DE102018222575A1 - Method for recognizing an error state of an electrical machine - Google Patents

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DE102018222575A1
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Carina Dittmann
Yi Wang
Ronald Mueller
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    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands (100C) einer elektrischen Maschine (100), mit einem Rotor (120), einem Stator (110) und einer mit dem Stator (110) verbundenen Gleichrichterschaltung (130),wobei ein zeitlicher Verlauf (200C) eines Anschlusswerts (UB+, IB+; U, I) der elektrischen Maschine (100) erfasst wird (310), dadurch gekennzeichnet, dass eine statistische Größe (Q) des Anschlusswerts (UB+, IB+; U, I) ermittelt wird (204), wobei auf einen Fehler (F) in der Gleichrichterschaltung (130) geschlossen (210) wird, wenn die statistische Größe (Q) einen Schwellenwert (S) unterschreitet.The invention relates to a method for detecting a fault state (100C) of an electrical machine (100), with a rotor (120), a stator (110) and a rectifier circuit (130) connected to the stator (110), a time course ( 200C) of a connected value (UB +, IB +; U, I) of the electrical machine (100) is recorded (310), characterized in that a statistical quantity (Q) of the connected value (UB +, IB +; U, I) is determined (204 ), wherein an error (F) in the rectifier circuit (130) is inferred (210) when the statistical quantity (Q) falls below a threshold value (S).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands einer elektrischen Maschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.The present invention relates to a method for recognizing an error state of an electrical machine and a computing unit and a computer program for carrying it out.

Stand der TechnikState of the art

Um Netze bzw. Laststromkreise zu versorgen, können verschiedene Arten von Stromerzeugern verwendet werden. Beispielsweise kann mittels Drehstromgeneratoren ein mehrphasiger Strom erzeugt werden. Zur Speisung von Gleichstromnetzen aus derartigen Drehstromgeneratoren können als Gleichrichter betriebene Umrichter eingesetzt werden, um einen von der Drehstromquelle erzeugten mehrphasigen Strom in Gleichstrom zu wandeln. Die Gleichrichtung kann mittels passiver (Dioden) oder aktiver (Halbleiterschalter) Gleichrichterelemente erfolgen. Bei einem aktiven Gleichrichter ist neben dem Feldregler auch eine entsprechende Ansteuerschaltung Teil des Generatorreglers. Oftmals können Drehstromgeneratoren als elektrische Maschinen realisiert sein, welche generatorisch betrieben werden können, um elektrische Energie zu erzeugen, oder motorisch, um elektrische Energie in mechanische zu wandeln.Different types of power generators can be used to supply networks or load circuits. For example, a three-phase current can be generated by means of three-phase generators. To supply DC networks from such three-phase generators, converters operated as rectifiers can be used to convert a multi-phase current generated by the three-phase source into direct current. The rectification can be carried out using passive (diodes) or active (semiconductor switches) rectifier elements. In the case of an active rectifier, a corresponding control circuit is also part of the generator controller in addition to the field controller. Three-phase generators can often be implemented as electrical machines, which can be operated as a generator to generate electrical energy or as a motor to convert electrical energy into mechanical energy.

Beispielsweise können derartige Stromerzeuger in Kraftfahrzeugen zur Versorgung eines Kraftfahrzeugbordnetzes verwendet werden. Eine entsprechende elektrische Maschine kann beispielsweise generatorisch betrieben werden, um das Kraftfahrzeugbordnetz zu versorgen oder eine Kraftfahrzeugbatterie zu laden. Zu diesem Zweck kann die elektrische Maschine über sog. Endstufen bzw. Endstufenschaltung mit dem Bordnetz verbunden oder von diesem getrennt werden.For example, power generators of this type can be used in motor vehicles to supply a motor vehicle electrical system. A corresponding electrical machine can, for example, be operated as a generator in order to supply the motor vehicle electrical system or to charge a motor vehicle battery. For this purpose, the electrical machine can be connected to or disconnected from the vehicle electrical system via so-called output stages or output stage switching.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands einer elektrischen Maschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method for detecting an error state of an electrical machine and a computing unit and a computer program for carrying it out are proposed with the features of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the subclaims and the following description.

Die elektrische Maschine kann insbesondere als ein Generator ausgebildet sein, z.B. als Klauenpol- oder Schenkelpolgenerator, und/oder insbesondere als eine elektrische Maschine, welche motorisch und/oder generatorisch betrieben werden kann. Die elektrische Maschine weist insbesondere einen Rotor und einen Stator auf sowie eine mit dem Stator verbundene Gleichrichterschaltung zum Gleichrichten einer an dem Stator anliegenden Wechselspannung. Die Gleichrichterschaltung kann insbesondere Brückenschaltungen aus passiven Schaltelemente, insbesondere Dioden, oder aus aktiven Schaltelementen, insbesondere Halbleiterschalter wie Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET), aufweisen.The electrical machine can in particular be designed as a generator, e.g. as a claw pole or salient pole generator, and / or in particular as an electrical machine which can be operated as a motor and / or as a generator. The electrical machine has, in particular, a rotor and a stator and a rectifier circuit connected to the stator for rectifying an AC voltage applied to the stator. The rectifier circuit can have, in particular, bridge circuits composed of passive switching elements, in particular diodes, or of active switching elements, in particular semiconductor switches such as metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFET).

