DE102011076999A1 - Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

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Julian Roesner
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug, wobei die elektrische Maschine eine Läuferwicklung,g nachgeschalteten Stromrichter mit ansteuerbaren Schaltelementen aufweist, wobei die elektrische Maschine in einem ersten Betriebsmodus gemäß einem PWM-Betrieb und in einem zweiten Betriebsmodus gemäß einem Blockbetrieb betreibbar ist, wobei die elektrische Maschine während eines Umschaltens von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus oder umgekehrt in einem dritten Betriebsmodus betrieben wird, in dem die Pulsdauern von Ansteuersignalen für die ansteuerbaren Schaltelementen verändert werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug.
  • Stand der Technik
  • Als elektrische Maschinen werden in Kraftfahrzeugen üblicherweise Klauenpolgeneratoren mit elektrischer Erregung eingesetzt. Der Strom durch die Läuferwicklung dient als Stellgröße zur Regelung der gewünschten Ausgangsspannung und wird von einem zugeordneten Feldregler vorgegeben. Es ist auch bekannt, elektrische Maschinen als Startergeneratoren einzusetzen, um einerseits den Verbrennungsmotor im Motorbetrieb der elektrischen Maschine zu starten und andererseits Strom für das Bordnetz und zum Laden der Kraftfahrzeugbatterie im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine zu erzeugen.
  • Die DE 198 49 889 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug als Generator, wobei verschiedene Betriebsbereiche vorgegeben werden. Die elektrische Maschine wird in einem ungetakteten (sog. Blockbetrieb, vgl. 3) und einem getakteten (sog. PWM-Betrieb, vgl. 2) Pulswechselrichterbetrieb betrieben. Die Umschaltung zwischen den Betrieben erfolgt bei bestimmten Drehzahlen.
  • Generatoren, die auch zum Fahrzeug-Antrieb eingesetzt werden, sind aus dem Bereich der Hybrid-Fahrzeuge bekannt. Ziel ist hierbei, den Verbrennungsmotor bei niedrigen Drehzahlen, bei denen dieser noch nicht sein volles Drehmoment liefert, zu unterstützen (sog. Boostbetrieb, Turboloch-Kompensation). Auch hier ist es bspw. aus der EP 2 060 434 A2 bekannt, die elektrische Maschine drehzahlabhängig in einem ungetakteten und einem getakteten Pulswechselrichterbetrieb zu betreiben.
  • Nachteilig an den bekannten Methoden ist, dass beim Umschalten sehr große Spannungs- bzw. Drehmomentsprünge auftreten, die vermieden werden sollen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Erfindung stellt eine Möglichkeit zu einem im Wesentlichen kontinuierlichen Umschalten von einem ungetakteten (hier als zweiter Betriebsmodus bezeichnet) in einen getakteten (hier als erster Betriebsmodus bezeichnet) Pulswechselrichterbetrieb und umgekehrt bereit. In der Folge kann die Spannung an der elektrischen Maschine über den gesamten Betriebsbereich kontinuierlich eingestellt werden. Des weiteren vereinfacht sich die Ansteuerung erheblich, da keine abrupten Umschaltungen des Pulsmusters mehr stattfinden. Drehmomentsprünge werden vermieden. Die Erfindung liefert im Übergangsbereich eine Art Mischbetrieb (hier als dritter Betriebsmodus bezeichnet), in dem sowohl PWM-Beiträge als auch Block-Beiträge vorhanden sind. Insbesondere werden die Pulsdauern während des Umschaltens von dem PWM-Betrieb in den Blockbetrieb allmählich bzw. schrittweise (insbesondere in mehr als zwei Schritten) verlängert und umgekehrt verkürzt. Die kleinst mögliche Schrittweite wird u.a. durch die technische Ausgestaltung der ausführenden Recheneinheit beeinflusst. In der Praxis wird die Anzahl der Schritte bzw. die Schrittweite vom Fachmann so ausgewählt werden, dass Drehmoment- bzw. Spannungssprünge unter einer erwünschten Schwelle bleiben. So kann ein im Wesentlichen kontinuierliches Umschalten erreicht werden (Schrittweite geht gegen Null, Schrittanzahl gegen Unendlich).
