DE102021207598A1 - Procedure for determining the consumption of an electric drive motor and test bench - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Verbrauchs eines elektrischen Antriebsmotors, welches folgende Schritte umfasst:
- Ermitteln von drei oder mehr Kennfeldpunkten mit der höchsten Energiedichte,
- Erzeugen von Dreiecken, welche die Kennfeldpunkte mit der höchsten Energiedichte umschließen,
- Erzeugen eines Dreiecks-Netzes aus den 15 Arbeitspunkten, wobei die 15 Arbeitspunkte als Stützstellen zur Interpolation zur Interpolation eines Verlustindex genutzt werden,
- Interpolation der Verlustleistung auf Basis des Dreiecks-Netzwerkes und Berechnen eines Verbrauchs des elektrischen Antriebsmotors,
- Freigabe des elektrischen Antriebsmotors zum Einbau in ein Kraftfahrzeug, wenn der
berechnete Verbrauch kleiner ist als ein Schwellenwert für den Verbrauch.
Die Erfindung betrifft ferner einen Prüfstand zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
The invention relates to a method for determining the consumption of an electric drive motor, which comprises the following steps:
- Determination of three or more map points with the highest energy density,
- Creation of triangles, which enclose the map points with the highest energy density,
- Generation of a triangular network from the 15 working points, with the 15 working points being used as interpolation points for interpolating a loss index,
- Interpolation of the power loss based on the triangular network and calculation of consumption of the electric drive motor,
- Approval of the electric drive motor for installation in a motor vehicle if the
calculated usage is less than a usage threshold.
The invention also relates to a test stand for carrying out such a method.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Verbrauchs eines elektrischen Antriebsmotors für ein Kraftfahrzeug sowie einen Prüfstand zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method for determining the consumption of an electric drive motor for a motor vehicle and a test stand for carrying out such a method according to the preamble of the independent patent claims.
Bei der Produktion von elektrischen Antriebsmotoren kommt es zu einer gewissen Serienstreuung aufgrund physikalischer Bauteileigenschaften. Diese Streuung der Bauteileigenschaften, beispielweise die Streuung des Ohmschen Widerstands, oder Toleranzketten der Bauteile aufgrund der Fertigungsgenauigkeit, haben Auswirkungen auf die Streuung der elektrischen Verlustleistung des elektrischen Antriebsmotors. Aufgrund der Gesetzgebung zur Ermittlung eines Normverbrauchs ist es erforderlich, dieses Streuband zu kennen, um einen korrekten Normverbrauch für die Antriebsmotoren einer Baureihe ableiten zu können.In the production of electric drive motors, there is a certain series variation due to physical component properties. This scattering of the component properties, for example the scattering of the ohmic resistance, or tolerance chains of the components due to the manufacturing accuracy, have an impact on the scattering of the electrical power loss of the electric drive motor. Due to the legislation for determining a standard consumption, it is necessary to know this scatter band in order to be able to derive a correct standard consumption for the drive motors of a series.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, eine Detail-Kennfeldvermessung eines elektrischen Antriebs auf einem Antriebsprüfstand durchzuführen. Eine solche Vermessung liefert sehr genaue Informationen über die Charakteristik eines elektrischen Antriebs, ist jedoch mit einem sehr hohen Aufwand verbunden. Auf Basis der Kennfeldvermessung und der für den Normverbrauch relevanten Arbeitspunkte kann ein Komponentenverbrauchswert für die Messung des Normverbrauchs ermittelt werden. Die Wiederholung dieser Messprozedur für mehrere Antriebe erzeugt das gesuchte Streuband.It is known from the prior art to carry out a detailed map measurement of an electric drive on a drive test bench. Such a measurement provides very precise information about the characteristics of an electric drive, but is associated with a great deal of effort. A component consumption value for measuring the standard consumption can be determined on the basis of the map measurement and the operating points relevant to the standard consumption. Repeating this measurement procedure for several drives produces the scatter band we are looking for.
