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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs.
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Die
DE 199 05 457 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Ansteuerung eines Pulswechselrichters zur Ansteuerung einer elektrischen Maschine, wobei der Pulswechselrichter in Vollbrückenschaltung aufgebaut ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, sodass ein besonders großer Betriebsbereich der Antriebseinrichtung realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, weist die Antriebseinrichtung wenigstens eine permanenterregte elektrische Maschine auf, welche zumindest eine Permanentmagneteinrichtung und wenigstens zwei Phasensysteme umfasst. Das jeweilige Phasensystem weist dabei mehrere Phasen auf. Insbesondere weist das jeweilige Phasensystem vorzugweise mehr als zwei Phasen auf. Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das jeweilige Phasensystem wenigstens oder genau drei Phasen aufweist. Die Permanentmagneteinrichtung ist beispielsweise als ein Permanentmagnet ausgebildet oder die Permanentmagneteinrichtung umfasst wenigstens einen Permanentmagnet oder mehrere Permanentmagnet.
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Um nun einen besonders großen Betriebsbereich der Antriebseinrichtung, insbesondere der elektrischen Maschine, realisieren zu können, sodass beispielsweise ein besonders vorteilhafter Notbetrieb beziehungsweise Notlaufbetrieb der Antriebseinrichtung und somit des Kraftfahrzeugs dargestellt werden kann, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen ersten Schritt, bei welchem die elektrische Maschine zunächst in einem Normalbetrieb betrieben wird. In dem Normalbetrieb sind die wenigstens zwei Phasensysteme aktiviert, sodass beispielsweise in dem Normalbetrieb die wenigstens zwei Phasensysteme jeweils mit elektrischem Strom versorgt werden. Insbesondere werden die wenigstens zwei Phasensysteme dann, wenn sie aktiviert sind, mittels wenigstens oder genau eines Inverters mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt, sodass die jeweiligen Phasen beispielsweise auch als Inverterphasen bezeichnet werden. Dies bedeutet, dass der Inverter das jeweilige aktivierte Phasensystem beziehungsweise die jeweiligen Phasen des jeweiligen aktivierten Phasensystems mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom speist. Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens wird eines der Phasensysteme deaktiviert, wenn ein Fehler des einen Phasensystems ermittelt wird. Das eine Phasensystem wird insbesondere derart deaktiviert, dass durch ein Versorgen des einen Phasensystems beziehungsweise der Phasen des einen Phasensystems die elektrische Maschine in einem Fehlerbetrieb betrieben wird, in welchem das eine Phasensystem deaktiviert ist, während das andere Phasensystem aktiviert ist. Dabei wird in dem Fehlerbetrieb das andere, aktivierte Phasensystem derart betrieben, dass ein feldschwächender und insbesondere von dem anderen Phasensystem bereitgestellter elektrischer Strom, welcher einen magnetischen Fluss der Permanentmagneteinrichtung gegenüber dem Normalbetrieb schwächt, gegenüber dem Normalbetrieb erhöht ist, wodurch in dem Fehlerbetrieb eine Klemmenspannung der elektrischen Maschine gegenüber dem Normalbetrieb geringer beziehungsweise herabgesetzt ist. Das andere Phasensystem stellt beispielsweise den feldschwächenden elektrischen Strom durch Betreiben des anderen Phasensystems, das heißt dadurch, bereit, dass das andere Phasensystem in dem Fehlerbetrieb aktiviert ist.
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Der Erfindung liegt insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Zur Steigerung der maximalen Leistung der Zuverlässigkeit von elektrischen Maschinen werden zukünftig immer häufiger elektrische Maschinen mit mehr als drei Phasen angedacht, wobei eine solche elektrische Maschine mit mehr als drei Phasen auch als mehrphasige Maschine bezeichnet wird. Das jeweilige Phasensystem wird auch als Teilsystem bezeichnet, wobei die Phasensysteme beispielsweise magnetisch miteinander gekoppelt sind. Beispielsweise weist die elektrische Maschine x mal drei Phasen auf, wobei mit x eine gegenüber 1 größere, ganze positive Zahl bezeichnet ist. Bei elektrischen Maschinen mit x mal drei Phasen kann die elektrische Maschine bei bestimmten Fehlerfällen unterhalb ihrer Grunddrehzahl weiter betrieben werden, indem beziehungsweise wenn das fehlerhafte Teilsystem deaktiviert wird.
