DE102019133634A1

DE102019133634A1 - Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs, System sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019133634A1
Application number: DE102019133634.1A
Authority: DE
Inventors: Jovan Knezevic; Raphael Weingartner; Andreas Jacob
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-12-10
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2021-06-10
Also published as: US20220402403A1; US12103432B2; CN114450884A; WO2021115712A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine in Form von einer Synchronmaschine eines Kraftfahrzeugs, welche in einem verlustleistungsoptimalen, effizienten Betriebsmodus und in einem verlustleistungserhöhenden, ineffizienten Betriebsmodus betreibbar ist, wobei bei dem Verfahren die Synchronmaschine in dem effizienten Betriebsmodus zur Bereitstellung eines arbeitspunktspezifischen Drehmoments derart geregelt wird, dass ein Stator der Synchronmaschine ein synchron mit einem Rotor der Synchronmaschine rotierendes Synchrondrehfeld erzeugt, und wobei zum Erhöhen einer für die Beheizung zumindest einer zu heizenden Komponente des Kraftfahrzeugs verwendbaren Verlustwärme der Synchronmaschine die Synchronmaschine in den ineffizienten Betriebsmodus überführt wird, in welchem das Synchrondrehfeld mit einem Asynchrondrehfeld beaufschlagt wird, welches unter Beibehaltung des arbeitspunktspezifischen Drehmomentes eine Grundwelle des Synchrondrehfeldes mit verlustwärmeerhöhenden Oberwellen überlagert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine in Form von einer Synchronmaschine eines Kraftfahrzeugs, welche in einem verlustleistungsoptimalen, effizienten Betriebsmodus und in einem verlustleistungserhöhenden, ineffizienten Betriebsmodus betreibbar ist, wobei bei dem Verfahren die Synchronmaschine in dem effizienten Betriebsmodus zur Bereitstellung eines arbeitspunktspezifischen Drehmoments derart geregelt wird, dass ein Stator der Synchronmaschine ein synchron mit einem Rotor der Synchronmaschine rotierendes Synchrondrehfeld erzeugt. Außerdem wird bei dem Verfahren zum Erhöhen einer Verlustwärme der Synchronmaschine, welche zum Beheizen zumindest einer zu heizenden Komponente des Kraftfahrzeugs verwendbar ist, die Synchronmaschine in den ineffizienten Betriebsmodus überführt. Die Erfindung betrifft außerdem ein System mit einer Synchronmaschine sowie zumindest einer zu heizenden Komponente. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem System.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Kraftfahrzeuge, welche eine elektrische Maschine sowie zumindest eine zu heizende Komponente aufweisen. Im Falle, dass das Kraftfahrzeug als elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildet ist, dient die elektrische Maschine als Traktionsmaschine für das Kraftfahrzeug. Die Traktionsmaschine stellt dazu ein arbeitspunktspezifisches Drehmoment bereit. Die Traktionsmaschine kann beispielsweise mit einer feldorientierten Regelung geregelt werden, bei welcher Statorwicklungen eines Stator der Traktionsmaschine zum Erzeugen des arbeitspunktspezifischen Drehmoments ein feldbildender Soll-Strom und ein drehmomentbildender Soll-Strom zugeführt werden. Ein arbeitspunktspezifisches Drehmoment kann dabei von unterschiedlichen Wertepaaren aus feldbildendem Soll-Strom und drehmomentbildendem Soll-Strom gebildet werden. Um die Traktionsmaschine dabei in einem verlustleistungsoptimalen, effizienten Betriebsmodus zu betreiben, werden der feldbildende Soll-Strom und der drehmomentbildende Soll-Strom so gewählt, dass insbesondere der feldbildende Soll-Strom und damit das Feld möglichst klein sind.