Da eine solche Einzelmessung bis zu einer Woche Prüfstandzeit in Anspruch nehmen kann, ist der Zeitaufwand für die Durchführung einer solchen Messung nicht in die Serienproduktion übertragen worden. Zudem sollte die Losgröße zur Ermittlung des Streubands möglichst groß sein, um eine repräsentative Stichprobe auszuwerten und eine bestmögliche statistische Sicherheit zu gewährleisten. Je genauer das Streuband bekannt ist, desto genauer kann der Normverbrauch, beispielsweise der WLTP-Verbrauch, angegeben werden. Je breiter das Streuband beim Verlustindex desto mehr statistische Reserve muss in der Entwicklung vorgehalten werden, um für jeden Antrieb sicher den Behörden-Grenzwert für die Zulassung einzuhalten. Das führt zu unnötig hohen Entwicklungskosten, die das verbesserte Interpolationsverfahren vermeidet.Since such an individual measurement can take up to a week on the test stand, the time required to carry out such a measurement was not transferred to series production. In addition, the lot size for determining the scatter band should be as large as possible in order to evaluate a representative sample and to ensure the best possible statistical security. The more precisely the scatter band is known, the more precisely the standard consumption, for example the WLTP consumption, can be specified. The broader the scatter band in the loss index, the more statistical reserve must be maintained in the development in order to ensure that the official limit value for approval is observed for every drive. This leads to unnecessarily high development costs, which the improved interpolation method avoids.
Zudem ist der Ausschuss von Antrieben direkt abhängig von der Verbrauchsprognose für den jeweiligen Antrieb und dem angegebenen Normverbrauch. Daher ist die möglichst genaue Ermittlung eines Verbrauchsindex für jeden gefertigten Antrieb wünschenswert.In addition, the rejection of drives is directly dependent on the consumption forecast for the respective drive and the specified standard consumption. It is therefore desirable to determine a consumption index for each manufactured drive as precisely as possible.
Mit einem genauer bestimmten Verlustindex am Serienprüfstand wird erreicht, dass weniger Antriebe in der Serienproduktion aussortiert und nachgearbeitet werden müssen, weil sie den für die Zulassung gewünschten Verbrauchswert überschreiten.With a more precisely determined loss index on the series test bench, fewer drives have to be sorted out and reworked in series production because they exceed the consumption value desired for approval.
Aus der
Die
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Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist jedoch, dass die Genauigkeit des Interpolationsverfahrens nicht hinreichend hoch ist, um in einer Serienendprüfung (End-of-Line-Prüfung) der elektrischen Antriebsmotoren deren Verlustindex als Maß für den zulassungsrelevanten Leistungsverbrauch bei elektrischen Antriebsmotoren mit hoher statistischer Sicherheit zu bestimmen. Durch Anwendung des hier beschriebenen genaueren Interpolationsverfahrens wird erreicht, dass weniger Antriebe aussortiert und nachbearbeitet werden müssen, da der Verlustindex jetzt mit höherer statistischer Sicherheit bestimmt wird.A disadvantage of the methods known from the prior art, however, is that the accuracy of the interpolation method is not high enough to use the loss index of the electric drive motors in a series final test (end-of-line test) as a measure of the power consumption relevant to approval for electric drive motors to be determined with a high level of statistical certainty. By using the more precise interpolation method described here, fewer drives have to be sorted out and reworked, since the loss index is now determined with greater statistical certainty.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Verbrauchsmessung eines elektrischen Antriebsmotors durchzuführen, welche schnell und mit einem geringen Arbeitsaufwand durchgeführt werden kann und eine höhere Genauigkeit zur Ermittlung des Verbrauchsindex per verbessertem Interpolationsverfahren aufweist. Damit wird den vergleichsweise kurzen Taktzeiten an der Linie für die Serienproduktion Rechnung getragen.The invention is now based on the object of carrying out a consumption measurement of an electric drive motor, which can be carried out quickly and with little effort and has a higher level of accuracy for determining the consumption index using an improved interpolation method. This takes into account the comparatively short cycle times on the line for series production.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Bestimmung des Verbrauchs eines elektrischen Antriebsmotors gelöst, welches folgende Schritte umfasst:
- - Ermitteln von drei oder mehr Kennfeldpunkten, vorzugsweise von vier Kennfeldpunkten, mit der höchsten Energiedichte,
- - Erzeugen von Dreiecken, vorzugsweise gleichseitigen Dreiecken, welche die Kennfeldpunkte mit der höchsten Energiedichte umschließen,
- - Messen von verschiedenen Arbeitspunkten des elektrischen Antriebsmotors, wobei eine erste Gruppe von Arbeitspunkten durch einen Testzyklus definiert wird, und wobei die Eckpunkte der erzeugten Dreiecke eine zweite Gruppe von Arbeitspunkten definieren,
- - Erzeugen eines Dreiecks-Netzes aus den Arbeitspunkten, wobei die gemessenen Arbeitspunkte als Stützstellen zur Interpolation der Verlustleitung an sämtlichen Arbeitspunkten des Testzyklus, insbesondere eines Verbrauchszyklus, genutzt werden,
- - Interpolation der Verlustleistung in den Arbeitspunkten (Stützstellen) aus dem kompletten Wirkungsgradkennfeld,
- - Interpolation der Verlustleistung auf Basis des Dreiecks-Netzwerkes und Berechnen eines Komponentenverbrauchs des elektrischen Antriebsmotors,
- - Freigabe des elektrischen Antriebsmotors zum Einbau in ein Kraftfahrzeug, wenn der mit dem Verfahren berechnete Komponentenverbrauch des elektrischen Antriebsmotors einen Grenzwert erreicht, der zum Einhalten des den Zulassungsbehörden nachzuweisenden Verbrauchs-Grenzwertes des Fahrzeugs führt.
