DE102016212852A1 - Drive device for a and method for driving a vehicle arranged in a synchronous machine - Google Patents

Drive device for a and method for driving a vehicle arranged in a synchronous machine Download PDF

Info

Publication number
DE102016212852A1
DE102016212852A1 DE102016212852.3A DE102016212852A DE102016212852A1 DE 102016212852 A1 DE102016212852 A1 DE 102016212852A1 DE 102016212852 A DE102016212852 A DE 102016212852A DE 102016212852 A1 DE102016212852 A1 DE 102016212852A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
setpoint
synchronous machine
torque
value
vehicle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102016212852.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Julian Blum
Jovan Knezevic
Martin Lasch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102016212852.3A priority Critical patent/DE102016212852A1/en
Publication of DE102016212852A1 publication Critical patent/DE102016212852A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/22Current control, e.g. using a current control loop
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/62Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive for raising the temperature of the motor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/66Controlling or determining the temperature of the rotor
    • H02P29/662Controlling or determining the temperature of the rotor the rotor having permanent magnets

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ansteuervorrichtung für eine in einem Fahrzeug angeordnete Synchronmaschine, wobei die Synchronmaschine einen Rotor und einen Stator aufweist. Das Fahrzeug weist ferner eine Energiebereitstellungseinheit und einen Wechselrichter auf, wobei die Synchronmaschine über den Wechselrichter mit der Energiebereitstellungseinheit verbindbar ist. Die Ansteuervorrichtung ist dazu eingerichtet, Ansteuersignale für die Ansteuerung des Wechselrichters bereitzustellen. Zu diesem Zweck weist sie eine Sollwerteinheit und eine Umsetzeinheit auf, wobei die Sollwerteinheit dazu eingerichtet ist, in einem Normalbetriebszustand gemäß einem feldorientierten Regelungsansatz in Abhängigkeit eines Vorgabewerts einen Drehmomentstromsollwert für einen drehmomentbildenden Strom und einen Feldstromsollwert für einen feldbildenden Strom zu ermitteln, und in einem sich von dem Normalbetriebszustand unterscheidenden Heizbetriebszustand für den Drehmomentstromsollwert einen sich zeitlich ändernden Wert und für den Feldstromsollwert einen zeitlich konstanten Wert vorzugeben. Die Umsetzeinheit ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit des Drehmomentstromsollwerts und des Feldstromsollwerts die Ansteuersignale zu ermitteln. In entsprechender Weise betrifft die Erfindung auch ein zugehöriges Verfahren zum Ansteuern der in dem Fahrzeug angeordneten Synchronmaschine.The present invention relates to a drive device for a vehicle-mounted synchronous machine, wherein the synchronous machine has a rotor and a stator. The vehicle also has an energy supply unit and an inverter, wherein the synchronous machine can be connected to the energy supply unit via the inverter. The drive device is configured to provide drive signals for driving the inverter. For this purpose, it has a setpoint unit and a conversion unit, wherein the setpoint unit is configured to determine a torque current setpoint for a torque-forming current and a field current setpoint for a field-forming current in a normal operating state according to a field-oriented control approach as a function of a default value, and in a from the normal operating state different heating operating state for the torque current setpoint, a time-varying value and for the field current setpoint to specify a time constant value. The conversion unit is set up to determine the activation signals as a function of the torque current setpoint and the field current setpoint. Similarly, the invention also relates to an associated method for driving the arranged in the vehicle synchronous machine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansteuervorrichtung für eine und ein Verfahren zum Ansteuern einer in einem Fahrzeug angeordneten Synchronmaschine.The invention relates to a drive device for a and a method for driving a vehicle arranged in a synchronous machine.

Die Mehrzahl der derzeit in Betrieb befindlichen Fahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, ist noch immer mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet, der dazu dient, an den Antriebsrädern des Fahrzeugs ein einen Vortrieb des Fahrzeugs bewirkendes Drehmoment zu erzeugen. Zur Einhaltung der immer strenger werdenden Abgasvorschriften und zum weiter nachhaltigen Umgang mit den Energieressourcen und somit zur Schonung der Umwelt werden Verbrennungsmotoren immer weiter hinsichtlich ihres Verbrauchs optimiert. Ein Nebeneffekt dabei ist, dass insbesondere Verbrennungsmotoren mit kleinem Hubraum, vor allem selbstzündende Verbrennungsmotoren bei ihrem Betrieb immer weniger Abwärme erzeugen, weshalb bei entsprechend ausgestatteten Fahrzeugen beispielsweise Maßnahmen zu ergriffen sind, um den Innenraum des Fahrzeugs in einer für die Insassen angenehmen Weise heizen zu können. Bei derartigen Fahrzeugen werden zum gezielten Heizen des Innenraums beispielsweise zusätzliche, ansonsten nicht benötigte Heizelemente, vorzugsweise Peltierelemente verbaut. Dies ist zum einen mit zusätzlichen Kosten verbunden, zum anderen muss für den Einbau solcher Komponenten Bauraum vorgesehen werden.The majority of vehicles currently in operation, particularly passenger cars, are still equipped with an internal combustion engine which serves to generate at the drive wheels of the vehicle a torque causing a propulsion of the vehicle. In order to comply with the ever more stringent exhaust gas regulations and to further sustainable use of energy resources and thus to protect the environment combustion engines are further and further optimized in terms of their consumption. A side effect is that in particular internal combustion engines with a small displacement, especially auto-igniting internal combustion engines generate less and less waste heat in their operation, for example, measures are taken in appropriately equipped vehicles to heat the interior of the vehicle in a comfortable way for the occupants , In such vehicles for specific heating of the interior, for example, additional, otherwise not required heating elements, preferably Peltier elements installed. On the one hand, this entails additional costs; on the other hand, installation space must be provided for the installation of such components.

Auch bei den heutzutage vermehrt auf den Markt kommenden Fahrzeugen mit einem elektrischen Antriebssystem, hierbei kann es sich um Hybrid- oder um Elektrofahrzeuge handeln, besteht diese Problematik bzw. Herausforderung. Bei Hybridfahrzeugen kommt neben einem Verbrennungsmotor ein weiteres Aggregat für den Antrieb zum Einsatz, in der Regel eine elektrische Maschine, wobei der Verbrennungsmotor konzeptbedingt verhältnismäßig klein ausgelegt ist. In besonderer Weise besteht diese Problematik bzw. Herausforderung bei Elektrofahrzeugen, die ausschließlich durch eine elektrische Maschine angetrieben werden; bei diesen Fahrzeugen fehlt ein Verbrennungsmotor, dessen Abwärme zum Heizen des Innenraums genutzt werden könnte. Auch bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen können die vorstehend erwähnten zusätzlichen Heizelemente in entsprechender Weise zum Einsatz kommen.Even with the vehicles nowadays increasingly on the market with an electric drive system, this can be hybrid or electric vehicles, there is this problem or challenge. In hybrid vehicles in addition to an internal combustion engine, another unit for the drive is used, usually an electric machine, the combustion engine is designed to be relatively small due to the concept. In a special way, this problem or challenge in electric vehicles, which are driven exclusively by an electric machine; These vehicles lack an internal combustion engine whose waste heat could be used to heat the interior. In hybrid and electric vehicles, the above-mentioned additional heating elements can be used in a corresponding manner.

An dieser Stelle sei kurz auf Hybrid- und Elektrofahrzeuge eingegangen. Die bei diesen Fahrzeugen zum Einsatz kommenden elektrischen Antriebsmaschinen werden aus einer Hochvoltversorgungseinheit mit elektrischer Energie versorgt. Derartige elektrische Maschinen sind in der Regel als Innenläufermaschinen aufgebaut, bei denen ein drehbar gelagerter Rotor von einem ortsfesten Stator umschlossen ist. Als Antriebsmaschinen können Synchronmaschinen zum Einsatz kommen, die entweder permanenterregt oder stromerregt ausgeführt sind. Eine hierbei zum Einsatz kommende Hochvoltversorgungseinheit kann ein Spannungsniveau von 250 bis 420 Volt, teilweise sogar bis zu 1000 Volt aufweisen. Um dieses Spannungsniveau zu erreichen, ist eine Hochvoltversorgungseinheit aus einer großen Anzahl von Energiebereitstellungszellen, beispielsweise Energiespeicherzellen aufgebaut. Für gewöhnlich kommen hierfür Lithium-Ionen-Speicherzellen zum Einsatz. Eine derart aufgebaute Hochvoltversorgungseinheit wird auch als Hochvoltspeicher bzw. Traktionsbatterie bezeichnet.At this point I would like to take a brief look at hybrid and electric vehicles. The electric drive machines used in these vehicles are supplied with electrical energy from a high-voltage supply unit. Such electrical machines are generally constructed as internal rotor machines, in which a rotatably mounted rotor is enclosed by a stationary stator. As drive machines synchronous machines can be used, which are either permanently excited or energized. A high-voltage supply unit used in this case can have a voltage level of 250 to 420 volts, in some cases even up to 1000 volts. In order to achieve this voltage level, a high-voltage supply unit is constructed from a large number of energy supply cells, for example energy storage cells. Usually, lithium ion storage cells are used for this purpose. Such a constructed high-voltage supply unit is also referred to as high-voltage storage or traction battery.

Die vorstehend für die unterschiedlichen Antriebskonzepte geschilderte Herausforderung bzw. Problematik, den Innenraum eines Fahrzeugs in ausreichendem Maße heizen zu können, tritt in nahezu allen denkbaren Fahrzeugbetriebssituationen auf, beispielweise unmittelbar bei Fahrtbeginn oder bei einem Fahrzeugstillstand.The above described for the different drive concepts challenge or problem to be able to heat the interior of a vehicle sufficiently, occurs in almost all possible vehicle operating situations, for example, immediately at the start of the journey or a vehicle standstill.

Um auf die vorstehend erwähnten Heizelemente verzichten zu können, und somit Kosten bei der Fahrzeugherstellung und Bauraum einsparen zu können, werden unterschiedliche Ansätze verfolgt. Ein Ansatz besteht darin, die bei einer in einem Fahrzeug verbauten elektrischen Maschine entstehende Verlustwärme, die durch in deren Statorwicklungen fließende Ströme und den damit einhergehenden Stromwärmeverlusten hervorgerufen wird, zum Heizen des Fahrzeuginnenraums zu nutzen. Hierfür eignet sich jede beliebige in einem Fahrzeug verbaute elektrische Maschine. Solange die elektrische Maschine in einem Normalbetriebszustand betrieben wird und somit der Rotor eine Rotationsbewegung durchführt, erfolgt eine gleichmäßige bzw. gleichverteilte Erwärmung der Statorwicklungen. In diesem Fall kann die durch die Ansteuerung der elektrischen Maschine entstehende Verlustwärme zum Heizen des Fahrzeuginnenraums genutzt werden, ohne dass die elektrische Maschine hierbei Schaden nimmt. Nun soll, wie bereits angedeutet, das Heizen des Fahrzeuginnenraums zu jedem beliebigen Zeitpunkt möglich sein, auch dann, wenn beispielsweise kein Normalbetriebszustand der elektrischen Maschine vorliegt und deren Rotor stillsteht und somit keine Rotationsbewegung ausführt. Um auch bei einem stillstehenden Rotor Stromwärmeverluste erzeugen zu können, die dann zu einer für das Heizen des Fahrzeuginnenraums nutzbaren Verlustwärme führen, können höherfrequente Wechsel- bzw. Drehströme in die Statorwicklungen eingeprägt werden. Durch diese Art von Strömen kann auch bei einem stillstehenden Rotor eine gleichmäßige Aufwärmung der Statorwicklungen erreicht werden. Allerdings entstehen durch diese höherfrequenten Wechsel- bzw. Drehströme pulsierende Drehmomente, die dann, wenn es sich beispielsweise um eine entsprechend groß ausgelegte elektrische Maschine, insbesondere um eine Traktionsmaschine handelt, von dem Fahrer als störend empfunden werden und somit von Nachteil sind. Darüber hinaus kann das durch diese Ströme bewirkte, sich zeitlich ändernde Statormagnetfeld bei einer permanenterregten Synchronmaschine zu Wirbelstromverlusten in den im Rotor angeordneten Permanentmagneten führen, wodurch sich diese erwärmen können, was bei Erreichen einer für die jeweiligen Permanentmagnete charakteristischen Temperatur von Nachteil ist, da aufgrund der Temperaturempfindlichkeit der zum Einsatz kommenden Werkstoffe es zu einer Beeinträchtigung der magnetischen Wirkung kommen kann. Bei einer stromerregten Synchronmaschine kann besagtes Statormagnetfeld in der am Rotor angeordneten Erregerwicklung und somit im Erregerkreis hohe Induktionsspannungen verursachen, was zu Problemen bei der elektromagnetischen Verträglichkeit führen kann.To be able to dispense with the above-mentioned heating elements, and thus to be able to save costs in vehicle production and space, different approaches are pursued. One approach is to use the waste heat generated by an electric machine installed in a vehicle, which is caused by currents flowing in the stator windings thereof and the associated current heat losses, to heat the vehicle interior. Any electric vehicle installed in a vehicle is suitable for this purpose. As long as the electric machine is operated in a normal operating state and thus the rotor performs a rotational movement, there is a uniform or uniformly distributed heating of the stator windings. In this case, the loss of heat generated by the control of the electric machine can be used for heating the vehicle interior without the electrical machine being damaged here. Now, as already indicated, the heating of the vehicle interior to be possible at any time, even if, for example, no normal operating state of the electric machine is present and the rotor is stationary and thus performs no rotational movement. In order to generate current heat losses even with a stationary rotor, which then lead to a usable for the heating of the vehicle interior heat loss, higher-frequency alternating or three-phase currents can be impressed into the stator windings. Through this type of currents, a uniform heating of the stator windings can be achieved even with a stationary rotor. However, due to these higher-frequency alternating or three-phase currents, pulsating torques occur, which then, if it is, for example, a correspondingly large-dimensioned electrical machine, in particular a traction machine, are perceived by the driver as disturbing and thus disadvantageous. In addition, caused by these currents, time-varying stator magnetic field in a permanent magnet synchronous machine lead to eddy current losses in the permanent magnet arranged in the rotor, which can heat them, which is disadvantageous when reaching a temperature characteristic of the respective permanent magnets, as due to the Temperature sensitivity of the materials used can lead to an impairment of the magnetic effect. In a current-excited synchronous machine said stator magnetic field in the rotor arranged on the excitation winding and thus in the exciter circuit can cause high induced voltages, which can lead to problems in the electromagnetic compatibility.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ansteuervorrichtung für eine und ein Verfahren zum Ansteuern einer in einem Fahrzeug angeordneten Synchronmaschine bereitzustellen, mit der bzw. mit dem unabhängig vom Betriebszustand der Synchronmaschine und/oder unabhängig vom Fahrbetriebszustand des Fahrzeugs möglichst gleichmäßig verteilt Stromwärmeverluste in der Synchronmaschine erzeugt werden können, um bei beliebigen Betriebszuständen der Synchronmaschine und/oder Fahrbetriebszuständen des Fahrzeugs, den Innenraum eines Fahrzeugs durch eine in der elektrischen Maschine entstehende Verlustwärme heizen zu können – sowohl dann, wenn der Rotor der Synchronmaschine sich bewegt als auch dann, wenn er stillsteht, und/oder sowohl dann, wenn das Fahrzeug fährt als auch dann, wenn es stillsteht.It is therefore an object of the present invention to provide a drive device for a and a method for driving a arranged in a vehicle synchronous machine, with or independent of the operating state of the synchronous machine and / or regardless of driving condition of the vehicle as evenly distributed current heat losses in the synchronous machine can be generated to heat the interior of a vehicle by a heat loss in the electrical machine resulting in any operating conditions of the synchronous machine and / or driving conditions of the vehicle - both when the rotor of the synchronous machine is moving and when it stops, and / or both when the vehicle is moving and when it is stationary.

