DE102012217116A1

DE102012217116A1 - Verfahren zur Ermittlung der Phasenströme einer elektrischen Maschine mit einem Stromrichter

Info

Publication number: DE102012217116A1
Application number: DE102012217116.9A
Authority: DE
Inventors: Julian Roesner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH; SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2014-03-27
Also published as: WO2014044526A3; CN104662789A; CN104662789B; BR112015005717A2; US20150270797A1; FR2996075A1; US9859823B2; BR112015005717B1; WO2014044526A2; FR2996075B1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung der Phasenströme einer elektrischen Maschine mit einem Stromrichter (20) und einem Ständer mit einer Phasenzahl von vier oder mehr, bei dem die Phasenströme einer Messanzahl von Messphasen, die zumindest zwei beträgt und um wenigstens zwei geringer ist als die Phasenzahl, gemessen, und die Phasenströme der übrigen Phasen rechnerisch aus den gemessenen Phasenströmen bestimmt werden, wobei zur rechnerischen Bestimmung zumindest die gemessenen Phasenströme, ein räumlicher Winkel der Messphasen und ein räumlicher Winkel der übrigen Phasen verwendet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Phasenströme einer elektrischen Maschine mit einem Stromrichter sowie eine Recheneinheit zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
Generatoren zur Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie sind bekannt. In Kraftfahrzeugen werden in der Regel Klauenpolgeneratoren verwendet. Diese können mit elektrischer Erregung ausgestattet sein. Da Klauenpolgeneratoren Drehstrom erzeugen, ist für die in Kraftfahrzeugen üblichen Gleichspannungsbordnetze eine Gleichrichtung erforderlich. Hierzu können Gleichrichter mit Halbleiterdioden und/oder aktiven Schaltelementen verwendet werden.
Generatoren, die auch zum Fahrzeugantrieb eingesetzt werden, sind aus dem Bereich der Hybridfahrzeuge bekannt. Diese sollen den Verbrennungsmotor insbesondere dann, wenn dieser (noch) nicht sein volles Drehmoment liefert, unterstützen (Boostbetrieb, Turboloch-Kompensation). Motorisch betreibbare Generatoren mit ihren zugehörigen Wechselrichtern werden im Rahmen dieser Anmeldung auch als elektrische Antriebe bezeichnet.
Die Regelung eines elektrischen Antriebs kann mittels einer feldorientierten Regelung erfolgen, bei der die Phasenströme (d.h. Ströme durch die Phasen bzw. Ständerwicklungsstränge) der Maschine ermittelt und auf einen Sollwert geregelt werden. Bei dreiphasigen Maschinen werden dabei üblicherweise zwei Phasenströme gemessen, der dritte Phasenstrom kann rechnerisch ermittelt werden, da die Summe aller Phasenströme Null beträgt.
Entsprechend müssen bei Antrieben mit mehr als drei Phasen N – 1 Phasenströme gemessen werden, wobei N die Phasenzahl des Antriebs ist.
Für die feldorientierte Regelung werden die gemessenen Phasenströme in ein drehfeldfestes dq-Koordinatensystem transformiert. Für die Regelung sind nicht die einzelnen Phasenströme von Bedeutung, sondern der berechnete Stromvektor in dem dq-Koordinatensystem. Alle Phasenströme müssen jedoch bekannt oder zumindest rechnerisch ermittelbar sein.
Die Messung der Phasenströme kann über Messwiderstände, sogenannte Shunts, erfolgen. In der Regel sind diese Shunts nicht direkt in den Phasen des Antriebs verbaut, sondern in einem Lowside-Pfad des Stromrichters. Daher ist eine Messung nur zu den Zeitpunkten möglich, zu denen der zu messende Phasenstrom negativ ist, weil nur dann die im Lowside-Pfad des Stromrichters angeordneten Dioden oder aktiven Schaltelemente leiten. Es existieren daher, abhängig von der Ansteuerung (insbesondere PWM- oder Blockbetrieb) des Stromrichters, nur wenige, fest definierte Zeitpunkte, zu denen eine Strommessung erfolgen kann. Dies ist nicht zufriedenstellend.