- - Determining three or more map points, preferably four map points, with the highest energy density,
- - Generation of triangles, preferably equilateral triangles, which enclose the map points with the highest energy density,
- - Measuring different operating points of the electric drive motor, a first group of operating points being defined by a test cycle, and the corner points of the generated triangles defining a second group of operating points,
- - Generation of a triangular network from the operating points, with the measured operating points being used as reference points for interpolating the power loss at all operating points of the test cycle, in particular a consumption cycle,
- - Interpolation of the power loss in the operating points (interpolation points) from the complete efficiency map,
- - Interpolation of the power loss based on the triangular network and calculation of a component consumption of the electric drive motor,
- Approval of the electric drive motor for installation in a motor vehicle if the component consumption of the electric drive motor calculated using the method reaches a limit value which leads to compliance with the consumption limit value of the vehicle to be verified by the registration authorities.
Unter den Kennfeldpunkten mit der höchsten Energiedichte sind in diesem Zusammenhang jene Kennfeldpunkte zu verstehen, welche bei einer Unterteilung des Kennfelds in gleichgroße Quadrate ein lokales Maximum bezüglich der Verlustleistung darstellen. Somit ist an diesen Kennfeldpunkten die Verlustleistung normiert auf eine Flächenabschnitt des Kennfelds am höchsten.In this context, the map points with the highest energy density are to be understood as meaning those map points which, when the map is subdivided into squares of equal size, represent a local maximum with regard to the power loss. The power loss normalized to a surface section of the map is therefore highest at these map points.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, mit einer begrenzten Anzahl von Messpunkten eine genaue Abschätzung des Energieverbrauchs eines elektrischen Antriebsmotors zu treffen und sicherzustellen, dass der elektrische Antriebsmotor seine Spezifikation in Hinblick auf den maximalen Stromverbrauch erfüllt. Insbesondere ermöglicht es das Verfahren, bei einer End-Of-Line-Prüfung einen Verlustindex zu ermitteln, der direkt in den behördlich zu erreichenden Verbrauchsgrenzwert des Fahrzeugs eingeht und somit sicherzustellen, dass die in einem Testzyklus ermittelten Verbrauchswerte statistisch sicher von allen mit diesem Verfahren geprüften Elektromotoren erreicht werden.The proposed method makes it possible to make an accurate estimate of the energy consumption of an electric drive motor with a limited number of measurement points and to ensure that the electric drive motor meets its specification with regard to the maximum power consumption. In particular, the method makes it possible to determine a loss index during an end-of-line test, which is directly included in the vehicle's consumption limit to be achieved by the authorities, thus ensuring that the consumption values determined in a test cycle are statistically reliable for all those tested with this method Electric motors can be achieved.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens zur Bestimmung des Verbrauchs eines elektrischen Antriebsmotors möglich.Advantageous improvements and further developments of the method specified in the independent claim for determining the consumption of an electric drive motor are possible as a result of the features listed in the dependent claims.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sämtliche generatorischen Arbeitspunkte an der Drehzahl-Achse gespiegelt werden und eine Berechnung des Verbrauchs des elektrischen Antriebsmotors ausschließlich durch Arbeitspunkte im ersten Quadranten des Kennfelds, also im motorischen Antriebsbereich des elektrischen Antriebsmotors erfolgt. Da in einem Verbrauchszyklus für Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antriebsmotor sowohl motorische Arbeitspunkte des elektrischen Antriebsmotors als auch generatorische Arbeitspunkte des elektrischen Antriebsmotors berücksichtigt werden, führt eine Spiegelung der Arbeitspunkte zu einer vereinfachten Berechnung des Verbrauchs und somit zu einer Zeitersparnis bei einer Serienprüfung.