Diese Aufgabe wird durch eine Ansteuervorrichtung für eine in einem Fahrzeug angeordnete, einen Rotor und einen Stator aufweisende und über einen Wechselrichter mit einer Energiebereitstellungseinheit verbindbare Synchronmaschine, gelöst, die dazu eingerichtet ist, Ansteuersignale für die Ansteuerung des Wechselrichters bereitzustellen, und zu diesem Zweck eine Sollwerteinheit und eine Umsetzeinheit aufweist, wobei die Sollwerteinheit dazu eingerichtet ist, in einem Normalbetriebszustand gemäß einem feldorientierten Regelungsansatz in Abhängigkeit eines Vorgabewerts einen Drehmomentstromsollwert für einen drehmomentbildenden Strom und einen Feldstromsollwert für einen feldbildenden Strom zu ermitteln, und in einem sich von dem Normalbetriebszustand unterscheidenden Heizbetriebszustand für den Drehmomentstromsollwert einen sich zeitlich ändernden Wert und für den Feldstromsollwert einen zeitlich konstanten Wert vorzugeben, und wobei die Umsetzeinheit dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des Drehmomentstromsollwerts und des Feldstromsollwerts die Ansteuersignale zu ermitteln.This object is achieved by a drive device for a vehicle-mounted, a rotor and a stator having and connectable via an inverter with a power supply unit synchronous machine, which is adapted to provide drive signals for driving the inverter, and for this purpose a setpoint unit and a conversion unit, wherein the target unit is configured to determine a torque current command value for a torque-forming current and a field current command value for a field-forming current in a normal operating state in accordance with a field-oriented control approach, and in a heating operating state different from the normal operating state Torque current setpoint a time-varying value and for the field current setpoint to specify a time constant value, and wherein the conversion unit is adapted to i n dependence of the torque current setpoint and the field current setpoint to determine the control signals.

Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zum Ansteuern einer in einem Fahrzeug angeordneten, einen Rotor und einen Stator aufweisenden und durch entsprechendes Ansteuern eines Wechselrichters über diesen mit einer Energiebereitstellungseinheit verbindbaren Synchronmaschine gelöst, bei dem folgende Schritte in einer Ansteuervorrichtung ablaufen:

  • – Ermitteln eines Drehmomentstromsollwert für einen drehmomentbildenden Strom und eines Feldstromsollwert für einen feldbildenden Strom in Abhängigkeit eines Vorgabewerts in einem Normalbetriebszustand gemäß einem feldorientierten Regelungsansatz, und Vorgeben eines sich zeitlich ändernden Werts für den Drehmomentstromsollwert und eines zeitlich konstanten Werts für den Feldstromsollwert in einem sich von dem Normalbetriebszustand unterscheidenden Heizbetriebszustand,
  • – Ermitteln von Ansteuersignalen in Abhängigkeit des Drehmomentstromsollwerts und des Feldstromsollwerts, und
  • – Bereitstellen der Ansteuersignale zum Ansteuern des Wechselrichters.
The object is further achieved by a method for controlling a arranged in a vehicle, a rotor and a stator having and solved by appropriately driving an inverter via this connectable to an energy supply unit synchronous machine in which the following steps take place in a drive device:
  • Determining a torque current command value for a torque-forming current and a field current command value for a field-forming current as a function of a default value in a normal operating state according to a field-oriented control approach, and setting a time-varying value for the torque current command value and a time-constant value for the field current command value in a of the Normal operating state different heating mode,
  • Determining drive signals as a function of the torque current setpoint and the field current setpoint, and
  • - Providing the drive signals for driving the inverter.

Dem erfindungsgemäßen Ansatz liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine geeignete Bestromung einer Synchronmaschine mit dieser in jedem beliebigen Fahrbetriebszustand eines Fahrzeugs und/oder in jedem beliebigen Betriebszustand der Synchronmaschine eine Verlustwärme erzeugt werden kann, die zum Heizen des Innenraums eines Fahrzeugs verwendet werden kann. Somit auch in den bisher problematischen Situationen, in denen ein Fahrzeugstillstand vorliegt und/oder der Rotor der Synchronmaschine im Wesentlichen stillsteht. Da die Synchronmaschine entsprechend einem feldorientierten Regelungsansatz angesteuert wird, erfolgt in dem Heizbetriebszustand, also dann, wenn ein Heizen des Fahrzeuginnenraums erforderlich ist bzw. als notwendig erachtet wird, eine geeignete Vorgabe für die beiden Stromsollwerte. Für den Drehmomentstromsollwert wird ein sich zeitlich ändernder Strom und für den Feldstromwert ein zeitlich konstanter Strom vorgegeben. Die sich dabei ergebende Überlagerung eines zeitlich konstanten feldbildenden Storms und eines sich zeitlich ändernden drehmomentbildenden Stroms führt zu einer geeigneten Ansteuerung des Wechselrichters, die wiederum zu in den Statorwicklungen fließenden Strömen führt, die in den Statorwicklungen gleichmäßige Stromwärmeverluste und somit eine gleichmäßigen Erwärmung der Statorwicklungen bewirken. Dadurch kann für eine Synchronmaschine auch bei einem Fahrzeugstillstand und/oder bei einem stillstehenden Rotor eine gleichmäßige Erwärmung erzielt werden. Somit ist sichergestellt, dass auch in den bisher problematischen Situationen bei einer permanenterregten Synchronmaschine eine übermäßige Erwärmung der Permanentmagnete vermieden wird, bzw. bei einer stromerregten Synchronmaschine übermäßig große induzierte Spannungen in den Erregerwicklungen vermieden werden. Es ist folglich in beliebigen Fahrbetriebszuständen des Fahrzeugs und/oder Betriebszuständen der Synchronmaschine möglich, je nach Aufbau der Synchronmaschine ohne hohe thermische Verluste in den Permanentmagneten oder ohne hohe induzierte Spannungen in den Erregerwicklungen, den Fahrzeuginnenraum mittels einer an der Synchronmaschine entstehenden Verlustwärme heizen zu können.The approach according to the invention is based on the knowledge that by means of suitable energization of a synchronous machine with this in any driving operating state of a vehicle and / or in any operating state of the synchronous machine a loss of heat can be generated, which can be used for heating the interior of a vehicle. Thus, even in the previously problematic situations in which there is a vehicle standstill and / or the rotor of the synchronous machine is essentially stationary. Since the synchronous machine is driven according to a field-oriented control approach, in the heating operating state, that is to say when heating of the vehicle interior is required or deemed necessary, a suitable specification is made for the two current setpoint values. For the torque current setpoint, a time-varying current and for the field current value, a temporally constant current is specified. The resulting superimposition of a temporally constant field-forming storm and a time-varying current-forming current leads to a suitable control of the inverter, which in turn leads to currents flowing in the stator windings, causing uniform current heat losses and thus uniform heating of the stator windings in the stator windings. As a result, a uniform heating can be achieved for a synchronous machine even when the vehicle is at a standstill and / or when the rotor is stationary. This ensures that even in the past problematic situations in a permanent magnet synchronous machine excessive heating of the permanent magnets is avoided, or in a current-excited synchronous machine excessively large induced voltages in the excitation windings are avoided. It is therefore possible in any driving conditions of the vehicle and / or operating conditions of the synchronous machine, depending on the structure of the synchronous machine without high thermal losses in the permanent magnets or high induced voltages in the field windings to heat the vehicle interior by means of a heat loss generated at the synchronous machine can.

Die obengenannte Aufgabe ist daher vollständig gelöst.The above object is therefore completely solved.

Bevor nachfolgend auf die vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung eingegangen wird, sollen zunächst erläuternde Ausführungen vorangestellt werden.Before discussing the advantageous embodiments of the invention, explanatory explanations will be given first.

Einer in einem Fahrzeug angeordneten Synchronmaschine ist jeweils eine Bewegungsfunktionalität zugeordnet, wobei die Synchronmaschine in einem Normalbetriebszustand derart bestromt wird, dass durch das an ihrer Rotorwelle entstehende Drehmoment die Bewegungsfunktionalität erfüllt werden kann, beispielsweise das Antreiben eines in einem Kühlkreislauf angeordneten Kühlventilators oder das Bewegen eines Scheibenwischers. In dem Heizbetriebszustand ist es nun möglich, durch die Vorgabe eines zeitlich konstanten Werts für den Feldstromsollwert und eines sich zeitlich ändernden Werts für den Drehmomentstromsollwert in den Statorwicklungen Stromwärmeverluste und somit eine Verlustwärme zu erzeugen, ohne dass die Synchronmaschine dabei ein Drehmoment erzeugt bzw. an ihrer Rotorwelle ein Drehmoment anliegt, das ausreicht, die der Synchronmaschine zugeordnete Bewegungsfunktionalität auszuführen bzw. zu erfüllen. Mit der Synchronmaschine kann eine Verlustwärme erzeugt werden, ohne dass dabei ein merkliches Drehmoment entsteht, das zu einer wahrnehmbaren Rotationsbewegung der Rotorwelle der Synchronmaschine führt bzw. solch eine bewirkt.A synchronous machine arranged in a vehicle is in each case associated with a movement functionality, the synchronous machine being energized in a normal operating state in such a way that the movement functionality can be fulfilled by the torque arising at its rotor shaft, for example driving a cooling fan arranged in a cooling circuit or moving a windshield wiper , In the heating operating state, it is now possible to generate current heat losses and thus loss heat by specifying a time constant value for the field current setpoint and a time-varying value for the torque current setpoint in the stator windings, without the synchronous machine generating a torque or at its Rotor shaft applies a torque sufficient to perform the synchronous machine associated motion functionality. With the synchronous machine, a loss of heat can be generated, without causing a significant torque that leads to a perceptible rotational movement of the rotor shaft of the synchronous machine or causes such a.

Für die nachfolgenden Ausführungen sei angenommen, dass die Synchronmaschine einen Stator mit drei Statorwicklungen aufweist, es sich somit um eine dreiphasige Synchronmaschine handelt. Die Statorwicklungen werden derart bestromt, dass ein sich drehendes Statormagnetfeld entsteht. Damit der Rotor dem sich drehenden Statormagnetfeld folgen kann, muss dieser ein Rotormagnetfeld aufweisen. Das Rotormagnetfeld kann entweder mittels einer an dem Rotor angeordneten Rotorwicklung (stromerregte Synchronmaschine) oder mittels an dem Rotor angeordneter Permanentmagnete (permanenterregte Synchronmaschine) erzeugt werden.For the following statements, it is assumed that the synchronous machine has a stator with three stator windings, which is thus a three-phase synchronous machine. The stator windings are energized in such a way that a rotating stator magnetic field is produced. In order for the rotor to follow the rotating stator magnetic field, it must have a rotor magnetic field. The rotor magnetic field can be generated either by means of a rotor winding arranged on the rotor (current-excited synchronous machine) or by means of permanent magnets (permanent-magnet synchronous machine) arranged on the rotor.