Durch die Erfindung wird eine Möglichkeit bereitgestellt, auf einfache Weise unterschiedliche Fehlerzustände der elektrischen Maschine und deren Stärke zu erkennen. Auch eine Klassifikation nach Art, Umfang und Fortschritt des Fehlers ist daher grundsätzlich möglich.The invention provides a possibility of easily recognizing different fault states of the electrical machine and their strength. A classification according to the type, scope and progress of the error is therefore also possible in principle.

Im Rahmen des Verfahrens wird ein zeitlicher Verlauf eines Anschlusswerts der elektrischen Maschine erfasst, insbesondere eines Spannungswerts oder Stromwerts einer von der elektrischen Maschine bereitgestellten Gleichspannung, insbesondere der gleichgerichteten Generatorspannung oder eines entsprechenden Stroms.As part of the method, a time profile of a connected value of the electrical machine is recorded, in particular a voltage value or current value of a DC voltage provided by the electrical machine, in particular the rectified generator voltage or a corresponding current.

Nach der Ermittlung eines entsprechenden Anschlusswerts wird eine statistische Größe des Anschlusswerts ermittelt, wobei dann auf einen Fehler in der Gleichrichterschaltung geschlossen wird, wenn die statistische Größe einen Schwellenwert unterschreitet. Das Heranziehen einer statistischen Größe, die mit einem entsprechenden Schwellenwert, der vorzugsweise maschinenspezifisch festgelegt wird, abgeglichen wird, ist besonders vorteilhaft, da hierdurch grundsätzlich der Einsatz zusätzlicher Filter oder eine Mittelung der Daten entbehrlich ist.After a corresponding connection value has been determined, a statistical quantity of the connection value is determined, an error in the rectifier circuit being concluded if the statistical quantity falls below a threshold value. The use of a statistical variable, which is compared with a corresponding threshold value, which is preferably determined on a machine-specific basis, is particularly advantageous, since in principle the use of additional filters or averaging of the data is unnecessary.

Als statistische Größe wird vorzugsweise ein Quantil des Anschlusswerts herangezogen. Die Verwendung eines Quantils hat den Vorteil, dass bei sich in den Spannungs- bzw. Stromverläufen niederschlagenden Fehlerbildern, die gekennzeichnet sind durch einen besonders starken Ausschlag zu kleinen oder großen Werten von Spannung und/oder Strom, besonders einfach umgesetzt werden kann. Zudem kann mittels des Quantils ein dem Spannungs- oder Stromsignals überlagertes Rauschen im Bereich der Maxima besonders gut eliminiert werden.A quantile of the connected value is preferably used as the statistical variable. The use of a quantile has the advantage that, in the case of error patterns which are reflected in the voltage or current profiles and are characterized by a particularly strong deflection to small or large values of voltage and / or current, it can be implemented particularly easily. In addition, a noise in the area of the maxima that is superimposed on the voltage or current signal can be eliminated particularly well.