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that all generator working points are mirrored on the speed axis and a calculation of the consumption of the electrical Drive motor exclusively by operating points in the first quadrant of the map, ie in the motor drive area of the electric drive motor. Since both motor working points of the electric drive motor and generator working points of the electric drive motor are taken into account in a consumption cycle for motor vehicles with an electric drive motor, mirroring the working points leads to a simplified calculation of the consumption and thus to time savings in a series test.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass mindestens fünfzehn Arbeitspunkte des elektrischen Antriebsmotors gemessen werden. Um eine für den Verbrauch relevante Aussage treffen zu können und diese in engen Toleranzbereichen einhalten zu können hat sich das Verwenden von mindestens fünfzehn Stützstellen als besonders vorteilhaft herausgestellt, da damit die größten vier Energieschwerpunkte bei der Interpolation einbezogen werden können. Neue Stützstellen werden durch die Eckpunkte der Dreiecke um die vier Kennfeldpunkte mit der höchsten Energiedichte sowie weitere drei Arbeitspunkte durch Randpunkte des WLTP-Kennfelds definiert. Dadurch ist eine besonders schnelle und genaue Interpolation zwischen den einzelnen Arbeitspunkten und somit eine exakte Vorhersage des Stromverbrauchs des elektrischen Antriebsmotors möglich.In an advantageous embodiment of the method, it is provided that at least fifteen operating points of the electric drive motor are measured. In order to be able to make a statement relevant to the consumption and to be able to keep this within narrow tolerance ranges, the use of at least fifteen support points has proven to be particularly advantageous, since the four largest energy centers can thus be included in the interpolation. New interpolation points are defined by the corner points of the triangles around the four map points with the highest energy density and three further working points by edge points of the WLTP map. As a result, a particularly fast and precise interpolation between the individual working points and thus an exact prediction of the power consumption of the electric drive motor is possible.
Bevorzugt ist dabei, wenn drei Arbeitspunkte der ersten Gruppe von Arbeitspunkten ein rechtwinkliges Dreieck aufspannen, welches den Prüfbereich begrenzt und die Arbeitspunkte der zweiten Gruppe von Arbeitspunkten innerhalb dieses rechtwinkligen Dreiecks liegen. Dadurch kann auf einfache Art und Weise eine Unterteilung des Kennfelds in Dreiecke erfolgen, welche im Rahmen einer Interpolation eine exakte Vorhersage der Verlustleistung und damit verbunden des Stromverbrauchs des elektrischen Antriebsmotors ermöglichen.In this case, it is preferred if three operating points of the first group of operating points span a right-angled triangle which delimits the test area and the operating points of the second group of operating points lie within this right-angled triangle. As a result, the characteristics map can be subdivided into triangles in a simple manner, which, within the framework of an interpolation, enable an exact prediction of the power loss and, associated therewith, of the power consumption of the electric drive motor.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn aus den drei Arbeitspunkten der ersten Gruppe von Arbeitspunkten und einem Arbeitspunkt aus der zweiten Gruppe von Arbeitspunkten ein Viereck gebildet wird, wobei dieses Viereck durch eine Diagonale in zwei Dreiecke zerteilt wird. Dadurch können die Kennfeldpunkte der höchsten Energiedichte bei der Interpolation entsprechend stark gewichtet werden, wodurch eine weitere Verbesserung der Genauigkeit bei der Berechnung des Stromverbrauchs des elektrischen Antriebsmotors möglich ist. Die kleineren gleichseitigen Dreiecke um die vier größten Energieschwerpunkte interpolieren in den Bereichen hoher Verlustleistung vergleichsweise genauer, was die Interpolationsgenauigkeit