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Üblicherweise gibt es zwischen dem Wechselrichter, der die elektrische Maschine speist, und der elektrischen Maschine selbst keine Schaltelemente wie beispielsweise Schütze. Dadurch kann eine Deaktivierung eines der Teilsysteme nur dadurch erfolgen, dass die Inverterphasen des zu deaktivierenden Teilsystems deaktiviert werden. Die elektrische Maschine weist dabei üblicherweise eine sogenannte Eckdrehzahl auf. Die Eckdrehzahl ist vereinfacht ausgedrückt die Drehzahl, bei der die induzierte Spannung der elektrischen Spannung der elektrischen Maschine so groß wird, dass sie über die Dioden des Inverters eine Rückspeisung in den Zwischenkreis bewirken. Oberhalb dieser Eckdrehzahl ist das beschriebene Deaktivieren des Teilsystems über das Deaktivieren der Inverterphasen nicht mehr möglich, da ab hier kein Drehmoment mehr gestellt, das heißt von der elektrischen Maschine bereitgestellt werden kann. Außerdem ist auch ein elektrisches Kurzschließen des betroffenen, zu deaktivierenden Teilsystems nicht zielführend, da dies sogar über den gesamten Drehzahlbereich ebenfalls dazu führt, dass zumindest nahezu kein Drehmoment gestellt werden kann.
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Daher sieht die Erfindung vor, das andere, verbleibende und funktionsfähige Teilsystem beziehungsweise die verbleibenden, funktionsfähigen anderen Teilsysteme so zu betreiben, dass hierüber eine Schwächung des magnetischen Flusses der Permanentmagneteinrichtung gegenüber dem Normalbetrieb erreicht wird. Dies geschieht über eine Erhöhung des sogenannten feldschwächenden Stroms, welcher beispielsweise entsprechend der aus der Literatur bekannten Park-Transformation der sogenannte d-Strom ist. Der gegenüber dem Normalbetrieb größere, auch als Feldschwächstrom bezeichnete, feldschwächende Strom bewirkt, dass die Klemmenspannung der elektrischen Maschine in dem Fehlerbetrieb gegenüber dem Normalbetrieb abnimmt beziehungsweise geringer ist. Hierdurch verschiebt sich die Eckdrehzahl, insbesondere hin zu höheren Werten. Hierdurch kann ein besonders großer Betriebsbereich realisiert werden, in welchem fehlerhafte Teilsysteme der elektrischen Maschine deaktiviert werden können und dennoch die elektrische Maschine hinreichend große Drehmomente, insbesondere zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, bereitstellen kann.
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Die elektrische Maschine wird somit derart in dem Fehlerbetrieb betrieben beziehungsweise derart von dem Normalbetrieb in den Fehlerbetrieb überführt, dass das eine Phasensystem deaktiviert wird, sodass der feldschwächende, beispielsweise von dem anderen Phasensystem durch dessen Betrieb bereitgestellte elektrische Strom gegenüber dem Normalbetrieb erhöht wird.
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Hierdurch ist es beispielsweise möglich, dass das Kraftfahrzeug, welches in dem Normalbetrieb mittels der elektrischen Maschine elektrisch angetrieben wird, auch in dem Fehlerbetrieb elektrisch mittels der elektrischen Maschine angetrieben werden kann. In der Folge kann beispielsweise trotz eines Fehlers der elektrischen Maschine das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine zu einer Werkstatt gefahren und dort gewartet beziehungsweise repariert werden
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 Diagramme zum Veranschaulichen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs; und
- 2 ein weiteres Diagramm zum Veranschaulichen des Verfahrens.