Die Traktionsmaschine kann zusätzlich als Heizeinrichtung für die zumindest eine zu heizende Komponente des Kraftfahrzeugs dienen. Dazu ist es aus dem Stand der Technik, beispielsweise der EP 2 540 552 B1 , bekannt, die Traktionsmaschine in einem ineffizienten, verlustleistungserhöhenden Betriebsmodus zu betreiben, in welchem die Traktionsmaschine eine erhöhte Verlustwärme abgibt, welche der zumindest einen zu heizenden Komponente zugeführt werden kann. Dabei wird der ineffiziente Betriebsmodus dadurch bereitgestellt, dass ein Wertepaar ausgewählt wird, welches ebenfalls das geforderte arbeitspunktspezifische Drehmoment erzeugt, jedoch einen erhöhten feldbildenden Soll-Strom aufweist. Die resultierenden Verluste sind dabei hauptsächlich Kupferverluste bzw. Wicklungsverluste, welche durch den ohmschen Widerstand der Statorwicklungen entstehen. Eine maximal mögliche Verlustwärme, welche durch die Traktionsmaschine bereitgestellt werden kann, ist durch den maximalen Strom begrenzt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Maschine für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche in einem ineffizienten Betriebsmodus eine im Vergleich zum Stand der Technik höhere Verlustwärme bereitstellen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, ein System sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer als Synchronmaschine ausgebildeten elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs, welche in einem verlustleistungsoptimalen, effizienten Betriebsmodus und in einem verlustleistungserhöhenden, ineffizienten Betriebsmodus betreibbar ist. Bei dem Verfahren wird die Synchronmaschine in dem effizienten Betriebsmodus zur Bereitstellung eines arbeitspunktspezifischen Drehmoments derart geregelt, dass ein Stator der Synchronmaschine ein synchron mit einem Rotor der Synchronmaschine rotierendes Synchrondrehfeld erzeugt. Zum Erhöhen einer für die Beheizung zumindest einer zu heizenden Komponente des Kraftfahrzeugs verwendbaren Verlustwärme der Synchronmaschine wird die Synchronmaschine in den ineffizienten Betriebsmodus überführt, in welchem das Synchrondrehfeld mit einem Asynchrondrehfeld beaufschlagt wird, welches unter Beibehaltung des arbeitspunktspezifischen Drehmomentes eine Grundwelle des Synchrondrehfeldes mit verlustleistungserhöhenden Oberwellen überlagert.
Die Erfindung betrifft außerdem ein System für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Synchronmaschine, zumindest eine zu beheizende Komponente und eine Regelungseinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Die Synchronmaschine ist vorzugsweise eine Traktionsmaschine des Kraftfahrzeugs und die zumindest eine zu heizende Komponente ist vorzugsweise eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs. Die Traktionsbatterie kann ein Hochvoltenergiespeicher sein. Die Traktionsbatterie stellt die elektrische Energie für die Traktionsmaschine bereit und kann beispielsweise über einen Wechselrichter der Regelungseinrichtung elektrisch mit der Traktionsmaschine verbunden sein. Das System weist insbesondere einen Kühlmittel führenden Kühlkreislauf auf, an welchen die Synchronmaschine und die zumindest eine zu heizende Komponente des Kraftfahrzeugs angeschlossen sind, wobei die Regelungseinrichtung dazu ausgelegt ist, den ineffizienten Betriebsmodus für die Synchronmaschine bereitzustellen, wenn die zumindest eine zu heizende Komponente ein Heizanforderungssignal bereitstellt, wobei die von der Synchronmaschine abgegebene Verlustwärme über das Kühlmittel des Kühlkreislaufes zu der zumindest einen zu heizenden Komponente transportierbar ist. Die Synchronmaschine kann die in dem ineffizienten Betriebsmodus bewusst „erzeugte“ Verlustwärme also an das Kühlmittel abgeben, welches die Verlustwärme zu der zumindest einen zu heizenden Komponente transportiert.