  • Im folgenden wird nun hauptsächlich der Umschaltvorgang vom getakteten in den ungetakteten Pulswechselrichterbetrieb beschrieben. Es versteht sich, dass die Umschaltung in die umgekehrte Richtung mutatis mutandis erfolgt.
  • Das allmähliche Umschalten wird dadurch realisiert, dass die Pulsdauern im PWM-Betrieb schrittweise erhöht werden, bis sie zu zusammenhängenden Blöcken verschmelzen und der Blockbetrieb erreicht ist. Wird der PWM-Betrieb bspw. durch die übliche Dreieck-Grundwellen-Modulation (üblicherweise Dreieck-Sinus-Modulation) bewirkt, kann der Übergang durch Erhöhung der Grundwellenamplitude, durch Verringerung der Dreieckswellenamplitude und/oder durch Verlängerung der Dreieckswellenperiodendauer erfolgen.
  • Das Umschalten erfolgt vorzugsweise drehzahlabhängig, wobei die elektrische Maschine bei geringen Drehzahlen im reinen PWM-Betrieb und bei großen Drehzahlen im Blockbetrieb betrieben wird. Beispielsweise kann in einem ersten Drehzahlbereich kleiner einem ersten Drehzahlschwellwert von ca. 1000 U/min ein reiner PWM-Betrieb (im ersten Betriebsmodus) stattfinden, in dem bspw. die Grundwellenamplitude der Dreieckswellenamplitude entspricht. Zwischen dem ersten Drehzahlschwellwert von ca. 1000 U/min und einem zweiten Drehzahlschwellwert von ca. 3000 U/min kann eine drehzahlabhängige Erhöhung der Grundwellenamplitude (im dritten Betriebsmodus) stattfinden, um so die Pulsdauern zu verlängern, bis schließlich ab ca. 3000 U/min ein Blockbetrieb (im zweiten Betriebsmodus) stattfindet. Der untere Drehzahlschwellwert ist weniger kritisch, so dass dieser im Prinzip auch auf Null gesetzt werden könnte und somit bei allen Drehzahlen unterhalb des zweiten Drehzahlschwellwerts ein Mischbetrieb stattfindet, bei kleinen Drehzahlen entsprechend mit nur kleiner Pulsdauerveränderung im Vergleich zum reinen PWM-Betrieb.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann das Umschalten in Abhängigkeit von Drehzahl und angefordertem Drehmoment erfolgen, wobei die einzustellende Amplitude über ein hinterlegtes Kennfeld oder als Ausgangssignal eines geeigneten Regelkreises ermittelt wird.
  • Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
  • Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Ausführungsform eines Startergenerators mit Stromrichter mit ansteuerbaren Schaltelementen, wie er der Erfindung zugrunde liegen kann.
  • 2 zeigt typische Signalverläufe in einem PWM-Betrieb.
  • 3 zeigt typische Signalverläufe in einem Blockbetrieb.
  • 4 zeigt typische Signalverläufe in einem Mischbetrieb gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
  • 5 zeigt eine Zusammensetzung und eine Abhängigkeit der Spannung von der Grundwellenamplitude im Mischbetrieb.
  • 6 zeigt ein Regelschema zur Umsetzung einer Ausführungsform der Erfindung.
  • 7 zeigt ein Zustandsdiagramm für einen generatorischen Betrieb einer elektrischen Maschine gemäß 1.
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • In 1 ist eine elektrische Maschine, wie sie der vorliegenden Erfindung zugrunde liegen kann, schaltplanartig dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Die elektrische Maschine weist eine Generatorkomponente 10 und eine Stromrichterkomponente 20 auf. Die Stromrichterkomponente wird im generatorischen Betrieb der Maschine üblicherweise als Gleichrichter, im motorischen Betrieb als Wechselrichter betrieben.
  • Die Generatorkomponente 10 ist lediglich schematisch in Form von sternförmig verschalteten Ständerwicklungen 11 und einer zu einer Diode parallel geschalteten Erreger- bzw. Läuferwicklung 12 dargestellt. Die Läuferwicklung wird durch einen Leistungsschalter 13, der mit einem Anschluss 24 der Stromrichterkomponente 20 verbunden ist, getaktet geschaltet. Die Ansteuerung des Leistungsschalters 13 erfolgt nach Maßgabe eines Feldreglers 15, wobei der Leistungsschalter 13 ebenso wie die zur Läuferwicklung 12 parallel geschaltete Diode in der Regel in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) des Feldreglers integriert sind.
  • Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist ein dreiphasiger Generator dargestellt. Im Prinzip ist die vorliegende Erfindung jedoch auch bei weniger- oder mehrphasigen Generatoren, beispielsweise fünfphasigen Generatoren einsetzbar.
  • Die Stromrichterkomponente 20 ist hier als B6-Schaltung ausgeführt und weist Schaltelemente 21 auf, die beispielsweise als MOSFET 21 ausgeführt sein können. Die MOSFET 21 sind, beispielsweise über Stromschienen, mit den jeweiligen Ständerwicklungen 11 des Generators verbunden. Ferner sind die MOSFET mit Anschlüssen 24, 24' verbunden und stellen bei entsprechender Ansteuerung einen Gleichstrom für ein Bordnetz inkl. Batterie 30 eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung. Die Ansteuerung der Schaltelemente 21 erfolgt durch eine Ansteuereinrichtung 25 über Ansteuerkanäle 26, von denen aus Gründen der Übersicht nicht alle mit Bezugszeichen versehen sind. Die Ansteuereinrichtung 25 erhält über Phasenkanäle 27 jeweils die Phasenspannung der einzelnen Ständerwicklungen. Zur Bereitstellung dieser Phasenspannungen können weitere Einrichtungen vorgesehen sein, die jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.
  • Die Ansteuereinrichtung 25 nimmt im Gleichrichterbetrieb eine Auswertung der über die Phasenkanäle 27 bereitgestellten Phasenspannungen vor und bestimmt hieraus einen jeweiligen Ein- und Ausschaltzeitpunkt eines einzelnen MOSFET 21. Die Steuerung über Ansteuerkanäle 26 wirkt sich auf die Gate-Anschlüsse der MOSFET 21 aus.
  • Bekannte Feldregler, wie der im Rahmen dieser Ausführungsform vorgesehene Feldregler 15, weisen einen sogenannten Klemme-V-Anschluss 19 auf, der mit einer Phase der Ständerwicklung des Generators verbunden ist. Die Frequenz des Klemme-V-Signals bzw. des Phaseneingangssignals wird im Regler 15 ausgewertet und dient in Abhängigkeit von den Kenngrößen dieses Signals zur Aktivierung oder Deaktivierung des Reglerbetriebs und letztlich zur Ansteuerung des Leistungsschalters 13 über eine Ansteuerleitung 14. Das Phasensignal für den Phasensignaleingang 19 kann, wie dargestellt, auch durch die Ansteuereinrichtung 25 geführt werden.
  • Im Motorbetrieb wird die elektrische Maschine 100 verwendet, um allein oder in Kombination mit einem Verbrennungsmotor das Kraftfahrzeug anzutreiben. Hier wird die Stromrichterkomponente 20 gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung betrieben, wie es unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wird. Vorzugsweise wird als Spannungsversorgung eine Batterie verwendet, die eine höhere Spannung (z.B. 40 V) aufweist als die übliche Bordnetzspannung von 12 V.
  • Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Zusammenhänge wird nun auf die 2 und 3 Bezug genommen, in denen grundsätzliche Ansteuerschemata einer elektrischen Maschine gemäß 1 dargestellt sind.
  • In Teilfigur 2a der 2 ist das Prinzip einer Dreieck-Grundwellen-Modulation am üblichen Beispiel einer Sinuswelle 201 als Grundwelle dargestellt. Die gewünschte Sollspannung wird hier mit einem Dreieckssignal 210 geschnitten, welches eine deutlich höhere Frequenz (in der Regel > 10kHz) als die elektrische Grundwelle aufweist. In Teilfigur 2b der 2 ist das sich aus der Verschneidung der Sinuswelle 201 mit der Dreieckswelle 210 ergebende PWM-Signal 220 dargestellt, das als Ansteuersignal von der Ansteuereinrichtung 25 über die Phasenkanäle 27 an die MOSFET 21 einer Phase angelegt wird. Jeder MOSFET einer Phase ist abwechselnd ein- und ausgeschaltet, wobei entweder der obere oder der untere Transistor leitet. An jedem Schnittpunkt zwischen Sinuswelle 201 und Dreiecksfunktion 210 erfolgt ein Wechsel der Pulspolarität und damit ein Umschalten der MOSFET einer Phase. Die jeweiligen MOSFET-Paare der anderen Phasen werden entsprechend um 120° elektrisch verschoben angesteuert.
  • In 3 ist das Prinzip eines üblichen Blockbetriebs dargestellt, bei dem ein Schaltsignal 320 aus den Nulldurchgängen der Grundwelle 201 bestimmt wird. Das Schaltsignal 320 wiederum wird als Ansteuersignal von der Ansteuereinrichtung 25 über die Phasenkanäle 27 an die MOSFET 21 einer Phase angelegt. In der Folge kommt es zu einer blockweisen (180°) Kommutierung einer Phase. Die jeweiligen MOSFET-Paare der anderen Phasen werden entsprechend um 120° elektrisch verschoben angesteuert.
  • Im Gegensatz zum PWM-Betrieb lässt sich im Blockbetrieb die Amplitude der Phasenspannung nicht ändern, weshalb der Blockbetrieb üblicherweise nur bei großen Drehzahlen eingesetzt wird, wenn die elektrische Maschine an ihrer Spannungsgrenze betrieben wird. Im Blockbetrieb lässt sich nämlich eine gegenüber dem PWM-Betrieb um 15% höhere Spannungsamplitude realisieren. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Umrichter-Schaltverluste im Blockbetrieb deutlich geringer sind.
  • Die Erfindung ermöglicht nun, zwischen beiden Betriebsarten im Wesentlichen kontinuierlich umzuschalten. In 4 ist hierzu eine besonders bevorzugte Ausgestaltung dargestellt, die dies durch eine besondere Umschaltung der Ansteuerung vom PWM-Betrieb in den Blockbetrieb realisiert.
  • In Teilfigur 4a der 4 ist eine bevorzugte Modifikation der Dreieck-Grundwellen-Modulation im Rahmen der Erfindung dargestellt. Die Modifikation umfasst hier eine Relativveränderung der Amplituden 402 und 403 der Grundwelle bzw. der Dreieckswelle. Im vorliegenden Beispiel wird die Amplitude 402 des Grundwellensignals erhöht. In Teilfigur 4b der 4 ist das sich daraus ergebende PWM-Signal 420 dargestellt, in dem Bereiche 421 entstanden sind, in denen für längere Zeit nicht getaktet wird. Mit Erhöhung der Grundwellenamplitude 402 lassen sich diese ungetakteten Bereiche 421 stufenlos verlängern. Bei einer theoretisch unendlich hohen Amplitude erhält man schließlich eine Blockansteuerung gemäß 3. In der Praxis erweist es sich als zweckmäßig, ab einer bestimmten Grenzamplitude auf reinen Blockbetrieb umzuschalten. Die Amplitude wiederum wird vorzugsweise drehzahlabhängig vorgegeben.
  • Andere bevorzugte Modifikationen umfassen eine Verringerung der Dreieckswellenamplitude und/oder eine Verlängerung der Dreieckswellenperiodendauer.
  • Das sich ergebende PWM-Signal 420 wird wiederum als Ansteuersignal von der Ansteuereinrichtung 25 über die Phasenkanäle 27 an die MOSFET 21 einer Phase angelegt wird. Die jeweiligen MOSFET-Paare der anderen Phasen werden entsprechend um 120° elektrisch verschoben angesteuert.
  • Ein Zusammenhang zwischen der Ansteueramplitude a (403) und dem Effektivwert Ueff der daraus resultierenden Sinusspannung lässt sich mathematisch herleiten zu:
    Figure 00090001
    mit UB: Batterie-/Bordnetzspannung
  • Die Amplitude a entspricht von 0 bis 1 der PWM-Sinus Kommutierung. Für Werte a > 1 befindet sich das Signal zeitweise im Blockbetrieb. Die Formel gilt für a > 1.
  • In 5 ist als Graph 501 ein Verhältnis Ueff/UB der Effektivspannung Ueff (RMS) zur Versorgungsspannung/Bordnetzspannung UB auf der Ordinate gegen die normierte Grundwellenamplitude a auf der Abszisse dargestellt. Der Graph 502 entspricht dabei einem Anteil, der auf die PWM-Ansteuerung zurückzuführen ist, der Graph 503 einem Anteil, der auf die Blockansteuerung zurückzuführen ist. Es wird deutlich, dass bis zu einer Amplitude von a = 1 die Effektivspannung nur aus einem PWM-Anteil besteht. Hier liegt eine für den Betrieb bzw. die Regelung leicht nutzbare Proportionalität zwischen Amplitude und Ausgangsspannung vor. Für Amplituden a > 1 nimmt der Anteil des Blockeffektivwerts aufgrund der längeren Übersteuerzeit zu. Für a → ∞ wird der reine Blockbetrieb erreicht. Die Effektivspannung flacht ab, die Proportionalität geht verloren. Für die Regelung ist dies insbesondere durch eine Kennlinie korrigierbar. In der Praxis wird als Sollwert für den Betrieb, beispielsweise als Ausgang eines geeigneten Regelkreises, die Sollspannung Ueff bzw. das auf die Batteriespannung normierte Verhältnis Ueff/UB vorgegeben. Im reinen PWM-Betrieb (a < 1) ist dieses Verhältnis – wie erkennbar – direkt proportional zur einzustellenden Amplitude a. Um auch im Mischbetrieb (a > 1) mit der üblichen Spannungsvorgabe arbeiten zu können, wird die hier einzustellende Amplitude zweckmäßigerweise über eine hinterlegte Kennlinie a = f(Ueff/UB) aus der Spannungsvorgabe ermittelt.
  • Die Erfindung ist in der Praxis besonders einfach umsetzbar, indem entsprechende Verfahrensanweisungen programmtechnisch in einem Motorsteuergerät hinterlegt werden. Ein solcher Betrieb der elektrischen Maschine ermöglicht bspw. eine vorteilhafte Spannungsregelung derart, dass der erzielbare Spannungsbereich einer bekannten feldorientierten Regelung bis zur Maximalspannung im reinen Blockbetrieb erweitert werden kann. Eine solche bevorzugte sog. feldorientierte Regelungsstruktur wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 6 erläutert. Eine solche Regelung wird vorzugsweise im rotorfesten dq-Koordinatensystem durchgeführt.
  • Die Phasenströme in den Ständerwicklungen der elektrischen Maschine werden erfasst und durch Koordinatentransformation in den d-Achsenstrom Id und den q-Achsenstrom Iq umgerechnet. Diese Ströme werden der Regelung als Istwerte zugeführt und mit den zugehörigen Sollwerten Id* und Iq* verglichen. Sich ergebende Regelabweichungen werden Regelgliedern 601, 602 zugeführt, die vorzugsweise als PI-Regelglieder ausgeführt sind. Die Regelglieder 601, 602 liefern als Ausgangsgrößen die Phasenspannungen Ud bzw. Uq, welche einem Transformationsglied 603 zugeführt werden.
  • In dem Transformationsglied 603 werden die Spannungen Ud und Uq in die tatsächlichen Phasenspannungen Ua, Ub und Uc transformiert und einem Rechenglied 604 zugeführt, welches aus den Ua, Ub und Uc insbesondere unter Verwendung der oben angegebenen Formel die zugehörigen Grundwellenamplituden Aa, Ab, Ac berechnet.
  • Aus diesen Amplituden werden schließlich in einem Rechenglied 605 durch übliche Dreieck-Sinus-Modulation die Ansteuersignale für die MOSFET generiert.
  • Die Erfindung kann sowohl bei einem motorischen als auch bei einem generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine eingesetzt werden. Bei der Umsetzung als motorischer Antrieb im Fahrzeug erfolgt die Umschaltung drehzahlabhängig. Bei kleinen Drehzahlen ab Drehzahl Null wird die elektrische Maschine im reinen PWM-Betrieb betrieben. Eine Blockansteuerung ist hier nicht möglich, da bei dieser der Strom nicht begrenzt werden kann. Mit zunehmender Drehzahl wird die Spannungsamplitude kontinuierlich erhöht, bis schließlich bei einer Maschinendrehzahl von ca. 3000 U/min der Übergang in den reinen Blockbetrieb erfolgt. Dies hat zur Folge, dass einerseits der zur Verfügung stehende Spannungsbereich komplett genutzt werden kann und sich andererseits durch den Blockbetrieb die Schaltverluste verringern.
  • Die Anwendung im generatorischen Betrieb soll unter Bezugnahme auf 7 erfolgen, die der 3 der einleitend genannten DE 198 49 889 A1 entspricht. Hier ist die Leistung P gegen die Drehzahl n aufgetragen. Es werden drei Bereiche I, II und III unterschieden, in denen die Ansteuerung unterschiedlich erfolgt. Zwischen den Bereichen verläuft eine Leistungsgrenze 701, eine Spannungsgrenze 702 und eine Grenze 703, die durch cos(φ) = 1 definiert ist.
  • Im Bereich I ist die Polradspannung der Maschine zu gering, um bei natürlicher Kommutierung Leistung in die angeschlossene Batterie einzuspeisen. Die Maschine wird daher als Hochsetzsteller betrieben. Dies erfolgt durch eine Ansteuerung im PWM-Betrieb mit einer Amplitude a < 1.
  • Im Bereich II wird die Spannungsgrenze der Maschine erreicht. Die Amplitude der PWM-Ansteuerung wird auf a = 1 eingestellt. Der Phasenwinkel der Ansteuerspannung eilt dem natürlichen Kommutierungszeitpunkt vor.
  • Im Bereich III (Diodenbetrieb) erfolgt das Schalten im natürlichen Kommutierungszeitpunkt.
  • Die Bereiche II und III werden im Blockbetrieb angesteuert, während Bereich I im PWM-Betrieb angesteuert wird. Beim Übergang zwischen den Bereichen I und II wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Spannungsamplitude kontinuierlich erhöht und damit ein fließender Übergang in den Blockbetrieb erreicht. Die Vorteile sind ähnlich wie beim motorischen Betrieb in geringeren Schaltverlusten und in der Vermeidung von Momenten- und Strom- bzw. Spannungssprüngen zu sehen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 19849889 A1 [0003, 0047]
    • EP 2060434 A2 [0004]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug, wobei die elektrische Maschine eine Läuferwicklung (12), eine Ständerwicklung (11) und einen der Ständerwicklung (11) nachgeschalteten Stromrichter (20) mit ansteuerbaren Schaltelementen (21) aufweist, wobei die elektrische Maschine in einem ersten Betriebsmodus gemäß einem PWM-Betrieb und in einem zweiten Betriebsmodus gemäß einem Blockbetrieb betreibbar ist, wobei die elektrische Maschine während eines Umschaltens von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus oder umgekehrt in einem dritten Betriebsmodus betrieben wird, in dem die Pulsdauern von Ansteuersignalen (220, 320, 420) für die ansteuerbaren Schaltelementen (21) verändert werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pulsdauern in dem dritten Betriebsmodus während des Umschaltens von dem ersten in den zweiten Betriebsmodus oder umgekehrt in mehr als zwei Schritten verändert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei die Pulsdauern der Ansteuersignale (220, 320, 420) für die ansteuerbaren Schaltelementen (21) in Abhängigkeit von der Drehzahl und/oder angefordertem Drehmoment der elektrischen Maschine verändert werden.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ansteuersignale (220, 320, 420) im ersten und im dritten Betriebsmodus aus einer Dreieck-Grundwellen-Modulation gewonnen werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die elektrische Maschine im dritten Betriebsmodus mit Hilfe einer feldorientierten Regelung betrieben wird, wobei die einzustellende Grundwellenamplitude (a) aus der SollAusgangsspannung, insbesondere unter Verwendung einer Kennlinie, ermittelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Pulsdauern der Ansteuersignale (220, 320, 420) im dritten Betriebsmodus durch Veränderung der Grundwellenamplitude, Veränderung der Dreieckwellenamplitude und/oder Veränderung der Dreieckwellenperiodendauer verändert werden.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine in Abhängigkeit von ihrer Drehzahl in dem ersten, zweiten oder dritten Betriebsmodus betrieben wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die elektrische Maschine oberhalb einer ersten Schwelldrehzahl und unterhalb einer zweiten Schwelldrehzahl in dem dritten Betriebsmodus betrieben wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die elektrische Maschine unterhalb der ersten Schwelldrehzahl in dem ersten Betriebsmodus und oberhalb der zweiten Schwelldrehzahl in dem zweiten Betriebsmodus betrieben wird.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine motorisch oder generatorisch betrieben wird.
  11. Recheneinheit (25), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
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