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1 zeigt Diagramme 10 und 12, anhand derer im Folgenden ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung eines beispielsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildeten Kraftfahrzeugs erläutert wird. Die Antriebseinrichtung weist eine permanenterregte elektrische Maschine auf, welche beispielsweise einen Stator und einen Rotor umfasst. Der Rotor ist von dem Stator antreibbar und dadurch um eine Drehachse relativ zu dem Stator drehbar. Die elektrische Maschine umfasst dabei zumindest eine Permanentmagneteinrichtung, welche als ein Permanentmagnet ausgebildet ist oder wenigstens einen Permanentmagnet oder mehrere Permanentmagnete umfasst. Die Permanentmagneteinrichtung ist beispielsweise Bestandteil eines Rotors beziehungsweise mit dem Rotor mitdrehbar. Darüber hinaus umfasst die elektrische Maschine wenigstens zwei Phasensysteme, welche jeweils mehrere Phasen umfassen. Die Phasensysteme sind beispielsweise Bestandteile des Stators beziehungsweise an dem Stator gehalten. Beispielsweise weist das jeweilige, auch als Teilsystem bezeichnete Phasensystem wenigstens oder genau drei Phasen auf. Die Antriebseinrichtung kann darüber hinaus einen auch als Wechselrichter bezeichneten Inverter umfassen, über welchen die Phasensysteme beziehungsweise die jeweiligen Phasen des jeweiligen Phasensystems mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt werden. Zumindest oder genau eine Phase des jeweiligen Phasensystems, mehrere Phasen des jeweiligen Phasensystems oder alle Phasen des jeweiligen Phasensystems werden daher auch als Inverterphasen bezeichnet. Durch das Versorgen des jeweiligen Phasensystems mit elektrischem Strom wird beispielsweise der Rotor über die Permanentmagneteinrichtung von dem Phasensystem beziehungsweise von dem Stator angetrieben und dadurch um die Drehachse relativ zu dem Stator gedreht. Während eines Betriebs der elektrischen Maschine, während welchem der Rotor von dem Stator angetrieben wird, dreht sich somit der Rotor um die Drehachse relativ zu dem Stator mit einer gegenüber 0 größeren Drehzahl. Außerdem stellt die elektrische Maschine hierbei über den Rotor wenigstens ein Drehmoment bereit, mittels welchem beispielsweise das Kraftfahrzeug elektrisch angetrieben werden kann. Dabei weist das jeweilige Diagramm 10 beziehungsweise 12 eine Abszisse 14 auf, auf welcher die Drehzahl des Rotors aufgetragen ist. Außerdem weist das jeweilige Diagramm 10 beziehungsweise 12 eine Ordinate 16 auf, auf welcher das von der elektrischen Maschine über den Rotor bereitgestellte Drehmoment aufgetragen ist. Außerdem ist in das jeweilige Diagramm 10 beziehungsweise 12 eine sogenannte Eckdrehzahl 18 der elektrischen Maschine eingetragen.
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In das Diagramm 10, welches ein herkömmliches Verfahren zum Betreiben einer herkömmlichen elektrischen Maschine veranschaulicht, ist ein Verlauf 20 eingetragen. Zwischen dem Verlauf 20 und der Abszisse 14 des Diagramms 10 sowie zwischen der Ordinate 16 und der Eckdrehzahl 18 erstreckt sich ein Betriebsbereich B der herkömmlichen elektrischen Maschine, die in dem Betriebsbereich B betrieben werden beziehungsweise hinreichend große Drehmomente oder überhaupt Drehmomente bereitstellen kann. Aus 1 ist erkennbar, dass der Betriebsbereich B entlang der Abszisse 14 hin zu höheren Drehzahlen durch die Eckdrehzahl 18 begrenzt ist.
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Der Verlauf 20 ist auch in das Diagramm 12 eingetragen. In das Diagramm 12 ist darüber hinaus ein weiterer Verlauf 22 eingetragen, welcher entlang der Abszisse 14 zwischen der Eckdrehzahl 18 und dem Verlauf 20 verläuft. Somit erstreckt sich der Verlauf 22 entlang der Abszisse 14 über die Eckdrehzahl 18 hinaus. Dabei ist in das Diagramm 12 ein Betriebsbereich C eingetragen, welcher mittels des zuvor genannten Verfahrens realisiert werden kann. Der Betriebsbereich C ist entlang der Abszisse 14 wesentlich größer als der Betriebsbereich B, sodass durch das Verfahren realisiert werden kann, dass die elektrische Maschine auch über die Eckdrehzahl 18 hinaus hinreichend hohe Drehmomente, insbesondere zum elektrischen Antreiben des Kraftfahrzeugs, bereitstellen kann.