Die Synchronmaschine weist den Stator sowie den gegenüber dem Stator drehbar gelagerten Rotor auf. Die Synchronmaschine kann eine fremderregte Synchronmaschine sein, bei welcher der Rotor bestrombare Rotorwicklungen aufweist, oder eine permanenterregte Synchronmaschine sein, bei welcher der Rotor Permanentmagnete aufweist. Der Stator weist Statorwicklungen bzw. Phasenwicklungen auf, welchen beispielsweise zu drei Wicklungssträngen u, v, w verschaltet sein können. Diesen Wicklungssträngen können zum Erzeugen eines magnetischen Drehfeldes phasenverschobene, elektrische Phasenströme zugeführt werden können. Das magnetische Drehfeld versetzt den Rotor zur Bereitstellung eines Drehmoments in eine Drehbewegung. Bei einer Synchronmaschine rotiert das von den bestromten Phasenwicklungen erzeugte Drehfeld synchron mit dem Rotor, sodass eine Winkelgeschwindigkeit des Synchrondrehfeldes einer Winkelgeschwindigkeit des Rotors entspricht. Die Winkelgeschwindigkeit des Rotors kann über die zeitliche Änderung des Rotorwinkels bestimmt werden. Die Phasenwicklungen können beispielsweise von dem Wechselrichter der Regelungseinrichtung gespeist werden. Zum Bereitstellen eines arbeitspunktspezifischen Drehmomentes, welches beispielsweise von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs angefordert wird, legt der Wechselrichter Soll-Phasenspannungen an die Phasenstränge an, sodass diesen vorbestimmte Soll-Phasenströme zugeführt werden, durch welche das zum Erzeugen des arbeitspunktspezifischen Drehmomentes erforderliche magnetische Synchrondrehfeld erzeugt wird. In dem effizienten Betriebsmodus bestimmt die Regelungseinrichtung die Soll-Größen so, dass die Verlustleistung der Synchronmaschine minimal ist.
Um nun die Synchronmaschine in den ineffizienten Betriebsmodus zu überführen, wird das Asynchrondrehfeld erzeugt, welches dem Synchrondrehfeld überlagert wird. Vorzugsweise wird das Asynchrondrehfeld zum Erhöhen der Verlustwärme immer dann erzeugt, wenn die zumindest eine zu heizende Komponente des Kraftfahrzeugs das Heizanforderungssignal bereitstellt. Die Synchronmaschine wird also nur dann in den ineffizienten Betriebsmodus überführt, wenn die zumindest eine zu heizende Komponente geheizt werden muss. In dem ineffizienten Betriebsmodus werden das zum Bereitstellen des arbeitspunktspezifischen Drehmoments erforderliche Synchrondrehfeld sowie das zum Erhöhen der Verlustwärme erforderliche Asynchrondrehfeld erzeugt. Das Asynchrondrehfeld erzeugt, da es sich nicht synchron mit dem Rotor dreht, kein nutzbares Drehmoment, sodass die Synchronmaschine in dem effizienten Betriebsmodus und dem ineffizienten Betriebsmodus dasselbe, arbeitspunktspezifische Drehmoment erzeugen kann. Das Asynchrondrehfeld hat also keine oder nur minimale Auswirkungen auf das von dem Synchrondrehfeld erzeugte Drehmoment.
Das Asynchrondrehfeld führt lediglich dazu, dass die Grundwelle des Synchrondrehfeldes, deren Grundwellen-Frequenz durch die Winkelgeschwindigkeit des Rotors vorgegeben ist, mit Oberwellen überlagert wird. Dazu ist eine Winkelgeschwindigkeit des Asynchrondrehfeldes ungleich zu der Winkelgeschwindigkeit des Synchrondrehfeldes. Anders ausgedrückt, ist eine Oberwellenfrequenz ungleich zu der Grundwellenfrequenz. Beispielsweise ist die Winkelgeschwindigkeit des Asynchrondrehfeldes deutlich höher als die des Synchrondrehfeldes. Die Oberwellen genieren zusätzlich zu den Kupferverlusten Eisenverluste bzw. Ummagnetisierungsverluste in der Synchronmaschine, deren Höhe von der Oberwellenfrequenz abhängt. Wenn der Stator von einem Kühlmantel des Kühlkreislaufes umgeben ist, ist die thermische Anbindung zum Stator besser als zu den Wicklungen. Dadurch ist die Wärmeübertragung zum Kühlmittel mit Eisenverluste effizienter zu gestalten als mit Kupferverluste. Daher kann mit gleicher elektrischen Leistung mehr Wärme in das Kühlmittel übertragen werden. Auch erzeugt der Wechselrichter zum Bereitstellen des ineffizienten Betriebsmodus der Synchronmaschine Verluste, welche zu Heizen der zumindest einen zu heizenden Komponente verwendet werden können.