Die Bereitstellung von Messwiderständen mit der erforderlichen Messelektronik ist zudem aufwendig, so dass vereinfachte Vorrichtungen und Verfahren zur Ermittlung der Phasenströme wünschenswert sind. Insbesondere besteht der Bedarf nach derartigen vereinfachten Vorrichtungen und Verfahren, die sich sowohl im PWM- als auch im Blockbetrieb verwenden lassen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Ermittlung der Phasenströme einer elektrischen Maschine mit einem Stromrichter und einer Phasenzahl von wenigstens vier sowie eine Recheneinheit zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst, die Phasenströme einer Anzahl von Messphasen, die zumindest zwei beträgt und um wenigstens zwei geringer ist als die Phasenzahl der elektrischen Maschine, zu messen, und die Phasenströme der übrigen Phasen dann rechnerisch aus den bezüglich der Messphasen gemessenen Phasenströmen zu bestimmen. Damit können der Messaufwand wesentlich reduziert und/oder die Zeitspannen, zu denen gemessen werden kann, erhöht werden. Zur rechnerischen Bestimmung werden insbesondere die gemessenen Phasenströme in Betrag und Phasenlage sowie der räumliche Winkel der einzelnen Ständerwicklungsstränge bzw. der räumliche Winkelversatz der einzelnen Ständerwicklungsstränge zueinander verwendet.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird mit "Phasenzahl" die Gesamtanzahl der Phasen (Ständerwicklungsstränge) der elektrischen Maschine bezeichnet. Bei einer elektrischen Maschine mit fünf Ständerwicklungssträngen beträgt diese also fünf. Als "Messphasen" werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung jene Phasen der elektrischen Maschine bezeichnet, deren Phasenströme tatsächlich über entsprechende Messeinrichtungen, beispielsweise Messwiderstände, gemessen werden. Die Messphasen müssen nicht notwendigerweise festgelegt sein, es kann sich auch beispielsweise um jene Phasen handeln, die in einem bestimmten Schaltzustand messbar sind. Diese weisen jedoch entweder einzeln oder auch beispielsweise paarweise geeignete Messeinrichtungen auf. Die Phasenströme der "übrigen Phasen" werden zumindest in dem jeweils betrachteten Mess- bzw. Schaltzyklus nicht gemessen. Damit ergibt sich durch Addition der Anzahl der Messphasen und der Anzahl der übrigen Phasen die Phasenzahl.
Wie eingangs erläutert, müssen in herkömmlichen Verfahren bei elektrischen Maschinen mit mehr als drei Phasen N – 1 Phasenströme gemessen werden, d.h. die Anzahl der Messphasen beträgt N – 1 und die Anzahl der übrigen Phasen beträgt 1. Erfindungsgemäß genügt hingegen zur Ermittlung aller Phasenströme im einfachsten Fall die Messung der Phasenströme nur zweier Messphasen, die Phasenströme der übrigen Phasen lassen sich hieraus rechnerisch bestimmen.
Die Erfindung ist für elektrische Maschinen mit einer Phasenzahl von vier und mehr vorgesehen und eignet sich in besonderer Weise für derartige elektrische Maschinen. Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise für elektrische Maschinen mit Stromrichtern, die in sogenannten Boostrekuperationssystemen bei Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen.
Das erfindungsmäße Verfahren kann durch eine mess- und auswertetechnisch vorteilhafte Auswahl der jeweils zu messenden Phasen sowie der Strommesszeitpunkte in Abhängigkeit vom jeweils gewählten Ansteuermuster ergänzt werden. Die Erfindung kann auch eine Messung entsprechender Phasenströme in einer gemeinsamen Leitung, an die mehrere Phasen angebunden sind, umfassen, so dass sich die Auswertung deutlich einfacher gestaltet als im Stand der Technik. Gleichzeitig kann durch die vorgeschlagenen Maßnahmen sowohl bei PWM- als auch bei Blockansteuerung zu sehr vielen Zeitpunkten ein gültiger Stromvektor im dq-Koordinatensystem ermittelt werden.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist damit insbesondere eine Einsparung von Strommesseinrichtungen im Antrieb und damit eine Reduzierung der Baugröße und der Herstellungskosten einerseits und eine Ausweitung möglicher Messzeitpunkte andererseits.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Ladesteuergerät 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 eines Ausführungsbeispiels/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 elektrische Maschine mit einem Stromrichter, wie sie der Erfindung zugrunde liegen kann, in schematischer Darstellung.
2 zeigt ein PWM-Ansteuerschema für eine elektrische Maschine mit einem Stromrichter gemäß 1 in schematischer Darstellung.
Ausführungsform(en) der Erfindung
