DE102021202982A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts für eine elektrische Maschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts TRotfür eine elektrische Maschine, wobei das Verfahren einen Schritt des Errechnens eines Unterstützungswerts Pcu2_Trotunter Verwendung eines mit einem Temperaturmodell ermittelten Rotortemperaturwerts Trotund eines Motorstromwerts Isdqumfasst. Ferner umfasst das Verfahren einen Schritt des Bestimmens eines Hilfswerts Pcu2_Refunter Verwendung eines Motordrehmoments Trq und eines Motorschlupfwerts (ωslip. Auch umfasst das Verfahren einen Schritt des Verknüpfens des Unterstützungswerts Pcu2-Trotmit dem Hilfswert Pcu2_Ref, um einen Korrekturrotortemperaturwert DeltaTrotzu erhalten. Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt des Veränderns des Temperaturmodells 120, unter Verwendung des Korrekturrotortemperaturwerts DeltaTrot, um ein korrigiertes Temperaturmodell 120 zu erhalten. Schließlich umfasst das Verfahren einen Schritt des Ermittelns des Rotortemperaturwerts TRot unter Verwendung des korrigierten Temperaturmodells 120.

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts für eine elektrische Maschine gemäß den Hauptansprüchen.
• Für die Modellierung von Temperaturverhalten von elektrischen Maschinen werden häufig thermische Modelle mit konzentrierten Parametern verwendet. Dabei wird die elektrische Maschine in unterschiedliche Teile aufgeteilt, die dann als homogener Körper betrachtet werden. Jeder dieser Körper hat eine eigene Wärmekapazität. Die Wärmekapazität gibt an, wie viel Energie nötig ist, um die Temperatur eines Körpers um 1 Grad Celsius zu ändern. Zwischen den einzelnen Körpern existiert ein Wärmewiderstand, dieser stellt ein Maß für den Wärmestrom dar, welcher aufgrund von Temperaturunterschieden fließt. Thermische Prozesse lassen sich analog zu elektrischen Netzwerken mittels Ersatzschaltbildern abbilden. Je nach Anzahl von modellierten Teilen wird von Ein-, Zwei- oder Mehrkörpermodellen gesprochen.
• Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts für eine elektrische Maschine gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
• Mit dem hier beschriebenen Verfahren kann ein Temperaturmodell zum Überwachen von Motortemperaturen und für Deratingsfunktionen verbessert werden. Dabei kann das thermische Modell besonders einfach gehalten werden, um begrenzte Rechenressourcen auf der Zielhardware optimal auszunutzen. Insbesondere bei einer Anwendung für Automobile kann das Verfahren zur dynamischen Korrektur von Initialisierungsfehler nach Klemmenwechsel in einem thermischen ASM-Rotormodell beitragen.
• Es wird ein Verfahren zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts für eine elektrische Maschine vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Errechnens eines Unterstützungswerts unter Verwendung eines mit einem Temperaturmodell ermittelten Rotortemperaturwerts und eines Motorstromwerts umfasst, sowie einen Schritt des Bestimmens eines Hilfswerts unter Verwendung eines Motordrehmoments und eines Motorschlupfwerts. Zudem umfasst das Verfahren einen Schritt des Verknüpfens des Unterstützungswerts mit dem Hilfswert, um einen Korrekturrotortemperaturwert zu erhalten, einen Schritt des Veränderns des Temperaturmodells, unter Verwendung des Korrekturrotortemperaturwerts, um ein korrigiertes Temperaturmodell zu erhalten, und einen Schritt des Ermittelns des Rotortemperaturwerts unter Verwendung des korrigierten Temperaturmodells.
• Beispielsweise kann es sich bei der elektrischen Maschine um einen Antriebsmotor (beispielsweise einen Asynchronmotor) eines Fahrzeugs, wie beispielsweise eines Lkws, handeln. Dabei kann die Maschine einen beweglichen Rotor umfassen, der bei Inbetriebnahme der Maschine in einem den Rotor umgebenen Stator rotieren kann. Um den Aufwand eines Anbringens eines Sensors an den beweglichen Teilen des Motors zu vermeiden, kann die Motortemperatur mittels eines Temperaturmodells errechnet werden. Hierfür können wichtige, dem Motormodell zugrunde gelegte Werte, wie beispielsweise das Drehmoment des Motors Trq oder dessen Schlupffrequenz ω_slip, eine Kühlmediumtemperatur T_cooling, eine Statortemperatur T_stat oder eine Verlustleistung P_v, zum Errechnen der Rotortemperatur T_rot durch das Temperaturmodell offline hinterlegt sein. Eine Abweichung von solchen Ausgangswerten, beispielsweise nach einem Neustart beziehungsweise einem Klemmenwechsel des Fahrzeugs, kann