DE102018207005A1 - System for operating an electric machine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (2) zum Betreiben einer Elektromaschine (10), die zum Antreiben eines Fahrzeugs ausgebildet ist, wobei das Fahrzeug folgende Komponenten aufweist: einen Antriebsstrang, der von der Elektromaschine (10) angetrieben wird, mindestens ein Rad (13) als erste mechanische Last, die über eine erste Kupplung (21) an den Antriebsstrang ankoppelbar ist, und mindestens eine zweite mechanische Last, die über eine jeweilige zweite Kupplung an den Antriebsstrang ankoppelbar und über ein jeweiliges Stellglied ansteuerbar ist, wobei das System (2) dazu ausgebildet ist, bei Schließen der jeweiligen zweiten Kupplung (23) von der Elektromaschine (10) Drehmoment zu der mindestens einen zweiten mechanischen Last zu übertragen, wobei das jeweilige Stellglied dazu ausgebildet ist, einen Wert des übertragenen Drehmoments zu regeln.

Figure DE102018207005A1_0000
The invention relates to a system (2) for operating an electric machine (10), which is designed to drive a vehicle, the vehicle comprising the following components: a drive train, which is driven by the electric machine (10), at least one wheel (13) as a first mechanical load, which can be coupled to the drive train via a first clutch (21), and at least one second mechanical load, which can be coupled to the drive train via a respective second clutch and controlled via a respective actuator, wherein the system (2) configured to transmit torque to the at least one second mechanical load from the electric machine (10) upon closure of the respective second clutch (23), wherein the respective actuator is configured to control a value of the transmitted torque.
Figure DE102018207005A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Betreiben einer Elektromaschine.The invention relates to a system and a method for operating an electric machine.

Bei einem aktuellen Antriebskonzept für ein Elektrofahrzeug bzw. Elektroauto wird ein elektrischer Antriebsmotor lediglich für einen Vortrieb des Elektrofahrzeugs verwendet. Für eine Klimatisierung eines Innenraums des Elektrofahrzeugs wird ein separater elektrischer Klimakompressor verwendet, der direkt über eine Hochvoltbatterie des Elektrofahrzeugs versorgt wird. Somit ist es möglich, den elektrischen Antriebsmotor und den elektrischen Klimakompressor als Komponenten des Elektrofahrzeugs maximal unabhängig voneinander zu betreiben. Allerdings muss hierbei für jede Komponente jeweils eine Leistungselektronik verbaut und betrieben werden, wodurch höhere Verluste als notwendig erzeugt werden.In a current drive concept for an electric vehicle or electric car, an electric drive motor is used only for propulsion of the electric vehicle. For air conditioning of an interior of the electric vehicle, a separate electric air conditioning compressor is used, which is powered directly via a high-voltage battery of the electric vehicle. Thus, it is possible to operate the electric drive motor and the electric air compressor as components of the electric vehicle maximum independently of each other. However, in each case a power electronics must be installed and operated for each component, whereby higher losses than necessary are generated.

Die Druckschrift AT 512 443 B1 beschreibt einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit zumindest einer ersten elektrischen Maschine, deren Motorwelle mit einer Antriebswelle der Brennkraftmaschine über ein mechanisches Getriebe antriebsverbindbar ist.The publication AT 512 443 B1 describes a drive train for a vehicle with an internal combustion engine with at least one first electric machine whose motor shaft is drive-connected to a drive shaft of the internal combustion engine via a mechanical transmission.

Ein Verfahren zum Betreiben eines Klimakompressors einer Klimaanlage ist in der Druckschrift DE 10 2005 022 210 B4 beschrieben. Dabei ist ein Elektromotor mit einem Elektro-Energiespeicher verbunden und in einem von einer Brennkraftmaschine zu einem Getriebe geführten Antriebsstrang integriert.A method for operating an air conditioning compressor of an air conditioner is in the document DE 10 2005 022 210 B4 described. In this case, an electric motor is connected to an electric energy storage and integrated in a guided from an internal combustion engine to a transmission drive train.

Eine Anordnung zur Anbindung eines Nebenaggregatantriebs an einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs ist aus der Druckschrift DE 10 2014 212 874 A1 bekannt. Dabei ist der Nebenaggregatantrieb an eine Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors angebunden.An arrangement for connecting an accessory drive to a drive train of a vehicle is from the document DE 10 2014 212 874 A1 known. In this case, the accessory drive is connected to a crankshaft of an internal combustion engine.

Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, einen Betrieb einer Elektromaschine eines Fahrzeugs zu verbessern.Against this background, it was an object to improve an operation of an electric machine of a vehicle.

Diese Aufgabe wird mit einem System und einem Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausführungsformen des Systems und des Verfahrens gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.This object is achieved by a system and a method having the features of the independent patent claims. Embodiments of the system and method are evident from the dependent claims.

Das erfindungsgemäße System ist zum Betreiben einer Elektromaschine, die zum Antreiben eines Fahrzeugs ausgebildet ist, vorgesehen. Das System weist als Komponenten einen Antriebsstrang, der von der Elektromaschine angetrieben wird bzw. anzutreiben ist, mindestens ein Rad zum Fortbewegen des Fahrzeugs als erste mechanische Last, das bzw. die über eine erste Kupplung an den Antriebsstrang ankoppelbar ist, und mindestens eine zweite, weitere mechanische Last, die über eine jeweilige zweite, weitere Kupplung an den Antriebsstrang ankoppelbar und über ein bspw. in der mindestens einen zweiten mechanischen Last vorgesehenes jeweiliges, bspw. als Taumelscheibe ausgebildetes, Stellglied ansteuerbar ist, auf. Das System ist dazu ausgebildet, bei Schließen der jeweiligen zweiten, weiteren Kupplung von der Elektromaschine Drehmoment zu der mindestens einen zweiten mechanischen Last zu übertragen. Das jeweilige Stellglied, bspw. die Taumelscheibe, ist als Übersetzer des Drehmoments dazu ausgebildet, einen Wert des übertragenen Drehmoments zu regeln.The system according to the invention is intended for operating an electric machine, which is designed to drive a vehicle. The system includes as components a powertrain driven by the electric machine, at least one wheel for propelling the vehicle as a first mechanical load to be coupled to the powertrain via a first clutch, and at least one second, Further mechanical load, which can be coupled via a respective second, further coupling to the drive train and via an example. In the at least one second mechanical load provided respective, for example, designed as a swash plate, actuator is controlled on. The system is designed to transmit torque to the at least one second mechanical load when the respective second, further clutch is closed by the electric machine. The respective actuator, for example, the swash plate, is designed as a translator of the torque to control a value of the transmitted torque.

Das jeweilige Stellglied, das bspw. als Taumelscheibe ausgebildet ist, ist in möglicher Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems in der zweiten Last angeordnet und/oder als Teil der zweiten Last ausgebildet.The respective actuator, for example, is designed as a swash plate, is arranged in a possible embodiment of the system according to the invention in the second load and / or formed as part of the second load.

In Ausgestaltung ist die zu betreibende Elektromaschine auch eine Komponente des erfindungsgemäßen Systems.In an embodiment, the electric machine to be operated is also a component of the system according to the invention.

Mit dem System ist durch Einstellen bzw. Verstellen des jeweiligen Stellglieds (Taumelscheibe) eine Verdichtungsleistung der mindestens einen zweiten mechanischen Last zu regeln bzw. regelbar, wobei mit der Verdichtungsleistung in Ausgestaltung eine zusätzliche mechanische Belastung der Elektromaschine eingestellt wird, wobei bzw. wodurch das an die mindestens eine zweite, weitere mechanische Last übertragene Drehmoment zu regeln bzw. regelbar ist bzw. geregelt wird.By adjusting or adjusting the respective actuator (swash plate) with the system, a compression capacity of the at least one second mechanical load to regulate or regulated, with the compaction performance in an embodiment, an additional mechanical load of the electric machine is set, and or whereby the on the at least one second, further mechanical load transmitted torque to regulate or is regulated or regulated.

Das System weist in Ausgestaltung ein Steuergerät auf, in dem ein Kennfeld für einen Wirkungsgrad der Elektromaschine abgelegt ist, wobei das Steuergerät dazu ausgebildet ist, einen insbesondere aktuellen, bspw. ursprünglichen Betriebspunkt der Elektromaschine auf dem Kennfeld mit einem wirkungsgradoptimalen Betriebspunkt, bspw. einem lokalen oder globalen Hochpunkt bzw. einem lokalen oder globalen Maximum des Kennfelds, zu vergleichen und den aktuellen Betriebspunkt durch Öffnen der jeweiligen zweiten Kupplung, oder durch Schließen der jeweiligen zweiten Kupplung und durch Einstellen des jeweiligen Stellglieds zu dem wirkungsgradoptimalen Betriebspunkt zu verschieben. Das Kennfeld beschreibt in einer 3D-Darstellung einen funktionalen Zusammenhang bzw. Abhängigkeit zwischen Drehzahl, Drehmoment und Wirkungsgrad der Elektromaschine. In der Regel ist die Elektromaschine bei einer gegebenen, d. h. festen bzw., bspw. von einem Fahrer, eingestellten Drehzahl zu betreiben, so dass eine zweidimensionale Abhängigkeit zwischen Drehmoment und Wirkungsgrad zu betrachten ist, um einen optimalen Wirkungsgrad, in der Regel maximalen Wirkungsgrad, der Elektromaschine bei gegebener Drehzahl einzustellen.The system has in design a control unit in which a map for efficiency of the electric machine is stored, wherein the control device is adapted to a particular current, for example. Original operating point of the electric machine on the map with an efficiency optimal operating point, eg. A local or global peak or a local or global maximum of the map to compare and move the current operating point by opening the respective second clutch, or by closing the respective second clutch and by setting the respective actuator to the efficiency optimal operating point. The map describes in a 3D representation of a functional relationship or dependence between speed, torque and efficiency of the electric machine. In general, the electric machine is at a given, ie fixed or, for example, operated by a driver, set speed, so that a two-dimensional dependence between torque and efficiency is to be considered, to optimum efficiency, as a rule maximum efficiency, set the electric machine at a given speed.