Die Synchronmaschine soll gemäß einem feldorientierten Regelungsansatz, der auch als Vektorregelung bezeichnet wird, betrieben werden. D. h. in dem Normalbetriebszustand der Synchronmaschine werden die durch die Statorwicklungen fließenden Ströme basierend auf einem feldorientierten Regelungsansatz ermittelt. Bei dem feldorientierten Regelungsansatz wird bei einer dreiphasig ausgebildeten Synchronmaschine das statorbezogene bzw. statorfeste dreiphasige Koordinatensystem mittels der sogenannten Clarke-Transformation und der sogenannten Park-Transformation auf ein rotorbezogenes bzw. rotorfestes zweiphasiges Koordinatensystem abgebildet, das mit dem Rotor mitrotiert. Die beiden zueinander orthogonalen Achsen dieses zweiphasigen Koordinatensystems werden als d-Achse und q-Achse bezeichnet, wobei der Wert der d-Achse die magnetische Flussdichte der Synchronmaschine und der Wert der q-Achse das Drehmoment der Synchronmaschine repräsentiert. Die d-Achse ist dabei als Mitte eines Rotorpols definiert und die q-Achse liegt zwischen zwei Polen. In diesem Koordinatensystem kann mittels eines d-Werts, d. h. der feldbildenden Stromkomponente bzw. dem feldbildenden Strom, und eines q-Werts, d. h. der drehmomentbildenden Stromkomponente bzw. dem drehmomentbildenden Strom, jeder beliebige Stromwert dargestellt werden. Hierfür werden ein Sollwert für die feldbildende Stromkomponente bzw. den feldbildenden Strom, d. h. ein Feldstromsollwert, und ein Sollwert für die drehmomentbildende Stromkomponente bzw. den drehmomentbildenden Strom, d. h. ein Drehmomentstromsollwert vorgegeben. Die feldbildende Stromkomponente und die drehmomentbildende Stromkomponente bzw. der feldbildende Strom und der drehmomentbildende Strom stellen Betriebsgrößen der Synchronmaschine dar. Bei dem feldorientierten Regelungsansatz werden also zwei Stromsollwerte ermittelt, nämlich ein drehmomentbildender Stromsollwert bzw. Drehmomentstromsollwert und ein feldbildender Stromsollwert bzw. Feldstromsollwert, in deren Abhängigkeit die Bestromung der Statorwicklungen und somit die Erzeugung des sich drehenden Statormagnetfelds erfolgt.The synchronous machine is to be operated according to a field-oriented control approach, which is also referred to as vector control. Ie. In the normal operating state of the synchronous machine, the currents flowing through the stator windings are determined based on a field-oriented control approach. In the field-oriented control approach, the stator-related or stator-fixed three-phase coordinate system is imaged by means of the so-called Clarke transformation and the so-called Park transformation on a rotor-related or rotorfestes two-phase coordinate system in a three-phase synchronous machine rotates with the rotor. The two mutually orthogonal axes of this two-phase coordinate system are referred to as d-axis and q-axis, where the value of the d-axis represents the magnetic flux density of the synchronous machine and the value of the q-axis represents the torque of the synchronous machine. The d-axis is defined as the center of a rotor pole and the q-axis lies between two poles. In this coordinate system, by means of a d-value, i. H. the field-forming current component or the field-forming current, and a q-value, d. H. the torque-forming current component or the torque-forming current, any current value can be represented. For this purpose, a desired value for the field-forming current component or the field-forming current, d. H. a field current setpoint, and a setpoint for the torque-forming current component or torque-forming current, i. H. a torque current setpoint specified. The field-forming current component and the torque-forming current component or the field-forming current and the torque-forming current represent operating variables of the synchronous machine. In the field-oriented control approach, two current setpoint values are determined, namely a torque-forming current setpoint or torque current setpoint and a field-forming current setpoint or field current setpoint, as a function thereof the energization of the stator windings and thus the generation of the rotating stator magnetic field takes place.

Bei dem Vorgabewert kann es sich um einen Wert für das von der Synchronmaschine zu erzeugende Drehmoment bzw. für das an deren Rotorwelle bereitzustellende bzw. an dieser abzugebende Drehmoment handeln. Dabei kann der Vorgabewert an sich während des Normalbetriebszustands ändernde Gegebenheiten angepasst sein, was bedeutet, dass sich der Vorgabewert im Normalbetriebszustand zeitlich ändern kann. Dies bedeutet wiederum, dass sich sowohl der Drehmomentstromsollwert als auch der Feldstromsollwert während des Normalbetriebszustands zeitlich ändern können, sie können an sich ändernde Gegebenheiten angepasst werden. Somit ist im Normalbetriebszustand sichergestellt, dass die Synchronmaschine jederzeit das gemäß den jeweils vorherrschenden Gegebenheiten passende Drehmoment bereitstellt. Im Gegensatz hierzu liegt dem Heizbetriebszustand eine andere Vorgehensweise zugrunde. Im Heizbetriebszustand werden der Drehmomentstromsollwert und der Feldstromsollwert nicht in Abhängigkeit des Vorgabewerts ermittelt und somit nicht kontinuierlich an sich ändernde Gegebenheiten angepasst. Im Heizbetriebszustand wird für den Drehmomentstromsollwert ein sich zeitlich ändernder Wert und für den Feldstromsollwert ein zeitlich konstanter Wert vorgegeben. In beiden Fällen erfolgt dies nicht in Abhängigkeit des Vorgabewerts. Insofern liegt dem Heizbetriebszustand ein modifizierter feldorientierter Ansatz zugrunde. Zwar werden auch im Heizbetriebszustand zwei Sollwerte verwendet, allerdings werden diese nicht in Abhängigkeit des Vorgabewerts ermittelt, sondern auf andere, noch zu beschreibende Art und Weise. Im Heizbetriebszustand werden die beiden Sollwerte nicht adaptiv an äußere Gegebenheiten angepasst, wie dies im Normalbetriebszustand der Fall ist. Vielmehr wird für den Drehstromsollwert ein zeitlicher Verlauf und für den Feldstromsollwert ein Wert fest vorgegeben.The default value may be a value for the torque to be generated by the synchronous machine or for the torque to be provided at the rotor shaft or to be delivered thereto. In this case, the default value can be adapted to changing circumstances during the normal operating state, which means that the default value can change over time in the normal operating state. This in turn means that both the torque current setpoint and the field current setpoint can change over time during the normal operating state can be adapted to changing circumstances. Thus, it is ensured in the normal operating state that the synchronous machine at any time provides the appropriate torque according to the prevailing conditions. In contrast, the heating mode is based on a different approach. In the heating mode, the torque current setpoint and the field current setpoint are not determined as a function of the default value and thus are not adapted continuously to changing circumstances. In the heating operating state, a time-changing value is specified for the torque current setpoint, and a time-constant value is specified for the field current setpoint. In both cases, this does not depend on the default value. In this respect, the heating operating state is based on a modified field-oriented approach. Although two setpoints are used in the heating mode, but they are not determined in dependence on the default value, but in other manner to be described. In the heating mode, the two setpoints are not adaptively adapted to external conditions, as is the case in the normal operating state. Rather, a time characteristic is specified for the three-phase current setpoint and a value for the field current setpoint.

Für die beiden in dem rotorfesten Koordinatensystem gegebenen Ströme, nämlich den feldbildenden Strom und den drehmomentbildenden Strom werden ausgehend von den beiden Sollwerten, nämlich dem Drehmomentstromsollwert IqS und dem Feldstromsollwert IdS und den beiden für diese Ströme jeweils ermittelten Istwerten Regelabweichungen ermittelt, die mittels einer inversen Park-Transformation und einer inversen Clarke-Transformation wieder in das statorbezogene dreiphasige Koordinatensystem rücktransformiert werden, um dann auf Basis der in diesem Koordinatensystem gegebenen Stromwerten Ansteuersignale für die Ansteuerung des Wechselrichters ermitteln zu können.For the two currents given in the rotor-fixed coordinate system, namely the field-forming current and the torque-forming control deviations are determined starting from the two setpoints, namely the torque current setpoint I qS and the field current setpoint I dS and the two actual values determined for these currents Inverse Park transformation and an inverse Clarke transformation are transformed back into the stator-related three-phase coordinate system to then be able to determine based on the current values given in this coordinate system control signals for driving the inverter.

Bekanntermaßen weist ein Fahrzeug Antriebsräder auf. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung soll die Synchronmaschine dazu ausgebildet sein, ihr zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, um dadurch an den Antriebsrädern ein einen Vortrieb des Fahrzeugs bewirkendes Drehmoment zu erzeugen. Zu diesem Zweck ist die Energiebereitstellungseinheit als Hochvoltenergiebereitstellungseinheit ausgebildet. Bei der Hochvoltenergiebereitstellungseinheit handelt es sich vorzugsweise um einen Hochvoltspeicher, der eine Vielzahl von Speichermodule aufweist, von denen jedes aus einer Vielzahl von Energiespeicherzellen, vorzugsweise Li-Ionen Energiespeicherzellen aufgebaut ist. Bei dieser Ausgestaltung hat die Synchronmaschine die Funktion einer Traktionsmaschine. Im Normalbetriebszustand werden in Abhängigkeit des Vorgabewerts, bei dem es sich um eine Drehmomentenanforderung handelt, der Drehmomentstromsollwert und der Feldstromsollwert derart ermittelt, dass das von der Synchronmaschine an den Antriebsrädern erzeugte Drehmoment einen der Drehmomentenanforderung entsprechenden Vortrieb bewirkt. Die Drehmomentenanforderung kann dabei durch den Fahrer des Fahrzeugs, beispielsweise durch Betätigung eines Fahrpedals, oder durch ein entsprechend ausgebildetes Regelungssystem, beispielsweise eine Gierratenregelung, allgemein als ESP-System bekannt, vorgegeben sein. Im Heizbetriebszustand werden dagegen für den Drehmomentstromsollwert ein sich zeitlich ändernder Wert und für den Feldstromsollwert ein zeitlich konstanter Wert vorgegeben, und zwar derart, dass sich dadurch eine Bestromung der Statorwicklungen einstellt, die zu keinem für den Fahrer des Fahrzeugs spürbaren Drehmoment führt bzw. bei der der Fahrer des Fahrzeugs kein Drehmoment wahrnimmt. Dies bedeutet, dass der Rotor der Synchronmaschine bezogen auf eine Rotorlage, die zu Beginn des Heizbetriebszustands vorliegt, ein sogenanntes Mikroruckeln vollziehen kann, das zu keinem Drehmoment an den Antriebsrädern führt. Das Mikroruckeln entsteht primär aufgrund des sich zeitlich ändernden drehmomentbildenden Stroms. Der Rotor der Synchronmaschine führt lediglich eine vernachlässigbare und somit unmerkliche Pendelbewegung um eine Referenzlage herum aus. Im Heizbetriebszustand werden der Drehmomentstromsollwert und der Feldstromsollwert derart gewählt, dass in den Statorwicklungen ein Strom fließt, der in diesen eine Verlustwärme erzeugt, ohne dass jedoch ein spürbares bzw. merkliches Drehmoment an den Antriebsrädern erzeugt wird.As is known, a vehicle has drive wheels. In a preferred embodiment of the invention, the synchronous machine is to be designed to convert its supplied electrical energy into mechanical energy, thereby generating at the drive wheels a propulsion of the vehicle causing torque. For this purpose, the energy supply unit is designed as a high-voltage energy supply unit. The high-voltage energy supply unit is preferably a high-voltage storage device which has a multiplicity of memory modules, each of which is constructed from a plurality of energy storage cells, preferably Li-ion energy storage cells. In this embodiment, the synchronous machine has the function of a traction machine. In the normal operating state, depending on the default value, which is a torque request, the torque current command value and the field current command value are determined such that the torque generated by the synchronous machine at the drive wheels causes propulsion corresponding to the torque request. The torque request can be predetermined by the driver of the vehicle, for example by actuating an accelerator pedal, or by a suitably designed control system, for example a yaw rate control, generally known as an ESP system. In the heating mode state, on the other hand, a time-varying value is preset for the torque current setpoint and a value constant over time for the field current setpoint, in such a way that an energization of the stator windings occurs which does not result in any torque perceptible to the driver of the vehicle or in which the driver of the vehicle perceives no torque. This means that the rotor of the synchronous machine with respect to a rotor position, which is present at the beginning of the Heizbetriebszustands, can perform a so-called micro-stuttering, which leads to no torque on the drive wheels. Micro stuttering is primarily due to the time-varying current-forming current. The rotor of the synchronous machine performs only a negligible and thus imperceptible pendulum motion around a reference position around. In the heating mode, the torque current command value and the field current command value are selected such that a current flows in the stator windings, which generates a loss of heat in them, without, however, generating a noticeable torque on the drive wheels.

Handelt es sich bei der Synchronmaschine um eine Traktionsmaschine, dann liegt ein Normalbetriebszustand der Synchronmaschine vor, wenn das Fahrzeug in einem Fahrzeugnormalbetriebszustand betrieben wird.If the synchronous machine is a traction machine, then a normal operating state of the synchronous machine is present when the vehicle is operated in a vehicle normal operating state.

Vorzugsweise soll es sich bei der Synchronmaschine um eine permanenterregte Synchronmaschine handeln. Eine derart ausgebildete Synchronmaschine hat den Vorteil, dass diese im Vergleich zu einer stromerregten Synchronmaschine konstruktiv wesentlich einfacher aufgebaut ist. Im Fall einer permanenterregten Synchronmaschine ist der zeitlich konstante Wert für den Feldstromsollwert vorzugsweise so vorgegeben, dass bei der Ansteuerung der Synchronmaschine im Heizbetriebszustand an den Statorwicklungen und an den im Rotor angeordneten Permanentmagneten kein Schaden entsteht.Preferably, the synchronous machine should be a permanent-magnet synchronous machine. A synchronous machine designed in this way has the advantage that, in comparison to a current-excited synchronous machine, it has a much simpler design. In the case of a permanently excited synchronous machine, the temporally constant value for the field current nominal value is preferably predetermined such that no damage occurs when the synchronous machine is activated in the heating operating state on the stator windings and on the permanent magnets arranged in the rotor.

An dieser Stelle sei bemerkt, dass die ausdrückliche Bezugnahme auf eine Traktions- bzw. Antriebsmaschine keine einschränkende Wirkung haben soll. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung auch im Zusammenhang mit einer Startermaschine zum Einsatz kommen, die dazu eingerichtet ist, einen im Fahrzeug enthaltenen Verbrennungsmotor zu starten. Vorzugsweise soll die erfindungsgemäße Ansteuervorrichtung allerdings im Zusammenhang mit einer Traktionsmaschine zum Einsatz kommen, da eine Traktionsmaschine im Vergleich zu einer Startermaschine oder einer anderen elektrischen Maschine wesentlich größer dimensioniert ist und somit eine größere Menge an Verlustwärme erzeugt werden kann.It should be noted that the express reference to a traction or prime mover is not intended to be limiting. For example, the inventive Control device also be used in connection with a starter machine, which is adapted to start an internal combustion engine contained in the vehicle. Preferably, however, the drive device according to the invention should be used in conjunction with a traction machine, since a traction machine is dimensioned much larger compared to a starter machine or other electric machine and thus a larger amount of heat loss can be generated.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Sollwerteinheit dazu eingerichtet, in dem Heizbetriebszustand für den Drehmomentstromsollwert den sich zeitlich ändernden Wert derart vorzugeben, dass sich dadurch für den Drehmomentstromsollwert ein sich zeitlich wiederholender Werteverlauf einstellt. Diese Maßnahme bewirkt ein einfaches Ansteuermuster, bei dem zugleich sichergestellt ist, dass trotz Bestromung der Statorwicklungen an den Antriebsrädern kein für den Fahrer wahrnehmbares oder spürbares Drehmoment entsteht.In a preferred embodiment of the invention, the desired value unit is set up in the heating operating state for the torque current setpoint to predetermine the time-varying value in such a way that a time-varying value course is established for the torque current setpoint. This measure results in a simple control pattern in which it is ensured at the same time that, despite energization of the stator windings on the drive wheels, no noticeable or perceptible torque for the driver arises.