mit dem hier vorgestellten Verfahren erfasst werden, wodurch vorteilhafterweise auftretende Initialisierungsfehler korrigiert werden können. Solche Abweichungen können beispielsweise nach einer kurzen Pause auftreten, in der der Motor vorübergehend abgeschaltet wird, die Zeit aber nicht ausreicht, um vollständig abzukühlen. Hierbei kann beispielsweise der Stator schneller abkühlen als der während des Betriebs rotierende Rotor. Bei einem Neustart, also beim erneuten Anfahren des Fahrzeugs, beispielsweise nach einer Erholungspause des Fahrers, kann es darum vorkommen, dass die Statortemperatur nicht mehr der Rotortemperatur entspricht und das Temperaturmodell angepasst werden sollte. Hierfür kann mit dem hier vorgestellten Verfahren einerseits ein Hilfswert bestimmt werden, der auch als Referenzwert bezeichnet werden kann und der aus offline hinterlegten Daten zum Motordrehmoment und Motorschlupf errechnet werden kann. Mit anderen Worten basiert diese Referenzberechnung also beispielsweise auf dem Spannungsmodell der elektrischen Maschine bzw. des Asynchronmotors. Zum anderen kann ein Unterstützungswert berechnet werden, der auf der durch das Temperaturmodell geschätzten Rotortemperatur und einem bekannten Motorstromwert basiert. In einem darauf folgenden Schritt des Verfahrens können dem Hilfswert und der Unterstützungswert miteinander abgeglichen werden, um einen Korrekturrotortemperaturwert zu erhalten. Dieser Korrekturrotortemperaturwert kann anschließend verwendet werden, um das Temperaturmodell zu korrigieren und somit die tatsächliche Rotortemperatur vorteilhafterweise mit beispielsweise einer maximalen Abweichung von 10 °C im Vergleich zur tatsächlichen Temperatur zu bestimmen.
• Gemäß einer Ausführungsform kann im Schritt des Verknüpfens der Unterstützungswert vom Hilfswert subtrahiert werden, um einen Fehlerwert zu erhalten. Beispielsweise kann in diesem Schritt die Formel e = P_{cu2_Ref} - P_{cu2_Trot} angewendet werden, wobei die Variable e dem Fehlerwert entspricht und P_{cu2_Ref} dem Hilfswert und P_cu2Trot dem Unterstützungswert entspricht. Dabei kann der Fehler e auf eine Verfälschung der geschätzt Rotortemperatur zurückgeführt werden. Vorteilhafterweise kann der Fehlerwert somit durch eine einfache und ressourcenschonende Rechenmethode bestimmt werden.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Verknüpfens der Korrekturrotortemperaturwert unter Verwendung eines Reglers bestimmt werden, der als Eingangsgröße den Fehlerwert verwenden kann. Beispielsweise kann aus einer Differenz zwischen dem Unterstützungswert und dem Hilfswert ein Fehlerwert errechnet werden, der als Eingangsgröße für den Regler verwendet werden kann. Unter Verwendung dieses Fehlerwerts kann der Regler, bei dem sich beispielsweise um einen einfachen Proportionalregler handeln kann, korrigiert werden. Vorteilhafterweise kann aufgrund des integrierenden Verhaltens der Strecke auf einen komplexeren PI-Regler verzichtet werden. Der Regler kann unmittelbar nach einem Klemmenwechsel scharf geschalten werden und kann zum Beispiel nach einer einstellbaren Zeit langsamer eingestellt beziehungsweise ganz ausgeschaltet werden. Vorteilhafterweise kann das Temperaturmodell mithilfe des Reglers präzise und schnell korrigiert werden.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Bestimmens das Drehmoment unter Verwendung eines Skalierungsfaktors p_z und zusätzlich oder alternativ einer magnetischen Flussgröße Ψ und einer Stromstärke I berechnet werden, insbesondere unter Verwendung der Formel $\text{Trq}=\frac{3}{2}{\text{p}}_{\text{z}}\left({\mathrm{\psi }}_{\text{s}\mathrm{\alpha }}{\text{I}}_{\text{s}\mathrm{\beta }}-{\mathrm{\psi }}_{\text{s}\mathrm{\beta }}{\text{I}}_{\text{s}\mathrm{\alpha }}\right)$

  

  Dabei kann Ψ_sα eine magnetische Flussgröße im Stator in Richtung α repräsentieren und I_sβ kann eine Stromstärke im Stator in Richtung β repräsentieren. Auch kann Ψ_sβ eine magnetische Flussgröße im Stator in Richtung β repräsentieren und I_sα kann eine Stromstärke im Stator in Richtung α repräsentieren. Beispielsweise kann das Drehmoment von der Maschinenregelung basierend auf dem Spannungsmodell des Motors zur Verfügung gestellt werden. Dabei kann die Berechnung des Drehmoments basierend auf Spannungsgleichungen zum Beispiel wie folgt gerechnet werden: $${\mathrm{\psi }}_{\text{s}\mathrm{\alpha }}={\displaystyle \int \left(U_{s\alpha }-R_s{I}_{\text{s}\mathrm{\alpha }}\right)}d\text{t}$$