Die mindestens eine zweite mechanische Last ist als Kompressor, insbesondere Klimakompressor oder Luftkompressor, oder Pumpe und somit bspw. als Arbeitsmaschine, insbesondere zum Behandeln, d. h. Fördern, Verdrängen und/oder Komprimieren bzw. Verdichten eines flüssigen oder gasförmigen Mediums ausgebildet und weist in der Regel die Taumelscheibe als Stellglied auf. Durch Einstellen bzw. Verstellen des Stellglieds wird die Verdichtungsleistung der zweiten mechanischen Last variiert, wobei bzw. wodurch eine Übersetzung des Drehmoments von der Elektromaschine zu der mindestens einen zweiten mechanischen Last eingestellt wird.The at least one second mechanical load is as a compressor, in particular air conditioning compressor or air compressor, or pump and thus, for example. As a working machine, in particular for treating, d. H. Conveying, displacing and / or compressing or compressing a liquid or gaseous medium formed and usually has the swash plate as an actuator. By adjusting the actuator, the compression power of the second mechanical load is varied, whereby a translation of the torque from the electric machine to the at least one second mechanical load is adjusted.

Die Taumelscheibe als Stellglied der zweiten mechanischen Last und somit des Kompressors ist unter einem variabel einstellbaren Winkel α relativ zu einem Kolben, insbesondere einem Verdichterkolben, des Kompressors positioniert. Durch Einstellen bzw. Verstellen dieses Winkels α wird ein Hub des Verdichterkolbens und somit eine Verdichtungsleistung des Kompressors eingestellt. Dabei ist die Förderleistung unabhängig von der Drehzahl. Weiterhin wird das zu übersetzende bzw. zu übertragende Drehmoment abhängig von dem Winkel α geregelt. Eine Leistung zum Fördern des Mediums durch den Kompressor sowie der Hub des Kompressors sind umso größer, je größer der Winkel α ist. Falls α = 0°, ist die Leistung zum Fördern des Mediums 0. In diesem Fall kann die zweite Kupplung geöffnet werden, um etwaige Schleppverluste zu entkoppeln.The swash plate as an actuator of the second mechanical load and thus of the compressor is positioned at a variably adjustable angle α relative to a piston, in particular a compressor piston, of the compressor. By adjusting or adjusting this angle α, a stroke of the compressor piston and thus a compression capacity of the compressor is set. The delivery rate is independent of the speed. Furthermore, the torque to be translated or transmitted is regulated as a function of the angle α. A power for conveying the medium through the compressor and the stroke of the compressor are greater, the greater the angle α. If α = 0 °, the power to convey the medium is 0. In this case, the second clutch can be opened to decouple any drag losses.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betreiben einer Elektromaschine vorgesehen, die zum Antreiben eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Das Fahrzeug weist als Komponenten die Elektromaschine, einen Antriebsstrang, der von der Elektromaschine angetrieben wird, mindestens ein Rad als erste mechanische Last, die über eine erste Kupplung an den Antriebsstrang ankoppelbar ist bzw. angekoppelt wird, und mindestens eine zweite, weitere mechanische Last, die über eine jeweilige zweite, weitere Kupplung an den Antriebsstrang ankoppelbar ist bzw. angekoppelt wird und über ein jeweiliges Stellglied ansteuerbar ist bzw. angesteuert wird, auf. Bei dem Verfahren wird ein aktueller Betriebspunkt der Elektromaschine und ein wirkungsgradoptimaler Betriebspunkt für die Elektromaschine bestimmt. In Abhängigkeit einer relativen Lage des aktuellen Betriebspunkts zu dem wirkungsgradoptimalen Betriebspunkt wird die jeweilige zweite Kupplung geschlossen oder geöffnet, wobei bei bzw. durch Schließen der jeweiligen zweiten Kupplung von der Elektromaschine neben Drehmoment, das an die erste mechanische Last übertragen wird, zu der mindestens einen zweiten mechanischen Last zusätzlich Drehmoment übertragen wird. Bei geschlossener jeweiliger zweiter Kupplung wird mit dem jeweiligen Stellglied ein Wert des von der Elektromaschine zu der mindestens einen zweiten mechanischen Last zu übertragenden Drehmoments geregelt und/oder eingestellt, und das Drehmoment von der Elektromaschine zu der mindestens einen zweiten Last entsprechend dem eingestellten und/oder geregelten Wert übertragen.The method according to the invention is provided for operating an electric machine which is designed to drive a vehicle. The vehicle has as components the electric machine, a drive train, which is driven by the electric machine, at least one wheel as the first mechanical load, which is coupled or coupled to the drive train via a first clutch, and at least one second, additional mechanical load, which can be coupled or coupled to the drive train via a respective second, further clutch and can be actuated or actuated via a respective actuator. In the method, a current operating point of the electric machine and an efficiency-optimal operating point for the electric machine is determined. Depending on a relative position of the current operating point to the optimum operating point, the respective second clutch is closed or opened, wherein at or by closing the respective second clutch of the electric machine in addition to torque, which is transmitted to the first mechanical load to the at least one second mechanical load in addition torque is transmitted. When the respective second clutch is closed, a value of the torque to be transmitted from the electric machine to the at least one second mechanical load is regulated and / or adjusted, and the torque from the electric machine to the at least one second load corresponding to the set and / or transferred regulated value.

Das bspw. als Taumelscheibe ausgebildete Stellglied ist üblicherweise in der zweiten mechanischen Last angeordnet.The example designed as a swash plate actuator is usually arranged in the second mechanical load.

Wie voranstehend beschrieben, wird bei dem Verfahren in Ausgestaltung ein Kennfeld verwendet, mit dem eine Abhängigkeit eines Wirkungsgrads der Elektromaschine von dem Drehmoment und einer Drehzahl der Elektromaschine beschrieben wird. Die Elektromaschine wird in dem aktuellen, bspw. ursprünglichen Betriebspunkt mit einem aktuellen, bspw. ursprünglichen Wert der Drehzahl und einem aktuellen, bspw. ursprünglichen Wert des Drehmoments betrieben. Aus dem Kennfeld wird für diesen aktuellen Wert der Drehzahl eine Kennlinie bestimmt, wobei der wirkungsgradoptimale Betriebspunkt in der Regel als Hochpunkt bzw. als Maximum dieser Kennlinie ermittelt wird, d. h. als der Punkt auf der Kennlinie ermittelt wird, bei dem der Wirkungsgrad einen maximalen Wert annimmt. Der diesem maximalen Wert des Wirkungsgrads zugeordnete Wert des Drehmoments auf der Kennlinie wird im Folgenden als wirkungsgradoptimaler Wert des Drehmoments bezeichnet. Außerdem wird der Betriebspunkt, insbesondere Lastpunkt, der Elektromaschine auf der Kennlinie ermittelt, der von dem aktuellen Wert des Drehmoments abhängig ist. Unter Berücksichtigung einer Lage des aktuellen Betriebspunkts relativ zu dem wirkungsgradoptimalen Betriebspunkt wird der aktuelle Wert des Drehmoments in Richtung des wirkungsgradoptimalen Werts bzw. zu dem wirkungsgradoptimalen Wert des Drehmoments verschoben, wobei bzw. wodurch der aktuelle Betriebspunkt auf der Kennlinie in Richtung des bzw. zu dem wirkungsgradoptimalen Betriebspunkt/s verschoben wird.As described above, in the method in the embodiment, a map is used to describe a dependency of an efficiency of the electric machine on the torque and a rotational speed of the electric machine. The electric machine is operated in the current, for example, original operating point with a current, for example, original value of the rotational speed and a current, for example, original value of the torque. From the map, a characteristic curve is determined for this current value of the rotational speed, with the operating point that is optimal in terms of efficiency usually being determined as a high point or as the maximum of this characteristic curve, ie. H. is determined as the point on the characteristic curve at which the efficiency assumes a maximum value. The value of the torque on the characteristic curve associated with this maximum value of the efficiency is referred to below as the efficiency-optimal value of the torque. In addition, the operating point, in particular load point, the electric machine is determined on the characteristic curve, which is dependent on the current value of the torque. Taking into account a position of the current operating point relative to the optimum operating point of operation, the current value of the torque is shifted in the direction of the optimum efficiency value or to the optimum value of the torque, or whereby the current operating point on the characteristic in the direction of or to efficiency optimal operating point / s is shifted.

Während einer Fahrt des Fahrzeugs wird ein erster Anteil des Drehmoments der Elektromaschine über den Antriebsstrang des Fahrzeugs zu dem mindestens einen Rad des Fahrzeugs übertragen. Über das jeweilige Stellglied wird ein zweiter Anteil des Drehmoments der Elektromaschine an die mindestens eine zweite mechanische Last übertragen, wobei dieser zweite Anteil des Drehmoments einen Wert größer oder gleich null aufweist. Dabei wird der zweite Anteil des Drehmoments, das von der Elektromaschine an die mindestens eine zweite mechanische Last übertragen wird, abhängig davon, wie der aktuelle Betriebspunkt verschoben wird, verändert bzw. bestimmt bzw. gesteuert bzw. eingestellt.During a drive of the vehicle, a first portion of the torque of the electric machine is transmitted via the drive train of the vehicle to the at least one wheel of the vehicle. Via the respective actuator, a second portion of the torque of the electric machine is transmitted to the at least one second mechanical load, wherein said second portion of the torque has a value greater than or equal to zero. Here, the second portion of the torque, which is transmitted from the electric machine to the at least one second mechanical load, depending on how the current operating point is moved, changed or determined or controlled or adjusted.

In Ausgestaltung des Verfahrens wird für die Elektromaschine der aktuelle Wert des Drehmoments mit dem wirkungsgradoptimalen Wert des Drehmoments verglichen. In einem ersten Fall, wenn der aktuelle Wert kleiner als der wirkungsgradoptimale Wert ist, wird der aktuelle Wert hin zu dem wirkungsgradoptimalen Wert erhöht und der mindestens einen zweiten mechanischen Last durch Schließen der jeweiligen zweiten Kupplung und/oder durch Einstellen des jeweiligen Stellglieds mehr Drehmoment als im ursprünglich aktuellen Betriebspunkt bereitgestellt. In einem zweiten Fall, wenn der aktuelle Wert des Drehmoments größer als der wirkungsgradoptimale Wert des Drehmoments ist, wird der aktuelle Wert hin zu dem wirkungsgradoptimalen Wert reduziert und der mindestens einen zweiten mechanischen Last durch Einstellen des jeweiligen Stellglieds weniger Drehmoment als im ursprünglich aktuellen Betriebspunkt und/oder durch Öffnen der jeweiligen zweiten Kupplung kein Drehmoment bereitgestellt. In an embodiment of the method, the current value of the torque is compared with the efficiency-optimal value of the torque for the electric machine. In a first case, when the current value is less than the optimum efficiency value, the current value is increased toward the optimum efficiency value and the at least one second mechanical load is increased by closing the respective second clutch and / or adjusting the respective actuator provided in the original current operating point. In a second case, if the current value of the torque is greater than the torque efficiency value, the current value is reduced to the optimum efficiency value and the at least one second mechanical load is less torque by adjusting the respective actuator than at the original operating point and / or no torque is provided by opening the respective second clutch.

In einer aktuellen, bspw. ursprünglichen Betriebssituation der Elektromaschine wird folglich zunächst überprüft, ob die jeweilige zweite Kupplung in der aktuellen, bspw. ursprünglichen Betriebssituation geschlossen oder geöffnet ist. Bei zunächst geschlossener jeweiliger zweiter Kupplung ist der zweite Anteil des übertragenen Drehmoments größer oder gleich null, wobei die jeweilige zweite Kupplung in dem ersten Fall geschlossen bleibt und über das Stellglied, bspw. die Taumelscheibe, das für die mindestens eine zweite Last bereitzustellende Drehmoment gesteuert wird. In dem zweiten Fall wird zunächst bei geschlossener jeweiliger zweiter Kupplung das für die mindestens eine zweite Last bereitzustellende Drehmoment durch Steuerung bzw. Einstellung des Stellglieds, bspw. der Taumelscheibe, in Richtung wirkungsgradoptimalem Drehmoment zumindest reduziert und ggf. die jeweilige zweite Kupplung geöffnet. Bei zunächst geöffneter jeweiliger zweiter Kupplung ist der zweite Anteil des übertragenen Drehmoments gleich null, wobei die jeweilige zweite Kupplung in dem ersten Fall geschlossen wird und in dem zweiten Fall geöffnet bleibt.In a current, for example, original operating situation of the electric machine, it is therefore first checked whether the respective second clutch is closed or opened in the current, for example, the original operating situation. When initially closed respective second clutch, the second portion of the transmitted torque is greater than or equal to zero, wherein the respective second clutch remains closed in the first case and via the actuator, for example. The swash plate is controlled to be provided for the at least one second load torque , In the second case, the torque to be provided for the at least one second load is first at least reduced in the direction of efficiency-optimal torque by controlling or adjusting the actuator, for example the swash plate, and possibly opening the respective second clutch. When the respective second clutch is initially opened, the second component of the transmitted torque is equal to zero, the respective second clutch being closed in the first case and remaining open in the second case.

Die zweite Last ist bspw. als Kompressor bzw. Verdichter, insbesondere als Taumelscheibenverdichter, ausgebildet. Dabei ist es möglich, dass die zweite Last durch Einstellen des Stellglieds entweder intern oder extern geregelt wird. Falls die zweite Last, bspw. der Verdichter, intern geregelt wird, wird die Taumelscheibe als Stellglied anhand eines Druckgefälles des Mediums vor und nach dem Verdichter geregelt. Falls der Verdichter als zweite Last extern geregelt wird, wird die Taumelscheibe als Stellglied ebenfalls extern geregelt. Bei einem extern geregelten Verdichter ist es möglich, einen Gradienten des Drehmoments beliebig zu stellen, so dass eine Zuschaltung der zweiten Last durch Schließen der zweiten Kupplung ruckelfrei möglich ist. Die Zuschaltung bzw. ein Zuschaltvorgang eines intern geregelten Verdichters wird ähnlich durchgeführt, wobei jedoch eine höherer Gradient für das Drehmoment vorgesehen wird, das durch die antreibende Elektromaschine jedoch nicht immer ruckelfrei ausgeregelt werden kann.The second load is, for example, designed as a compressor or compressor, in particular as a swash plate compressor. It is possible that the second load is regulated by adjusting the actuator either internally or externally. If the second load, for example, the compressor, is controlled internally, the swash plate is controlled as an actuator based on a pressure gradient of the medium before and after the compressor. If the compressor is externally controlled as a second load, the swash plate is also externally controlled as an actuator. In an externally controlled compressor, it is possible to arbitrarily set a gradient of the torque, so that a connection of the second load by closing the second clutch is smoothly possible. The connection or a connection operation of an internally controlled compressor is carried out similarly, but with a higher gradient for the torque is provided, which can not always be smoothed out by the driving electric machine smoothly.

Mit einer Ausführungsform des Systems ist bei Durchführung einer Ausführungsform des Verfahrens eine Verbesserung des Wirkungsgrads der Elektromaschine und somit des Fahrzeugs durch Verschiebung des als Lastpunkt zu bezeichnenden und/oder ausgebildeten Betriebspunkts der Elektromaschine möglich, der von einer Batterie als Energiespeicher des Fahrzeugs elektrische Energie bereitgestellt wird. Hierbei wird die zweite mechanische Last, insbesondere der Klimakompressor, an den Antriebsstrang des Fahrzeugs angebunden bzw. über eine jeweilige zweite Kupplung angekoppelt. Somit entsteht analog, wie im Fall einer Verbrennungskraftmaschine, die Möglichkeit, den Lastpunkt der Elektromaschine als Antriebsmaschine durch die zweite mechanische Last zu verschieben. Primär wird die Elektromaschine zum Vortrieb des Fahrzeugs genutzt. Bei Bedarf wird mittels der jeweiligen zweiten Kupplung und mittels des Stellglieds als Übersetzung die zweite mechanische Last direkt an die Elektromaschine angebunden. Mit der zweiten mechanischen Last, die in einer Ausführungsform als Taumelscheibenverdichter ausgebildet ist, besteht die Möglichkeit, die Verdichtungsleistung der zweiten mechanischen Last durch Verstellen der Taumelscheibe als Stellglied zu bestimmen. Dabei entspricht die Verdichtungsleistung einer zusätzlichen mechanischen Belastung, die durch die Elektromaschine bei einer Ausführungsform des Verfahrens aufgebracht wird, wenn die Elektromaschine der mindestens einen zweiten mechanischen Last Drehmoment bereitstellt.With an embodiment of the system, when carrying out an embodiment of the method, it is possible to improve the efficiency of the electric machine and thus of the vehicle by shifting the operating point of the electric machine to be designated as the load point, which electric energy is provided by a battery as the energy store of the vehicle , Here, the second mechanical load, in particular the air conditioning compressor, connected to the drive train of the vehicle or coupled via a respective second clutch. Thus arises analogously, as in the case of an internal combustion engine, the possibility to move the load point of the electric machine as a prime mover by the second mechanical load. Primarily, the electric machine is used to propel the vehicle. If necessary, the second mechanical load is connected directly to the electric machine by means of the respective second clutch and by means of the actuator as a translation. With the second mechanical load, which is designed in one embodiment as a swash plate compressor, it is possible to determine the compression capacity of the second mechanical load by adjusting the swash plate as an actuator. The compaction performance corresponds to an additional mechanical load applied by the electric machine in one embodiment of the method when the electric machine provides torque to the at least one second mechanical load.

Je nachdem, in welchem Betriebspunkt die Elektromaschine als Antriebsmaschine betrieben wird, wird durch die zusätzliche Belastung, die von der mindestens einen zweiten mechanischen Last auf die Elektromaschine wirkt, der Betriebspunkt der Elektromaschine verschoben und somit beeinflusst, wodurch für die Elektromaschine ein besserer Wirkungsgrad erreicht wird bzw. erreicht werden kann. Weiterhin wird berücksichtigt, dass eine Anforderung an Leistung, die an die Elektromaschine gestellt wird und zum Antreiben des mindestens einen Rads an dieses übertragen wird, üblicherweise von einem Wunsch eines Fahrers des Fahrzeugs vorgegeben wird. So ist es möglich, dass bspw. bei einer maximal möglichen Beschleunigung des Fahrzeugs die Elektromaschine als Antriebsmaschine in einem Betriebspunkt betrieben wird, in dem ein großer erster Anteil des Drehmoments von der Elektromaschine zu dem mindestens einen Rad, in der Regel zu vier Rädern im Falle eines Autos, übertragen wird. In diesem Fall wird eine mechanische Belastung der Elektromaschine durch die mindestens eine zweite mechanische Last durch das Stellglied, bspw. die Taumelscheibe, reduziert und/oder durch Öffnen der jeweiligen zweiten Kupplung auf Null gesetzt, wodurch der Wirkungsgrad der Elektromaschine verbessert wird.Depending on the operating point at which the electric machine is operated as a drive machine, the additional load which acts on the electric machine by the at least one second mechanical load shifts and thus influences the operating point of the electric machine, thereby achieving a better efficiency for the electric machine or can be achieved. It is further contemplated that a demand for power applied to the electric machine and transmitted thereto for driving the at least one wheel is usually dictated by a desire of a driver of the vehicle. Thus, it is possible that, for example, at a maximum possible acceleration of the vehicle, the electric machine is operated as a prime mover in an operating point in which a large first portion of the torque from the electric machine to the at least one wheel, usually four wheels in the case a car, is transmitted. In this Case, a mechanical load of the electric machine by the at least one second mechanical load by the actuator, for example. The swash plate, reduced and / or set by opening the respective second clutch to zero, whereby the efficiency of the electric machine is improved.

Im Rahmen des Verfahrens wird für die Elektromaschine eine Betriebsstrategie durchgeführt, die den aktuellen Betriebspunkt auf einen wirkungsgradoptimalen Betriebspunkt regelt. Diese Betriebsstrategie kann in Abhängigkeit des jeweils aktuellen Betriebspunkts und dem Kennfeld für den Wirkungsgrad der Elektromaschine ausgeregelt werden. Der aktuelle Betriebspunkt der Elektromaschine wird durch Laständerung, d. h. in Abhängigkeit von der relativen Lage des aktuellen Betriebspunkts zum wirkungsgradoptimalen Betriebspunkt durch Lastanhebung bzw. Erhöhung der mechanischen Belastung oder durch Lastabwurf bzw. Reduzierung der mechanischen Belastung der Elektromaschine durch die mindestens eine zweite mechanische Last, positiv beeinflusst bzw. zum wirkungsgradoptimalen Betriebspunkt verschoben, wodurch der Wirkungsgrad der Elektromaschine erhöht wird. Hierdurch kann weiterhin eine Erhöhung der Reichweite der Elektromaschine erreicht werden.Within the scope of the method, an operating strategy is carried out for the electric machine, which regulates the current operating point to an operating point that is optimal in terms of efficiency. This operating strategy can be adjusted depending on the respective current operating point and the characteristic diagram for the efficiency of the electric machine. The current operating point of the electric machine is changed by load change, i. H. depending on the relative position of the current operating point to the optimal operating point by load increase or increase the mechanical load or by load shedding or reducing the mechanical load of the electric machine by the at least one second mechanical load, positively influenced or shifted to the efficiency optimum operating point, whereby the Efficiency of the electric machine is increased. As a result, an increase in the range of the electric machine can be achieved.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sowie auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.

  • 1 zeigt in schematischer Darstellung eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung.
  • 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems bei Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 3 zeigt Diagramme, die bei Durchführung der Ausführungsform des Verfahrens gemäß 2 berücksichtigt werden.
The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described schematically and in detail with reference to the drawings.
  • 1 shows a schematic representation of an arrangement known from the prior art.
  • 2 shows a schematic representation of an embodiment of the system according to the invention when carrying out an embodiment of the method according to the invention.
  • 3 shows diagrams that in carrying out the embodiment of the method according to 2 be taken into account.

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.The figures are described coherently and comprehensively. Same components are assigned the same reference numerals.

Die in 1 schematisch dargestellte und aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung ist für ein Fahrzeug vorgesehen und weist als Komponenten ein Steuergerät 100, eine Hochvoltbatterie 102, eine Leistungselektronik 104, eine Elektromaschine 106, ein Getriebe 108 für mindestens ein Rad des Fahrzeugs und einen elektrischen Klimakompressor 110 (eKK) auf. Zum Antreiben des Fahrzeugs wird über einen ersten Zweig elektrische Energie von der Hochvoltbatterie 102 über die Leistungselektronik 104 zu der Elektromaschine 106 übertragen und von dieser in mechanische Energie gewandelt, die weiterhin über das Getriebe 108 an das mindestens einen Rad zu dessen Antrieb übertragen wird. Außerdem wird über einen zweiten Zweig ausgehend von der Hochvoltbatterie 102 dem elektrischen Klimakompressor 110 zu dessen Betrieb elektrische Energie bereitgestellt.In the 1 schematically illustrated and known from the prior art arrangement is provided for a vehicle and has as components a control unit 100 , a high-voltage battery 102 , a power electronics 104 , an electric machine 106 , a gearbox 108 for at least one wheel of the vehicle and an electric air conditioning compressor 110 (eKK). To drive the vehicle is via a first branch electrical energy from the high-voltage battery 102 via the power electronics 104 to the electric machine 106 transferred and converted by this into mechanical energy, which continues through the transmission 108 is transmitted to the at least one wheel to its drive. In addition, via a second branch, starting from the high-voltage battery 102 the electric air conditioning compressor 110 provided electrical power for its operation.

Die in 2 schematisch dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 2 ist für ein Fahrzeug, bspw. Kraftfahrzeug, insbesondere Auto, vorgesehen. Dabei weist das Fahrzeug als Komponenten eine Hochvoltbatterie als elektrischen Energiespeicher 4, eine Leistungselektronik 6, ein Steuergerät 8 (ECU), eine Elektromaschine 10 als Antriebsmaschine des Fahrzeugs, die hier als Asynchronmotor ausgebildet ist und einen Wechselrichter aufweist, ein Getriebe 12, das mit mindestens einem skizzenhaft dargestellten Rad 13 als erste mechanische Last des Fahrzeugs verbunden ist, und eine zweite mechanische Last, die hier als Kompressor 14 ausgebildet ist, auf. Weiterhin zeigt 2 eine erste und eine zweite elektrische Verbindung 16, 18. Eine erste mechanische Anbindung bzw. Verbindung 20, eine zweite mechanische Anbindung bzw. Verbindung 22 und das Getriebe 12 sind hier als Komponenten eines Antriebsstrangs des Fahrzeugs ausgebildet.In the 2 schematically illustrated embodiment of the system according to the invention 2 is for a vehicle, eg. Motor vehicle, especially car, provided. In this case, the vehicle has as components a high-voltage battery as electrical energy storage 4 , a power electronics 6 , a control unit 8th (ECU), an electric machine 10 as a drive machine of the vehicle, which is designed here as an asynchronous motor and having an inverter, a transmission 12 that with at least one sketchy wheel 13 As the first mechanical load of the vehicle is connected, and a second mechanical load, here as a compressor 14 is trained on. Further shows 2 a first and a second electrical connection 16 . 18 , A first mechanical connection or connection 20 , a second mechanical connection or connection 22 and the gearbox 12 are formed here as components of a drive train of the vehicle.

Zum Antreiben bzw. Fortbewegen des Fahrzeugs wird elektrische Energie aus dem elektrischen Energiespeicher 4 über die erste elektrische Verbindung 16, die Leistungselektronik 6 und die zweite elektrische Verbindung 18 zu der Elektromaschine 10 übertragen. Diese elektrische Energie wird von der Elektromaschine 10 in mechanische Energie gewandelt und über die erste mechanische Verbindung 20 zu dem Getriebe 12 und somit auch zu dem mindestens einen Rad 13 als erster mechanischer Last übertragen, wobei von der Elektromaschine 10 zu dem mindestens einen Rad 13 ein erster Anteil seines Drehmoments übertragen wird, wodurch das Fahrzeug angetrieben wird.To drive or move the vehicle is electrical energy from the electrical energy storage 4 over the first electrical connection 16 , the power electronics 6 and the second electrical connection 18 to the electric machine 10 transfer. This electrical energy is supplied by the electric machine 10 converted into mechanical energy and via the first mechanical connection 20 to the transmission 12 and thus also to the at least one wheel 13 transmitted as the first mechanical load, with the electric machine 10 to the at least one wheel 13 a first portion of its torque is transmitted, whereby the vehicle is driven.

Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 2 umfasst mindestens eine Komponente des Fahrzeugs, insbesondere das Steuergerät 8, das hier eine Recheneinheit 24 aufweist, wobei in einem Speicher des Steuergeräts 8 ein Kennfeld 26 für einen Wirkungsgrad der Elektromaschine 10 abgelegt bzw. gespeichert ist. Außerdem umfasst die Ausführungsform des Systems 2 eine erste Kupplung 21, über die das mindestens eine Rad 13 über das Getriebe 12 an die erste mechanische Verbindung 20 des Antriebsstrangs und somit an die Elektromaschine 10 ankoppelbar ist. Das System 2 umfasst weiterhin eine zweite Kupplung 23, über die der Kompressor 14 und somit die mindestens eine zweite mechanische Last an die zweite mechanische Verbindung 22 des Antriebsstrangs und somit an die Elektromaschine 10 zumindest vorübergehend ankoppelbar ist. Diese zweite Kupplung 23 ist hier dem Kompressor 14 zugeordnet und über eine Riemenscheibe mit dem Kompressor 14 verbunden. Die zweite, hier magnetische Kupplung 23 wird von dem Steuergerät 8 über eine durch einen Pfeil symbolisierte Leitung 32 elektrisch angesteuert und/oder betätigt.The embodiment of the system according to the invention 2 comprises at least one component of the vehicle, in particular the control unit 8th , this is an arithmetic unit 24 having, wherein in a memory of the control device 8th a map 26 for an efficiency of the electric machine 10 stored or stored. In addition, the embodiment of the system includes 2 a first clutch 21 about which the at least one wheel 13 over the transmission 12 to the first mechanical connection 20 the drive train and thus to the electric machine 10 can be coupled. The system 2 further comprises a second clutch 23 about which the compressor 14 and thus the at least one second mechanical load on the second mechanical connection 22 the drive train and thus to the electric machine 10 at least temporarily can be coupled. This second clutch 23 Here is the compressor 14 assigned and via a pulley to the compressor 14 connected. The second, here magnetic coupling 23 is from the controller 8th via a line symbolized by an arrow 32 electrically controlled and / or operated.

Der hier mechanische Klimakompressor 14 wird über die zweite Kupplung 23 und die zweite mechanische Verbindung 22 direkt an die Elektromaschine 10 angeflanscht. Bei einem Betrieb der Elektromaschine 10, hier bei einer Fahrt des Fahrzeugs, wenn die Elektromaschine 10 das mindestens eine Rad 13 antreibt, werden von der Elektromaschine 10 als Betriebsparameter aktuelle Werte eines Drehmoments und einer Drehzahl als Feedbacksignale über eine erste Leitung 28 an das Steuergerät 8 übermittelt. Dabei wird mit dem Kennfeld 26 für den Wirkungsgrad aus dem aktuellen Wert der Drehzahl und dem aktuellen Wert des an der Elektromaschine 10 anliegenden Drehmoments von dem Steuergerät 8 der aktuelle Betriebspunkt, insbesondere Lastpunkt, der Elektromaschine 10 ermittelt. Mit diesem aktuellen Betriebspunkt wird anhand des Kennfelds 26 bei vorgegebener Drehzahl von dem Steuergerät 8 ermittelt, ob ein Betrieb der Elektromaschine 10 mit oder ohne zweite mechanische Last zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads führt. Außerdem wird ein wirkungsgradoptimaler Wert des Drehmoments für die Elektromaschine 10 von dem Steuergerät 8 über eine zweite Leitung 30 der Leistungselektronik 6 vorgegeben, die unter Berücksichtigung dieses Werts für das Drehmoment einen Wert an elektrischer Energie, die von dem elektrischen Energiespeicher 4 zu der Elektromaschine 10 zu übertragen ist, eingestellt wird.The here mechanical air compressor 14 is via the second clutch 23 and the second mechanical connection 22 directly to the electric machine 10 flanged. During operation of the electric machine 10 , here at a drive of the vehicle, when the electric machine 10 the at least one wheel 13 drives are from the electric machine 10 as operating parameters current values of a torque and a rotational speed as feedback signals via a first line 28 to the control unit 8th transmitted. It is with the map 26 for the efficiency from the current value of the speed and the current value of the at the electric machine 10 applied torque from the controller 8th the current operating point, in particular load point, the electric machine 10 determined. With this current operating point is based on the map 26 at a given speed of the controller 8th determines whether an operation of the electric machine 10 with or without a second mechanical load leads to an improvement in the efficiency. In addition, an efficiency-optimal value of the torque for the electric machine 10 from the controller 8th over a second line 30 the power electronics 6 given that, taking into account this value for the torque, a value of electrical energy from the electrical energy storage 4 to the electric machine 10 is to be transmitted is set.

Abhängig von dem aktuellen Betriebspunkt der Elektromaschine 10 wird unter Berücksichtigung des Kennfelds 26 für den Wirkungsgrad entschieden, ob der Wirkungsgrad verbessert werden kann, wenn von der Elektromaschine 10 zusätzlich der Kompressor 14 als zweite mechanische Last angetrieben wird. Falls eine derartige Verbesserung des Wirkungsgrads erzielt werden kann, wird der Kompressor 14 über die zweite mechanische Kupplung 23 und die zweite mechanische Verbindung 22 mit der Elektromaschine 10 verbunden. Somit kann zusätzlich ein zweiter Anteil des Drehmoments der Elektromaschine 10 über die zweite Verbindung 22 des Antriebsstrangs zu dem Kompressor 14 übertragen werden. Weiterhin ist vorgesehen, dass der Kompressor 14 eine Taumelscheibe als Stellglied aufweist, deren Betrieb von dem Steuergerät 8 gesteuert wird, wobei das als Taumelscheibe ausgebildete Stellglied in dem Kompressor 14 angeordnet und dazu konfiguriert ist, einen Wert des an den Kompressor 14 von der Elektromaschine 10 zu übertragenden Drehmoments einzustellen.Depending on the current operating point of the electric machine 10 is taking into account the map 26 For the efficiency decided whether the efficiency can be improved if by the electric machine 10 in addition the compressor 14 is driven as a second mechanical load. If such an improvement of the efficiency can be achieved, the compressor becomes 14 over the second mechanical clutch 23 and the second mechanical connection 22 with the electric machine 10 connected. Thus, in addition, a second portion of the torque of the electric machine 10 over the second connection 22 of the drive train to the compressor 14 be transmitted. Furthermore, it is provided that the compressor 14 a swash plate as an actuator, whose operation of the control unit 8th is controlled, wherein formed as a swash plate actuator in the compressor 14 arranged and configured to give a value of the to the compressor 14 from the electric machine 10 to set the torque to be transmitted.

Das Diagramm aus 3a weist eine Abszisse 34 auf, entlang der Werte für das Drehmoment M der Elektromaschine 10 in Newtonmeter (Nm) aufgetragen sind. Entlang einer Ordinate 36 dieses Diagramms sind Werte für die Drehzahl n der Elektromaschine 10 in Umdrehungen/Minute aufgetragen. Entlang einer Applikate 38 des Diagramms sind Werte des Wirkungsgrads η der Elektromaschine 10 in Prozent aufgetragen.The diagram 3a has an abscissa 34 on, along the values for the torque M of the electric machine 10 are plotted in Newton meters (Nm). Along an ordinate 36 of this diagram are values for the speed n of the electric machine 10 applied in revolutions / minute. Along an applicate 38 of the diagram are values of the efficiency η of the electric machine 10 Plotted in percent.

In das Diagramm aus 3a ist das dreidimensionale Kennfeld 26 für den Wirkungsgrad der Elektromaschine 10 eingezeichnet.In the diagram 3a is the three-dimensional map 26 for the efficiency of the electric machine 10 located.

Für eine mechanische Leistung der Elektromaschine 10 gilt: P mech = M*n*2 π

Figure DE102018207005A1_0001
For a mechanical power of the electric machine 10 applies: P mech = M * n * 2 π
Figure DE102018207005A1_0001

Für die elektrische Leistung der Elektromaschine 10 gilt: P DC = U*I

Figure DE102018207005A1_0002
For the electric power of the electric machine 10 applies: P DC = U * I
Figure DE102018207005A1_0002

Dabei ist Pmech hier die mechanische Leistung an einer Rotorwelle der Elektromaschine 10 und wird in Watt (W) angegeben. PDC als elektrische Leistung der Elektromaschine 10 wird durch Einstellen der Spannung U in Volt und der Stromstärke I in Ampere eingestellt, wobei die elektrische Leistung PDC bzw. die Spannung U und die Stromstärke I der Elektromaschine 10 ausgehend von dem Energiespeicher 4 über die elektrischen Verbindungen 16, 18 und die Leistungselektronik 6 bereitgestellt wird, wobei die elektrischen Verbindungen 16, 18 als Teile eines bspw. als Wechselstromnetzwerk (DC-Bus) ausgebildeten Stromnetzwerks ausgebildet sind.Here, Pmech is the mechanical power on a rotor shaft of the electric machine 10 and is expressed in watts (W). P DC as electric power of the electric machine 10 is set by setting the voltage U in volts and the current I in amperes, wherein the electric power P DC and the voltage U and the current I of the electric machine 10 starting from the energy store 4 over the electrical connections 16 . 18 and the power electronics 6 is provided, wherein the electrical connections 16 . 18 are formed as parts of a power network formed, for example, as an AC network (DC bus).

Für den Wirkungsgrad der Elektromaschine 10 im motorischen Betrieb gilt: η= P mech / P DC

Figure DE102018207005A1_0003
For the efficiency of the electric machine 10 in motor operation applies: η = P mech / P DC
Figure DE102018207005A1_0003

Für den Wirkungsgrad der Elektromaschine 10 im generatorischen Betrieb gilt: η= P DC / P mech

Figure DE102018207005A1_0004
For the efficiency of the electric machine 10 in regenerative operation: η = P DC / P mech
Figure DE102018207005A1_0004

Der Wirkungsgrad kann im Bereich von 0 bis 100 % liegen.The efficiency can be in the range of 0 to 100%.

Bei einer Fahrt des Fahrzeugs wird der motorisch betriebenen Elektromaschine 10 ausgehend von dem Energiespeicher 4 die elektrische Leistung PDC bereitgestellt, aus der von der Elektromaschine 10 die mechanische Leistung Pmech gewandelt wird. Dabei ergibt sich abhängig von einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs ein aktueller Wert der Drehzahl der Elektromaschine 10. Dieser aktuelle Wert ist in dem Diagramm aus 3b, das aus dem Diagramm aus 3a hervorgeht, durch eine Ebene 40 angedeutet, die das Kennfeld 26 schneidet und parallel zu der Abszisse 34 für das Drehmoment und senkrecht zu der Ordinate 36 für die Drehzahl angeordnet ist. Dabei wird aus dem dreidimensionalen Kennfeld 26 eine zweidimensionale Kennlinie 42 für den Wirkungsgrad bestimmt, der hierbei von dem hier konstanten Wert der Drehzahl und von dem Drehmoment abhängig ist sowie in dem Diagramm aus 3c gezeigt ist. Dabei entspricht diese Kennlinie 42 einer Schnittmenge des Kennfelds 26 und der Ebene 40 für den aktuellen, hier konstanten Wert der Drehzahl. Die Kennlinie 42 zeigt demnach eine Abhängigkeit des Wirkungsgrads, der entlang der Applikaten 38 aufgetragen ist, von dem Drehmoment, das hier entlang der Abszisse 34 aufgetragen ist, bei einer konstanten Drehzahl. When driving the vehicle is the motor-driven electric machine 10 starting from the energy store 4 the electric power P DC provided by the electric machine 10 the mechanical power Pmech is converted. Depending on a speed of the vehicle, this results in a current value of the rotational speed of the electric machine 10 , This current value is in the diagram 3b that's out of the diagram 3a shows through a plane 40 indicated the map 26 cuts and parallel to the abscissa 34 for the torque and perpendicular to the ordinate 36 is arranged for the speed. This is from the three-dimensional map 26 a two-dimensional characteristic 42 determined for the efficiency, which is dependent on the here constant value of the speed and the torque and in the diagram 3c is shown. This characteristic corresponds to this 42 an intersection of the map 26 and the plane 40 for the current, here constant value of the speed. The characteristic 42 thus shows a dependence of the efficiency, along the Applikaten 38 is plotted, of the torque, here along the abscissa 34 is applied, at a constant speed.

Bei dem Betrieb der Elektromaschine 10 ergeben sich zwei mögliche Fälle, die in den Diagrammen aus den weiteren 3d, 3e und 3f beschrieben sind. In beiden Fällen wird jeweils ein aktueller Betriebspunkt 44 (3d), 46 (3e) bzw. ein aktueller Lastpunkt der Elektromaschine 10 ermittelt, der sich jeweils bei einem aktuellen Wert des Drehmoments ergibt. Außerdem wird jeweils ein wirkungsgradoptimaler Betriebspunkt 48 ( 3d), 50 (3e) der Elektromaschine 10 auf der Kennlinie 42 ermittelt.In the operation of the electric machine 10 Two possible cases arise in the diagrams from the others 3d . 3e and 3f are described. In both cases, each becomes a current operating point 44 ( 3d ), 46 ( 3e) or a current load point of the electric machine 10 determined, which results in each case at a current value of the torque. In addition, each one efficiency-optimal operating point 48 ( 3d ), 50 ( 3e) the electric machine 10 on the characteristic 42 determined.

In einem ersten Szenario bzw. Fall (3d) wird das Fahrzeug während einer Fahrt von der Elektromaschine 10 angetrieben, ohne dass sie von dem Kompressor 14 als zweiter mechanischer Last zusätzlich belastet wird. Dabei ergibt sich, dass sich der aktuelle Betriebspunkt 44 bei dem aktuellen Wert für das Drehmoment ergibt, der kleiner als ein wirkungsgradoptimaler Wert des Drehmoments ist, bei dem sich der wirkungsgradoptimale Betriebspunkt 48 ergibt. In diesem ersten Fall wird die zweite Kupplung 23 geschlossen, falls sie zunächst noch nicht geschlossen sein sollte, und durch Einstellen des Betriebsparameters für die Taumelscheibe als Stellglied des Kompressors 14 die Verdichtungsleistung des Kompressors 14 erhöht, wodurch auch das Drehmoment für die Elektromaschine 10 ausgehend von dem aktuellen Wert in Richtung des wirkungsgradoptimalen Werts verschoben und der Wirkungsgrad verbessert wird (gebogener Pfeil 52).In a first scenario or case ( 3d ) is the vehicle during a trip from the electric machine 10 powered without them from the compressor 14 as the second mechanical load is additionally loaded. It follows that the current operating point 44 at the current value for the torque that is less than an efficiency-optimal value of the torque at which the efficiency-optimal operating point 48 results. In this first case, the second clutch 23 closed, if it should not be initially closed, and by adjusting the operating parameter for the swash plate as the actuator of the compressor 14 the compression capacity of the compressor 14 increases, thereby increasing the torque for the electric machine 10 shifted from the current value in the direction of the optimal efficiency value and the efficiency is improved (curved arrow 52 ).

Im zweiten Fall (3e) treibt die Elektromaschine 10 das Fahrzeug an und wird zusätzlich durch die zweite mechanische Last (Kompressor 14) belastet. Der aktuelle Wert des Drehmoments, bei dem sich der aktuelle Betriebspunkt 46 der Elektromaschine 10 auf der Kennlinie 42 ergibt, ist größer als der wirkungsgradoptimale Wert für das Drehmoment, für das sich der wirkungsgradoptimale Betriebspunkt 50 ergibt. In diesem zweiten Fall wird die Verdichtungsleistung des Kompressors 14 durch Einstellen des Betriebsparameters der Taumelscheibe als Stellglied reduziert und somit wird auch das Drehmoment, das von der Elektromaschine 10 an den Kompressor 14 übertragen wird, reduziert, wobei der aktuelle Betriebspunkt 46 auf der Kennlinie 42 hin zu dem optimalen Betriebspunkt 50 verschoben und der Wirkungsgrad verbessert wird (gebogener Pfeil 54). Müsste das von der Elektromaschine 10 an den Kompressor 14 zu übertragende Drehmoment auf Null reduziert werden, so wird die zweite Kupplung 23 geöffnet, wodurch der Kompressor 14 vom Antriebsstrang bzw. der Elektromaschine 10 abgekoppelt wird.In the second case ( 3e) drives the electric machine 10 the vehicle and is additionally by the second mechanical load (compressor 14 ) charged. The current value of the torque at which the current operating point 46 the electric machine 10 on the characteristic 42 is greater than the efficiency-optimal value for the torque for which the optimum operating point 50 results. In this second case, the compression capacity of the compressor 14 is reduced by adjusting the operating parameter of the swash plate as an actuator and thus also the torque that is from the electric machine 10 to the compressor 14 is reduced, with the current operating point 46 on the characteristic 42 towards the optimal operating point 50 shifted and the efficiency is improved (curved arrow 54 ). Should that of the electric machine 10 to the compressor 14 To be transmitted torque to be reduced to zero, so will the second clutch 23 opened, causing the compressor 14 from the drive train or the electric machine 10 is decoupled.

Zusammenfassend wird auf das Diagramm aus 3f hingewiesen, in dem durch eine gestrichelte Linie der wirkungsgradoptimale Wert des Drehmoments für den wirkungsgradoptimalen Betriebspunkt 48, 50 der Elektromaschine 10 auf der Kennlinie 42 angedeutet ist. Dabei wird in dem ersten Fall (3d) eine mechanische Belastung der Elektromaschine 10 durch den Kompressor 14 erhöht, wobei der Wirkungsgrad durch Lastanhebung verbessert wird (gerader Pfeil 52). Im zweiten Fall (3e) wird eine mechanische Belastung der Elektromaschine 10 durch den Kompressor 14 reduziert und zur Verbesserung des Wirkungsgrads eine Lastabsenkung durchgeführt (gerader Pfeil 54).In summary, look at the diagram 3f in which is indicated by a dashed line of the optimum efficiency value of the torque for the optimal operating point 48 . 50 the electric machine 10 on the characteristic 42 is indicated. In the first case ( 3d ) a mechanical load on the electric machine 10 through the compressor 14 increased, whereby the efficiency is improved by load increase (straight arrow 52 ). In the second case ( 3e) becomes a mechanical load on the electric machine 10 through the compressor 14 reduced and performed to improve the efficiency of a load reduction (straight arrow 54 ).

Bei dem Verfahren wird von dem Steuergerät 8 ein Wert eines Betriebsparameters des als Taumelscheibe ausgebildeten Stellglieds vorgegeben und/oder eingestellt, wobei ein hierzu erforderliches Signal von dem Steuergerät 8 über eine dritte Leitung 32 zu dem Kompressor 14 übertragen wird. Dabei wird durch Einstellen der Taumelscheibe und somit des Stellglieds des Kompressors 14 die Verdichtungsleistung und somit ein Hub des Kompressors 14 gesteuert, wodurch ein Wert des Drehmoments, das ausgehend von der Elektromaschine 10 zu dem Kompressor 14 übertragen wird, geregelt wird. Dabei bleibt der ursprünglich aktuelle Wert der Drehzahl der Elektromaschine 10 konstant. Das Drehmoment und somit eine entsprechende zusätzliche mechanische Belastung der Elektromaschine 10 wird durch Ändern der Verdichtungsleistung des Kompressor 14 mit der Taumelscheibe als Stellglied verändert, wobei ein jeweiliger Betriebspunkt 44, 46 bzw. Lastpunkt auf der Kennlinie 42 verschoben wird. Soll gar kein Drehmoment an den Kompressor 14 abgegeben werden, so wird die zweite Kupplung 23 geöffnet bzw. so kann die zweite Kupplung 23 geöffnet werden.The method is performed by the controller 8th a value of an operating parameter of the actuator designed as a swash plate and / or set, wherein a signal required for this purpose from the control unit 8th via a third line 32 to the compressor 14 is transmitted. In this case, by adjusting the swash plate and thus the actuator of the compressor 14 the compression capacity and thus a stroke of the compressor 14 controlled, whereby a value of the torque, starting from the electric machine 10 to the compressor 14 is transmitted. In this case, the originally current value of the rotational speed of the electric machine remains 10 constant. The torque and thus a corresponding additional mechanical load on the electric machine 10 is by changing the compression capacity of the compressor 14 changed with the swash plate as an actuator, wherein a respective operating point 44 . 46 or load point on the characteristic curve 42 is moved. No torque at all to the compressor 14 be delivered, so becomes the second clutch 23 opened or so can the second clutch 23 be opened.

Die Taumelscheibe ist hier in einem Gehäuse des Kompressors 14 angeordnet. Dabei umfasst der Kompressor 14 eine Antriebswelle, die teilweise aus dem Gehäuse des Kompressors herausragt. Dabei ist die Antriebswelle mit der zweiten Kupplung 23 verbunden. Die zweite Kupplung 23 wird hier von dem Steuergerät 8 magnetisch geöffnet und somit ausgeschaltet bzw. magnetisch geschlossen und somit eingeschaltet. Dabei ist hier vorgesehen, dass die magnetische zweite Kupplung 23 für zwei Stellungen, nämlich eine offene Stellung und eine geschlossene Stellung, ausgelegt ist. Eine bspw. halboffene Stellung bzw. Zwischenstellung, in der, wie bspw. beim Anfahren eines konventionellen Autos mit einem Handschalter, Schlupf möglich ist, ist hier nicht vorgesehen.The swash plate is here in a housing of the compressor 14 arranged. This includes the compressor 14 a drive shaft that protrudes partially out of the housing of the compressor. Here is the drive shaft with the second clutch 23 connected. The second clutch 23 is here from the controller 8th magnetically opened and thus switched off or magnetically closed and thus switched on. It is provided here that the magnetic second clutch 23 is designed for two positions, namely an open position and a closed position. An example. Semi-open position or intermediate position in which, for example, when starting a conventional car with a manual switch, slippage is possible, is not provided here.

Die in dem Gehäuse des Kompressors 14 angeordnete Taumelscheibe weist zu einem Kolben des Kompressors 14 und/oder zu dessen Antriebswelle einen Winkel α auf, der bei Durchführung der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verstellt wird. Durch Verstellen dieses Winkels α wird ein Hub des Kompressors 14 und somit dessen Verdichtungsleistung zum Fördern eines Mediums erhöht, wobei die Verdichtungsleistung umso größer ist, je größer der Winkel α als Betriebsparameter des Kompressors 14 ist. Ein Wert des Drehmoments, der bei geschlossener zweiter Kupplung 23 von der Elektromaschine 10 zu dem Kompressor 14 übertragen wird, ist von der Verdichtungsleistung des Kompressors 14 und somit von dem Winkel α abhängig, wobei das Drehmoment umso größer wird, je größer der Winkel α eingestellt wird.The in the housing of the compressor 14 arranged swash plate faces a piston of the compressor 14 and / or to its drive shaft at an angle α, which is adjusted in carrying out the embodiment of the method according to the invention. By adjusting this angle α becomes a stroke of the compressor 14 and thus increases its compression capacity for conveying a medium, wherein the compression power is greater, the greater the angle α as operating parameters of the compressor 14 is. A value of the torque when the second clutch is closed 23 from the electric machine 10 to the compressor 14 is transmitted from the compression capacity of the compressor 14 and thus dependent on the angle α, wherein the torque is greater, the greater the angle α is set.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22
Systemsystem
44
Energiespeicherenergy storage
66
Leistungselektronikpower electronics
88th
Steuergerätcontrol unit
1010
Elektromaschineelectric machine
1212
Getriebetransmission
1313
Radwheel
1414
Kompressorcompressor
16, 1816, 18
elektrische Verbindungelectrical connection
20, 2220, 22
mechanische Verbindungmechanical connection
2121
erste Kupplungfirst clutch
2323
zweite Kupplungsecond clutch
2424
Recheneinheitcomputer unit
2626
Kennfeldmap
28, 30, 3228, 30, 32
Leitungmanagement
3434
Abszisseabscissa
3636
Ordinateordinate
3838
Applikateapplicate
4040
Ebenelevel
4242
Kennliniecurve
44, 46, 48, 5044, 46, 48, 50
Betriebspunktoperating point
52, 5452, 54
Pfeilarrow
5656
Linieline
58, 6058, 60
Pfeilarrow
100100
Steuergerätcontrol unit
102102
HochvoltbatterieHigh-voltage battery
104104
Leistungselektronikpower electronics
106106
Elektromaschineelectric machine
108108
Getriebetransmission
110110
Klimakompressorair compressor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • AT 512443 B1 [0003]AT 512443 B1 [0003]
  • DE 102005022210 B4 [0004]DE 102005022210 B4 [0004]
  • DE 102014212874 A1 [0005]DE 102014212874 A1 [0005]

Claims (9)

System zum Betreiben einer Elektromaschine (10), die zum Antreiben eines Fahrzeugs ausgebildet ist, wobei das Fahrzeug folgende Komponenten aufweist: einen Antriebsstrang, der von der Elektromaschine (10) angetrieben wird, mindestens ein Rad (13) als erste mechanische Last, die über eine erste Kupplung (21) an den Antriebsstrang ankoppelbar ist, und mindestens eine zweite mechanische Last, die über eine jeweilige zweite Kupplung an den Antriebsstrang ankoppelbar und über ein jeweiliges Stellglied ansteuerbar ist, wobei das System (2) dazu ausgebildet ist, bei Schließen der jeweiligen zweiten Kupplung (23) von der Elektromaschine (10) Drehmoment zu der mindestens einen zweiten mechanischen Last zu übertragen, wobei das jeweilige Stellglied dazu ausgebildet ist, einen Wert des übertragenen Drehmoments zu regeln.A system for operating an electric machine (10), which is designed for driving a vehicle, the vehicle comprising the following components: a drive train, which is driven by the electric machine (10), at least one wheel (13) as a first mechanical load, the a first clutch (21) can be coupled to the drive train, and at least one second mechanical load, which can be coupled via a respective second clutch to the drive train and controlled via a respective actuator, wherein the system (2) is designed to close when closing the respective second clutch (23) from the electric machine (10) to transmit torque to the at least one second mechanical load, wherein the respective actuator is adapted to control a value of the transmitted torque. System nach Anspruch 1, bei dem das jeweilige Stellglied als Taumelscheibe ausgebildet ist.System after Claim 1 in which the respective actuator is designed as a swash plate. System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem durch Einstellen des jeweiligen Stellglieds eine Verdichtungsleistung der mindestens einen zweiten mechanischen Last zu regeln bzw. regelbar ist, wobei das an die mindestens eine zweite mechanische Last übertragene Drehmoment regelbar ist.System after Claim 1 or 2 in which, by adjusting the respective actuator, a compression capacity of the at least one second mechanical load can be regulated or regulated, wherein the torque transmitted to the at least one second mechanical load can be regulated. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, das ein Steuergerät (8) aufweist, in dem ein Kennfeld (26) für einen Wirkungsgrad der Elektromaschine (10) abgelegt ist, wobei das Steuergerät (8) dazu ausgebildet ist, einen aktuellen Betriebspunkt (44, 46) der Elektromaschine (10) auf dem Kennfeld (26) mit einem wirkungsgradoptimalen Betriebspunkt (48, 50) zu vergleichen und den aktuellen Betriebspunkt (44, 46) durch Öffnen der jeweiligen zweiten Kupplung (23), oder durch Schließen der jeweiligen zweiten Kupplung (23) und durch Einstellen des jeweiligen Stellglieds zu dem wirkungsgradoptimalen Betriebspunkt (48, 50) zu verschieben.System according to one of the preceding claims, which has a control unit (8) in which a characteristic diagram (26) for an efficiency of the electric machine (10) is stored, wherein the control unit (8) is adapted to a current operating point (44, 46 ) of the electric machine (10) on the characteristic map (26) with an efficiency-optimal operating point (48, 50) and compare the current operating point (44, 46) by opening the respective second clutch (23), or by closing the respective second clutch ( 23) and by adjusting the respective actuator to the efficiency optimum operating point (48, 50) to move. System nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die mindestens eine zweite mechanische Last als Kompressor (14), insbesondere Klimakompressor, oder als Pumpe ausgebildet ist.System according to one of the preceding claims, wherein the at least one second mechanical load as a compressor (14), in particular air conditioning compressor, or as a pump is formed. Verfahren zum Betreiben einer Elektromaschine (10), die zum Antreiben eines Fahrzeugs ausgebildet ist, wobei das Fahrzeug die Elektromaschine (10), einen Antriebsstrang, der von der Elektromaschine (10) angetrieben wird, mindestens ein Rad (13) als erste mechanische Last, die über eine erste Kupplung (21) an den Antriebsstrang ankoppelbar ist, und mindestens eine zweite, weitere mechanische Last, die über eine jeweilige zweite Kupplung (23) an den Antriebsstrang ankoppelbar ist und über ein jeweiliges Stellglied ansteuerbar ist, aufweist, wobei bei dem Verfahren ein aktueller Betriebspunkt (44, 46) und ein wirkungsgradoptimaler Betriebspunkt (48, 50) für die Elektromaschine (10) bestimmt werden und in Abhängigkeit einer relativen Lage des aktuellen Betriebspunkts (44, 46) zu dem wirkungsgradoptimalen Betriebspunkt (48, 50) die jeweilige zweite Kupplung (23) geschlossen oder geöffnet wird, wobei bei geschlossener jeweiliger zweiter Kupplung (23) mit dem jeweiligen Stellglied ein Wert eines von der Elektromaschine (10) zu der mindestens einen zweiten mechanischen Last zu übertragenden Drehmoments eingestellt wird, und das Drehmoment von der Elektromaschine (10) zu der mindestens einen zweiten Last entsprechend dem eingestellten Wert übertragen wird.A method of operating an electric machine (10) adapted to drive a vehicle, the vehicle comprising the electric machine (10), a driveline powered by the electric machine (10), at least one wheel (13) as the first mechanical load, which can be coupled to the drive train via a first clutch (21), and at least one second, further mechanical load, which can be coupled to the drive train via a respective second clutch (23) and can be actuated via a respective actuator, wherein; Method a current operating point (44, 46) and an efficiency optimal operating point (48, 50) for the electric machine (10) are determined and in dependence of a relative position of the current operating point (44, 46) to the efficiency optimum operating point (48, 50) respective second clutch (23) is closed or opened, wherein with closed respective second clutch (23) with the respective actuator a W ert one of the electric machine (10) to the at least one second mechanical load to be transmitted torque is set, and the torque is transmitted from the electric machine (10) to the at least one second load corresponding to the set value. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem ein Kennfeld (26) verwendet wird, mit dem eine Abhängigkeit eines Wirkungsgrads der Elektromaschine (10) von dem Drehmoment und einer Drehzahl der Elektromaschine (10) beschrieben wird, wobei die Elektromaschine (10) in dem aktuellen Betriebspunkt (44, 46) mit einem aktuellen Wert der Drehzahl und einem aktuellen Wert des Drehmoments betrieben wird, wobei aus dem Kennfeld (26) für diesen aktuellen Wert der Drehzahl eine Kennlinie (42) bestimmt wird, wobei der wirkungsgradoptimale Betriebspunkt (48, 50) als Maximum dieser Kennlinie (42) ermittelt wird, dem ein wirkungsgradoptimaler Wert des Drehmoments zugeordnet ist, wobei der aktuelle Wert des Drehmoments durch Öffnen der jeweiligen zweiten Kupplung (23), oder durch Schließen der jeweiligen zweiten Kupplung (23) und Einstellen des jeweiligen Stellglieds in Richtung des wirkungsgradoptimalen Werts des Drehmoments verschoben wird, wobei der aktuelle Betriebspunkt (44, 46) auf der Kennlinie (42) in Richtung des wirkungsgradoptimalen Betriebspunkts (48, 50) verschoben wird.Method according to Claim 6 in which a characteristic diagram (26) is used with which a dependency of an efficiency of the electric machine (10) on the torque and a rotational speed of the electric machine (10) is described, wherein the electric machine (10) at the current operating point (44, 46 ) is operated with a current value of the speed and a current value of the torque, wherein from the map (26) for this current value of the speed, a characteristic (42) is determined, wherein the efficiency optimum operating point (48, 50) as a maximum of this characteristic (42) is assigned, which is assigned an efficiency-optimal value of the torque, wherein the current value of the torque by opening the respective second clutch (23), or by closing the respective second clutch (23) and setting the respective actuator in the direction of optimal efficiency Value of the torque is shifted, wherein the current operating point (44, 46) on the characteristic (42) in the direction of the efficiency optimal operating point (48, 50) is shifted. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem während einer Fahrt des Fahrzeugs ein erster Anteil des Drehmoments der Elektromaschine (10) über den Antriebsstrang des Fahrzeugs zu mindestens einem Rad des Fahrzeugs übertragen wird, wobei über das jeweilige Stellglied ein zweiter Anteil des Drehmoments der Elektromaschine (10) an die mindestens eine zweite mechanische Last übertragen wird, wobei dieser zweite Anteil des Drehmoments einen Wert größer oder gleich null aufweist, wobei der zweite Anteil des Drehmoments, das von der Elektromaschine (10) an die mindestens eine zweite mechanische Last übertragen wird, abhängig davon, wie der aktuelle Betriebspunkt (44, 46) zu verschieben ist, verändert wird.Method according to Claim 6 or 7 in which, during a drive of the vehicle, a first portion of the torque of the electric machine (10) is transmitted via the drive train of the vehicle to at least one wheel of the vehicle, wherein via the respective actuator, a second portion of the torque of the electric machine (10) to the at least a second mechanical load is transmitted, said second portion of the torque having a value greater than or equal to zero, wherein the second portion of the torque transmitted from the electric machine (10) to the at least one second mechanical load depends on how current operating point (44, 46) is to be moved, is changed. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, bei dem für die Elektromaschine (10) der aktuelle Wert des Drehmoments mit dem wirkungsgradoptimalen Wert des Drehmoments verglichen wird, wobei für einen ersten Fall, wenn der aktuelle Wert des Drehmoments kleiner als der wirkungsgradoptimale Wert des Drehmoments ist, der aktuelle Wert hin zu dem wirkungsgradoptimalen Wert erhöht und der mindestens einen zweiten mechanischen Last über Schließen der jeweiligen zweiten Kupplung (23) und/oder über Einstellen des jeweiligen Stellglieds mehr Drehmoment bereitgestellt wird, wobei für einen zweiten Fall, wenn der aktuelle Wert des Drehmoments größer als der wirkungsgradoptimale Wert des Drehmoments ist, der aktuelle Wert hin zu dem wirkungsgradoptimalen Wert reduziert und der mindestens einen zweiten mechanischen Last über Einstellen des jeweiligen Stellglieds und/oder Öffnen der jeweiligen zweiten Kupplung (23) weniger Drehmoment bereitgestellt wird.Method according to one of Claims 7 or 8th in which, for the electric machine (10), the current value of the torque is compared with the efficiency-optimal value of the torque, wherein for a first case, if the current value the torque is less than the optimum torque value, the current value is increased toward the optimum efficiency value, and more torque is provided to the at least one second mechanical load via closing the respective second clutch (23) and / or adjusting the respective actuator for a second case, when the current value of the torque is greater than the torque efficiency value, reducing the current value to the optimum efficiency value and the at least one second mechanical load via adjusting the respective actuator and / or opening the respective second clutch ( 23) less torque is provided.
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