Vorzugsweise soll sich ein oszillierender oder pulsierender Werteverlauf ergeben. Besonders bevorzugt soll der Drehmomentstromsollwert einen oszillierenden Werteverlauf haben. Vorteilhafterweise wird dabei ein Werteverlauf gewählt, der in Bezug auf die Trägheit des Fahrzeugs eine ausreichend große Frequenz aufweist, so dass es aufgrund der Ansteuerung der Synchronmaschine im Heizbetriebszustand lediglich zu einem für den Fahrer nicht wahrnehmbaren bzw. spürbaren Mikroruckeln des Fahrzeugs kommt. Insbesondere soll vermieden werden, dass das Fahrzeug an- bzw. losfährt bzw. sich merklich in Bewegung setzt.Preferably, an oscillating or pulsating value course should result. Particularly preferably, the torque current setpoint should have an oscillating value profile. Advantageously, a value course is selected which has a sufficiently high frequency with respect to the inertia of the vehicle, so that due to the activation of the synchronous machine in the heating operating state, only a micro-stuttering of the vehicle that is not perceptible or perceptible to the driver occurs. In particular, it should be avoided that the vehicle starts or starts or noticeably sets in motion.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist die Sollwerteinheit dazu eingerichtet, für den Drehmomentstromsollwert den sich zeitlich ändernden Wert und für den Feldstromsollwert den zeitlich konstanten Wert derart vorzugeben, dass ein Effektivwert, der sich für den sich zeitlich wiederholenden Werteverlauf ergibt, im Wesentlichen dem konstanten Wert des Feldstromsollwerts entspricht. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass in allen drei Statorwicklungen dieselben Stromwärmeverluste entstehen. Für die drei Statorwicklungsströme, die jeweils durch eine der Statorwicklungen fließen, ist das Verhältnis der zugehörigen Stromamplituden so gewählt, dass sich dadurch für die Statorwicklungen und somit die Synchronmaschine eine einheitliche Verteilung der Stromwärmeverluste ergibt. Vorzugsweise sind der Effektivwert und der konstante Wert des Feldstromsollwerts gleich groß.In an advantageous embodiment of the aforementioned measure, the setpoint unit is set up to preset the time-varying value for the torque current setpoint and the constant value for the field current setpoint in such a way that an effective value that results for the time-repeating value course essentially corresponds to constant value of the field current setpoint. This measure ensures that the same current heat losses occur in all three stator windings. For the three stator winding currents, which respectively flow through one of the stator windings, the ratio of the associated current amplitudes is selected such that a uniform distribution of the current heat losses results for the stator windings and thus the synchronous machine. Preferably, the effective value and the constant value of the field current setpoint are equal.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Sollwerteinheit dazu eingerichtet, in dem Heizbetriebszustand für den Feldstromsollwert den zeitlich konstanten Wert in Abhängigkeit einer den Aufbau und/oder den Betrieb der Synchronmaschine repräsentierenden Synchronmaschinengröße vorzugeben. Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Statorwicklungsströme, die für das Erzeugen der Stromwärmeverluste durch die Statorwicklungen fließen, optimal an die Gegebenheiten der Synchronmaschine anzupassen. Dadurch kann in einem sehr hohen Maße ausgeschlossen werden, dass ein für den Fahrer spürbares oder wahrnehmbares Drehmoment an den Antriebsrädern entsteht.In a preferred embodiment of the invention, the setpoint unit is set up to predetermine the time-constant value as a function of a synchronous machine variable representing the structure and / or operation of the synchronous machine in the heating operating state for the field current setpoint. By this measure, it is possible to optimally adapt the stator winding currents, which flow through the stator windings for generating the current heat losses, to the conditions of the synchronous machine. This can be ruled out to a very high degree that a noticeable or perceptible to the driver torque on the drive wheels.

Vorzugsweise kommt als Synchronmaschine eine permanenterregte Synchronmaschine zum Einsatz. Bei einer solchen Synchronmaschine weist der Rotor eine Vielzahl von Permanentmagneten auf, wobei bei der betrachteten Maschine die Permanentmagnete vorzugsweise derart angeordnet sein sollen, dass sich dadurch ein Reluktanzdrehmoment ergibt. In diesem Fall soll die Sollwerteinheit dazu eingerichtet sein, in dem Heizbetriebszustand für den Feldstromsollwert als zeitlich konstanten Wert einen Kompensationswert vorzugeben, der dazu führt, dass das Reluktanzdrehmoment im Wesentlichen kompensiert ist. Bei dieser Maßnahme ist der zeitlich konstante Wert für den Feldstromsollwert derart vorgegeben, dass sich durch die Bestromung der Statorwicklungen, die sich aufgrund des drehmomentbildenden Stroms und des feldbildenden Stroms ergibt, ein Hauptdrehmoment einstellt, das einen Wert aufweist, der im Wesentlichen dem Reluktanzdrehmoment entspricht. Vorzugsweise ist der Wert des Hauptdrehmoments gleich dem Wert des Reluktanzdrehmoments. Somit wird erreicht, dass sich das Hauptdrehmoment und das Reluktanzdrehmoment im Wesentlichen bzw. vollständig kompensieren. Durch diese Vorgehensweise ist in besonderem Maße sichergestellt, dass im Heizbetriebszustand der Fahrer trotz des bewusst herbeigeführten Erzeugens von Stromwärmeverlusten kein Drehmoment wahrnimmt bzw. spürt. Zur Ausbildung eines Reluktanzdrehmoments sind die Permanentmagnete nicht an der Oberfläche des Rotors, sondern in seinem Inneren angeordnet.Preferably, a permanent-magnet synchronous machine is used as the synchronous machine. In such a synchronous machine, the rotor has a plurality of permanent magnets, wherein in the considered machine, the permanent magnets should preferably be arranged such that this results in a reluctance torque. In this case, the setpoint unit is to be set up to predetermine a compensation value in the heating operating state for the field current setpoint as a value that is constant over time, which results in that the reluctance torque is substantially compensated. In this measure, the temporally constant value for the field current setpoint is predetermined in such a way that due to the energization of the stator windings, which results from the torque-forming current and the field-forming current, a main torque is established which has a value which substantially corresponds to the reluctance torque. Preferably, the value of the main torque is equal to the value of the reluctance torque. Thus, it is achieved that the main torque and the reluctance torque are substantially or completely compensated. This procedure ensures to a particular extent that in the heating operating state the driver does not perceive or sense any torque despite the deliberately induced generation of current heat losses. To form a reluctance torque, the permanent magnets are not disposed on the surface of the rotor, but in its interior.

Um die gewünschte Kompensation des Reluktanzdrehmoments zu erreichen, handelt es sich bei dem Kompensationswert vorzugsweise um einen positiven Wert. Vorteilhafterweise wird der positive Wert derart vorgegeben, dass sich das Reluktanzdrehmoment und das sich aufgrund der Permanentmagnete einstellende Hauptdrehmoment im Wesentlichen und unabhängig von dem für den drehmomentbildenden Strom jeweils vorgegebenen Wert kompensieren. Dadurch wird erreicht, dass trotz hoher durch die Statorwicklungen fließender Ströme nahezu kein Drehmoment an den Antriebsrädern erzeugt wird. Dies erhöht die Funktionssicherheit und reduziert zudem Vibrationen bzw. Geräusche.In order to achieve the desired compensation of the reluctance torque, the compensation value is preferably a positive value. Advantageously, the positive value is predetermined in such a way that the reluctance torque and the main torque that occurs due to the permanent magnets essentially and independently compensate for the value predetermined for the torque-generating current. This ensures that despite high currents flowing through the stator windings almost no torque is generated at the drive wheels. This increases the reliability and also reduces vibration or noise.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der zuvor genannten Maßnahme ist die Sollwerteinheit dazu eingerichtet, den Kompensationswert in Abhängigkeit zumindest einer Betriebsgröße der Synchronmaschine vorzugeben. Hierbei sind verschiedene Ansätze denkbar. Bei einem ersten Ansatz sind in der Sollwerteinheit eine Vielzahl von Kompensationswerten hinterlegt, beispielsweise in Form einer Lookup-Tabelle. In Abhängigkeit zumindest einer Betriebsgröße, die während des Betriebs der Synchronmaschine, vorzugsweise fortlaufend ermittelt wird und die den Betrieb der Synchronmaschine repräsentiert bzw. charakterisiert, kann dann aus der Lookup-Tabelle der am besten geeignete Kompensationswert ausgelesen werden. Dieser Ansatz zeichnet sich durch einen geringen Aufwand an Rechenkapazität aus. Bei diesem Ansatz werden die einzelnen Kompensationswerte im Vorfeld, beispielsweise im Rahmen einer Applikation ermittelt und beispielsweise in einem in der Sollwerteinheit enthaltenen Speichermedium hinterlegt, wobei zu jedem Kompensationswert diejenige Betriebsgröße bzw. diejenigen Betriebsgrößen, für die bzw. aus denen er berechnet wurde, mit hinterlegt werden, quasi als Attribute anhand derer derjenige Kompensationswert aus der Lookup-Tabelle ausgelesen werden kann, der für den jeweiligen Betriebszustand der Synchronmaschine, der durch dabei auftretende Betriebsgrößen gekennzeichnet ist, am besten geeignet ist. Bei einem zweiten Ansatz kann in der Sollwerteinheit eine Rechenvorschrift, vorzugsweise in Form eines Modell hinterlegt sein, mit der der Kompensationswert während des Betriebs der Synchronmaschine berechnet wird, und zwar in Abhängigkeit von der hierfür benötigten und im Betrieb der Synchronmaschine jeweils aktuell auftretenden zumindest einen Betriebsgröße. Es ist auch ein dritter Ansatz denkbar, dem eine Kombination von Lookup-Tabelle und Modell zugrunde liegt. In a preferred embodiment of the aforementioned measure, the setpoint unit is set up to predetermine the compensation value as a function of at least one operating variable of the synchronous machine. Here, different approaches are conceivable. In a first approach, a plurality of compensation values are stored in the setpoint unit, for example in the form of a lookup table. Depending on at least one operating variable, which is preferably continuously determined during operation of the synchronous machine and which represents or characterizes the operation of the synchronous machine, the most suitable compensation value can then be read from the lookup table. This approach is characterized by a low expenditure on computing capacity. In this approach, the individual compensation values are determined in advance, for example in the context of an application and stored, for example, in a storage medium contained in the setpoint unit, wherein for each compensation value that operating variable or those operating variables for which or from which it was calculated, with deposited are quasi as attributes on the basis of which the compensation value can be read out of the lookup table, which is best suited for the respective operating state of the synchronous machine, which is characterized by occurring operating variables. In a second approach, a calculation rule, preferably in the form of a model, can be stored in the setpoint unit with which the compensation value is calculated during operation of the synchronous machine, specifically as a function of the at least one operating variable currently required for this and occurring during operation of the synchronous machine , A third approach is also conceivable, based on a combination of lookup table and model.

Bei einer permanenterregten Synchronmaschine, die aufgrund der Anordnung der Permanentmagnete im Rotor ein Reluktanzdrehmoment aufweist, ist besagter Kompensationswert durch die Beziehung

Figure DE102016212852A1_0002
gegeben, die sich aus der Drehmomentgleichung M = m / 2p[(Ld – Lq)Id + ΨPM]Iq für die Vorgabe ergibt, dass das Reluktanzdrehmoment (Ld – Lq)IdIq gleich dem Hauptdrehmoment ΨPMIq ist. Die in der Drehmomentgleichung verwendeten Größen haben folgende Bedeutung: m entspricht der Anzahl der Statorphasen bzw. Statorstränge; p entspricht der Polpaarzahl; Ld entspricht der Statorinduktivität in Richtung der d-Achse des rotorfesten Koordinatensystems; Lq entspricht der Statorinduktivität in Richtung der q-Achse des rotorfesten Koordinatensystems; Id entspricht dem feldbildenden Strom; Iq entspricht dem drehmomentbildenden Strom; ΨPM entspricht dem durch die Permanentmagnete bewirkten magnetischen Fluss.In a permanent magnet synchronous machine having a reluctance torque due to the arrangement of the permanent magnets in the rotor, said compensation value is by the relationship
Figure DE102016212852A1_0002
given, resulting from the torque equation M = m / 2p [(L d -L q ) I d + Ψ PM ] I q for the specification, the reluctance torque (L d -L q ) I d I q is equal to the main torque Ψ PM I q . The variables used in the torque equation have the following meaning: m corresponds to the number of stator phases or stator strings; p corresponds to the pole pair number; L d corresponds to the stator inductance in the direction of the d-axis of the rotor-fixed coordinate system; L q corresponds to the stator inductance in the direction of the q-axis of the rotor-fixed coordinate system; I d corresponds to the field-forming current; I q corresponds to the torque-forming current; Ψ PM corresponds to the magnetic flux caused by the permanent magnets.

Die Größen, die in der Beziehung für die Ermittlung des Kompensationswerts enthalten sind, lassen sich jede für sich entsprechend einer jeweils zugehörigen Rechenvorschrift aus folgenden Größen darstellen bzw. ermitteln: dem feldbildenden Strom Id, dem drehmomentbildenden Strom Iq und der Temperatur TPM der Permanentmagnete. Die Temperatur TPM der Permanentmagnete kann beispielsweise mittels einer Anzahl von Temperatursensoren, die an oder in unmittelbarer Nähe einzelner Permanentmagnete angeordnet sind, erfasst werden. Alternativ kann diese Temperatur auch mittels eines mathematischen Modells bzw. Beobachters ermittelt werden, und zwar ausgehend von den für die Synchronmaschine ermittelten elektrischen Verlusten unter Berücksichtigung eines im Vorfeld in Bezug auf die Permanentmagneten ermittelten thermischen Übergangswiderstands.The quantities which are contained in the relationship for the determination of the compensation value can each be represented or determined individually according to a respectively associated calculation rule from the following variables: the field-forming current I d , the torque-forming current I q and the temperature T PM permanent magnets. The temperature T PM of the permanent magnets can be detected, for example, by means of a number of temperature sensors which are arranged on or in the immediate vicinity of individual permanent magnets. Alternatively, this temperature can also be determined by means of a mathematical model or observer, starting from the electrical losses determined for the synchronous machine, taking into account a thermal contact resistance determined in advance with respect to the permanent magnets.