1 zeigt die zur Veranschaulichung der Erfindung wesentlichen Elemente einer elektrischen Maschine mit einem Stromrichter in stark vereinfachter Darstellung, wie sie Teil eines Kraftfahrzeugbordnetzes sein kann. Hiervon umfasst ist ein fünfphasiger Ständer (bzw. Stator) 10. Der fünfphasige Ständer 10 weist insgesamt fünf Ständerwicklungsstränge (auch als Statorwicklungen bezeichnet) 11 bis 15 auf. Ein Läufer (bzw. Rotor) ist der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.
Der fünfphasige Ständer 10 ist mit seinen fünf Ständerwicklungssträngen 11 bis 15 an einen Stromrichter 2 angebunden, der fünf Stromrichterbrücken 21 bis 25 mit aktiven Schaltelementen 2, 3, beispielsweise MOSFETs, aufweist. Die fünf Ständerwicklungsstränge 11 bis 15 bzw. die fünf Stromrichterbrücken 21 bis 25 definieren die fünf Phasen A bis E der elektrischen Maschine. Der Stromrichter 2 kann als Gleichrichter (üblicherweise bei einem generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine zum Versorgen des Bordnetzes) oder als Wechselrichter (üblicherweise bei einem motorischen Betrieb der elektrischen Maschine) betrieben werden.
Die aktiven Schaltelemente 2, 3 sind über Stromschienen mit den Ständerwicklungssträngen 11 bis 15 einerseits und Gleichspannungsanschlüssen 5, 6 andererseits verbunden. Die Gleichspannungsanschlüsse 5, 6 können mit einer Stromspeichereinrichtung in einem Bordnetz, beispielsweise einer Batterie, verbunden sein. Der Gleichspannungsanschluss 5 ist dabei mit dem positiven Batteriepol, der Gleichspannungsanschluss 6 mit dem negativen Batteriepol bzw. Masse verbunden. Die aktiven Schaltelemente 2 sind damit im sogenannten oberen Gleichrichterzweig angeordnet, die aktiven Schaltelemente 3 im unteren Gleichrichterzweig. Bei den aktiven Schaltelementen 2 handelt es sich damit um sogenannte Highside-Schaltelemente, bei den aktiven Schaltelementen 3 um sogenannte Lowside-Schaltelemente. Man spricht auch von einem Highside-Pfad (vom Mittelpunkt der jeweiligen Stromrichterbrücken 21 bis 25 über die Schaltelemente 2 zu dem Gleichspannungsanschluss 5) bzw. einem Lowside-Pfad (vom Mittelpunkt der jeweiligen Stromrichterbrücken 21 bis 25 über die Schaltelemente 3 zu dem Gleichspannungsanschluss 6).
Eine Strommessung erfolgt herkömmlicherweise über Messwiderstände (Shunts) 4 in den Lowside-Pfaden des Stromrichters 20. Die Phasenströme können an dieser Stelle naturgemäß aber immer nur dann gemessen werden, wenn das zugehörige Lowside-Schaltelement 3 eingeschaltet ist. Dies wiederum ist aber nur dann der Fall, wenn der entsprechende Phasenstrom negativ ist.
Wie bereits zuvor erläutert, ergeben sich bei einer herkömmlichen Strommessung eine Reihe von Nachteilen. Diese können erfindungsgemäß überwunden werden, wobei nachfolgend die Erfindung unter Bezugnahme auf den PWM-Betrieb und den Blockbetrieb veranschaulicht wird.
In 2 ist ein PWM-Ansteuerschema gemäß einem sogenannten Centre-Aligned-Verfahren veranschaulicht. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich jedoch auch bei anderen PWM-Verfahren, wie z.B. dem sogenannten Edge-Aligned-Verfahren, anwenden. 2 zeigt dabei den Schaltzustand der Highside-Schaltelemente (vgl. Schaltelemente 2 der 1) in den entsprechenden Phasen A–E einer fünfphasigen elektrischen Maschine über eine Zeit t. Die entsprechenden Lowside-Schaltelemente (z.B. die Schaltelemente 3) werden exakt invers hierzu angesteuert. 2 zeigt dabei eine Ansteuerung innerhalb einer Ansteuerperiode. Die Blockbreiten der einzelnen Phasen sind ausschlaggebend für die Höhe des zu stellenden Phasenstroms.
Bei dem Centre-Aligned-Verfahren sind die Ansteuerblöcke symmetrisch zu einer Mittellinie M angeordnet. Das Ansteuermuster wiederholt sich mit einer konstanten Frequenz, wobei die Ansteuerbreiten drehwinkelabhängig verändert werden. Die Frequenz liegt üblicherweise im Bereich von z.B. 16 kHz und wird so gewählt, dass einerseits daraus entstehende Geräusche oberhalb des hörbaren Frequenzbereichs liegen, andererseits die beim Schalten der MOSFETs entstehenden Verluste möglichst gering sind.