Vorzugsweise werden die Frequenz der Oberwellen und damit die Winkelgeschwindigkeit des Asynchrondrehfeldes in Abhängigkeit von einer, durch die zumindest eine Komponente angeforderten Heizleistung vorgegeben. Eisenverluste können im Vergleich zu Kupferverlusten eine höhere Erwärmung der Synchronmaschine generieren, sodass das erfindungsgemäße, mittels der Synchronmaschine bereitgestellte Verfahren eine hohe Effizienz hinsichtlich der generierbaren Heizleistung aufweist.
Vorzugsweise wird die Frequenz der Oberwellen derart gewählt, dass ein durch die Synchronmaschine erzeugtes Geräusch unterhalb einer Unbehaglichkeitsschwelle, vorzugsweise unterhalb einer Hörschelle, des menschlichen Gehörs liegt. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das insbesondere hochfrequente Asynchrondrehfeld zu einer Geräuschentwicklung in der Synchronmaschine führen kann, welche für das menschliche Gehör wahrnehmbar ist. Dabei kann die Oberwellenfrequenz in Abhängigkeit von der geforderten Verlustwärme entweder so gewählt werden, dass die Geräusche nicht oder nur kaum hörbar für den Menschen sind oder zumindest nicht als unangenehm empfunden werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Synchronmaschine zum Bereitstellen des arbeitspunktspezifischen Drehmoments mit einer feldorientierten Regelung geregelt wird. Dazu weist die Regelungseinrichtung beispielsweise einen Regler auf, welcher in einem zweiachsigen, rotororientierten dq-Koordinatensystem arbeitet. In diesem rotororientierten Koordinatensystem können die drei statorbezogenen elektrischen Größen durch zwei elektrische Größen dargestellt werden. Diese zwei elektrischen Größen können wiederum durch einen Zeiger dargestellt werden, welcher in dem dq-Koordinatensystem mit der Winkelgeschwindigkeit des Rotors rotiert. Beispielsweise können die drei Phasenströme, welche den Phasenwicklungen zur Erzeugung des Drehfeldes zugeführt werden, durch einen Strom entlang der q-Achse, welcher als drehmomentbildender Strom bezeichnet wird, und einen Strom entlang der d-Achse, welcher als feldbildender Strom bezeichnet wird, repräsentiert werden. Zum Erzeugen des Synchrondrehfeldes, welches das angeforderte, arbeitspunktspezifische Drehmoment bereitstellt, werden ein feldbildender Soll-Strom und ein drehmomentbildender Soll-Strom vorgegeben, welche in die dreiphasigen Soll-Phasenspannungen zum Anlegen an die Phasenwicklungen umgerechnet werden. Der feldbildende Soll-Strom und der drehmomentbildende Soll-Strom können dabei als ein mit der Winkelgeschwindigkeit des Rotors rotierender Stromzeiger dargestellt werden. Zur Bereitstellung des effizienten Betriebsmodus werden der feldbildende Soll-Strom und der drehmomentbildende Soll-Strom so gewählt, dass die Verluste der Synchronmaschine in dem Arbeitspunkt minimal sind.