Konsequenterweise enthält die Ansteuervorrichtung ferner eine Auswerteeinheit, die dazu eingerichtet ist, zumindest festzustellen, ob ein Heizbetriebszustand vorliegt. Zu diesem Zweck werden der Auswerteeinheit verschiedene Größen zugeführt. Zum einen sind dies Größen, anhand derer festgestellt werden kann, ob überhaupt ein Heizbedarf besteht, d. h. ob eine Notwendigkeit besteht, die Synchronmaschine derart anzusteuern, dass dabei Stromwärmeverluste entstehen und somit eine Verlustwärme erzeugt wird. Bei diesen Größen kann es sich beispielsweise um eine die Temperatur des Fahrzeuginnenraums repräsentierende Innenraumtemperaturwertgröße TI und/oder um eine die Temperatur der Fahrzeugumgebung repräsentierende Umgebungstemperaturgröße TU handeln. Zum anderen sind dies Größen, anhand derer feststellbar ist, ob sich die Synchronmaschine in einem Betriebszustand bzw. Maschinenbetriebszustand befindet, der besagte Ansteuerung zulässt. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, der Auswerteeinheit eine mittels eines geeigneten Drehzahlsensors erfasste Rotordrehzahlgröße zuzuführen. Zudem kann auch vorgesehen sein, dass Größen ausgewertet werden, anhand derer festgestellt werden kann, ob sich das Fahrzeug in einem solchen Fahrzeugbetriebszustand befindet, der die in einem Heizbetriebszustand vorzunehmende Ansteuerung der Synchronmaschine zulässt. In erster Linie geht es darum festzustellen, ob das Fahrzeug stillsteht, d. h. ob der Fahrzeugbetriebszustand Fahrzeugstillstand vorliegt. Es wird somit eine Stillstandserkennung durchgeführt. Zu diesem Zweck können der Auswerteeinheit beispielsweise die für die vorzugsweise vier Fahrzeugräder mit Hilfe geeigneter Raddrezahlsensoren jeweils ermittelten Raddrehzahlen zugeführt werden. Alternativ oder ergänzend kann der Auswerteeinheit auch eine die Geschwindigkeit des Fahrzeugs repräsentierende Fahrzeuggeschwindigkeitsgröße zugeführt werden.Consequently, the drive device further includes an evaluation unit, which is set up to at least determine whether a heating operating state exists. For this purpose, the evaluation are fed different sizes. On the one hand, these are quantities by means of which it can be determined whether there is any need for heating, ie whether there is a need to control the synchronous machine in such a way that current heat losses occur and thus a loss of heat is generated. These variables may be, for example, an interior temperature value T I that represents the temperature of the vehicle interior and / or an ambient temperature variable T U that represents the temperature of the vehicle environment. On the other hand, these are quantities on the basis of which it can be determined whether the synchronous machine is in an operating state or engine operating state which allows said drive. For this purpose, it may be provided, for example, to supply the evaluation unit with a rotor speed variable detected by means of a suitable speed sensor. In addition, it can also be provided that quantities are evaluated by means of which it can be determined whether the vehicle is in such a vehicle operating state that permits the control of the synchronous machine to be carried out in a heating operating state. First and foremost, it is a question of determining whether the vehicle is stationary, ie whether the vehicle operating state vehicle standstill exists. Thus, a standstill detection is performed. For this purpose, the evaluation unit, for example, those for the preferably four vehicle wheels be determined with the help of suitable Raddrezahlsensoren respectively determined wheel speeds. Alternatively or additionally, the evaluation unit can also be supplied with a vehicle speed variable representing the speed of the vehicle.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet, während des Heizbetriebszustands eine Überwachung des Fahrzeugs und/oder der Synchronmaschine durchzuführen. Mit dieser Maßnahme kann sichergestellt werden, dass bei der im Heizbetriebszustand erfolgenden Ansteuerung der Synchronmaschine kein für den Fahrer spürbares oder wahrnehmbares Drehmoment erzeugt wird. Um die Überwachung durchführen zu können, kann der Auswerteeinheit beispielsweise eine mittels eines geeigneten Drehzahlsensors erfasste Rotordrehzahlgröße und/oder eine mittels eines geeigneten Winkelsensors erfasste Rotorlagegröße zugeführt werden. Diese beiden Größen sind am besten dafür geeignet, festzustellen, ob bei der Ansteuerung ein störendes Drehmoment entsteht, das einen nicht gewünschten Vortrieb des Fahrzeugs bewirkt, da diese direkt die Rotorreaktion erfassen bzw. wiedergeben. Alternativ oder ergänzend können der Auswerteeinheit auch die für die Fahrzeugräder ermittelten Raddrehzahlen und/oder eine Fahrzeuggeschwindigkeitsgröße zugeführt werden. Insgesamt ist sicherzustellen, dass das Fahrzeug aufgrund der im Heizbetriebszustand erfolgenden Ansteuerung der Synchronmaschine nicht losfährt. Ziel dieser Überwachung ist es, festzustellen, ob der drehmomentbildende Strom passend bzw. richtig eingestellt ist, d. h. ob der Drehmomentstromsollwert passend vorgegeben ist. Wird bei der Überwachung beispielsweise festgestellt, dass die Rotordrehzahl einen von Null verschiedenen Wert aufweist und/oder dass die Rotorlagegröße sich zeitlich ändert und/oder dass zumindest eine der Raddrehzahlen einen von Null verschiedenen Wert aufweist und/oder dass die Fahrzeuggeschwindigkeitsgröße einen von Null verschiedenen Wert aufweist, dann ist dies ein Zeichen dafür, dass der drehmomentbildende Strom nicht passend eingestellt ist. In diesem Fall kann der drehmomentbildende Strom durch eine entsprechende Vorgabe eines angepassten bzw. veränderten Drehmomentstromsollwerts nachgeführt werden. Alternativ kann die im Heizbetriebszustand erfolgende Ansteuerung der Synchronmaschine beendet werden.In a further preferred embodiment of the invention, the evaluation unit is further configured to perform a monitoring of the vehicle and / or the synchronous machine during the heating operating state. With this measure, it can be ensured that no torque that is perceptible or perceptible to the driver is generated during the activation of the synchronous machine that takes place in the heating operating state. In order to be able to carry out the monitoring, the evaluation unit may, for example, be supplied with a rotor speed variable detected by means of a suitable speed sensor and / or with a rotor position variable detected by means of a suitable angle sensor. These two quantities are best suited to determine whether the driving produces a disturbing torque that causes an undesirable propulsion of the vehicle, as they directly detect or reproduce the rotor reaction. Alternatively or additionally, the evaluation unit can also be supplied with the wheel speeds determined for the vehicle wheels and / or a vehicle speed variable. Overall, it must be ensured that the vehicle does not start due to the activation of the synchronous machine taking place in the heating operating state. The goal of this monitoring is to determine if the torque-forming current is properly adjusted, i. H. whether the torque current setpoint is specified appropriately. If, for example, it is determined during monitoring that the rotor speed has a value other than zero and / or that the rotor position variable changes over time and / or that at least one of the wheel speeds has a value other than zero and / or the vehicle speed variable has a value other than zero has, then this is a sign that the torque-forming current is not adjusted properly. In this case, the torque-forming current can be tracked by a corresponding specification of a matched or modified torque current setpoint. Alternatively, the driving of the synchronous machine in the heating operation state may be terminated.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann auch vorgesehen sein, dass die in dem Heizbetriebszustand erfolgende Bestromung der Synchronmaschine auch dazu genutzt werden kann, den Fahrzeuginnenraum vor einem Fahrtbeginn zu heizen, so dass der Fahrer bei Fahrtantritt in ein warmes Fahrzeug steigt. Hierfür wäre eine zusätzliche auslösende Bedingung zu prüfen, so wie es beispielsweise bei Standheizungen der Fall ist. Beispielsweise könnte der Fahrer eine Uhrzeit vorgeben, zu der er eine Fahrt starten möchte, und in deren Abhängigkeit mit einem zeitlichen Vorlauf das Heizen des Fahrzeuginnenraums durch die in dem Heizbetriebszustand erfolgende Bestromung der Synchronmaschine erfolgt.In an advantageous embodiment of the invention can also be provided that the taking place in the heating mode energization of the synchronous machine can also be used to heat the vehicle interior before driving start, so that the driver rises when driving in a warm vehicle. For this purpose, an additional triggering condition would have to be examined, as is the case, for example, with auxiliary heaters. For example, the driver could specify a time at which he would like to start a journey, and in dependence of which the heating of the vehicle interior takes place by means of the current supply of the synchronous machine taking place in the heating operating state.

Vorzugsweise ist der zeitlich konstante Wert für den Feldstromsollwert so vorgegeben, dass bei der Ansteuerung der Synchronmaschine im Heizbetriebszustand an den Permanentmagneten des Rotors oder an der Erregerwicklung des Rotors kein Schaden entsteht.Preferably, the temporally constant value for the field current setpoint is predetermined so that no damage occurs in the control of the synchronous machine in the heating mode to the permanent magnet of the rotor or to the field winding of the rotor.

Wie den vorstehenden Ausführungen zu entnehmen ist, werden der Auswerteeinheit verschiedene Größen zugeführt und in dieser dann ausgewertet.As can be seen from the above statements, the evaluation unit is supplied with different sizes and then evaluated in this.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines mit der Erfindung ausgestatteten Hybridfahrzeugs, 1 a schematic representation of a hybrid vehicle equipped with the invention,

2 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus der erfindungsgemäßem Ansteuervorrichtung und des in dieser ablaufenden erfindungsgemäßen Verfahrens, und 2 a schematic representation for explaining the structure of the inventive driving device and running in this process according to the invention, and

3 in Form eines Zeitdiagramms den Verlauf der während des Heizbetriebszustands durch die Statorwicklungen fließenden Phasenströme. 3 in the form of a time chart, the course of the phase currents flowing through the stator windings during the heating operating state.

1 zeigt ein als Hybridfahrzeug aufgebautes Fahrzeug 10, welches als Parallelhybridfahrzeug ausgebildet ist, vorzugsweise mit der Funktionalität eines Plug-In-Hybrid. Dass die nachfolgenden Ausführungen im Zusammenhang mit einem Hybridfahrzeug erfolgen, soll keine einschränkende Wirkung haben. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Konzept auch in einem Elektrofahrzeug oder in einem lediglich mit einem Verbrennungsmotor ausgestatteten Fahrzeug zum Einsatz kommen. 1 shows a vehicle constructed as a hybrid vehicle 10 , which is designed as a parallel hybrid vehicle, preferably with the functionality of a plug-in hybrid. That the following statements are made in connection with a hybrid vehicle should not have any restrictive effect. Of course, the concept according to the invention can also be used in an electric vehicle or in a vehicle equipped only with an internal combustion engine.

Das Fahrzeug 10 weist Antriebsräder 12 und nicht-angetriebene Räder 14 auf. Das Fahrzeug 10 weist eine elektrische Maschine auf, die als Synchronmaschine 16 ausgebildet ist und die über ein Getriebe 18 und ein Differenzial 20 wirktechnisch mit den Antriebsrädern 12 verbunden ist. Die Synchronmaschine 16 kann permanenterregt oder stromerregt ausgebildet sein. Vorzugsweise soll es sich um eine permanenterregte Synchronmaschine 16 handeln, die aufgrund der Anordnung von Permanentmagneten im Rotor einen Reluktanzeffekt und somit im Betrieb ein Reluktanzdrehmoment aufweisen soll. Die Synchronmaschine 16 ist über einen von einer Ansteuervorrichtung 22 ansteuerbaren Wechselrichter 24 mit einer Energiebereitstellungseinheit verbindbar, wobei die Energiebereitstellungseinheit als Hochvoltenergiebereitstellungseinheit 26 ausgebildet ist. Der Wechselrichter 24 weist eine Vielzahl von Wechselrichterschalter auf, die zu einer für einen Dreiphasenbetrieb ausgelegten Vollbrücke angeordnet sind. Bei den Wechselrichterschaltern kann es sich beispielsweise um MOSFET-Transistoren oder IGBTs handeln.The vehicle 10 has drive wheels 12 and non-powered wheels 14 on. The vehicle 10 has an electric machine that as a synchronous machine 16 is formed and which has a gearbox 18 and a differential 20 technically with the drive wheels 12 connected is. The synchronous machine 16 can be permanent-energized or energized. Preferably, it should be a permanent magnet synchronous machine 16 act, which should have a reluctance due to the arrangement of permanent magnets in the rotor and thus a reluctance during operation. The synchronous machine 16 is via one of a drive device 22 controllable inverter 24 connectable to an energy supply unit, wherein the energy supply unit as Hochvoltenergiebereitstellungseinheit 26 is trained. The inverter 24 has a plurality of inverter switches arranged to a full bridge designed for three-phase operation. The inverter switches may be, for example, MOSFET transistors or IGBTs.

Wie der Darstellung in 1 zu entnehmen ist, ist die Hochvoltenergiebereitstellungseinheit 26 aus einer Vielzahl von Energiebereitstellungsmodulen aufgebaut, von denen eines exemplarisch mit dem Bezugszeichen 28 gekennzeichnet ist. Das Energiebereitstellungsmodul 28 wiederum ist aus einer Vielzahl von Energiebereitstellungszellen aufgebaut, von denen eine exemplarisch mit dem Bezugszeichen 30 gekennzeichnet ist. Mit einem Block 32 ist angedeutet, dass in der Hochvoltenergiebereitstellungseinheit 26 neben den für das Speichern der elektrischen Energie benötigten Komponenten noch weitere, für die Realisierung von Ansteuer- und/oder Überwachungsfunktionalitäten benötigte Komponenten enthalten sind. So kann es sich bei dem Block 32 um eine übergeordnete Überwachungs- und/oder Steuerungseinheit handeln, beispielsweise eine sogenannte SME-Einheit handeln.As the illustration in 1 is the high-voltage energy supply unit 26 constructed from a variety of energy supply modules, one of which is exemplified by the reference numeral 28 is marked. The energy supply module 28 in turn is constructed from a plurality of energy supply cells, one of which is exemplified by the reference numeral 30 is marked. With a block 32 is hinted that in the high-voltage energy supply unit 26 in addition to the components required for the storage of electrical energy further components required for the realization of control and / or monitoring functionalities are included. So it may be at the block 32 to act a parent monitoring and / or control unit, for example, a so-called SME unit act.