Herkömmlicherweise erfolgt eine Strommessung zu einem Zeitpunkt, an dem alle Lowside-Schaltelemente eingeschaltet (und damit die Highside-Schaltelemente ausgeschaltet) sind, also am Anfang oder am Ende eines Ansteuerfensters, wie in der 2 mit Pfeilen veranschaulicht. Allenfalls können die Phasenströme aller Phasen A–E noch ermittelt werden, wenn die Phasenströme von N – 1 Phasen messbar sind. Werden, wie es erfindungsgemäß vorgesehen sein kann, aber nur drei oder nur zwei Phasenströme gemessen, kann die Messung zu jedem Zeitpunkt erfolgen, an dem die Lowside-Schaltelemente in den jeweils zu messenden Zweigen, d.h. in den Messphasen, geschlossen sind. Hinsichtlich zweier Phasen ist dies bei dem in 2 gezeigten Ansteuerschema in den Zeiträumen 201 bzw. 202 der Fall. In diesen Zeiträumen sind immer zumindest die Lowside-Schaltelemente in den Phasen D und E eingeschaltet, so dass deren Phasenströme gemessen werden können.
Eine Messung kann damit sehr viel häufiger erfolgen und bildet die realen Verhältnisse daher genauer ab. Insbesondere die feldorientierte Regelung kann hierdurch schneller mit besserer Regelungsgüte durchgeführt werden.
Die Verwendung von nur zwei Messwiderständen in fünfphasigen elektrischen Maschinen zur Ermittlung aller Phasenströme wird nachfolgend erläutert. Die hier erläuterten Prinzipien können vom Fachmann auf vier- oder mehrphasige Maschinen übertragen werden, wie ebenfalls angegeben.
Geht man von einem sinusförmigen Stromverlauf I(φ) = I₀ × sinφ aus, lassen sich aus zwei Phasenströmen alle fehlenden Phasenströme berechnen.
Zur Berechnung eines Phasenstromwerts I_k(φ₀) einer Phase k aus bekannten (gemessenen) Stromwerten I_l(φ₀), I_m(φ₀) der Phasen l bzw. m gilt:
Die Berechnung läuft zweckmäßigerweise diskret ab, wird also mit einer bestimmten Zykluszeit aufgerufen. Die aktuellen Phasenströme werden dann einmal pro Zyklus berechnet.
Dabei bezeichnet δ_kl den räumlichen Winkelversatz zwischen der Phase k und der Phase l. Der räumliche Winkelversatz zwischen zwei benachbarten Phasen beträgt bei einem üblichen symmetrischen Aufbau des Ständers der elektrischen Maschine 360°/N.
Werden beispielsweise bei N = 6 Phasen die Phasenströme der Phasen 3 und 5 (I₃ und I₅) gemessen, gilt: l = 3, m = 5 und N = 6. Damit gilt: δ₁₃ = 180° und δ₁₅ = 300°.
Soll beispielsweise in einem fünfphasigen System mit den Phasen A–E der Phasenstrom der Phase A (I_A) aus den Phasenströmen der Phasen B und C (I_B und I_C) berechnet werden, beträgt der räumliche Winkelversatz δ_AB = 360°/5 = 72° und der räumliche Winkelversatz δ_AC = 2 × 360°/5 = 144°.
Auch die Phasenströme der übrigen Phasen (I_D und I_E) können aus I_B und I_C berechnet werden, indem die jeweiligen Differenzwinkel eingesetzt werden.
Die Erfindung eignet sich auch in besonderer Weise zur Strommessung im sogenannten Blockbetrieb. Ab einer bestimmten Drehzahl, der sogenannten Eckdrehzahl, erreicht die elektrische Maschine die sogenannte Spannungsgrenze. Bei dieser ist die erzeugte Polradspannung größer als die an den Phasen anliegende Spannung. Damit die Maschine oberhalb dieser Drehzahl ein motorisches Moment erzeugen kann, wird sie im sogenannten Feldschwächbetrieb betrieben. Da diese Betriebsart jedoch einen geringeren Wirkungsgrad aufweist, sollte die Eckdrehzahl möglichst hoch liegen, was beispielsweise durch eine höhere Phasenspannung erreicht werden kann. Daher werden entsprechende Maschinen im Feldschwächbereich im Blockbetrieb statt dem zuvor erläuterten PWM-Betrieb angesteuert, da in diesem eine größere effektive Spannung an der Ständerwicklung erzeugt werden kann, als bei einer PWM-Ansteuerung.
Im Gegensatz zur PWM-Ansteuerung wird beim Blockbetrieb keine feste Ansteuerfrequenz verwendet, sondern die Schaltelemente werden synchron zur elektrischen Winkelgeschwindigkeit der elektrischen Maschine blockförmig ein- und ausgeschaltet. Je nach Phasenzahl lassen sich verschiedene Blockbreiten realisieren. Die Ansteuerart, die die größte effektive Phasenspannung erzeugt, ist die sogenannte 180°-Blockkommutierung, bei welcher pro Phase innerhalb einer elektrischen Umdrehung die Highside- und Lowside-Schaltelemente (vgl. 1) jeweils für einen elektrischen Winkel von 180° eingeschaltet sind.