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Bei dem Verfahren wird die elektrische Maschine zunächst in einem Normalbetrieb betrieben, in welchem die wenigstens zwei Phasensysteme aktiviert sind. Wird ein Fehler eines der Phasensysteme ermittelt, so wird das eine Phasensystem deaktiviert. Darüber hinaus wird dann die elektrische Maschine in einem Fehlerbetrieb betrieben, in welchem das eine Phasensystem deaktiviert ist, während das andere Phasensystem aktiviert ist. In dem Fehlerbetrieb wird das andere Phasensystem derart betrieben, dass ein feldschwächender elektrischer Strom, welcher einen magnetischen Fluss der Permanentmagneteinrichtung gegenüber dem Normalbetrieb schwächt, gegenüber dem Normalbetrieb erhöht ist, wodurch in dem Fehlerbetrieb eine Klemmenspannung der elektrischen Maschine gegenüber dem Normalbetrieb geringer ist. Da in der Regel zwischen dem Inverter, der die elektrische Maschine mit elektrischem Strom speist, und der elektrischen Maschine selbst keine Schaltelemente vorgesehen sind, kann eine Deaktivierung eines der Teilsysteme üblicherweise nur dadurch erfolgen, dass die Inverterphasen des zu deaktivierenden Teilsystems deaktiviert werden. Hieraus resultiert üblicherweise der in dem Diagramm 10 gezeigte Betriebsbereich B bei Fehlerhaftigkeit eines der Teilsysteme. Ein solches Deaktivieren eines Teilsystems ist oberhalb der Eckdrehzahl 18 üblicherweise nicht mehr möglich, da hier kein Drehmoment mehr gestellt werden kann. Dadurch, dass die Klemmenspannung durch Überführen der elektrischen Maschine von einem Normalbetrieb in den Fehlerbetrieb abnimmt, verschiebt sich die Eckdrehzahl im Vergleich zur herkömmlichen elektrischen Maschine beziehungsweise im Vergleich zum Normalbetrieb hin zu höheren Drehzahlen. Somit veranschaulicht beispielsweise in dem Diagramm 12 die dort eingetragene Eckdrehzahl 18 nicht die Eckdrehzahl der gemäß dem beschriebenen Verfahren betriebenen elektrischen Maschine, sondern die Eckdrehzahl einer herkömmlichen Maschine. Somit veranschaulicht beispielsweise der Verlauf 22 die Eckdrehzahl der elektrischen Maschine, welche mittels des beschriebenen Verfahrens betrieben wird. Die Eckdrehzahl, die durch den Verlauf 22 veranschaulicht ist, ist dabei wesentlich größer als die Eckdrehzahl 18, sodass der Betriebsbereich C zumindest entlang der Abszisse 14 größer als der Betriebsbereich B ist.
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Da das jeweilige Phasensystem und somit der Stator mit einem elektrischen Strom versorgt und somit von dem elektrischen Strom durchflossen werden, wird der elektrische Strom, mit welchem das jeweilige Phasensystem beziehungsweise der Stator versorgt wird, auch als Statorstrom bezeichnet. Zu Anschauungszwecken wird der Statorstrom in zwei senkrecht zueinander verlaufende und in einem in 2 gezeigten Diagramm 24 veranschaulichte Ströme Id und Iq zerlegt. Der Strom Id wird auch als Längsstrom oder feldbildender Strom bezeichnet, wobei der Strom Iq auch als Querstrom oder momentenbildender Strom bezeichnet wird. In 2 ist ein maximaler Strom mit Imax bezeichnet, wobei die maximale Spannung mit Umax bezeichnet ist. Ein maximales, von der elektrischen Maschine bereitstellbares Drehmoment ist beispielsweise mit Mmax bezeichnet. Mit U1 ist beispielsweise die Klemmenspannung in dem Normalbetrieb bezeichnet, wobei mit U2 die Klemmenspannung im Fehlerbetrieb bezeichnet ist. Mit I1 ist beispielsweise der Statorstrom in dem Normalbetrieb bezeichnet, wobei beispielsweise mit I2 der Statorstrom in dem Fehlerbetrieb bezeichnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Diagramm
- 12
- Diagramm
- 14
- Abszisse
- 16
- Ordinate
- 18
- Eckdrehzahl
- 20
- Verlauf
- 22
- Verlauf
- 24
- Diagramm
- B
- Betriebsbereich
- C
- Betriebsbereich
- Id
- Strom
- Iq
- Strom
- Imax
- maximaler Strom
- I1
- Strom
- I2
- Strom
- Mmax
- maximales Drehmoment
- Umax
- maximale Spannung
- U1
- Klemmenspannung
- U2
- Klemmenspannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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