Die Synchronmaschine 16 ist dazu ausgebildet, ihr von der Hochvoltenergiebereitstellungseinheit 26 zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, um dadurch an den Antriebsrädern 12 ein einen Vortrieb des Fahrzeugs 10 bewirkendes Drehmoment zu erzeugen.The synchronous machine 16 is trained to receive her from the High Voltage Energy Provisioning Unit 26 to convert supplied electrical energy into mechanical energy, thereby at the drive wheels 12 a propulsion of the vehicle 10 To generate acting torque.

Zusätzlich zu der Synchronmaschine 16 verfügt das Fahrzeug 10 über einen Verbrennungsmotor 34, der über eine Kupplung 36 und das Getriebe 18 sowie das Differenzial 20 die Antriebsräder 12 des Fahrzeugs 10 antreiben kann. Die Antriebsräder 12 können dabei allein durch die Synchronmaschine 16 oder allein durch den Verbrennungsmotor 34 oder in Kombination durch beide angetrieben werden.In addition to the synchronous machine 16 has the vehicle 10 via an internal combustion engine 34 that has a clutch 36 and the gearbox 18 as well as the differential 20 the drive wheels 12 of the vehicle 10 can drive. The drive wheels 12 can do this alone by the synchronous machine 16 or by the internal combustion engine alone 34 or be driven in combination by both.

2 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus der erfindungsgemäßem Ansteuervorrichtung 22 und des in dieser ablaufenden erfindungsgemäßen Verfahrens. Es ist eine permanenterregte Synchronmaschine 16 dargestellt, die ein Gehäuse 38 aufweist und darin angeordnet einen Stator 40 und einen Rotor 42. Der Stator weist Statorwicklungen auf, von denen eine mit dem Bezugszeichen 44 gekennzeichnet ist. Der Rotor 42 weist eine Vielzahl von Permanentmagneten 46 auf, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit in 2 lediglich einer dargestellt ist. Die Permanentmagnete 46 sollen dabei derart im Rotor 42 angeordnet sein, dass dadurch ein Reluktanzeffekt entsteht und sich beim Betrieb der Synchronmaschine 16 ein Reluktanzdrehmoment ergibt. Wie der Darstellung in 2 zu entnehmen ist, soll es sich um eine dreiphasige, permanenterregte Synchronmaschine 16 handeln. Die Darstellung einer permanenterregten Synchronmaschine soll keine einschränkende Wirkung haben, selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Ansatz auch bei einer stromerregten Synchronmaschine zum Einsatz kommen. 2 shows a schematic representation for explaining the structure of the inventive driving device 22 and in this proceeding inventive method. It is a permanent magnet synchronous machine 16 shown a housing 38 has and arranged therein a stator 40 and a rotor 42 , The stator has stator windings, one of which is denoted by the reference numeral 44 is marked. The rotor 42 has a plurality of permanent magnets 46 on, for reasons of clarity in 2 only one is shown. The permanent magnets 46 should do so in the rotor 42 be arranged, thereby creating a reluctance effect and during operation of the synchronous machine 16 gives a reluctance torque. As the illustration in 2 can be seen, it should be a three-phase, permanent magnet synchronous machine 16 act. The representation of a permanent-magnet synchronous machine should have no limiting effect, of course, the inventive approach can also be used in a current-excited synchronous machine.

Wie bereits ausgeführt, ist die Synchronmaschine 16 über einen Wechselrichter 24 mit einer Hochvoltenergiebereitstellungseinheit 26 verbindbar. Hierfür ist die Ansteuervorrichtung 22 dazu eingerichtet, Ansteuersignale AS1, AS2, AS3 für die Ansteuerung des Wechselrichters 24 bereitzustellen. Zu diesem Zweck weist die Ansteuervorrichtung 22 eine Sollwerteinheit 48 und eine Umsetzeinheit 50 auf. Ferner weist die Ansteuervorrichtung 22 eine Auswerteeinheit 52 auf.As already stated, the synchronous machine is 16 via an inverter 24 with a high-voltage energy supply unit 26 connectable. This is the drive device 22 set up to control signals A S1 , A S2 , A S3 for controlling the inverter 24 provide. For this purpose, the drive device 22 a setpoint unit 48 and a conversion unit 50 on. Furthermore, the drive device 22 an evaluation unit 52 on.

Die Sollwerteinheit 48 ist dazu eingerichtet, in einem Normalbetriebszustand gemäß einem feldorientierten Regelungsansatz in Abhängigkeit eines Vorgabewerts Msoll einen Drehmomentstromsollwert IqS für einen drehmomentbildenden Strom Iq und einen Feldstromsollwert IdS für einen feldbildenden Strom Id zu ermitteln, und in einem sich von dem Normalbetriebszustand unterscheidenden Heizbetriebszustand für den Drehmomentstromsollwert IqS einen sich zeitlich ändernden Wert und für den Feldstromsollwert IdS einen zeitlich konstanten Wert vorzugeben. Die Umsetzeinheit 50 ist dazu eingerichtet, in Abhängigkeit des Drehmomentstromsollwerts IqS und des Feldstromsollwerts IdS die Ansteuersignale AS1, AS2, AS3 zu ermitteln.The setpoint unit 48 is adapted in a normal operating state in accordance with a field oriented control approach in dependence on a preset value M to a torque current command value I qS for a torque-forming current I q and a field current target value to determine I DS for a field-forming current I d, and in a direction different from the normal operating state of heating operation for the torque current setpoint I qS a time-changing value and for the field current setpoint I dS to specify a time-constant value. The conversion unit 50 is configured to determine the drive signals A S1 , A S2 , A S3 as a function of the torque current setpoint value I qS and of the field current setpoint value I dS .

Der Vorgabewert Msoll wird der Ansteuereinheit 22, genauer gesagt der Sollwerteinheit 48 ausgehend von einer Vorgabewerteinheit 54 zugeführt. Bei dem Vorgabewert Msoll kann es sich um ein Solldrehmoment handeln, welches einer Fahreranforderung entsprechen kann, die der Fahrer des Fahrzeugs 10 durch entsprechende Betätigung eines (nicht dargestellten) Fahrpedals vorgibt, oder einer Systemvorgabe entsprechen, die von einer im Fahrzeug enthaltenen (ebenfalls nicht dargestellten) Schlupfregeleinheit ermittelt wird, wobei es sich bei dieser Einheit beispielsweise um eine Antriebsschlupfregeleinheit oder um eine Gierratenregeleinheit handeln kann. Das Vorgabewert Msoll kann auch als Kombination beider Vorgaben gebildet sein.The default value M soll is the drive unit 22 , more precisely, the setpoint unit 48 starting from a standard value unit 54 fed. The default value M soll may be a setpoint torque that may correspond to a driver request that the driver of the vehicle 10 by corresponding operation of an accelerator pedal (not shown), or correspond to a system default, which is determined by a contained in the vehicle (also not shown) slip control unit, this unit may be, for example, a traction control unit or a yaw rate control unit. The default value M soll can also be formed as a combination of both specifications.

In einem Normalbetriebszustand werden der Drehmomentstromsollwert IqS und der Feldstromsollwert IdS in der Sollwerteinheit 48 gemäß einem feldorientierten Regelungsansatz ermittelt. Die beiden Stromsollwerte IdS und IqS betreffen das mittels der Statorwicklungen 44 erzeugte Statormagnetfeld, bei dem es sich um ein Drehmagnetfeld handelt. Der Ermittlung dieser beiden Sollwerte liegt der Ansatz einer sogenannten feldorientierten Regelung bzw. Vektorregelung zugrunde. Bei diesem Ansatz wird bei einer dreiphasig ausgebildeten Synchronmaschine das statorbezogenes dreiphasige Koordinatensystem auf ein rotorbezogenes zweiphasiges Koordinatensystem abgebildet. In diesem Koordinatensystem entspricht IdS dem Sollwert für die feldbildende Stromkomponente Id und IqS entspricht dem Sollwert für die drehmomentbildende Stromkomponente Iq. Die beiden Stromkomponenten Id und Iq stellen Betriebsgrößen der Synchronmaschine dar. In einer der Sollwerteinheit 48 nachgeschalteten Umsetzeinheit 50 werden ausgehend von den beiden Stromsollwerten IdS, IqS Ansteuersignale AS1, AS2, AS3 erzeugt, die einem Wechselrichter 24 zugeführt werden. Der Wechselrichter 24 weist eine Vielzahl von Wechselrichterschalter auf, die zu einer für einen Dreiphasenbetrieb ausgelegten Vollbrücke angeordnet sind. Bei den Wechselrichterschaltern kann es sich beispielsweise um MOSFET-Transistoren oder IGBTs handeln. Entsprechend den Ansteuersignale AS1, AS2, AS3 werden die einzelnen Statorwicklungen 44 mit einer Hochvoltenergiebereitstellungseinheit 26 verbunden, so dass sich an den einzelnen Statorwicklungen 44 die Phasenspannungen UP1, UP2, UP3 einstellen.In a normal operation state, the torque current command value I qS and the field current command value I dS become in the command value unit 48 determined according to a field-oriented control approach. The two current setpoints I dS and I qS relate to this by means of the stator windings 44 generated stator magnetic field, which is a rotating magnetic field. The determination of these two setpoints is the approach a so-called field-oriented control or vector control. In this approach, the stator-related three-phase coordinate system is mapped to a rotor-related two-phase coordinate system in a three-phase synchronous machine. In this coordinate system, I dS corresponds to the setpoint value for the field-forming current component I d and I qS corresponds to the setpoint value for the torque- forming current component I q . The two current components I d and I q represent operating variables of the synchronous machine. In one of the setpoint unit 48 downstream conversion unit 50 are generated from the two current setpoints I dS , I qS control signals A S1 , A S2 , A S3 , which is an inverter 24 be supplied. The inverter 24 has a plurality of inverter switches arranged to a full bridge designed for three-phase operation. The inverter switches may be, for example, MOSFET transistors or IGBTs. According to the drive signals A S1 , A S2 , A S3 , the individual stator windings 44 with a high-voltage energy supply unit 26 connected, so that at the individual stator windings 44 set the phase voltages U P1 , U P2 , U P3 .

Die Ansteuervorrichtung 22 ist dazu eingerichtet, in einem sich von dem Normalbetriebszustand unterscheidenden Heizbetriebszustand für den Drehmomentsollwert IqS einen sich zeitlich ändernden Wert und für den Feldstromsollwert IdS einen zeitlich konstanten Wert vorzugeben. Dadurch wird erreicht, dass durch die Statorwicklungen 44 Phasenströme fließen, die in den Statorwicklungen 44 zu Stromwärmeverlusten führen, so dass an der Synchronmaschine 16 eine Verlustwärme entsteht, die zum Heizen des Innenraums des Fahrzeugs 10 verwendet werden kann, ohne dass dabei ein für den Fahrer spürbares bzw. wahrnehmbares Drehmoment durch die Synchronmaschine 16 erzeugt wird.The drive device 22 is set up to preset a time-varying value in a heating operating state that differs from the normal operating state for the torque setpoint I qS, and a value that is constant in time for the field current setpoint I dS . This ensures that through the stator windings 44 Phase currents flow in the stator windings 44 lead to current heat losses, so that on the synchronous machine 16 A loss of heat is created, which is used to heat the interior of the vehicle 10 can be used without causing a noticeable or perceptible to the driver torque by the synchronous machine 16 is produced.

Die Sollwerteinheit 48 ist dazu eingerichtet, in dem Heizbetriebszustand den sich zeitlich ändernden Wert derart vorzugeben, dass sich dadurch für den Drehmomentstromsollwert IqS ein sich zeitlich wiederholender Werteverlauf einstellt. Weiter kann die Sollwerteinheit 48 dazu eingerichtet sein, für den Drehmomentstromsollwert IqS den sich zeitlich ändernden Wert und für den Feldstromsollwert IdS den zeitlich konstanten Wert derart vorzugeben, dass ein Effektivwert, der sich für den sich zeitlich wiederholenden Werteverlauf ergibt, im Wesentlichen dem konstanten Wert des Feldstromsollwerts las entspricht.The setpoint unit 48 is set up in the heating operating state to specify the time-varying value in such a way that a time-varying course of values is thereby established for the torque current setpoint I qS . Next, the setpoint unit 48 be set up for the torque current setpoint I qS the time-varying value and for the field current setpoint I dS the temporally constant value such that an effective value, which results for the time-repeating value curve substantially corresponds to the constant value of the field current setpoint las ,

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Sollwerteinheit 48 dazu eingerichtet sein, in dem Heizbetriebszustand für den Feldstromsollwert IdS den zeitlich konstanten Wert in Abhängigkeit einer den Aufbau und/oder den Betrieb der Synchronmaschine 16 repräsentierenden Synchronmaschinengröße vorzugeben. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich um eine permanenterregte Synchronmaschine 16 handelt, bei der die Permanentmagneten 46 derart angeordnet sind, dass sich dadurch ein Reluktanzdrehmoment ergibt. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die Sollwerteinheit 48 für den Feldstromsollwert IdS als zeitlich konstanten Wert einen Kompensationswert IdK vorgibt, der dazu führt, dass das Reluktanzdrehmoment im Wesentlichen kompensiert wird. Dabei kann vorgesehen sein, den Kompensationswert IdK in Abhängigkeit zumindest einer Betriebsgröße der Synchronmaschine 16 vorzugeben. Wie in 2 angedeutet, können hierfür der Sollwerteinheit 48 verschiedene Größen Gn ausgehend von der Umsetzeinheit 50 zugeführt werden. Bei den Größen Gn kann es sich zum einen um Größen handeln, die in der Umsetzeinheit 50 selbst ermittelt werden. Zum Beispiel kann es sich jeweils um einen während des Betriebs der Synchronmaschine bzw. des Fahrzeugs aktuell ermittelten Istwert für den drehmomentbildenden Strom Iq und den feldbildenden Strom Id handeln. Beide Istwerte sind in der Umsetzeinheit 50 vorhanden, da ausgehend von den beiden Sollwerten Drehmomentstromsollwert IqS und Feldstromsollwert IdS und diesen beiden Istwerten Regelabweichungen ermittelt werden, auf deren Grundlage die Ansteuersignale AS1, AS2, AS3 ermittelt werden. Zum anderen kann es sich um Größen handeln, die der Umsetzeinheit 50 selbst für die in ihr vorzunehmenden Aufgaben benötigt werden. Derartige Größen können der Umsetzeinheit 50, wie durch einen Pfeil 56 angedeutet, ausgehend von der Auswerteeinheit 52 zugeführt werden, oder wie durch einen Pfeil 58 angedeutet, ausgehend von verschiedenen im Fahrzeug 10 angeordneten Sensoren 60 zugeführt werden.In an advantageous embodiment, the setpoint unit 48 be set up in the heating mode for the field current setpoint I dS the time constant value as a function of a structure and / or operation of the synchronous machine 16 pretending to represent synchronous machine size. This is particularly advantageous when it comes to a permanent-magnet synchronous machine 16 acts, in which the permanent magnets 46 are arranged such that this results in a reluctance torque. In this case, it can be provided that the setpoint unit 48 for the field current setpoint I dS as a value constant over time, a compensation value I dK that results in that the reluctance torque is substantially compensated. It can be provided, the compensation value I dK in response to at least one operating variable of the synchronous machine 16 pretend. As in 2 indicated, this can be the setpoint unit 48 different sizes G n starting from the conversion unit 50 be supplied. The quantities G n may be, on the one hand, quantities that are in the conversion unit 50 be determined by yourself. For example, it may be a current value for the torque-forming current I q and the field-forming current I d currently determined during operation of the synchronous machine or of the vehicle. Both actual values are in the conversion unit 50 present, since starting from the two setpoint values torque current setpoint I qS and field current setpoint I dS and these two actual values control deviations are determined on the basis of which the control signals A S1 , A S2 , A S3 are determined. On the other hand, they can be quantities, that of the conversion unit 50 even needed for the tasks to be performed in it. Such sizes can the conversion unit 50 as if by an arrow 56 indicated, starting from the evaluation unit 52 be supplied, or as indicated by an arrow 58 indicated, starting from different in the vehicle 10 arranged sensors 60 be supplied.

