _W ) and / or in dependence of the determined gradient can be generated.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that by means of the evaluation device ( 10 ) a temporal course of the switch-off signal additionally in dependence of an inductance of the electrical machine ( 1 ) is producible.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic or electrical switching element is a switching element of an inverter.

Method for controlling at least one phase current (i _U , i _V , i _W ) of an electrical machine ( 1 ), wherein the at least one phase current (i _U , i _V , i _W ) is adjusted by means of at least one electrical or electronic switching element, wherein a state of the at least one electrical or electronic switching element by means of a drive means ( 3 ), wherein a device for current measurement detects the phase current (i _U , i _V , i _W ), wherein an evaluation device ( 10 ) determines an amount of the phase current (i _U , i _V , i _W ), wherein the evaluation device ( 10 ) exclusively with the device for current measurement and the control device ( 3 ) is technically connected, characterized in that the evaluation device ( 10 ) determines a gradient of the phase current (i _U , i _V , i _W ), wherein the evaluation device ( 10 ) evaluates a safety criterion dependent on the amount of the phase current (i _U , i _V , i _W ) and / or the gradient, wherein the evaluation device ( 10 ) the at least one drive device ( 3 ) with a shutdown signal or a time course of a shutdown signal drives, if the safety criterion is met.

Method according to Claim 7, characterized in that the safety criterion is fulfilled if an amount of the phase current (i _U , i _V , i _W ) is greater than a predetermined safety-relevant amount of the phase current (i _U , i _V , i _W ) and / or a gradient of the phase current (i _U , i _V , i _W ) greater than a predetermined safety-relevant gradient of the phase current (i _U , i _V , i _W ) and / or one of magnitude and gradient of the phase current (i _U , i _V , i _W ) determined time until reaching the predetermined amount of the phase current (i _U , i _V , i _W ) is less than a predetermined safety-relevant period of time.

Method according to one of claims 7 or 8, characterized in that the evaluation device ( 10 ) a time profile of the switch-off signal in dependence of the determined amount of the phase current (i _U , i _V , i _W ) and / or in dependence of the determined gradient and / or in dependence of an inductance of the electrical machine ( 1 ) generated.