  

  $${\mathrm{\psi }}_{\text{s}\mathrm{\beta }}={\displaystyle \int \left(U_{s\mathrm{\beta }}-R_s{I}_{\text{s}\mathrm{\beta }}\right)}dt$$

  

  Vorteilhafterweise kann dadurch der Hilfswert unabhängig von Rotorgrößen inklusive des Rotorwiderstands errechnet werden. Für eine genauere Berechnung der Kupferverluste kann eine Nachführung des Statorwiderstands in Abhängigkeit von der Statortemperatur erfolgen.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Errechnens der Unterstützungswert unter Verwendung eines Rotorwiderstands R_r und eines ersten Rotorstromwerts I_rd und eines zweiten Rotorstromwerts I_rq berechnet werden, insbesondere unter Verwendung der Formel ${\text{P}}_{\text{cu2\_Trot}}=\frac{3}{2}{\text{R}}_{\text{r}},\left({\text{I}}_{\text{rd}}^2+{\text{I}}_{\text{rq}}^2\right)$

  

  . Dabei kann der erste Rotorstromwert I_rd einer ersten Stromkomponente im dq-Koordinatensystem des Rotors entsprechen und der zweite Rotorstromwert I_rq kann einer zweiten Stromkomponente im dq- Koordinatensystem des Rotors entsprechen. Dabei können sowohl der erste als auch der zweite Stromwert Park-transformiert sein. Vorteilhafterweise können mit dieser Formel die Rotorkupferverluste in Abhängigkeit von der Rotortemperatur bestimmt werden.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Errechnens der Rotorwiderstand unter Verwendung eines elektrischen Basiswiderstandwerts im Rotor R_r20 und einem Anpassungsfaktor berechnet werden, insbesondere wobei der Anpassungsfaktor unter Verwendung eines Skalierungswerts α_r und des Rotortemperaturwerts T_rot berechnet werden kann, insbesondere wobei der Rotorwiderstand unter Verwendung der Formel R_r = R_r20(1 + α_r(T_rot - 20)) berechnet werden kann. Beispielsweise kann der Basiswiderstand einem Rotorwiderstand bei 20°C Rotortemperatur entsprechen und der Skalierungswert kann einem Temperaturkoeffizienten des Rotors entsprechen. Das hat den Vorteil, dass der Rotorwiderstand mithilfe der geschätzten Rotortemperatur möglichst präzise berechnet werden kann.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Errechnens der Unterstützungswert unter Verwendung einer Hauptinduktivität L_m und Rotorinduktivität L_r errechnet werden, insbesondere wobei ein Verhältnis von Hauptinduktivität zu Rotorinduktivität in Abhängigkeit von Kennlinien und zusätzlich oder alternativ von Stromstärken im Stator I_sd und I_sq errechnet werden kann. Beispielsweise kann die Hauptinduktivität L_m der Induktivität des gesamten Motors beziehungsweise der gesamten Maschine entsprechen und die Stromstärken I_sd und I_sq können jeweils einer dq-Stromkomponente (also der Stromkomponente im dq-Koordinatensystem) des Stators entsprechen. Dies kann vorteilhafterweise dazu beitragen, den Unterstützungswert möglichst präzise zu errechnen.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Errechnens der zweite Rotorstrom I_rq unter Verwendung der Hauptinduktivität L_m und der Rotorinduktivität L_r und einer Stromstärke im Stator I_sq berechnet werden, insbesondere unter Verwendung der Formel ${\text{I}}_{\text{rq}}=-\frac{{\text{L}}_{\text{m}}}{{\text{L}}_{\text{r}}}{\text{I}}_{\text{sq}}$

  

  berechnet werden. Vorteilhafterweise kann der zum Errechnen des Unterstützungswerts benötigte Wert des zweiten Rotorstroms somit auf Grundlage bekannter Werte berechnet werden.
• Zudem kann gemäß einer weiteren Ausführungsform im Schritt des Errechnens der erste Rotorstrom I_rd unter Verwendung der Rotorinduktivität L_r und einer magnetischen Flussgröße im Rotor Ψ_rd und der Hauptinduktivität L_m und einer Stromstärke im Stator I_sd berechnet werden, insbesondere unter Verwendung der Formel I_rd = $\frac{1}{{\text{L}}_{\text{r}}}\left({\mathrm{\psi }}_{\text{rd}}-{\text{L}}_{\text{m}}{\text{I}}_{\text{sd}}\right)$