Die Ansteuervorrichtung 22 enthält ferner eine Auswerteeinheit 52. Die Auswerteeinheit 52 ist zum einen dazu eingerichtet, festzustellen ob ein Heizbetriebszustand vorliegt, wobei das Ergebnis der Sollwerteinheit 48 mittels einer logischen Variablen H zugeführt wird. In diesem Zusammenhang können der Auswerteeinheit 52 verschiedene Größen zugeführt und in dieser ausgewertet werden, beispielsweise ausgehend von einem Innenraumtemperaursensor 62 eine die Temperatur des Fahrzeuginnenraums repräsentierende Innenraumtemperaturwertgröße TI und/oder ausgehend von einem Umgebungstemperaursensor 64 eine die Temperatur der Fahrzeugumgebung repräsentierende Umgebungstemperaturgröße TU und/oder ausgehend von einem Rotordrehzahlsensor 66 eine Rotordrehzahlgröße nrot und/oder ausgehend von Raddrehzahlsensoren 68 Raddrehzahlgrößen nij und/oder ausgehend von einer entsprechenden Ermittlungseinheit 70 eine Fahrzeuggeschwindigkeitsgröße vf.The drive device 22 also contains an evaluation unit 52 , The evaluation unit 52 On the one hand, it is set up to determine whether a heating operating state exists, the result of the setpoint unit 48 by means of a logical variable H is supplied. In this context, the evaluation unit 52 supplied to different sizes and evaluated in this, for example, starting from a Innenraumtemperaursensor 62 a passenger compartment temperature value T I representing the temperature of the vehicle interior and / or starting from an ambient temperature sensor 64 an ambient temperature variable T U representing the temperature of the vehicle environment and / or starting from a rotor speed sensor 66 a rotor speed size n red and / or based on wheel speed sensors 68 Raddrehungsgrößen n ij and / or starting from a corresponding determination unit 70 a vehicle speed quantity v f .

Zum anderen ist die Auswerteeinheit 52 dazu eingerichtet, während des Heizbetriebszustands eine Überwachung des Fahrzeugs 10 und/oder der Synchronmaschine 16 durchzuführen, wobei das Ergebnis der Sollwerteinheit mittels einer logischen Variablen K zugeführt wird. In diesem Zusammenhang können in der Auswerteeinheit 52 verschiedene Größen ausgewertet werden, beispielsweise eine mit einem Rotorwinkelsensor 72 erfasste Rotorlagegröße δrot und/oder die Rotordrehzahlgröße nrot und/oder die Raddrehzahlgrößen nij und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeitsgröße vf. On the other hand, the evaluation unit 52 configured to monitor the vehicle during the heating mode 10 and / or the synchronous machine 16 perform the result of the setpoint unit by means of a logical variable K is supplied. In this connection, in the evaluation unit 52 different sizes are evaluated, for example one with a rotor angle sensor 72 detected rotor position size δ red and / or the rotor speed size n red and / or the wheel speed n ij and / or the vehicle speed variable v f .

3 zeigt für eine dreiphasig ausgebildete Synchronmaschine in Form eines Zeitdiagramms den Verlauf der während des Heizbetriebszustands durch die Statorwicklungen fließenden Phasenströme. Der gezeigte Verlauf der Phasenströme ist charakteristisch für den erfindungsgemäßen Ansatz, bei Vorliegen eines Heizbetriebszustands für den Drehmomentstromsollwert einen sich zeitlich ändernden Wert, insbesondere einen oszillierenden Wert, und für den Feldstromsollwert einen zeitlich konstanten Wert vorzugeben. Mit anderen Worten: werden die beiden Stromsollwerte in dieser Form vorgegeben, dann weisen bei einer dreiphasig aufgebauten Synchronmaschine die drei Phasenströme den in 3 gezeigten Verlauf auf. Bei dem dargestellten Fall sind die Amplituden der Phasenströme derart, dass in den drei Statorwicklungen im Wesentlichen dieselben elektrischen Verluste entstehen, so dass eine gleichmäßige Erwärmung für die Synchronmaschine gegeben ist. Diese Amplitudenkonstellation wird dadurch erreicht, dass für den Drehmomentstromsollwert IqS der sich zeitlich ändernde Wert und für den Feldstromsollwert IdS der zeitlich konstante Wert derart vorgegeben sind, dass der Effektivwert, der sich für den sich zeitlich wiederholenden Werteverlauf des Drehmomentstromsollwert IqS bzw. des drehmomentbildenden Stroms ergibt, im Wesentlichen dem konstanten Wert des Feldstromsollwerts IdS entspricht. 3 shows for a three-phase synchronous machine in the form of a time chart, the course of the during the Heizbetriebszustands flowing through the stator windings phase currents. The course of the phase currents shown is characteristic of the approach according to the invention, in the presence of a heating operating state for the torque current setpoint, a time-varying value, in particular an oscillating value, and to specify a time-constant value for the field current setpoint. In other words, if the two current setpoints are specified in this form, the three phase currents in the case of a three-phase synchronous machine have the in 3 shown course. In the illustrated case, the amplitudes of the phase currents are such that substantially the same electrical losses occur in the three stator windings, so that a uniform heating for the synchronous machine is provided. This amplitude constellation is achieved by predetermining the time-varying value for the torque current setpoint I qS and the temporally constant value for the field current setpoint I dS in such a way that the effective value which is responsible for the time-repeating value profile of the torque current setpoint I qS or torque-forming current substantially corresponds to the constant value of the field current setpoint I dS .

Erfindungsgemäß wird eine in einem Fahrzeug verbaute Synchronmaschine in einem Heizbetriebszustand derart angesteuert, dass diese eine Verlustwärme erzeugt, ohne dass sie dabei im Mittelwert ein Drehmoment erzeugt und somit einen Vortrieb des Fahrzeugs bewirkt. Hierzu werden auf Basis eines feldorientierten Regelungsansatzes bzw. einer vektorbasierten Regelung für die einzelnen Statorwicklungen der Synchronmaschine die durch diese jeweils fließenden Ströme, die Phasenströme erfindungsgemäß eingestellt.According to the invention, a synchronous machine installed in a vehicle is controlled in a heating operating state in such a way that it generates a waste heat without generating a torque in the mean value and thus causing a propulsion of the vehicle. For this purpose, based on a field-oriented control approach or a vector-based control for the individual stator windings of the synchronous machine, the respective currents flowing through them, the phase currents are set according to the invention.

Der Fokus der erfindungsgemäßen Ansteuervorrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auf das Heizen des Fahrzeuginnenraums gerichtet. Dies soll jedoch keine einschränkende Wirkung haben. Selbstverständlich können beide auch mit einer ganz anderen Zielrichtung zum Einsatz kommen, beispielsweise um eine beliebige im Fahrzeug verbaute Komponente zu heizen.The focus of the drive device or the method according to the invention is directed to the heating of the vehicle interior. However, this should not have any limiting effect. Of course, both can also be used in a completely different direction, for example to heat any component installed in the vehicle.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde darauf verzichtet, in den beschriebenen Figuren diejenigen Komponenten darzustellen, die für das Abführen bzw. Zuführen der an der Synchronmaschine anfallenden Verlustwärme zu dem zu heizenden Gegenstand, vorzugsweise dem Innenraum des Fahrzeugs benötigt werden.For reasons of clarity, it has been dispensed with in the described figures to represent those components which are required for the removal or supply of the heat loss from the synchronous machine to the object to be heated, preferably the interior of the vehicle.

Vorstehend ist verschiedentlich ausgeführt, dass im Heizbetriebszustand für den Drehmomentstromsollwert ein sich zeitlich ändernder Wert und für den Feldstromsollwert ein zeitlich konstanter Wert derart vorgegeben werden, dass es aufgrund der sich dadurch ergebenden Bestromung der Statorwicklungen zu keinem für den Fahrer des Fahrzeugs spürbaren Drehmoment kommt bzw. bei der der Fahrer des Fahrzeugs kein Drehmoment wahrnimmt. Durch diese auf den Fahrer Bezug nehmende Erläuterung soll lediglich zum Ausdruck gebracht werden, dass die erfindungsgemäße Vorgehensweise grundsätzlich so ausgelegt ist, dass ein im Fahrzeug sitzender Fahrer durch eine währenddessen in dem Heizbetriebszustand erfolgenden Bestromung der Statorwicklungen keine spürbare bzw. wahrnehmbare Beeinträchtigung erfährt. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass ein gemäß dem erfindungsgemäßen Ansatz erfolgendes Heizen des Fahrzeuginnenraums auch dann erfolgen kann, wenn sich keine Person im Fahrzeuginnenraum befindet bzw. bevor der Fahrer im Fahrzeug Platz nimmt. Mit anderen Worten: mit dem erfindungsgemäßen Ansatz soll auch ein Aufheizen des Fahrzeuginnenraums möglich sein, so wie es mit einer klassischen Standheizung möglich ist bzw. von dieser bekannt ist, nämlich zeitlich bevor der Fahrer im Fahrzeug Platz nimmt.It has been stated on various occasions that in the heating mode for the torque current setpoint, a time-varying value and for the field current setpoint a time-constant value are set such that due to the resulting energization of the stator windings, no torque that can be felt by the driver of the vehicle occurs or in which the driver of the vehicle perceives no torque. By this referring to the driver explanation shall only be expressed that the procedure according to the invention is basically designed so that a driver sitting in the vehicle undergoes no noticeable or perceptible impairment by an energizing of the stator windings taking place in the heating operating state during this time. It should be expressly pointed out that a heating of the vehicle interior which takes place in accordance with the inventive approach can also take place when there is no person in the vehicle interior or before the driver takes his seat in the vehicle. In other words, with the approach according to the invention also a heating of the vehicle interior should be possible, as it is possible with a classic heater or is known from this, namely, in time before the driver takes a seat in the vehicle.

Abschließend sei noch Folgendes erläutert: vorstehend ist ausgeführt, dass im Heizbetriebszustand für den Drehmomentstromsollwert ein sich zeitlich ändernder Wert und für den Feldstromsollwert ein zeitlich konstanter Wert vorgegeben wird. Dies soll so verstanden werden, dass diese Werte, insbesondere der zeitlich konstante Wert für den Feldstromwert dem Grunde nach bzw. willentlich so vorgegeben werden. Allerdings kann es aufgrund von in der Synchronmaschine vorherrschender physikalischer Effekte, insbesondere mit Blick auf den für den Feldstromsollwert vorgegebenen zeitlich konstanten Wert zu einer geringfügigen bzw. vernachlässigbaren Abweichung, auf jeden Fall nicht willentlich vorgegebenen Abweichung kommen. Insbesondere kann der Feldstromsollwert bzw. der sich dadurch ergebende feldbildende Strom aufgrund von Sättigungseffekten ein leichtes Pulsieren zeigen, was jedoch im Vergleich zu dem für den Drehmomentstromsollwert willentlich vorgegebenen, sich zeitlich ändernden Wert sehr viel geringer ist und somit als vernachlässigbar anzusehen ist.Finally, the following is explained: it is stated above that in the heating operating state for the torque current setpoint, a time-varying value and for the field current setpoint, a temporally constant value is specified. This should be understood in such a way that these values, in particular the temporally constant value for the field current value, are given basically as such. However, due to the physical effects prevailing in the synchronous machine, in particular with regard to the temporally constant value specified for the field current setpoint, a slight or negligible deviation may occur, in any case not deliberately predetermined deviation. In particular, the field current setpoint or the resultant field-forming current can show slight pulsation due to saturation effects, which is much lower compared to the time-varying value that is intentionally set for the torque current setpoint and is therefore to be regarded as negligible.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Fahrzeugvehicle
1212
Antriebsräderdrive wheels
1414
nicht-angetriebene Rädernon-powered wheels
1616
Synchronmaschinesynchronous machine
1818
Getriebetransmission
2020
Differenzialdifferential
2222
Ansteuervorrichtungdriving
2424
Wechselrichterinverter
2626
HochvoltenergiebereitstellungseinheitHigh-voltage power supply unit
2828
EnergiebereitstellungsmodulEnergy supply module
3030
EnergiebereitstellungszelleEnergy supply cell
3232
Blockblock
3434
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
3636
Kupplungclutch
3838
Gehäusecasing
4040
Statorstator
4242
Rotorrotor
4444
Statorwicklungstator
4646
Permanentmagnetpermanent magnet
4848
SollwerteinheitReference unit
5050
Umsetzeinheitconversion unit
5252
Auswerteeinheitevaluation
5454
VorgabewerteinheitDefault Value Unit
5656
Pfeilarrow
5858
Pfeilarrow
6060
Sensorensensors
6262
InnenraumtemperaursensorInnenraumtemperaursensor
6464
UmgebungstemperaursensorUmgebungstemperaursensor
6666
RotordrehzahlsensorRotor speed sensor
6868
Raddrehzahlsensorenwheel speed sensors
7070
Ermittlungseinheitdetermining unit
7272
RotorwinkelsensorRotor angle sensor