Um nun das Asynchrondrehfeld zu erzeugen, wird der feldbildende Soll-Strom und/oder der drehmomentbildende Soll-Strom, und damit die Stromgrundwelle, mit Oberschwingungen beaufschlagt. Diese Stromoberschwingungen erzeugen die Oberwellen, welche die Grundwelle des Synchrondrehfeldes überlagern und die Verluste der Synchronmaschine erhöhen. Zwar erzeugen die Stromoberschwingungen auch Oberwellen im Drehmoment, diese können aber durch das Fahrzeug gedämpft werden.
Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen System. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und weist die Synchronmaschine als Traktionsmaschine auf.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße System sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Systems mit einer Synchronmaschine in einem effizienten Betriebsmodus; und
2 das System gemäß 2 mit der Synchronmaschine in einem ineffizienten Betriebsmodus.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 und 2 zeigen jeweils ein System 1, welches eine Synchronmaschine 2 sowie eine Regelungseinrichtung 3 aufweist. Das System 1 kann in einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug verwendet werden, in welchem die Synchronmaschine 2 als elektrische Traktionsmaschine des Kraftfahrzeugs dient. Das System 1 weist außerdem zumindest eine zu heizende Komponente 4 auf. Die zu heizende Komponente 4 ist hier eine elektrische Traktionsbatterie 5 in Form von einem Hochvoltenergiespeicher, welcher die Synchronmaschine 2 mit elektrischer Energie versorgt. Die zu heizende Komponente 4 und die Synchronmaschine 2 sind über einen Kühlmittel führenden Kühlkreislauf 6, welcher hier nur schematisch angedeutet ist, thermisch gekoppelt. Gemäß 1 wird die Synchronmaschine 2 in einem effizienten Betriebsmodus betrieben, in welchem die Synchronmaschine 2 minimale Verlustleistung und damit Verlustwärme abgibt. Der effiziente Betriebsmodus wird immer dann bereitgestellt, wenn die zu heizende Komponente 4 keinen Heizbedarf aufweist. Gemäß 2 wird die Synchronmaschine 2 in einem ineffizienten Betriebsmodus betrieben, in welchem die Synchronmaschine 2 eine im Vergleich zum effizienten Betriebsmodus höhere Verlustwärme aufweist. Der ineffiziente Betriebsmodus wird immer dann bereitgestellt, wenn die Komponente 4 einen Heizbedarf aufweist. Dann wird der Komponente 4 über das Kühlmittel des Kühlkreislaufes 6 die von der Synchronmaschine 2 „erzeugte“ Verlustwärme zugeführt.
Die Regelungseinrichtung 3 weist einen Wechselrichter 7 auf, welcher zwischen die Traktionsbatterie 5 und die Synchronmaschine 2 geschaltet ist. Der Wechseltrichter 7 ist insbesondere ebenfalls in den Kühlkreislauf 6 eingebunden, sodass zusätzlich Verlustwärme des Wechselrichters 7 zu der zu heizenden Komponente 4 transportiert werden kann. Der Wechselrichter 7 ist mit drei Phasenwicklungen u, v, w eines Stators der Synchronmaschine 2 verbunden. Um ein angefordertes, arbeitspunktspezifisches Drehmoment M bereitstellen zu können, legt der Wechselrichter 7 Soll-Phasenspannungen u*_u, u*_v, u*_w an die drei Phasenwicklungen u, v, w der Synchronmaschine 2 an, durch welche die Phasenwicklungen mit Phasenströmen i_u, i_v, i_w bestromt werden. Diese Phasenströme i_u, i_v, i_w erzeugen ein Drehfeld, welches einen Rotor der Synchronmaschine 2 zur Bereitstellung des arbeitspunktspezifischen Drehmomentes M in Rotation versetzt. Die Soll-Phasenspannungen u*_u, u*_v, u*_w bestimmt ein Regler 8 der Reglungseinrichtung 3 basierend auf Soll-Strömen i*_q und i*_d sowie Ist-Strömen i_d, i_q. Der Regler 8 arbeitet dabei in einem zweiachsigen, rotororientierten dq-Koordinatensystem. Die Ist-Ströme i_d, i_q sind ein drehmomentbildender Ist-Strom i_q und ein feldbildender Ist-Strom i_d, welche anhand von den gemessenen Ist-Phasenströmen i_u, i_v, i_w bestimmt werden. Die gemessenen Ist-Phasenströme i_u, i_v, i_w werden durch Koordinatentransformation in die Ist-Ströme i_d, i_q umgerechnet. Da das dq-Koordinatensystem mit einer Winkelgeschwindigkeit ω des Rotors der Synchronmaschine 2 rotiert, wird die Koordinatentransformation unter Berücksichtigung eines aktuellen, gemessenen Rotorwinkels γ durchgeführt.