  

  berechnet werden. Dabei kann Ψ_rd einer d-Komponente der Rotorflussverkettung entsprechen. Dabei kann die d-Komponente des Rotorstroms, welcher nur transient während Änderungen vom Ψ_rd fließt, vernachlässigt werden. Eine solche Vorgehensweise hat den Vorteil, dass der zweite Rotorstrom und daraus folgend auch der Unterstützungswert möglichst präzise berechnet werden kann.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Bestimmens der Hilfswert durch Multiplikation des Drehmoments mit dem Motorschlupfwinkel bestimmt werden. Beispielsweise kann hierbei die Formel P_{cu2_Ref} = T_rq * ω_slip angewandt werden. Vorteilhafterweise kann der Hilfswert somit durch eine einfache und ressourcenschonende Rechenmethode auf der Grundlage bekannter Werte bestimmt werden.
• Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
• Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
• Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
• Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer elektrischen Maschine, für die eine hier vorgestellte Variante eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts eingesetzt werden kann;
• 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Ansteuern eines Verfahrens zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts für eine elektrische Maschine;
• 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts für eine elektrische Maschine;
• 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Sättigungsverhaltens in der Hauptinduktivität Lm und Rotorinduktivität Lr der elektrischen Maschine mithilfe von Kennlinien;
• 5 eine schematische Darstellung einer gemessenen Rotortemperatur und einer geschätzten Rotortemperatur;
• 6 eine schematische Darstellung einer gemessenen Rotortemperatur und einer geschätzten Rotortemperatur;
• 7 eine schematische Darstellung einer gemessenen Rotortemperatur und einer geschätzten Rotortemperatur; und
• 8 eine schematische Darstellung einer gemessenen Rotortemperatur und einer geschätzten Rotortemperatur.
• In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer elektrischen Maschine 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Lediglich beispielhaft handelt es sich bei dem Fahrzeug 100 um einen Lastkraftwagen mit 12 Tonnen Gesamtgewicht, der als Antriebsmotor eines elektrische Maschine 105, hier beispielsweise einen Asynchronmotor, aufweist. Der Asynchronmotor umfasst in diesem Ausführungsbeispiel einen Rotor 110 und einen Stator 115, deren Temperaturwerte mittels eines Temperaturmodells 120 einer Vorrichtung 125 errechenbar sind. Diese errechnete Temperatur kann dann beispielsweise für weitere Ansteuerungsaufgaben der elektrischen Maschine 105 verwendet werden, beispielsweise um eine Überhitzung der elektrischen Maschine 105 in einem Betrieb zu vermeiden, was jedoch nicht den zentralen Fokus des hier vorgestellten Ansatzes darstellt und daher an dieser Stelle nicht weiter thematisiert wird. Die Lösung von einzelnen Differenzialgleichungen des Temperaturmodells 120 hat in diesem Ausführungsbeispiel die allgemeine Form $\text{T}\left(\text{t}\right)=\Delta {\text{P}}_{\text{v}},{\text{R}}_{\text{w}}\left(1-{\text{e}}^{-\frac{\text{t}}{{\text{R}}_{\text{w}}{\text{C}}_{\text{w}}}}\right)+{\text{T}}_{\text{0}}.$

  