Claims (10)

Ansteuervorrichtung für eine in einem Fahrzeug angeordnete Synchronmaschine, wobei die Synchronmaschine einen Rotor und einen Stator aufweist, wobei das Fahrzeug ferner eine Energiebereitstellungseinheit und einen Wechselrichter aufweist, wobei die Synchronmaschine über den Wechselrichter mit der Energiebereitstellungseinheit verbindbar ist, wobei die Ansteuervorrichtung hierfür dazu eingerichtet ist, Ansteuersignale für die Ansteuerung des Wechselrichters bereitzustellen, und zu diesem Zweck eine Sollwerteinheit und eine Umsetzeinheit aufweist, wobei die Sollwerteinheit dazu eingerichtet ist, in einem Normalbetriebszustand gemäß einem feldorientierten Regelungsansatz in Abhängigkeit eines Vorgabewerts einen Drehmomentstromsollwert für einen drehmomentbildenden Strom und einen Feldstromsollwert für einen feldbildenden Strom zu ermitteln, und in einem sich von dem Normalbetriebszustand unterscheidenden Heizbetriebszustand für den Drehmomentstromsollwert einen sich zeitlich ändernden Wert und für den Feldstromsollwert einen zeitlich konstanten Wert vorzugeben, und wobei die Umsetzeinheit dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des Drehmomentstromsollwerts und des Feldstromsollwerts die Ansteuersignale zu ermitteln.Drive device for a synchronous machine arranged in a vehicle, wherein the synchronous machine has a rotor and a stator, wherein the vehicle further comprises an energy supply unit and an inverter, wherein the synchronous machine is connectable to the energy supply unit via the inverter, the drive device being adapted therefor, To provide drive signals for driving the inverter, and having for this purpose a setpoint unit and a conversion unit, wherein the setpoint unit is configured, in a normal operating state according to a field-oriented control approach in response to a default value, a torque current setpoint for a torque-generating current and a field current setpoint for a field-forming current to determine, and in a different from the normal operating state heating mode for the torque current setpoint a temporally än the value and for the field current setpoint to specify a time-constant value, and wherein the conversion unit is configured to determine the drive signals in dependence on the torque current setpoint and the field current setpoint value. Ansteuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ferner Antriebsräder aufweist und es sich bei der Energiebereitstellungseinheit um eine Hochvoltenergiebereitstellungseinheit handelt, wobei die Synchronmaschine dazu ausgebildet ist, ihr von der Hochvoltenergiebereitstellungseinheit zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, um dadurch an den Antriebsrädern ein einen Vortrieb des Fahrzeugs bewirkendes Drehmoment zu erzeugen.Control device according to claim 1, characterized in that the vehicle further comprises drive wheels and the energy supply unit is a high voltage energy supply unit, wherein the synchronous machine is adapted to convert their supplied from the high voltage energy supply unit electrical energy into mechanical energy, thereby to the drive wheels to generate a propulsion of the vehicle causing torque. Ansteuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerteinheit dazu eingerichtet ist, in dem Heizbetriebszustand für den Drehmomentstromsollwert den sich zeitlich ändernden Wert derart vorzugeben, dass sich dadurch für den Drehmomentstromsollwert ein sich zeitlich wiederholender Werteverlauf einstellt.Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the setpoint unit is adapted to specify in the heating mode for the torque flow setpoint the time-varying value such that thereby sets a time-repeating course of values for the torque flow setpoint. Ansteuervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerteinheit dazu eingerichtet ist, für den Drehmomentstromsollwert den sich zeitlich ändernden Wert und für den Feldstromsollwert den zeitlich konstanten Wert derart vorzugeben, dass ein Effektivwert, der sich für den sich zeitlich wiederholenden Werteverlauf ergibt, im Wesentlichen dem konstanten Wert des Feldstromsollwerts entspricht.Control device according to claim 3, characterized in that the setpoint unit is adapted to predetermine the time-varying value for the torque current setpoint and the time-constant value for the field current setpoint such that an effective value which results for the time-repeating value course substantially corresponds to the constant value of the field current setpoint. Ansteuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerteinheit dazu eingerichtet ist, in dem Heizbetriebszustand für den Feldstromsollwert den zeitlich konstanten Wert in Abhängigkeit einer den Aufbau und/oder den Betrieb der Synchronmaschine repräsentierenden Synchronmaschinengröße vorzugeben.Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the setpoint unit is adapted to specify in the heating operation state for the field current setpoint the time constant value as a function of the construction and / or operation of the synchronous machine representing synchronous machine size. Ansteuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine permanenterregte Synchronmaschine handelt, bei der der Rotor eine Vielzahl von Permanentmagneten aufweist, wobei die Permanentmagnete derart angeordnet sind, dass sich dadurch ein Reluktanzdrehmoment ergibt, wobei die Sollwerteinheit dazu eingerichtet ist, in dem Heizbetriebszustand für den Feldstromsollwert als zeitlich konstanten Wert einen Kompensationswert vorzugeben, der dazu führt, dass das Reluktanzdrehmoment im Wesentlichen kompensiert ist.Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that it is a permanent-magnet synchronous machine in which the rotor has a plurality of permanent magnets, wherein the permanent magnets are arranged such that thereby results in a reluctance torque, wherein the setpoint unit is adapted to in the heating mode for the field current setpoint as a time constant value, a compensation value that results in that the reluctance torque is substantially compensated. Ansteuervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollwerteinheit dazu eingerichtet ist, den Kompensationswert in Abhängigkeit zumindest einer Betriebsgröße der Synchronmaschine vorzugeben.Control device according to claim 6, characterized in that the setpoint unit is adapted to the compensation value in dependence pretend at least one operating variable of the synchronous machine. Ansteuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuervorrichtung ferner eine Auswerteeinheit enthält, die dazu eingerichtet ist, zumindest festzustellen, ob ein Heizbetriebszustand vorliegt.Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the drive device further includes an evaluation unit which is adapted to at least determine whether a heating operation state is present. Ansteuervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit ferner dazu eingerichtet ist, während des Heizbetriebszustands eine Überwachung des Fahrzeugs und/oder der Synchronmaschine durchzuführen.Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation unit is further adapted to perform a monitoring of the vehicle and / or the synchronous machine during the heating operating state. Verfahren zum Ansteuern einer in einem Fahrzeug angeordneten Synchronmaschine, wobei die Synchronmaschine einen Rotor und einen Stator aufweist, wobei das Fahrzeug ferner eine Energiebereitstellungseinheit und einen Wechselrichter aufweist, wobei die Synchronmaschine durch entsprechendes Ansteuern des Wechselrichters über diesen mit der Energiebereitstellungseinheit verbindbar ist, mit folgenden in einer Ansteuervorrichtung ablaufenden Schritten: – Ermitteln eines Drehmomentstromsollwert für einen drehmomentbildenden Strom und eines Feldstromsollwert für einen feldbildenden Strom in Abhängigkeit eines Vorgabewerts in einem Normalbetriebszustand gemäß einem feldorientierten Regelungsansatz, und Vorgeben eines sich zeitlich ändernden Werts für den Drehmomentstromsollwert und eines zeitlich konstanten Werts für den Feldstromsollwert in einem sich von dem Normalbetriebszustand unterscheidenden Heizbetriebszustand, – Ermitteln von Ansteuersignalen in Abhängigkeit des Drehmomentstromsollwerts und des Feldstromsollwerts, und – Bereitstellen der Ansteuersignale zum Ansteuern des Wechselrichters.A method for driving a vehicle-mounted synchronous machine, wherein the synchronous machine comprises a rotor and a stator, the vehicle further comprising an energy supply unit and an inverter, wherein the synchronous machine is connected by appropriately driving the inverter via this with the energy supply unit, with the following in a drive device running steps: Determining a torque current command value for a torque-forming current and a field current command value for a field-forming current as a function of a default value in a normal operating state according to a field-oriented control approach, and setting a time-varying value for the torque current command value and a time-constant value for the field current command value in a of the Normal operating state different heating mode, Determining drive signals as a function of the torque current setpoint and the field current setpoint, and - Providing the drive signals for driving the inverter.
DE102016212852.3A 2016-07-14 2016-07-14 Drive device for a and method for driving a vehicle arranged in a synchronous machine Pending DE102016212852A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016212852.3A DE102016212852A1 (en) 2016-07-14 2016-07-14 Drive device for a and method for driving a vehicle arranged in a synchronous machine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016212852.3A DE102016212852A1 (en) 2016-07-14 2016-07-14 Drive device for a and method for driving a vehicle arranged in a synchronous machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102016212852A1 true DE102016212852A1 (en) 2018-01-18

Family

ID=60782652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102016212852.3A Pending DE102016212852A1 (en) 2016-07-14 2016-07-14 Drive device for a and method for driving a vehicle arranged in a synchronous machine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102016212852A1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018201847A1 (en) * 2018-02-06 2019-08-08 Ziehl-Abegg Se Method for heating an electric motor, and motor system and fan
EP3686046A1 (en) 2019-01-24 2020-07-29 Audi AG Heating operation of an electric drive system of a vehicle
WO2021115712A1 (en) * 2019-12-10 2021-06-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for operating an electric machine of a motor vehicle, system and motor vehicle
WO2023194326A1 (en) * 2022-04-04 2023-10-12 Vitesco Technologies GmbH Method and apparatus for generating input variables for field-oriented control
DE102022204631A1 (en) 2022-05-11 2023-11-16 Volkswagen Aktiengesellschaft Heat provision for a stationary electric vehicle
DE102021003612B4 (en) 2021-07-13 2024-03-14 Hochschule Offenburg (Körperschaft des öffentlichen Rechts) Method for operating a battery-electric vehicle

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012224071A1 (en) * 2012-12-20 2014-06-26 Siemens Aktiengesellschaft Heating for electric vehicles and method for their control
DE102014217959A1 (en) * 2014-09-09 2016-03-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method and air conditioning device for air conditioning an interior of an electrically driven vehicle

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012224071A1 (en) * 2012-12-20 2014-06-26 Siemens Aktiengesellschaft Heating for electric vehicles and method for their control
DE102014217959A1 (en) * 2014-09-09 2016-03-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method and air conditioning device for air conditioning an interior of an electrically driven vehicle

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018201847A1 (en) * 2018-02-06 2019-08-08 Ziehl-Abegg Se Method for heating an electric motor, and motor system and fan
EP3686046A1 (en) 2019-01-24 2020-07-29 Audi AG Heating operation of an electric drive system of a vehicle
DE102019200863A1 (en) 2019-01-24 2020-07-30 Audi Ag Heating operation of an electric drive system of a vehicle
WO2021115712A1 (en) * 2019-12-10 2021-06-17 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for operating an electric machine of a motor vehicle, system and motor vehicle
US20220402403A1 (en) * 2019-12-10 2022-12-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Method for Operating an Electric Machine of a Motor Vehicle, System and Motor Vehicle
DE102021003612B4 (en) 2021-07-13 2024-03-14 Hochschule Offenburg (Körperschaft des öffentlichen Rechts) Method for operating a battery-electric vehicle
WO2023194326A1 (en) * 2022-04-04 2023-10-12 Vitesco Technologies GmbH Method and apparatus for generating input variables for field-oriented control
DE102022204631A1 (en) 2022-05-11 2023-11-16 Volkswagen Aktiengesellschaft Heat provision for a stationary electric vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016212852A1 (en) Drive device for a and method for driving a vehicle arranged in a synchronous machine
DE112012003134B4 (en) Inverter device
DE102008036013B4 (en) Absolute position sensor for field-oriented control of an induction motor
DE102008058434B4 (en) Motor drive device for a power steering system
DE102016206765B4 (en) Device and method for controlling a synchronous machine arranged in a vehicle
DE102010030210A1 (en) Methods and apparatus for diagnosing stator windings in an electric motor
DE102007025210A1 (en) Motor controller for hybrid vehicle, has voltage difference reduction control unit implementing supply voltage variation when motors are driven to vary voltage for actuating motors to reduce difference between phase and reference voltages
EP3145746B1 (en) Method for control of braking system
DE102011017464A1 (en) Method for operating a vehicle
DE102009046583A1 (en) Method for plausibilizing the torque of an electrical machine and machine controller for controlling an electrical machine and for carrying out the method
DE102010042953A1 (en) Method and system for initiating the operation of an electric motor
DE102012215008A1 (en) System and method for current estimation for the operation of electric motors
DE102012209036A1 (en) Rotor temperature estimation for an electric vehicle
DE102012215042A1 (en) Control device of electric rotary machine
DE102007034755A1 (en) Engine control for a vehicle
WO2016055197A1 (en) Control device for an electric machine, a vehicle, and a method
WO2010049058A2 (en) Method for adjusting an electrical drive and motor vehicle
DE102010043492A1 (en) Control method for stator and rotor in electric machine that is utilized in pure electric car and hybrid vehicles, involves reducing reference torque by torque value if one of reference values reaches or exceeds corresponding maximum values
DE102007033791B4 (en) Engine control device and engine control method
DE102004037584A1 (en) drive unit
EP2664059B1 (en) Method and device for operating an externally excited electric machine
DE102007037884A1 (en) Motor controller
EP2609444B1 (en) Method and device for controlling a synchronous machine
DE102010050344A1 (en) Method for designing controller structure for field-oriented controlling induction machine i.e. synchronous machine, in power train i.e. hybrid drive train, of motor vehicle i.e. motor car, involves deriving dice to control machine
DE10031215A1 (en) Controller for electrical power steering has torque sensor, auxiliary steering force motor and control unit that controls or regulates motor in response to steering torque information

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed