DE102016215547A1

DE102016215547A1 - Operating point-dependent control of an electrical machine

Info

Publication number: DE102016215547A1
Application number: DE102016215547.4A
Authority: DE
Inventors: Tim Hilden
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2018-02-22

Abstract

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer elektrischen Maschine als Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug, wobei zumindest eine für einen Arbeitspunkt der elektrischen Maschine charakteristische Größe bestimmt wird, und in Abhängigkeit von der für den Arbeitspunkt der elektrischen Maschine charakteristischen Größe zumindest ein Regelparameter der elektrischen Maschine während dem Betrieb der elektrischen Maschine eingestellt wird.One aspect of the invention relates to a method for controlling an electric machine as a drive unit for a motor vehicle, wherein at least one characteristic of an operating point of the electrical machine size is determined, and depending on the characteristic for the operating point of the electrical machine size at least one control parameter of the electrical Machine is set during operation of the electric machine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zur arbeitspunktabhängigen Steuerung einer elektrischen Maschine. The invention relates to a method and a control device for operating point-dependent control of an electrical machine.

Für die Verbesserung der Effizienz und der Umweltverträglichkeit von Fahrzeugen werden zunehmend elektrische Maschinen als Hilfsantrieb (z.B. in Hybridfahrzeugen) beziehungsweise als Hauptantrieb (z.B. in Elektrofahrzeugen mit Batterie oder Brennstoffzelle als Energiespeicher) eingesetzt. For improving the efficiency and environmental compatibility of vehicles, electric machines are increasingly being used as an auxiliary drive (for example in hybrid vehicles) or as a main drive (for example in electric vehicles with battery or fuel cell as energy storage).

Die Eigenschaften der elektrischen Maschine verändern sich mit dem Arbeitspunkt der elektrischen Maschine. The properties of the electric machine change with the operating point of the electric machine.

Bekannte Ansätze zur Steuerung einer elektrischen Maschine weisen den Nachteil auf, dass die elektrische Maschine für einen großen Arbeitsbereich ausgelegt sein muss. Known approaches for controlling an electric machine have the disadvantage that the electric machine must be designed for a large work area.

Aufgrund der Nichtlinearität der verwendeten Materialien ist in einer stromerregten Synchronmaschine (SSM) auch der Zusammenhang zwischen Rotorstrom und Rotorfluss nicht-linear. Dies führt bei gleicher Stellgröße zu unterschiedlichen Reaktionen im Rotorstrom, abhängig vom Arbeitspunkt. Dies erschwert die Reglerauslegung für den Rotorstromregler, da es wünschenswert ist, über einen möglichst großen Arbeitsbereich ein ähnlich Ansprechverhalten des Rotorstroms zu haben. Due to the nonlinearity of the materials used, the relationship between rotor current and rotor flux is non-linear in a current-excited synchronous machine (SSM). This leads to different reactions in the rotor current at the same manipulated variable, depending on the operating point. This complicates the controller design for the rotor current regulator, since it is desirable to have a similar response of the rotor current over the largest possible working range.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Steuervorrichtung anzugeben, die die Nachteile beim Betrieb einer elektrischen Maschine bei unterschiedlichen Arbeitspunkten zumindest mindern. It is an object of the invention to provide a method and a control device that at least reduce the disadvantages of operating an electric machine at different operating points.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können. The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are described in the dependent claims. It should be noted that additional features of a claim dependent on an independent claim without the features of the independent claim or only in combination with a subset of the features of the independent claim may form a separate invention independent of the combination of all features of the independent claim, the subject of an independent claim, a divisional application or a subsequent application. This applies equally to technical teachings described in the specification, which may form an independent invention of the features of the independent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer elektrischen Maschine als Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug, wobei zumindest eine für einen Arbeitspunkt der elektrischen Maschine charakteristische Größe bestimmt wird, und in Abhängigkeit von der für den Arbeitspunkt der elektrischen Maschine charakteristischen Größe zumindest ein Regelparameter eines Reglers der elektrischen Maschine während des Betriebs der elektrischen Maschine eingestellt wird. A first aspect of the invention relates to a method for controlling an electric machine as a drive unit for a motor vehicle, wherein at least one characteristic of an operating point of the electrical machine size is determined, and depending on the characteristic for the operating point of the electrical machine size at least one control parameter of Regulator of the electric machine is set during operation of the electric machine.

Der Arbeitspunkt der elektrischen Maschine kann dabei beispielsweise durch gemessene oder berechnete physikalische Größen charakterisiert werden, die im Zusammenhang mit dem Zustand und/oder dem Betrieb der elektrischen Maschine stehen. The operating point of the electrical machine can be characterized, for example, by measured or calculated physical quantities which are related to the state and / or the operation of the electrical machine.

Alternativ kann der Arbeitspunkt der elektrischen Maschine mittels einer die elektrische Maschine charakterisierenden Kennlinie oder einem die elektrische Maschine charakterisierendem Kennfeld ermittelt werden, wobei der Arbeitspunkt der elektrischen Maschine in diesem Fall dem Punkt auf der Kennlinie und/oder im Kennfeld entspricht, der aufgrund der Eigenschaften der elektrischen Maschine und der auf die elektrische Maschine einwirkenden äußeren Einflüsse eingenommen wird. Durch das Einstellen von zumindest einem Regelparameter eines Reglers der elektrischen Maschine während des Betriebs der elektrischen Maschine kann während des Betriebs der elektrischen Maschine jederzeit zumindest ein Regelparameter eingestellt werden, der zum aktuellen Zeitpunkt eine vergleichsweise gute Regelung der elektrischen Maschine ermöglicht. Alternatively, the operating point of the electric machine can be determined by means of a characteristic characterizing the electrical machine or a characteristic diagram characterizing the electrical machine, the operating point of the electric machine in this case corresponding to the point on the characteristic curve and / or in the characteristic field which, on the basis of the characteristics of the electric machine and the external influences acting on the electric machine is taken. By setting at least one control parameter of a controller of the electric machine during operation of the electric machine, at least one control parameter can be adjusted at any time during operation of the electric machine, which at the present time enables comparatively good control of the electric machine.

Eine vergleichsweise gute Regelung zeichnet sich beispielsweise quantitativ durch vergleichsweise geringe Oszillationen und/oder ein vergleichsweise geringes Überschwingen der Regelgröße des Reglers aus. Ein weiteres Merkmal für eine vergleichweise gute Regelung ist eine ähnliche Reaktion auf dieselbe Eingangsgröße unabhängig vom Arbeitspunkt. A comparatively good control is characterized, for example, quantitatively by comparatively small oscillations and / or a comparatively slight overshoot of the controlled variable of the regulator. Another feature for a comparatively good control is a similar response to the same input regardless of the operating point.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die für den Arbeitspunkt der elektrischen Maschine charakteristische Größe der Anker-, beziehungsweise Rotorstrom der elektrischen Maschine. In an advantageous embodiment, the characteristic for the operating point of the electrical machine size of the armature, or rotor current of the electric machine.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die für den Arbeitspunkt der elektrischen Maschine charakteristische Größe die Temperatur der elektrischen Maschine. In a further advantageous embodiment, the characteristic of the operating point of the electrical machine size is the temperature of the electric machine.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Regeln einer elektrischen Maschine als Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, um zumindest eine für den Arbeitspunkt der elektrischen Maschine charakteristische Größe zu bestimmen, und in Abhängigkeit von der für den Arbeitspunkt der elektrischen Maschine charakteristischen Größe zumindest ein Regelparameter eines Reglers der elektrischen Maschine während dem Betrieb der elektrischen Maschine einzustellen. A second aspect of the invention relates to a control device for controlling an electric machine as a drive unit for a motor vehicle, wherein the control device is set up to determine at least one characteristic of the operating point of the electric machine, and in dependence on that for the operating point of the electric machine characteristic size at least adjust a control parameter of a controller of the electric machine during operation of the electrical machine.

Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt der Erfindung; vorteilhafte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens. An dieser Stelle nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Fahrzeugs entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens. The above statements on the method according to the invention according to the first aspect of the invention also apply correspondingly to the device according to the invention according to the second aspect of the invention; advantageous embodiments of the device according to the invention correspond to the described advantageous embodiments of the method according to the invention. At this point, not explicitly described advantageous embodiments of the vehicle according to the invention correspond to the described advantageous embodiments of the method according to the invention.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt: The invention will be described below with reference to an embodiment with the aid of the accompanying drawings. In this shows:

1 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Regeln einer elektrischen Maschine als Antriebsaggregat für ein Kraftfahrzeug. 1 An embodiment of the method according to the invention for controlling an electric machine as a drive unit for a motor vehicle.

Der Rotorstrom einer elektrischen Maschine EM wird in 1 durch eine Stellgröße U_stell gesteuert, bei der es sich beispielsweise um einen vorgegebenen Spannungswert handelt. The rotor current of an electric machine EM is in 1 controlled by a manipulated variable U _stell , which is, for example, a predetermined voltage value.

Die Stellgröße U_stell wird dabei von einem Regler R vorgegeben, der wiederrum eine Führungsgröße I_soll entgegen nimmt. Neben der Führungsgröße I_soll nimmt der Regler R zusätzlich auch eine Regelgröße I_ist und einen Satz von Regelparametern P_n, bestehend aus zumindest einem Regelparameter entgegen. The manipulated variable U _stell is predetermined by a controller R, which in turn accepts a reference variable I _soll . In addition to the reference variable I _soll , the controller R additionally assumes a controlled variable I _ist and a set of control parameters P _n , consisting of at least one control parameter.

Dieser Satz von Regelparametern P_n wird durch eine Steuervorrichtung SV in Abhängigkeit von zumindest einer Größe AP bestimmt, die für den Arbeitspunkt der elektrischen Maschine EM charakteristisch ist. This set of control parameters P _n is determined by a control device SV as a function of at least one quantity AP, which is characteristic of the operating point of the electric machine EM.

Claims

Method for controlling an electric machine (EM) as a drive unit for a motor vehicle, wherein - at least one characteristic for an operating point of the electric machine (EM) variable (AP) is determined, and - in dependence on the operating point of the electric machine (EM ) characteristic size (AP) at least one control parameter (P _n ) of a controller of the electric machine (EM) during operation of the electric machine (EM) is set.

Method according to one of the preceding claims, wherein the characteristic for the working point of the electric machine (EM) size (AP) is the armature current of the electric machine (EM).

Method according to one of the preceding claims, wherein the characteristic for the operating point of the electric machine (EM) size (AP) is the temperature of the electric machine (EM).

Control device (SV) for controlling an electric machine (EM) as a drive unit for a motor vehicle, wherein the control device (SV) is set up to: - determine at least one characteristic variable (AP) for the operating point of the electric machine (EM), and depending on the characteristic for the operating point of the electrical machine (EM) characteristic size (AP) at least one control parameter (P _n ) of a controller of the electric machine (EM) during operation of the electric machine (EM).