  Dabei repräsentiert lediglich beispielhaft To der Initialwert der zu schätzenden Temperatur.
• Einfache thermische Netzwerke haben inhärente Korrektureigenschaften durch thermische Ausgleichsvorgänge, die dazu führen, dass eventuelle kurzzeitige Temperaturverfälschungen abklingen. Die Dauer solcher Ausgleichsvorgänge liegt im Bereich der thermischen Zeitkonstanten T_w = R_w*C_w. Solche thermischen Ausgleichsvorgänge sind also ziemlich träge. Ein simulierter Fahrzyklus mit einem 12-Tonnen LKW an einer bergigen Strecke zeigt, dass die Rotortemperaturgrenze innerhalb wenigen Minuten nach einem Kalt-Start erreicht wird. Spezifische Betriebsrandbedingungen, wie zum Beispiel Varianz der Umgebungstemperaturen und Kühlmitteltemperatur, unterschiedliche Lasten und Fahrprofile, häufiger Klemmenwechsel, am Fahrzeug erfordern schnelle Korrektur vorzugsweise innerhalb wenigen Sekunden, um den Komponentenschutz und die Verfügbarkeit gewährleisten zu können.
• 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 125 zum Ansteuern eines Verfahrens zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts für eine elektrische Maschine, wie sie in der vorangegangenen 1 beschrieben wurde. Die hier dargestellte Vorrichtung 125 entspricht oder ähnelt der in der vorangegangenen 1 beschriebenen Vorrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 125 ausgebildet, um ein Verfahren, wie es in der nachfolgenden 3 beschrieben wird, anzusteuern. Hierfür umfasst die Vorrichtung 125 ein Temperaturmodell 120, das in Bezug auf den Einsatz in einem Asynchronmotor auch als ASM Temperaturmodell bezeichnet werden kann. Mittels des Temperaturmodells 120 ist unter Verwendung von bekannten Werten, wie der Kühltemperatur T_cooling, der Statortemperatur T_stat und der Verlustleistung P_v der elektrischen Maschine, eine Rotortemperatur T_rot berechenbar. Zum präzisen Errechnen eines Rotortemperaturwerts T_rot bei einer Änderung von Betriebsrandbedingungen, wie Umgebungstemperaturen, Kühlmitteltemperatur, unterschiedliche Lasten und Farbprofile oder häufiges Klemmenwechseln, beziehungsweise zur Korrektur des errechneten Temperaturwerts innerhalb weniger Sekunden, weist die Vorrichtung 125 in diesem Ausführungsbeispiel zudem ein Korrektur-Rotortemperatur-Modul 200 auf. Das Korrektur-Rotortemperatur-Modul 200 umfasst eine Errechnungseinheit 202 zum Errechnen eines Unterstützungswerts P_cu2 unter Verwendung des Rotortemperaturwerts T_rot und eines Motorstromwerts I_sdq. Weiterhin umfasst das Korrektur-Rotortemperatur-Modul 200 eine Bestimmungseinheit 204 zum Bestimmen eines Hilfswerts P_{cu2_ref} unter Verwendung eines Motordrehmoments Trq und eines Motorschlupfwerts ω_slip. Sowohl der Unterstützungswerts P_cu2 als auch der Hilfswerts P_{cu2_ref} geben einen errechneten Rotorkupferverlust beziehungsweise eine Wärmeverlustleistung des Rotors an, wobei der Hilfswerts P_{cu2_ref} einen Referenzwert darstellt, dessen Referenzberechnungen der elektrischen Maschine basieren. Beide Werte P_cu2 und P_{cu2_ref} sind in einer Verknüpfungseinheit 205 des Korrektur-Rotortemperatur-Moduls 200 miteinander verknüpfbar, wobei lediglich beispielhaft der Unterstützungswert P_cu2 vom Hilfswert P_{cu2_ref} subtrahierbar ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist aus der Differenz zwischen beiden Werten ein Fehlerwert e ermittelbar, der lediglich beispielhaft als Eingangsgröße für einen Regler K verwendbar ist, um einen Korrekturrotortemperaturwert Delta_Trot zu bestimmen. Dieser Fehlerwert e ist auf eine Verfälschung der geschätzten Temperatur T_rot zurückführbar und mit Hilfe eines einfachen ProportionalReglers korrigierbar. Wegen des integrierenden Verhaltens der Strecke ist hier beispielsweise kein PI-Regler notwendig. Der Regler K ist in diesem Ausführungsbeispiel unmittelbar nach einem Klemmenwechsel „scharf“ schaltbar und nach einer einstellbaren Zeit langsamer einstellbar beziehungsweise abschaltbar. Das Korrektur-Rotortemperatur-Modul 200 weist zudem eine Veränderungseinheit 210 auf, die ausgebildet ist, um unter Verwendung des ausgegebenen Korrekturtemperaturwerts Delta_Trot das Temperaturmodell 120 zu verändern beziehungsweise zu korrigieren.
• Mittels einer Ermittlungseinheit 215 ist unter Verwendung des korrigierten Temperaturmoduls 120 wiederum der Rotortemperaturwerts T_rot durch die Vorrichtung 125 ermittelbar.
• 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300 zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts für eine elektrische Maschine, wie sie in der vorangegangenen 1 beschrieben wurde. Das Verfahren 300 ist von einer Vorrichtung ansteuerbar oder ausführbar, wie sie in der vorangegangenen 2 beschrieben wurde. Entsprechend umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 305 des Errechnens eines Unterstützungswerts unter Verwendung eines mit einem Temperaturmodell ermittelten Rotortemperaturwerts und eines Motorstromwerts. Lediglich beispielhaft erfolgt im Schritt 305 des Errechnens das Berechnen des Unterstützungswerts unter Verwendung eines Rotorwiderstands R_r und eines ersten Rotorstromwerts I_rd und eines zweiten Rotorstromwerts I_rq. Dabei werden in diesem Ausführungsbeispiel die Rotorkupferverluste in Abhängigkeit von der Rotortemperatur mit der Formel ${\text{P}}_{\text{cu2\_Trot}}=\frac{3}{2}{\text{R}}_{\text{r}},\left({\text{I}}_{\text{rd}}^2+{\text{I}}_{\text{rq}}^2\right)$

  

  berechnet. Lediglich optional wird der Rotorwiderstand R_r unter Verwendung eines elektrischen Basiswiderstandwerts im Rotor R_r20 und einem Anpassungsfaktor berechnet. Dabei wird in diesem Ausführungsbeispiel der Anpassungsfaktor unter Verwendung eines Skalierungswerts α_r und des Rotortemperaturwerts T_rot berechnet, unter Verwendung der Formel R_r = R_r20(1 + α_r(T_rot - 20)). Der Rotorwiderstand wird also beispielhaft mithilfe der geschätzten Rotortemperatur berechnet. Die Rotorströme werden zudem lediglich beispielhaft unter Verwendung der Hauptinduktivität L_m und der Rotorinduktivität L_r errechnet. Hierfür wird lediglich beispielhaft der zweite Rotorstrom I_rq unter Verwendung der Hauptinduktivität L_m und der Rotorinduktivität L_r und einer Stromstärke im Stator I_sq berechnet, unter Verwendung der Formel ${\text{I}}_{\text{rq}}=-\frac{{\text{L}}_{\text{m}}}{{\text{L}}_{\text{r}}}{\text{I}}_{\text{sq}}.$

  

  Der erste Rotorstrom I_rd wird in diesem Ausführungsbeispiel unter Verwendung der Rotorinduktivität L_r und einer magnetischen Flussgröße im Rotor Ψ_rd und der Hauptinduktivität L_m und einer Stromstärke im Stator I_sd berechnet, unter Verwendung der Formel ${\text{I}}_{\text{rd}}=\frac{1}{{\text{L}}_{\text{r}}}\left({\mathrm{\psi }}_{\text{rd}}-{\text{L}}_{\text{m}}{\text{I}}_{\text{sd}}\right).$

  
• Zudem umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 310 des Bestimmens eines Hilfswerts unter Verwendung eines Motordrehmoments und eines Motorschlupfwerts. In diesem Schritt 310 des Bestimmens wird lediglich beispielhaft der Hilfswert durch Multiplikation des Drehmoments mit dem Motorschlupfwinkel bestimmt. Mit anderen Worten werden die Rotorkupferverluste in diesem Ausführungsbeispiel basierend auf Drehmoment und Schlupf bestimmt, unter Verwendung der Formel P_{cu2_Ref} = T_rq*ω_slip. Dabei wird beispielhaft optional das Drehmoment unter Verwendung eines Skalierungsfaktors p_z und einer magnetischen Flussgröße Ψ und einer Stromstärke I berechnet. Hierfür wird in diesem Ausführungsbeispiel die Formel $\text{Trq}=\frac{3}{2}{\text{p}}_{\text{z}}\left({\mathrm{\psi }}_{\text{s}\mathrm{\alpha }}{\text{I}}_{\text{s}\mathrm{\beta }}\right)-{\mathrm{\psi }}_{\text{s}\mathrm{\beta }}{\text{I}}_{\text{s}\mathrm{\alpha }})$

  

  Ψ_sβI_sα) verwendet, wobei lediglich beispielhaft Ψ_sα eine magnetische Flussgröße im Stator in Richtung α repräsentiert und I_sβ eine Stromstärke im Stator in Richtung β repräsentiert und wobei Ψ_sβ eine magnetische Flussgröße im Stator in Richtung β repräsentiert und I_sα eine Stromstärke im Stator in Richtung α repräsentiert.
• Anschließend an den Schritt 305 des Errechnens und den Schritt 310 des Bestimmens weist das Verfahren 300 einen Schritt 315 des Verknüpfens des Unterstützungswerts mit dem Hilfswert auf, um einen Korrekturrotortemperaturwert zu erhalten. In diesem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 315 des Verknüpfens lediglich beispielhaft der Unterstützungswert vom Hilfswert subtrahiert, um einen Fehlerwert zu erhalten. Mit anderen Worten wird mit den berechneten Rotorverlusten P_{cu2_Ref} = T_rq*ω_slip und ${\text{P}}_{\text{cu2\_Trot}}=\frac{3}{2}{\text{R}}_{\text{r20}}\left(1+{\mathrm{\alpha }}_{\text{r}}\left({\text{T}}_{\text{rot}}-20\right)\right).{\left(\frac{{\text{L}}_{\text{m}}}{{\text{L}}_{\text{r}}}\right)}^2\cdot {\text{I}}_{\text{rq}}^2$

  

  eine Fehler e = P_{cu2_Ref}-P_cu2Trot gerechnet. In diesem Ausführungsbeispiel wird dieser Fehler auf eine Verfälschung der geschätzten Temperatur T_rot zurückgeführt und mit Hilfe eines einfachen Proportional-Regler korrigiert.
• Es folgen ein Schritt 220 des Veränderns des Temperaturmodells unter Verwendung des Korrekturtemperaturwerts, um ein korrigiertes Temperaturmodell zu erhalten, und ein Schritt 225 des Ermittelns des Rotortemperaturwerts unter Verwendung des korrigierten Temperaturmodells.
• Mit anderen Worten ist ein wichtiger Aspekt zur Anwendung des Verfahrens 300 also die Verwendung von unterschiedlichen Rechenmethoden für Rotorkupferverluste, um Fehler zu detektieren. Eine Referenz-Berechnung basiert auf dem Spannungsmodell der elektrischen Maschine. Eine zweite Berechnung P_cu2-Trotor basiert auf der geschätzten Rotortemperatur T_rot. In einem letzten Schritt wird die Differenz zwischen beiden Rechnungen über einen Regler K im thermischen Modell korrigiert.
• 4 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Sättigungsverhaltens in Hauptinduktivität Lm und Rotorinduktivität Lr der elektrischen Maschine mithilfe von Kennlinien 400. Das hier dargestellte Sättigungsverhalten in Hauptinduktivität Lm und Rotorinduktivität Lr mit Hilfe von Kennlinien in Abhängigkeit von Isd und Isq ist im Schritt 305 des in der vorangegangenen 3 beschriebenen Verfahrens berücksichtigbar. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Unterstützungswert unter Verwendung der Hauptinduktivität L_m und der Rotorinduktivität L_r errechnet, wobei lediglich beispielhaft ein Verhältnis von Hauptinduktivität zu Rotorinduktivität in Abhängigkeit von Kennlinien und von Stromstärken im Stator I_sd und I_sq errechnet wird. Damit vereinfacht sich die zweite Berechnung der Rotorkupferverluste zu: $${\text{P}}_{\text{cu2\_Trot}}=\frac{3}{2}{R}_{r20}\left(1+{\mathrm{\alpha }}_{\text{r}}\left({\text{T}}_{\text{rot}}-20\right)\right).{\left(\frac{{\text{L}}_{\text{m}}}{{\text{L}}_{\text{r}}}\right)}^2\cdot {\text{I}}_{\text{rq}}^2.$$

  
• 5 zeigt eine schematische Darstellung einer gemessenen Rotortemperatur und einer geschätzten Rotortemperatur. In der hier gezeigten Darstellung ist kein Verfahren zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts, wie es in der vorangegangenen 3 beschrieben wurde, angewendet worden. Entsprechend weicht eine erste Rotortemperaturkurve 505, die der gemessenen Rotortemperatur entspricht, von einer zweiten Rotortemperaturkurve 510 ab, die der geschätzten Rotortemperatur entspricht.
• 6 zeigt eine schematische Darstellung einer gemessenen Rotortemperatur und einer geschätzten Rotortemperatur. In der hier gezeigten Darstellung ist das Verfahren zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts, wie es in der vorangegangenen 3 beschrieben wurde, angewendet worden. Entsprechend ist eine Abweichung der erste Rotortemperaturkurve 505 und der zweiten Rotortemperaturkurve 510 nur minimal.
• 7 zeigt eine schematische Darstellung einer gemessenen Rotortemperatur und einer geschätzten Rotortemperatur. In der hier gezeigten Darstellung ist kein Verfahren zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts, wie es in der vorangegangenen 3 beschrieben wurde, angewendet worden. Entsprechend weicht die erste Rotortemperaturkurve 505 von der zweiten Rotortemperaturkurve 510 ab.
• 8 zeigt eine schematische Darstellung einer gemessenen Rotortemperatur und einer geschätzten Rotortemperatur. In der hier gezeigten Darstellung ist das Verfahren zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts, wie es in der vorangegangenen 3 beschrieben wurde, angewendet worden. Entsprechend ist eine Abweichung der erste Rotortemperaturkurve 505 und der zweiten Rotortemperaturkurve 510 nur minimal.
• Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
• Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
• Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
• Bezugszeichenliste

100

Fahrzeug

105

Elektrische Maschine

110

Rotor

115

Stator

120

Temperaturmodell

125

Vorrichtung

200

Korrektur-Rotortemperatur-Modul

202

Errechnungseinheit

204

Bestimmungseinheit

205

Verknüpfungseinheit

210

Veränderungseinheit

215

Ermittlungseinheit

300

Verfahren

305

Schritt des Errechnens

310

Schritt des Bestimmens

315

Schritt des Verknüpfens

320

Schritt des Veränderns

325

Schritt des Ermittelns

400

Kennlinien

505

erste Rotortemperaturkurve

510

zweite Rotortemperaturkurve

ASM

Asynchronmaschine

DeltaTrot

Korrekturrotortemperaturwert

e

Fehlerwert

Isdq

Motorstrom

Isd, Isq

Stromstärken im Stator

K

Regler

Lm

Hauptinduktivität

Lr

Rotorinduktivität

Pcu2-Ref

Hilfswert

Pcu2-Trot

Unterstützungswert

Pv

Verlustleistung

Tcooling

Kühlmediumtemperatur

Tstat

Statortemperatur

Trot

Rotortemperaturwert

Trq

Motordrehmoment

ωslip

Motorschlupf

Claims (13)