Da bei der vorliegenden Synchronmaschine 2 das nutzbare Drehmoment M nur erzeugt wird, wenn das magnetische Drehfeld synchron mit dem Rotor rotiert, also wenn eine Winkelgeschwindigkeit des Synchrondrehfeldes mit der Winkelgeschwindigkeit ω des Rotors rotiert, werden die Soll-Phasenspannungen u*_u, u*_v, u*_w in Abhängigkeit von der zeitlichen Änderung des Rotorwinkels γ, welcher der Winkelgeschwindigkeit ω des Rotors entspricht, bestimmt. Diese Soll-Phasenspannungen u*_u, u*_v, u*_w werden in Steuersignale für den Wechselrichter 7 umgewandelt. Die Soll-Ströme i*_q und i*_d werden dabei derart bestimmt, dass das geforderte Drehmoment M erzeugt wird. Das Drehmoment M berechnet sich zu $M = \frac{3}{2} p (ψ_{d} i *_{q} - ψ_{q} i *_{d})$
mit der Polpaarzahl p, der Flussverkettung Ψ_d entlang der d-Achse und der Flussverkettung Ψ_d entlang der q-Achse.
Dabei existieren unterschiedliche Kombinationen der Soll-Ströme i*_q, i*_d, welche dasselbe Drehmoment M generieren. In dem effizienten Betriebsmodus werden die Werte Soll-Ströme i*_q, i*_d so gewählt, dass eine Amplitude des Stromes $I = \sqrt{i_{q}^{*} + i_{d}^{*}}$
minimal ist.
Zum Bereitstellen des ineffizienten Betriebsmodus wird das Synchrondrehfeld mit einem Asynchrondrehfeld überlagert. Die Winkelgeschwindigkeit des Asynchrondrehfeldes ist dabei unterschiedlich, beispielsweise deutlich größer, als die Winkelgeschwindigkeit ω des Rotors, welche auch der Winkelgeschwindigkeit des Synchrondrehfeldes entspricht. Auch kann die Winkelgeschwindigkeit des Asynchrondrehfeldes kleiner als die Winkelgeschwindigkeit ω des Rotors sein. Das Asynchrondrehfeld wird erzeugt, indem die Soll-Ströme i*_q und i*_d mit Oberschwingungen Δi_d, Δi_q überlagert werden. Δi_d, Δi_q können sich beispielsweise berechnen zu: $Δ i_{d} = I m * sin (ω^{2} t)$
$Δ i_{q} = I m * cos (ω^{2} t)$
Diese Oberschwingungen Δi_d, Δi_q überlagern eine Grundwelle des Synchrondrehfeldes mit Oberwellen, welche Eisenverluste und damit eine erhöhte Verlustwärme generieren. Das resultierende Drehmoment M+ΔM berechnet sich zu $M + Δ M = \frac{3}{2} p (Ψ_{d} (i *_{q} + Δ i_{q}) - Ψ_{q} (i *_{d} + Δ i_{d})),$
wobei ΔM Oberwellen im Drehmoment M sind, welche durch das Kraftfahrzeug gedämpft werden können. Die durch Δi_d, Δi_q erzeugte Verlustwärme wird der zu heizenden Komponente 4 zugeführt. In dem ineffizienten Betriebsmodus fungiert die Synchronmaschine 2 also als Heizeinrichtung für die Komponente 4.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2540552 B1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Maschine in Form von einer Synchronmaschine (2) eines Kraftfahrzeugs, welche in einem verlustleistungsoptimalen, effizienten Betriebsmodus und in einem verlustleistungserhöhenden, ineffizienten Betriebsmodus betreibbar ist, wobei bei dem Verfahren die Synchronmaschine (2) in dem effizienten Betriebsmodus zur Bereitstellung eines arbeitspunktspezifischen Drehmoments derart geregelt wird, dass ein Stator der Synchronmaschine (2) ein synchron mit einem Rotor der Synchronmaschine (2) rotierendes Synchrondrehfeld erzeugt, und wobei zum Erhöhen