In der nachfolgenden Tabelle 1 ist das Ansteuermuster bei einer 180°-Blockkommutierung für eine fünfphasige elektrische Maschine dargestellt. Innerhalb einer elektrischen Umdrehung ergeben sich hier 10 verschiedene Ansteuermuster, die stets nach einem elektrischen Winkel von 36° umgeschaltet werden. Mit 1 ist jeweils ein eingeschaltetes Highside-Schaltelement, mit 0 ein eingeschaltetes Lowside-Schaltelement bezeichnet. Tabelle 1

φ	A	B	C	D	E
0°	0	0	0	1	1
36°	0	0	1	1	1
72°	0	0	1	1	0
108°	0	1	1	1	0
144°	0	1	1	0	0
180°	1	1	1	0	0
216°	1	1	0	0	0
252°	1	1	0	0	1
288°	1	0	0	0	1
324°	1	0	0	1	1

Gegenüber der PWM-Ansteuerung fällt auf, dass zu keinem Zeitpunkt alle (oder zumindest alle bis auf ein) Lowside-Schaltelemente gleichzeitig eingeschaltet sind. Für eine rein messtechnische Ermittlung der Phasenströme müsste daher eine derartige Ansteuerung, auch als Schaltvektor bezeichnet, rein zu Messzwecken herbeigeführt werden, indem zu definierten Zeitpunkten kurzzeitig alle (oder alle bis auf ein) Lowside-Schaltelemente eingeschaltet werden. Nachteilig hieran ist jedoch, dass hierdurch das erzeugte Moment reduziert wird.
Aus der obigen Tabelle ist jedoch auch erkennbar, dass zu jedem Zeitpunkt mindestens zwei Lowside-Schaltelemente eingeschaltet sind. Die vorliegende Erfindung sieht dabei vorteilhafterweise vor, immer diejenigen Phasenströme zu messen, die gerade verfügbar sind z.B.:

0°–71°: Phasen A und B

72°–143°: Phasen A und E

144°–215°: Phasen D und E

216°–287°: Phasen C und D

288°–359°: Phasen B und C
Soll die Anzahl der Messwiderstände reduziert werden, ergeben sich Winkelbereiche, in denen kein Strom messbar ist, da nur Lowside-Schaltelemente in denjenigen Phasen geschlossen sind, denen keine Messwiderstände zugeordnet sind. Da der Blockbetrieb erst bei hohen Drehzahlen eingesetzt wird, sind diese Zeitbereiche gegebenenfalls hinreichend klein, so dass mit den zuletzt ermittelten Phasenströmen gerechnet werden kann.
Durch eine messtechnisch vorteilhafte Platzierung der Messwiderstände, also der Strommessstellen, lässt sich Anzahl der Winkelsegmente ohne Strommessung minimieren. In der nachfolgenden Tabelle 2 ist der Fall einer elektrischen Maschine mit fünf Phasen und einem Stromrichter dargestellt, die beispielsweise der Anordnung entspricht, die in 1 dargestellt ist. Hierbei sind jedoch nur drei Messwiderstände in den Phasen A, B und C vorgesehen.

Im linken Tabellenteil sind die Schaltzustände der Schaltelemente, wie bezüglich Tabelle 1 erläutert, dargestellt, wobei auf eine Angabe des räumlichen Winkels der zugehörigen Phasen verzichtet wurde. Im rechten Tabellenteil ist dargestellt, wie die einzelnen Phasenströme ermittelt werden. Buchstabe M bedeutet dabei, dass die entsprechenden Phasenströme gemessen werden, die Buchstaben A bis E geben an, aus welchen Phasenströmen die in der Kopfzeile angegebenen Phasenströme rechnerisch bestimmt werden (beispielsweise erste Zeile: I_A, I_B und I_C werden gemessen, I_D und I_E werden aus I_A und I_C rechnerisch bestimmt). Tabelle 2

A	B	C	D	E	I_A	I_B	I_C	I_D	I_E
0	0	0	1	1	M	M	M	A, C	A, C
0	0	1	1	1	M	M	A, B	A, B	A, B
0	0	1	1	0	M	M	A, B	A, B	A, B
0	1	1	1	0	M	-	-	-	-
0	1	1	0	0	M	-	-	-	-
1	1	1	0	0	-	-	-	-	-
1	1	0	0	0	-	-	M	-	-
1	1	0	0	1	-	-	M	-	-
1	0	0	0	1	B, C	M	M	B, C	M
1	0	0	1	1	B, C	M	M	B, C	M

Man erkennt, dass in diesem Fall nur in fünf der zehn Winkelsegmente (entsprechend den Tabellenzeilen 1, 2, 3, 9 und 10) eine Messung der Phasenströme zweier Phasen, und damit eine Ermittlung der Phasenströme aller Phasen, möglich ist, da nur in diesen zwei der Lowside-Schaltelemente in den Phasen A, B und C geschlossen sind. In allen anderen Winkelsegmenten kann gar kein oder nur ein Phasenstrom gemessen werden, so dass sich die übrigen Phasenströme nicht ermitteln lassen.

In der der nachfolgenden Tabelle 3 zugrundeliegenden Anordnung, die im Übrigen ebenfalls jener der 1 und in der Darstellung der Tabelle 2 entspricht, sind hingegen zwei Messwiderstände in einer gemeinsamen Zuleitung der Phasen A und D sowie C und E sowie ein weiterer Messwiderstand in Phase B vorhanden. Man erkennt, dass in diesem Fall in acht von zehn Winkelsegmenten die Phasenströme aller Phasen ermittelt werden können. Tabelle 3

A	B	C	D	E	I_A	I_B	I_C	I_D	I_E
0	0	0	1	1	M	M	M	AC	AC
0	0	1	1	1	M	M	AB	AB	AB
0	0	1	1	0	M	M	AE	AE	M
0	1	1	1	0	M	AE	AE	AE	M
0	1	1	0	0	-	-	-	-	M
1	1	1	0	0	DE	DE	DE	M	M
1	1	0	0	0	-	-	-	M	-
1	1	0	0	1	CD	CD	M	M	CD
1	0	0	0	1	CD	M	M	M	CD
1	0	0	1	1	BC	M	M	BC	BC

Die Phasenströme aller Phasen lassen sich nur dann nicht berechnen, wenn die Lowside-Schaltelemente in den Phasen A und D bzw. C und E gleichzeitig eingeschaltet sind, da in diesem Fall deren individuelle Phasenströme nicht gemessen werden können.

In der Anordnung, die der nachfolgenden Tabelle 4 zugrundeliegt, sind zwei Messwiderstände in den Phasen A und B vorgesehen. Die Anordnung entspricht im Übrigen jener der 1, die Darstellung den Tabellen 2 und 3. Man erkennt, dass in diesem Fall nur in den ersten drei der zehn Winkelsegmente eine Strommessung möglich ist, da nur hier die Lowside-Schaltelemente der Phasen A und B geschlossen sind. In allen anderen Winkelsegmenten kann gar kein oder nur ein Phasenstrom gemessen werden, so dass sich die Phasenströme der anderen Phasen nicht ermitteln lassen. Tabelle 4

A	B	C	D	E	I_A	I_B	I_C	I_D	I_E
0	0	0	1	1	M	M	A, B	A, B	A, B
0	0	1	1	1	M	M	A, B	A, B	A, B
0	0	1	1	0	M	M	A, B	A, B	A, B
0	1	1	1	0	M	-	-	-	-
0	1	1	0	0	M	-	-	-	-
1	1	1	0	0	-	-	-	-	-
1	1	0	0	0	-	-	-	-	-
1	1	0	0	1	-	-	-	-	-
1	0	0	0	1	-	M	-	-	-
1	0	0	1	1	-	M	-	-	-

In der Anordnung, die der nachfolgenden Tabelle 5 zugrundeliegt, sind hingegen zwei Stromsensoren in einer gemeinsamen Zuleitung der Phasen A und D sowie C und E vorhanden. In diesem Fall können in sechs von zehn Winkelsegmenten alle Phasenströme ermittelt werden. Dies ist nicht möglich, wenn entweder nur zwei Lowside-Schaltelemente geschlossen sind und eines davon in Phase B liegt oder die Lowside-Schaltelemente in den Phasen A und D bzw. C und E gleichzeitig geschlossen sind, da sich dann die individuellen Phasenströme dieser Phasen nicht ermitteln lassen.

Das Verfahren lässt sich noch weiter optimieren, indem jeweils in den nicht messbaren Winkelsegmenten für kurze Zeit ein weiteres Lowside-Schaltelement eingeschaltet wird, was im Sprachgebrauch dieser Anmeldung als "Einstellen eines Messmodus des Stromrichters" bezeichnet wird. Wie oben beschrieben, wird dadurch zwar ein geringfügig geringeres Moment erzeugt, der Verlust ist aber hier deutlich geringer, da nur in einer Phase ein Schalteingriff erforderlich ist. Tabelle 5

A	B	C	D	E	I_A	I_B	I_C	I_D	I_E
0	0	0	1	1	M	A, C	M	A, C	A, C
0	0	1	1	1	M	-	-	-	-
0	0	1	1	0	M	A, E	A, E	A, E	M
0	1	1	1	0	M	A, E	A, E	A, E	M
0	1	1	0	0	-	-	-	-	M
1	1	1	0	0	D, E	D, E	D, E	M	M
1	1	0	0	0	-	-	-	M	-
1	1	0	0	1	C, D	C, D	M	M	C, D
1	0	0	0	1	C, D	C, D	M	M	C, D
1	0	0	1	1	-	-	M	-	-

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Phasenströme einer elektrischen Maschine mit einem Stromrichter (20) und einem Ständer (10) mit einer Phasenzahl von vier oder mehr, bei dem die Phasenströme einer Anzahl von Messphasen, die zumindest zwei beträgt und um wenigstens zwei geringer ist als die Phasenzahl, gemessen, und die Phasenströme der übrigen Phasen rechnerisch aus den gemessenen Phasenströmen bestimmt werden, wobei zur rechnerischen Bestimmung zumindest die gemessenen Phasenströme, ein räumlicher Winkel der Messphasen und ein räumlicher Winkel der übrigen Phasen verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der der räumliche Winkel der Messphasen und der übrigen Phasen auf Grundlage einer geometrischen Anordnung der Messphasen und der übrigen Phasen in der elektrischen Maschine bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Phasenströme dann gemessen werden, wenn den Messphasen zugeordnete aktive Schaltelemente (3) in einem Lowside-Pfad des Stromrichters (20) angesteuert werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das bei einem Pulsweitenmodulationsbetrieb des Stromrichters (20) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das bei einem Blockbetrieb des Stromrichters (20) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Phasenzahl vier, fünf oder sechs beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Anzahl der Messphasen zwei oder drei beträgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Phasenströme von wenigstens zwei Messphasen in Form eines Summenstroms gemessen werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, das ferner das Einstellen eines Messmodus des Stromrichters (20) umfasst, in dem wenigstens ein Schaltelement des Stromrichters (20) gegenüber einem regulären Betriebsmodus zusätzlich angesteuert wird.
Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Kraftfahrzeugbordnetz mit einer Recheneinheit nach Anspruch 10.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die eine Recheneinheit veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn sie auf der Recheneinheit, insbesondere nach Anspruch 10, ausgeführt werden.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm, welches Programmcodemittel aufweist, die eine Recheneinheit veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn sie auf der Recheneinheit ausgeführt werden.