1. Verfahren (300) zum Ermitteln eines Rotortemperaturwerts (T_Rot) für eine elektrische Maschine (105), wobei das Verfahren (300) folgende Schritte umfasst: Errechnen (305) eines Unterstützungswerts (P_cu2-Trot) unter Verwendung eines mit einem Temperaturmodell (120) ermittelten Rotortemperaturwerts (T_rot) und eines Motorstromwerts (I_sdq); Bestimmen (310) eines Hilfswerts (P_cu2-Ref) unter Verwendung eines Motordrehmoments Trq und eines Motorschlupfwerts (ω_slip); Verknüpfen (315) des Unterstützungswerts (P_cu2-Trot) mit dem Hilfswert (P_{cu2_Ref}), um einen Korrekturrotortemperaturwert (Delta_Trot) zu erhalten, Verändern (320) des Temperaturmodells (120), unter Verwendung des Korrekturrotortemperaturwert (Delta_Trot), um ein korrigiertes Temperaturmodell (120) zu erhalten; Ermitteln (325) des Rotortemperaturwerts (T_Rot) unter Verwendung des korrigierten Temperaturmodells (120).
2. Verfahren (300) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (315) des Verknüpfens der Unterstützungswert (P_cu2-Trot) vom Hilfswert (P_cu2-Ref) subtrahiert wird, um einen Fehlerwert (e) zu erhalten.
3. Verfahren (300) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (315) des Verknüpfens der Korrekturrotortemperaturwert (Delta_Trot) unter Verwendung eines Reglers (K) bestimmt wird, der als Eingangsgröße den Fehlerwert (e) verwendet.
4. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (310) des Bestimmens das Drehmoment unter Verwendung eines Skalierungsfaktors (p_z) und/oder einer magnetischen Flussgröße (Ψ) und einer Stromstärke (I) berechnet wird, insbesondere unter Verwendung der Formel Trq = $\frac{3}{2}{\text{p}}_{\text{z}}\left({\mathrm{\psi }}_{\text{s}\mathrm{\alpha }}{\text{I}}_{\text{s}\mathrm{\beta }}-{\mathrm{\psi }}_{\text{s}\mathrm{\beta }}{\text{I}}_{\text{s}\mathrm{\alpha }}\right),$

   

   wobei Ψ_sα eine magnetische Flussgröße im Stator in Richtung α repräsentiert, I_sβ eine Stromstärke im Stator in Richtung β repräsentiert und wobei Ψ_sβ eine magnetische Flussgröße im Stator in Richtung β repräsentiert und I_sα eine Stromstärke im Stator in Richtung α repräsentiert .
5. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (305) des Errechnens der Unterstützungswert (P_cu2-Trot) unter Verwendung eines Rotorwiderstands (R_r) und eines ersten Rotorstromwerts (I_rd) und eines zweiten Rotorstromwerts (I_rq) berechnet wird, insbesondere unter Verwendung der Formel ${\text{P}}_{\text{cu2\_Trot}}=\frac{3}{2}{\text{R}}_{\text{r}}\cdot \left({\text{I}}_{\text{rd}}^2+{\text{I}}_{\text{rq}}^2\right).$

   
6. Verfahren (300) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (305) des Errechnens der Rotorwiderstand unter Verwendung eines elektrischen Basiswiderstandwerts im Rotor (R_r20) und einem Anpassungsfaktor berechnet wird, insbesondere wobei der Anpassungsfaktor unter Verwendung eines Skalierungswerts (α_r) und des Rotortemperaturwerts (T_rot) berechnet wird, insbesondere wobei der Rotorwiderstand unter Verwendung der Formel R_r = R_r20(1 + α_r(T_rot - 20)) berechnet wird.
7. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (305) des Errechnens der Unterstützungswert (P_cu2-Trot) unter Verwendung einer Hauptinduktivität (L_m) und Rotorinduktivität (L_r) errechnet wird, insbesondere wobei ein Verhältnis von Hauptinduktivität zu Rotorinduktivität in Abhängigkeit von Kennlinien (400) und/oder von Stromstärken im Stator (I_sd) und (I_sq) errechnet wird.
8. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (305) des Errechnens der zweite Rotorstrom (I_rq) unter Verwendung der Hauptinduktivität (L_m) und der Rotorinduktivität (L_r) und einer Stromstärke im Stator (I_sq) berechnet wird, insbesondere unter Verwendung der Formel ${\text{I}}_{\text{rq}}=-\frac{{\text{L}}_{\text{m}}}{{\text{L}}_{\text{r}}}{\text{I}}_{\text{sq}}$

   

   berechnet wird.
9. Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (305) des Errechnens der erste Rotorstrom (I_rd) unter Verwendung der Rotorinduktivität (L_r) und einer magnetischen Flussgröße im Rotor (Ψ_rd) und der Hauptinduktivität (L_m) und einer Stromstärke im Stator (I_sd) berechnet wird, insbesondere unter Verwendung der Formel ${\text{I}}_{\text{rd}}=-\frac{1}{{\text{L}}_{\text{r}}}\left({\mathrm{\psi }}_{\text{rd}}-{\text{L}}_{\text{m}}-{\text{I}}_{\text{sd}}\right)$

   

   berechnet wird.
10. Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (310) des Bestimmens der Hilfswert (P_cu2-Ref) durch Multiplikation des Motordrehmoments (T_rq) mit dem Motorschlupf (ω_slip) bestimmt wird.
11. Vorrichtung (125), die eingerichtet ist, um die Schritte (305, 310, 315, 320, 325) des Verfahrens (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten (202, 204, 205, 210, 215) auszuführen und/oder anzusteuern.
12. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, die Schritte (305, 310, 315, 320, 325) des Verfahrens (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche auszuführen und/oder anzusteuern.
13. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 12 gespeichert ist.

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