einer für die Beheizung zumindest einer zu heizenden Komponente (4) des Kraftfahrzeugs verwendbaren Verlustwärme der Synchronmaschine (2), die Synchronmaschine (2) in den ineffizienten Betriebsmodus überführt wird, in welchem das Synchrondrehfeld mit einem Asynchrondrehfeld beaufschlagt wird, welches unter Beibehaltung des arbeitspunktspezifischen Drehmomentes eine Grundwelle des Synchrondrehfeldes mit verlustwärmeerhöhenden Oberwellen überlagert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ineffiziente Betriebsmodus der Synchronmaschine (2) zum Erhöhen der Verlustwärme dann bereitgestellt wird, wenn die zumindest eine zu heizende Komponente (4) des Kraftfahrzeugs ein Heizanforderungssignal bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Winkelgeschwindigkeit des Asynchrondrehfeldes unterschiedlich zu einer Winkelgeschwindigkeit des Synchrondrehfeldes ist, sodass eine Frequenz der Oberwellen unterschiedlich ist zu einer Frequenz der Grundwelle.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Oberwellen und damit die Winkelgeschwindigkeit des Asynchrondrehfeldes in Abhängigkeit von einer, durch die zumindest eine Komponente (4) angeforderten Heizleistung vorgegeben werden.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der Oberwellen und damit die Winkelgeschwindigkeit des Asynchrondrehfeldes derart gewählt werden, dass ein aus dem Asynchronfeld resultierendes Geräusch der Synchronmaschine (2) unterhalb einer Unbehaglichkeitsschwelle, vorzugsweise unterhalb einer Hörschelle, des menschlichen Gehörs liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronmaschine (2) zum Bereitstellen des arbeitspunktspezifischen Drehmoments mit einer feldorientierten Regelung geregelt wird und dazu zum Erzeugen des Synchrondrehfeldes ein feldbildender Soll-Strom id und ein drehmomentbildender Soll-Strom iq vorgegeben werden, wobei zum Erzeugen des Asynchrondrehfeldes zumindest einer der Soll-Ströme mit einer Stromoberschwingung überlagert wird.
System (1) für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Synchronmaschine (2), zumindest eine zu heizende Komponente (4) und eine Regelungseinrichtung (3), welche dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
System (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das System (1) einen Kühlmittel führenden Kühlkreislauf (6) aufweist, an welchen die Synchronmaschine (2) und die zumindest eine zu heizende Komponente (4) des Kraftfahrzeugs angeschlossen sind, wobei die Regelungseinrichtung (3) dazu ausgelegt ist, das Asynchrondrehfeld für die Synchronmaschine bereitzustellen, wenn die zu heizende Komponente (4) ein Heizanforderungssignal bereitstellt, wobei die von der Synchronmaschine (2) abgegebene Verlustwärme über das Kühlmittel des Kühlkreislaufes (6) zu der zu heizenden Komponente (4) transportierbar ist.
System (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine zu heizende Komponente (4) eine Traktionsbatterie und die Synchronmaschine (2) eine Traktionsmaschine des Kraftfahrzeugs ist.
Kraftfahrzeug mit einem System (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9.