Als Quantil ist grundsätzlich eine statistische Größe zu verstehen, die angibt, welcher Anteil der ermittelten Daten oberhalb bzw. unterhalb des durch das Quantil definierten Wertes liegt. Vorzugsweise wird ein Quantil im Intervall zwischen 1% und 10%, vorzugsweise 2% verwendet. Die Verwendung eines derartigen Quantils, das vorzugsweise spezifisch auf eine entsprechende elektrische Maschine und/oder den zu detektierenden Fehler abstimmbar ist, ist vorteilhaft, da hierdurch das jeweilige Quantil auf das entsprechende Fehlerbild bzw. auf das typische Rauschverhalten in den Spannungs- und/oder Stromwerten der elektrischen Maschine anpassbar ist. Somit bezeichnet beispielsweise das 2%-Quantil den Spannungswert, bei dem 2% der ermittelten Spannungswerte unterhalb dieser Grenze und 98% der ermittelten Spannungswerte gleich oder oberhalb dieser Grenze liegen.A quantile is basically to be understood as a statistical quantity which indicates which portion of the data determined lies above or below the value defined by the quantile. A quantile in the interval between 1% and 10%, preferably 2%, is preferably used. The use of such a quantile, which can preferably be specifically tuned to a corresponding electrical machine and / or the error to be detected, is advantageous, since it enables the respective quantile to match the corresponding error pattern or the typical noise behavior in the voltage and / or current values is adaptable to the electrical machine. So, for example, that means 2% Quantile is the voltage value at which 2% of the determined voltage values are below this limit and 98% of the determined voltage values are equal to or above this limit.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird die statistische Größe innerhalb eines Zeitintervalls ermittelt, das vorzugsweise kleiner oder gleich 100 ms, weiter vorzugsweise kleiner oder gleich 10 ms ist. Das vorliegende Verfahren ist besonders gut dazu geeignet, anhand von wenigen Spannungs- oder Stromfeatures, welche die Information über eine fehlerhafte Struktur, insbesondere in der Gleichrichterschaltung der elektrischen Maschine tragen (Fehlerbild) den entsprechenden Fehler auch mit sehr großer Sicherheit zu ermitteln. Daher genügen in der Regel bereits schon sehr kleine Zeitfenster von 10 ms welche je nach Drehzahl der elektrischen Maschine entsprechende Spannungsfeatures mit einer Anzahl etwa 10 enthalten kann. Eine entsprechende Anzahl von 10 oder auch weniger Spannungsfeatures innerhalb des Intervalls ist typischerweise bereits ausreichend, um mittels des Verfahrens sicher auf einen entsprechenden Fehler zu erkennen.In a further preferred embodiment of the method, the statistical variable is determined within a time interval which is preferably less than or equal to 100 ms, further preferably less than or equal to 10 ms. The present method is particularly well suited to using very few voltage or current features, which carry the information about a faulty structure, in particular in the rectifier circuit of the electrical machine (fault pattern), to determine the corresponding fault with great certainty. Therefore, very small time windows of 10 ms are usually sufficient, which depending on the speed of the electrical machine can contain corresponding voltage features with a number of about 10. A corresponding number of 10 or even fewer voltage features within the interval is typically already sufficient to reliably detect a corresponding error using the method.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Schwellenwert basierend auf einem Minimum des Anschlusswerts bei einer fehlerfreien elektrischen Maschine ermittelt. Der entsprechende Schwellenwert kann beispielsweise bei einer defektfreien elektrischen Maschine über verschiedene Betriebszustände der elektrischen Maschine, wie beispielsweise verschiedenen Drehzahlen und Auslastungen der elektrischen Maschine, hinweg ermittelt werden und in einem entsprechenden Steuergerät hinterlegt werden. Dies ist vorteilhaft, da nach Abgleich des Schwellenwerts mit einem entsprechenden Quantil oder der jeweiligen statistischen Größe sicher auf einen entsprechenden Fehler geschlossen werden kann.In a further preferred embodiment of the invention, the threshold value is determined on the basis of a minimum of the connection value in the case of a fault-free electrical machine. The corresponding threshold value can be determined, for example, in the case of a defect-free electrical machine over various operating states of the electrical machine, such as, for example, different speeds and loads on the electrical machine, and can be stored in a corresponding control unit. This is advantageous because, after the threshold value has been compared with a corresponding quantile or the respective statistical variable, a corresponding error can be concluded.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird anhand des Betrags der Differenz der statistischen Größe, insbesondere in Form des Quantils, und des Schwellenwerts auf Umfang und/oder Fortschritt des Fehlers, insbesondere auf eine Widerstandserhöhung zwischen zwei Schaltelementen einer der Halbbrücken der Gleichrichterschaltung, geschlossen. Der Abgleich des Quantils mit dem Schwellenwert kann vorliegend somit nicht nur zur Detektion eines Fehlers, sondern bei Betrachtung der betragsmäßigen Differenz zwischen der statistischen Größe, insbesondere in Form des Quantils, und des Schwellenwerts auch zur Ermittlung des Umfangs und/oder des Fortschrittes des Fehlers genutzt werden. Hierbei gilt, dass je größer die Differenz zwischen dem Quantil und Schwellenwert ist, je größer ist der Umfang bzw. der Fortschritt des Fehlers und je größer ist folglich auch der Widerstand der Unterbrechung. Eine entsprechende Ermittlung des Unterbrechungswiderstands ist daher gegeben. In a further preferred embodiment of the method, the magnitude of the difference in the statistical variable, in particular in the form of the quantile, and the threshold value is used to infer the extent and / or progress of the error, in particular an increase in resistance between two switching elements of one of the half bridges of the rectifier circuit. The comparison of the quantile with the threshold value can thus not only be used in the present case for the detection of an error, but also for determining the extent and / or the progress of the error when considering the difference in amount between the statistical variable, in particular in the form of the quantile, and the threshold value become. It applies that the greater the difference between the quantile and the threshold value, the greater the extent or the progress of the error and the greater the resistance of the interruption. A corresponding determination of the interruption resistance is therefore given.

Auch hier ist es vorzugsweise möglich, entsprechende Schwellen für die betragsmäßige Differenz vorzusehen, nach denen der Fehler nur geringfügig, mittelmäßig oder entsprechend stark ausgeprägt ist. Anhand der jeweiligen Schwellen kann vorzugsweise eine entsprechende Maßnahme, wie z. B. eine Übermittlung eines Fehlers eines Warnsignals, eines Notbetriebs der elektrischen Maschine oder dergleichen vorgesehen sein.Here, too, it is preferably possible to provide corresponding thresholds for the difference in amount, according to which the error is only slight, moderate or correspondingly pronounced. Based on the respective thresholds, an appropriate measure, such as. B. a transmission of an error of a warning signal, an emergency operation of the electrical machine or the like may be provided.

Vorteilhafterweise wird ein zeitlicher Verlauf eines Spannungswerts einer an einer Gleichrichterschaltung der elektrischen Maschine anliegenden Gleichspannung der elektrischen Maschine erfasst. Der Spannungswert kann insbesondere zwischen Gleichspannungsanschlüssen der elektrischen Maschine bzw. der Gleichrichterschaltung messtechnisch erfasst werden und wird zumeist ohnehin für den regulären Betrieb der elektrischen Maschine erfasst. Auch die Erfassung zumindest einer der Phasenspannungen und/oder Phasenströmen als Anschlusswert ist möglich, um im Rahmen des Verfahrens die Funktionstüchtigkeit der elektrischen Maschine zu überprüfen.A time profile of a voltage value of a direct voltage of the electrical machine applied to a rectifier circuit of the electrical machine is advantageously recorded. The voltage value can be measured in particular between DC voltage connections of the electrical machine or the rectifier circuit and is usually recorded anyway for the regular operation of the electrical machine. The detection of at least one of the phase voltages and / or phase currents as a connected value is also possible in order to check the functionality of the electrical machine as part of the method.

Besonders vorteilhaft eignet sich die Erfindung für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug. Durch die elektrische Maschine kann dabei beispielsweise ein Kraftfahrzeugbordnetz gespeist und/oder eine Kraftfahrzeugbatterie geladen werden. Ein Kraftfahrzeugbordnetz kann dabei an Gleichspannungsanschlüsse der Gleichrichterschaltung angeschlossen werden. Insbesondere wird im Rahmen des Verfahrens ein zeitlicher Verlauf einer zwischen diesen Gleichspannungsanschlüssen anliegenden Gleichspannung und/oder zumindest einer Phasenspannung erfasst und dieser Spannungsverlauf wird der erfindungsgemäßen Ermittlung der Funktionstüchtigkeit zugrunde gelegt.The invention is particularly advantageously suitable for use in a motor vehicle. The electrical machine can be used, for example, to supply a vehicle electrical system and / or to charge a motor vehicle battery. A motor vehicle electrical system can be connected to DC voltage connections of the rectifier circuit. In particular, in the context of the method, a time profile of a DC voltage applied between these DC voltage connections and / or at least one phase voltage is recorded, and this voltage profile is used as a basis for determining the functionality according to the invention.

Das Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands kann dabei beispielsweise von einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Die Erfindung eignet sich beispielsweise besonders für Fahrzeuge mit Funktionen, die erhöhte Sicherheitsanforderungen besitzen, z.B. automatisiertes oder autonomes Fahren, oder für Fahrzeuge mit langen Wartungsintervallen, z.B. Nutzfahrzeuge.The method for recognizing an error state can be carried out, for example, by a control unit of the motor vehicle. For example, the invention is particularly suitable for vehicles with functions that have increased safety requirements, e.g. automated or autonomous driving, or for vehicles with long maintenance intervals, e.g. Commercial vehicles.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of a motor vehicle is, in particular in terms of programming, set up to carry out a method according to the invention.

Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.The implementation of the method in the form of a computer program is also advantageous, since this causes particularly low costs, especially if an executing control unit is still used for other tasks and is therefore available anyway. Suitable data carriers for the provision of the computer program are, in particular, magnetic, optical and electrical memories, such as, for example, hard disks, flash memories, EEPROMs, DVDs, etc. A program can also be downloaded via computer networks (Internet, intranet, etc.).

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the attached drawing.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is illustrated schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described below with reference to the drawing.

FigurenlisteFigure list

  • 1 zeigt schematisch eine elektrische Maschine mit einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen; 1 schematically shows an electrical machine with a preferred embodiment of a computing unit according to the invention, which is set up to carry out a preferred embodiment of a method according to the invention;
  • 2 zeigt schematisch ein Spannungs-Zeit-Diagramm eines zeitlichen Verlaufs eines Stromwerts, welcher im Zuge einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens bestimmt werden kann; 2nd schematically shows a voltage-time diagram of a time profile of a current value, which can be determined in the course of a preferred embodiment of a method according to the invention;
  • 3 a, b zeigt schematisch eine elektrische Maschine in einem Fehlerzustand (a) und eine Generatorspannung im Fehlerfall (b); 3 a, b schematically shows an electrical machine in a fault state (a) and a generator voltage in the event of a fault (b);
  • 4 a, b zeigen den Verlauf einer Phasenspannung ohne Fehler (a) und mit Fehler (b) in einem der Gleichrichterpfade; und 4 a, b show the course of a phase voltage without error (a) and with error (b) in one of the rectifier paths; and
  • 5 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Fehlererkennung. 5 shows schematically a flow diagram of a method for error detection.

In 1 ist eine elektrische Maschine in Form eines Generators schematisch dargestellt und mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet.In 1 is an electrical machine in the form of a generator shown schematically and with the reference number 100 designated.

Die elektrische Maschine 100 ist in diesem Beispiel als eine dreiphasige elektrische Maschine ausgeführt, wobei Ständerinduktivitäten (Phasen) eines Stators 110 zu einer Dreieckschaltung verbunden sind. Ein Rotor 120 weist eine Erregerwicklung 121 mit einer parallel geschalteten Diode auf. In einem Erregerstromkreis kann weiterhin ein Erregertransistor 122 vorgesehen sein. Durch Ein- und Ausschalten des Erregertransistors 122, üblicherweise mittels PWM-Betriebs, wird an die Erregerwicklung 121 eine Spannung (hier die gleichgerichtete Generatorspannung) intermittierend angelegt, worauf sich ein Erregerstrom einstellt. Durch Verändern der Tastrate (Duty-Cycle), auch Ansteuerrate genannt, des PWM-Betriebs sind insbesondere die Höhe des Erregerstroms und damit die Höhe der Generatorspannung veränderbar.The electrical machine 100 is designed in this example as a three-phase electrical machine, with stator inductances (phases) of a stator 110 are connected to a delta connection. A rotor 120 has an excitation winding 121 with a diode connected in parallel. An excitation transistor can also be used in an excitation circuit 122 be provided. By switching the excitation transistor on and off 122 , usually by means of PWM operation, is applied to the excitation winding 121 a voltage (here the rectified generator voltage) is applied intermittently, whereupon an excitation current is established. By changing the duty cycle, also called the control rate, of the PWM operation, in particular the level of the excitation current and thus the level of the generator voltage can be changed.

Die elektrische Maschine 100 weist weiterhin eine mit dem Stator 110 verbundene Gleichrichterschaltung 130 mit drei Halbbrücken zum Gleichrichten einer an dem Stator 110 anliegenden dreiphasigen Wechselspannung auf. Jede Halbbrücke weist zwischen ihren zwei hier als Dioden ausgebildeten Gleichrichtelementen jeweils einen Mittelabgriff auf, über welchen die jeweilige Halbbrücke mit einem Phasenanschluss des Stators 110 verbunden ist. Zur Gleichrichtung bzw. für einen motorischen Betrieb der elektrischen Maschine können auch aktive Schaltelemente in Form von Transistoren vorgesehen sein (nicht abgebildet).The electrical machine 100 still has one with the stator 110 connected rectifier circuit 130 with three half bridges for rectifying one on the stator 110 applied three-phase AC voltage. Each half bridge has a center tap between its two rectifying elements, which are designed here as diodes, via which the respective half bridge with a phase connection of the stator 110 connected is. Active switching elements in the form of transistors (not shown) can also be provided for rectification or for motor operation of the electrical machine.

Zwischen zwei Gleichspannungsanschlüssen 140 der Gleichrichterschaltung 130 wird eine Gleichspannung UB+ als gleichgerichtete Generatorspannung bereitgestellt. Die elektrische Maschine 100 kann beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zum Versorgen eines Kraftfahrzeugbordnetzes verwendet werden, welches mit den Gleichspannungsanschlüssen 140 verbunden ist.Between two DC voltage connections 140 the rectifier circuit 130 a DC voltage UB + is provided as a rectified generator voltage. The electrical machine 100 can be used, for example, in a motor vehicle to supply a motor vehicle electrical system that is connected to the DC voltage connections 140 connected is.

Eine Recheneinheit 150 ist zum Ansteuern der elektrischen Maschine 100 vorgesehen. Beispielsweise kann die Recheneinheit 150 als ein Steuergerät des entsprechenden Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Die Recheneinheit 150 ist dazu eingerichtet, eine Erkennung von Fehlerzuständen der elektrischen Maschine durchzuführen. Zu diesem Zweck ist die Recheneinheit 150, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.A computing unit 150 is to control the electrical machine 100 intended. For example, the computing unit 150 be designed as a control unit of the corresponding motor vehicle. The computing unit 150 is set up to detect error states of the electrical machine. For this purpose, the computing unit 150 , in particular in terms of programming, set up to carry out a preferred embodiment of a method according to the invention.

In 2 ist in einem Spannungs-Zeit-Diagramm der zeitliche Verlauf 200 der Gleichspannung UB+ bei einem fehlerfreien Zustand der elektrischen Maschine 100 schematisch dargestellt.In 2nd is the time course in a voltage-time diagram 200 the DC voltage UB + when the electrical machine is in perfect condition 100 shown schematically.

In 3a ist die elektrische Maschine aus 1 schematisch in einem Fehlerzustand dargestellt. Weiterhin ist in 3b analog zu 2 ein Spannungsverlauf der Gleichspannung UB+ schematisch dargestellt, welcher im vorliegenden Fehlerzustand im Rahmen des Verfahrens in Schritt 310 erfasst werden kann.In 3a the electrical machine is off 1 represented schematically in an error state. Furthermore, in 3b analogous to 2nd a voltage curve of the DC voltage UB + is shown schematically, which in the present error state as part of the method in step 310 can be recorded.

In 3a ist die elektrische Maschine aus 1 in einem Fehlerzustand 100C schematisch dargestellt. In diesem ersten Fehlerzustand 100C liegt eine Unterbrechung in einem Schaltelementpfad der Gleichrichterschaltung 130 vor. Dabei liegt ein erhöhter Widerstand (ggf. unendlicher) R3 zwischen zwei Schaltelementen einer der Halbbrücke der Gleichrichterschaltung 130 vor. Ein entsprechender Verlauf 200C der Gleichspannung UB+, welcher in diesem Fehlerzustand 100C erfasst werden kann, ist schematisch in 3b dargestellt. In 3b ist der zeitliche Verlauf 200C der Gleichspannung UB+ dargestellt, welcher in einem derartigen Fehlerzustand 100C im Rahmen des Verfahrens in Schritt 310 erfasst werden kann. Zudem kann eine derartige Fehlerermittlung auch auf Grundlage einer Phasenspannung Uph oder eine Phasenstroms IPh ermittelt werden. Der Spannungs- bzw. Stromabgriff ist in 3a dargestellt und die Verläufe der Phasenspannung Uph für eine Referenzspannung URef in einem defektfreien Zustand der elektrischen Maschine 100, insbesondere der Gleichrichterschaltung, ist 4a) und in einem Fehlerzustand 100C ist 4 b) zu entnehmen.In 3a the electrical machine is off 1 in an error condition 100C shown schematically. In this first fault condition 100C there is an interruption in a switching element path of the rectifier circuit 130 in front. There is an increased resistance (possibly infinite) R 3 between two switching elements of one of the half bridges of the rectifier circuit 130 in front. A corresponding one course 200C the DC voltage UB +, which is in this fault condition 100C can be recorded is schematically in 3b shown. In 3b is the time course 200C the DC voltage UB +, which is in such an error state 100C as part of the process in step 310 can be recorded. In addition, such an error determination can also be based on a phase voltage U ph or a phase current I Ph be determined. The voltage or current tap is in 3a shown and the curves of the phase voltage U ph for a reference voltage U Ref in a defect-free state of the electrical machine 100 , in particular the rectifier circuit 4a) and in an error state 100C is 4 b) refer to.

In 4 ist zudem der Schwellwert S bei einer defektfreien elektrischen Maschine (vgl. 4a) und bei einer defekt behafteten Maschine 100, bei der sich beispielsweise eine Degradierung des Leiterelements zwischen zwei Schaltelementen einer Halbbrücke der Gleichrichterschaltung 130, mit einhergehenden Widerstandserhöhung des Widerstand R3 eingestellt hat. Als Charakterisierungsmerkmal für eine Fehlererkennung ist vorliegend auch das Quantil Q, beispielhaft anhand eines 2%-Quantils für eine defektfreie elektrische Maschine ( 4a) und eine defektbehaftete elektrische Maschine (vgl. 4 b) dargestellt.In 4th is also the threshold S with a defect-free electrical machine (cf. 4a) and a defective machine 100 , in which there is, for example, a degradation of the conductor element between two switching elements of a half bridge of the rectifier circuit 130 , with accompanying increase in resistance of the resistance R 3 has stopped. In the present case, the quantile is also a characterizing feature for error detection Q , for example using a 2% quantile for a defect-free electrical machine ( 4a) and a defective electrical machine (cf. 4 b) shown.

Im Fall der defektfreien elektrischen Maschine (4a) ist zu sehen, dass die Minima der Phasenspannung URef knapp unterhalb der Nulllinie enden und bei einem Schwellwert von in etwa -2,5 Volt das Quantil des 2%-Quantils Q stets oberhalb dieses Schwellwertes liegt. Anhand dieses Charakterisierungskriteriums kann daher sicher auf eine funktionstüchtige elektrische Maschine 100, insbesondere auf eine defektfreie Funktion der Schaltelemente innerhalb der Halbbrücken und eine Verbindung zwischen den Halbbrücken der Gleichrichterschaltung 130 geschlossen werden.In the case of the defect-free electrical machine ( 4a) can be seen that the minima of the phase voltage U Ref end just below the zero line and at a threshold of approximately -2.5 volts the quantile of the 2% quantile Q is always above this threshold. On the basis of this characterization criterion, it is therefore possible to rely on a functional electrical machine 100 , in particular on a defect-free function of the switching elements within the half bridges and a connection between the half bridges of the rectifier circuit 130 getting closed.

Im defektbehafteten Fall (vgl. 4b) ist zu sehen, dass die Ausschläge der Minima der Phasenspannung UPh deutlich über die -10 Volt hinausgehen. Dieses Verhalten ist charakteristisch für eine Widerstandserhöhung innerhalb der Gleichrichterschaltung 130 und der leitenden Verbindungen zwischen den jeweiligen Schaltelementen der Halbbrücke. Das entsprechende Quantil in Form des 2% Quantils verschiebt sich durch eine entsprechende Herabsetzung der Minima der Phasenspannung UPh im defektbehafteten Fall auch deutlich nach unten, wodurch das Quantil Q in Form des 2%-Quantils im fehlerbehafteten Fall stets unterhalb des für eine defektfreie elektrische Maschine definierten Schwellenwerts S verläuft. Anhand dieses Kriteriums kann sicher auf einen Fehler und auch auf eine konkrete Zuordnung des Fehlers im Hinblick auf eine Degradierung zumindest eines Leiters zwischen zwei Schaltelemente innerhalb der Halbbrücke der Gleichrichterschaltung 130 geschlossen werden. Auf Grundlage der betragsmäßigen Abweichung des Quantils, vorliegend in Form des 2%-Quantils vom jeweiligen Schwellenwert S kann zudem auf Umfang und/oder Fortschritt des Fehlers bzw. Degradierung des Leiterelements zwischen zwei Schaltelementen innerhalb einer Halbbrücke der Gleichrichterschaltung 130 geschlossen werden. Hierbei gilt, je größer der Betrag der Abweichung zwischen dem Quantil Q und dem Schwellwert S ist, je größer ist der Umfang bzw. je weiter fortgeschritten ist der Fehler. D. h. je größer dieser Betrag ist, desto größer ist der der Degradierung des Leiterelements zwischen zwei Schaltelementen zugeordnete Widerstand R3 .In the case of a defect (cf. 4b) it can be seen that the peaks of the minima of the phase voltage U Ph significantly exceed the -10 volt. This behavior is characteristic of an increase in resistance within the rectifier circuit 130 and the conductive connections between the respective switching elements of the half bridge. The corresponding quantile in the form of the 2% quantile is shifted by a corresponding reduction in the minima of the phase voltage U Ph in the case of a defect, also clearly downwards, which means the quantile Q in the form of the 2% quantile in the faulty case always below the threshold defined for a defect-free electrical machine S runs. On the basis of this criterion, an error and also a specific assignment of the error with regard to a degradation of at least one conductor between two switching elements within the half bridge of the rectifier circuit can be reliably determined 130 getting closed. Based on the amount of the quantile, in the form of the 2% quantile from the respective threshold S can also determine the extent and / or progress of the error or degradation of the conductor element between two switching elements within a half bridge of the rectifier circuit 130 getting closed. Here, the larger the amount of deviation between the quantiles Q and the threshold S the larger the scope or the more advanced the error. I.e. the greater this amount, the greater the resistance associated with the degradation of the conductor element between two switching elements R 3 .

In 5 ist ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ermittlung eines Federzustands einer elektrischen Maschine, insbesondere eine Widerstandserhöhung eines Widerstands R3 zwischen zwei Schaltelementen einer der Halbbrücken der Gleichrichterschaltung 130 dargestellt.In 5 is a schematic flow diagram of a method according to the invention for determining a spring state of an electrical machine, in particular an increase in resistance of a resistor R 3 between two switching elements of one of the half bridges of the rectifier circuit 130 shown.

Das Verfahren beginnt mit einem Initialisierungsschritt 300. Im Schritt 310 werden die Anschlusswerte in Form der Gleichrichterspannung UB+ bzw. des Gleichrichterstroms IB+ und/oder der Phasenspannung UPh und/oder IPh ermittelt (Schritt 310). Im Schritt 320 wird ein Quantil 320 des jeweiligen Anschlusswerts UB+, IB+; UPh , IPh ermittelt. Vorzugsweise handelt es sich hierbei um ein Quantil innerhalb des Bereichs 1% bis 10%, vorzugsweise 2%. Im Schritt 330 wird das ermittelte Quantil, das vorzugsweise innerhalb eines Intervalls von 100 ms, vorzugsweise etwa 10 ms ermittelt wird, mit einem Schwellwert S verglichen, der im defektfreien Zustand einer elektrischen Maschine 100 ermittelt wird. Ist nun das Quantil Q ≤ dem Schwellwert S wird in Schritt 340 auf einen entsprechenden Fehler der elektrischen Maschine 100 erkannt (gekennzeichnet durch ein +). Ist nun im Schritt 340 auch ein Fehler erkannt worden, kann in Schritt 345 optional einer oder mehrere Schritte eingeleitet werden. Diese Schritte umfassen insbesondere einen Warnhinweis oder eine entsprechende Notlauffunktion der elektrischen Maschine 100, um einen weiteren Fortschritt des Fehlerzustands zu verhindern. Auch ein entsprechender Warnhinweis und/oder ein Hinweis dahingehend, dass möglichst bald für einen Ersatz der elektrischen Maschine 100 gesorgt werden soll, kann hierbei im Schritt 345 erfolgen.The process begins with an initialization step 300 . In step 310 the connection values are in the form of the rectifier voltage UB + or the rectifier current IB + and / or the phase voltage U Ph and or I Ph determined (step 310 ). In step 320 becomes a quantile 320 the respective connected load UB +, IB +; U Ph , I Ph determined. This is preferably a quantile within the range 1% to 10%, preferably 2%. In step 330 the determined quantile, which is preferably determined within an interval of 100 ms, preferably approximately 10 ms, with a threshold value S compared to the defect-free state of an electrical machine 100 is determined. Now is the quantile Q ≤ the threshold S will in step 340 for a corresponding fault in the electrical machine 100 recognized (marked by a +). Is now in step 340 An error has also been detected in step 345 optionally one or more steps can be initiated. These steps include in particular a warning or a corresponding emergency running function of the electrical machine 100 to prevent further progress of the fault condition. Also a corresponding warning and / or a notice that as soon as possible for a replacement of the electrical machine 100 can be taken care of in this step 345 respectively.

Im Anschluss wird das Verfahren im Schritt 360 beendet. Ist nun das Quantil Q größer als der entsprechende Schwellwert wird auf eine bzgl. des zu erkennenden Fehlers defektfreie elektrische Maschine 100 im Schritt 350 erkannt (gekennzeichnet durch ein -). Wurde nun die elektrische Maschine 100 als defektfrei erkannt, wird das Verfahren im Schritt 360 ebenfalls vorerst beendet. Eine weitere Aufnahme des Verfahrens mit dem Schritt 300 zu einem anderen Zeitpunkt kann dabei wieder vorgenommen werden.The process then follows in step 360 completed. Now is the quantile Q is greater than the corresponding threshold value on a defect-free electrical machine with regard to the fault to be detected 100 in step 350 recognized (marked by a -). Now became the electrical machine 100 The process is recognized as defect-free in step 360 also ended for the time being. Another inclusion of the procedure with the step 300 you can do it again at a different time.

Claims (9)

Verfahren zum Erkennen eines Fehlerzustands (100C) einer elektrischen Maschine (100), mit einem Rotor (120), einem Stator (110) und einer mit dem Stator (110) verbundenen Gleichrichterschaltung (130), wobei ein zeitlicher Verlauf (200C) eines Anschlusswerts (UB+, IB+; Uph, IPh) der elektrischen Maschine (100) erfasst wird (310), dadurch gekennzeichnet, dass eine statistische Größe (Q) des Anschlusswerts (UB+, IB+; Uph, IPh) ermittelt wird (204), wobei auf einen Fehler (F) in der Gleichrichterschaltung (130) geschlossen (210) wird, wenn die statistische Größe (Q) einen Schwellenwert (S) unterschreitet.Method for recognizing a fault state (100C) of an electrical machine (100), with a rotor (120), a stator (110) and a rectifier circuit (130) connected to the stator (110), a time profile (200C) of a connected value (UB +, IB +; U ph , I Ph ) of the electrical machine (100) is recorded (310), characterized in that a statistical quantity (Q) of the connected value (UB +, IB +; U ph , I Ph ) is determined (204 ), wherein an error (F) in the rectifier circuit (130) is inferred (210) when the statistical quantity (Q) falls below a threshold value (S). Verfahren nach Anspruch 1, wobei die statistische Größe ein Quantil (Q) des Anschlusswerts (UB+, IB+; Uph, IPh) ist.Procedure according to Claim 1 , where the statistical quantity is a quantile (Q) of the connected value (UB +, IB +; U ph , I Ph ). Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Quantil (Q) im Intervall zwischen 1% und 10%, vorzugsweise 2%, liegt.Procedure according to Claim 2 , the quantile (Q) in the interval between 1% and 10%, preferably 2%. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die statistische Größe (Q) innerhalb eines Zeitintervalls (Δt), vorzugsweise kleiner oder gleich 100ms, weiter vorzugsweise kleiner oder gleich 10ms, ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the statistical variable (Q) is determined within a time interval (Δt), preferably less than or equal to 100 ms, further preferably less than or equal to 10 ms. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schwellenwert (S) basierend auf einem Minimum des Anschlusswerts (UB+, IB+; Uph, IPh) bei einer fehlerfreien elektrischen Maschine (100) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the threshold value (S) is determined based on a minimum of the connected value (UB +, IB +; U ph , I Ph ) in the case of a fault-free electrical machine (100). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei anhand des Betrags der Differenz der statistischen Größe (Q) und des Schwellenwerts (S) auf Umfang und/oder Fortschritt des Fehlers (F), insbesondere auf eine Widerstandserhöhung (R3) zwischen zwei Schaltelementen einer der Halbbrücken der Gleichrichterschaltung 130, geschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein based on the amount of the difference between the statistical variable (Q) and the threshold value (S) on the scope and / or progress of the error (F), in particular on an increase in resistance (R 3 ) between two switching elements one of the Half bridges of the rectifier circuit 130 is closed. Recheneinheit (150), die durch Hardware und/oder durch Software dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.Computing unit (150) which is set up by hardware and / or by software to carry out a method according to one of the preceding claims. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (150) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (150) ausgeführt wird.Computer program which causes a computing unit (150) to carry out a method according to one of the Claims 1 to 6 to be carried out when it is executed on the computing unit (150). Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 8.Machine-readable storage medium with a computer program stored on it Claim 8 .
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