zusätzlich steigert.It is particularly preferred if a square is formed from the three working points of the first group of working points and one working point from the second group of working points, this square being divided into two triangles by a diagonal. As a result, the map points of the highest energy density can be weighted correspondingly heavily during the interpolation, as a result of which a further improvement in the accuracy in the calculation of the power consumption of the electric drive motor is possible. The smaller equilateral triangles around the four largest energy centers interpolate comparatively more precisely in the areas of high power loss, which additionally increases the interpolation accuracy.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass bei einer Berechnung der Verlustleistung des elektrischen Antriebsmotors die vier Kennfeldpunkte mit der höchsten Energiedichte berücksichtigt werden. Bei Messungen von unterschiedlichen Typen von Elektromotoren hat sich herausgestellt, dass sich im Wirkungsgradkennfeld meist vier charakteristische Bereiche mit hoher Verlustleistung ergeben, die zur Steigerung der Interpolationsgenauigkeit verwendet werden. Dadurch ist durch die Ermittlung von diesen vier Kennfeldpunkten eine besonders exakte Voraussage des Energieverbrauchs des elektrischen Antriebsmotors möglich.According to a particularly preferred embodiment of the method, it is provided that when calculating the power loss of the electric drive motor, the four map points with the highest energy density are taken into account. When measuring different types of electric motors, it turned out that there are usually four characteristic areas with high power loss in the efficiency map, which are used to increase the interpolation accuracy. As a result, a particularly precise prediction of the energy consumption of the electric drive motor is possible by determining these four characteristic map points.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dreiecke, welche die Punkte der höchsten Energiedichte umschließen, nach der Größe der Energiedichte durchnummeriert werden und diese entsprechend ihrer Energiedichte gewichtet werden.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the triangles which enclose the points of the highest energy density are numbered consecutively according to the size of the energy density and these are weighted according to their energy density.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass insgesamt genau 15 Arbeitspunkte gemessen werden. Dabei werden vorzugsweise die zwölf Eckpunkte der vier Dreiecke um die vier Kennfeldpunkte mit der höchsten Energiedichte sowie drei weitere Arbeitspunkte, welche das Kennfeld begrenzen, gemessen.In an advantageous embodiment of the method, it is provided that a total of exactly 15 operating points are measured. The twelve corner points of the four triangles around the four map points with the highest energy density and three other operating points that delimit the map are preferably measured.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Kennfeld durch eine Linie gleicher Verlustleistung begrenzt wird. Begrenzt man das Kennfeld durch eine Linie gleicher Verlustleistung, insbesondere durch eine Linie mit einer Verlustleistung von 4kW, so liegen sämtliche Arbeitspunkte des WLTP-Verbrauchszyklus innerhalb dieses Kennfelds. Dadurch kann die Berechnung der Verlustleistung auf diesen Kennfeldbereich begrenzt bleiben, sodass durch die Arbeitspunkte innerhalb dieses Kennfeldbereichs eine sehr exakte Abschätzung der Verlustleistung und somit des Verbrauchs des elektrischen Antriebsmotors möglich ist.In an advantageous embodiment of the method, it is provided that the characteristic map is delimited by a line with the same power loss. If the map is delimited by a line of the same power loss, in particular by a line with a power loss of 4 kW, then all operating points of the WLTP consumption cycle lie within this map. As a result, the calculation of the power loss can be limited to this map area, so that the operating points within this map area can be used to estimate the power loss and thus the consumption of the electric drive motor very precisely.
Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft einen Prüfstand zur Durchführung einer Verbrauchsermittlung eines elektrischen Antriebsmotors (End of Line Prüfstand), wobei der Prüfstand eine Steuerungseinrichtung aufweist, welche dazu eingerichtet ist, ein solches Verfahren durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch die Steuerungseinrichtung ausgeführt wird. Durch einen solchen Prüfstand ist mit geeigneter kalibrierter Messtechnik fertigungsbegleitend eine hinreichend genaue Bestimmung des Verbrauchs jedes einzelnen hergestellten elektrischen Antriebsmotors vor dem Einbau in ein Kraftfahrzeug möglich. Somit kann mit vergleichsweise einfachen Mitteln und in einem vertretbaren Zeitintervall eine Überprüfung des Verbrauchs der elektrischen Antriebsmotoren erfolgen. Somit eignet sich ein solcher Prüfstand und ein solches Prüfverfahren insbesondere für eine Prüfung in einer Serienfertigung von Elektromotoren vor dem Einbau des entsprechenden elektrischen Antriebsmotors in ein Kraftfahrzeug.A further partial aspect of the invention relates to a test bench for carrying out a determination of the consumption of an electric drive motor (end of line test bench), the test bench including a controller device which is set up to carry out such a method when a machine-readable program code is executed by the control device. With such a test stand, a sufficiently precise determination of the consumption of each individual electric drive motor produced before installation in a motor vehicle is possible with suitable calibrated measurement technology during production. In this way, the consumption of the electric drive motors can be checked using comparatively simple means and within a reasonable time interval. Such a test bench and such a test method are therefore particularly suitable for testing in series production of electric motors before the corresponding electric drive motor is installed in a motor vehicle.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Verlustleistungskennfeld eines elektrischen Antriebsmotors in welchem motorische und generatorische Arbeitspunkte im Rahmen eins WLTP-Verbrauchszyklus eingezeichnet sind. -
2 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kennfelddiagramm eines elektrischen Antriebsmotors, in welchem acht stationäre Arbeitspunkte eingezeichnet sind. -
3 ein Drehmoment-Drehzahl Kennfeld zur Ermittlung der Kennfeldpunkte der höchsten Energiedichte; und -
4 ein Drehmoment-Drehzahl-Kennfeld eines elektrischen Antriebsmotors, an dessen Beispiel die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Verbrauchs eines elektrischen Antriebsmotors erklärt wird.
-
1 a power loss map of an electric drive motor in which motor and generator working points are drawn in as part of a WLTP consumption cycle. -
2 a map diagram of an electric drive motor known from the prior art, in which eight stationary operating points are located. -
3 a torque-speed map for determining the map points of the highest energy density; and -
4 a torque/speed characteristic diagram of an electric drive motor, using the example of which the implementation of a method according to the invention for determining the consumption of an electric drive motor is explained.
Da die Messung von 1800 Arbeitspunkten bei einer serienbegleitenden Prüfung oder in einer Serienprüfung zur Abnahme jedes einzelnen elektrischen Antriebsmotors zeitlich zu aufwändig wäre, wird der Verbrauch im Rahmen eines WLTP-Zyklus durch die Verlustleistung an einzelnen ausgewählten Arbeitspunkten (Stützstellen) sowie eine Interpolation zwischen diesen Arbeitspunkten bestimmt.Since the measurement of 1800 operating points in a series-accompanying test or in a series test for acceptance of each individual electric drive motor would be too time-consuming, the consumption within the framework of a WLTP cycle is determined by the power loss at individually selected operating points (interpolation points) and an interpolation between these operating points definitely.
In
Als Eingangsdaten für den Berechnungsalgorithmus werden Verlustleistungen für acht verschiedene stationäre Arbeitspunkte AP1, AP2, AP3, AP4, AP5, AP6, AP7 und AP8 verwendet. Diese Arbeitspunkte AP1, AP2, AP3, AP4, AP5, AP6, AP7 und AP8 werden in folgender Tabelle 1 festgelegt (ein positives Moment beschreibt den motorischen Betrieb; ein negatives Moment beschreibt den generatorischen Betrieb des elektrischen Antriebsmotors) und dienen als Sollwertvorgaben:
An den angegebenen Arbeitspunkten AP ist die Bestimmung der Verlustleistung Pv erforderlich. Hierzu werden folgende Werte auf Achsniveau für jeden der in der Tabelle angegebenen Arbeitspunkt AP1 - AP8 gemessen:
Anschließend erfolgt die Berechnung der gemessenen Werte für jeden der in der Tabelle angegebenen stationären Arbeitspunkte AP1 - AP8 zur Verlustleistung Pv.
Für jeden Sensor erfolgt eine Kalibrierung im relevanten Wertebereich, auf deren Basis die Messunsicherheit jedes einzelnen Sensors für den jeweiligen Arbeitspunkt AP1 - AP8 ermittelt werden kann. Ferner werden die ermittelten Messunsicherheiten unter Berücksichtigung des jeweiligen Arbeitspunktes AP1 - AP8 zu partiellen Leistungsunsicherheiten verrechnet. Daraus ergeben sich anhand der Berechnung der Verlustleistung und deren partieller Ableitung insgesamt sechs partielle Leistungsunsicherheiten für jeden Arbeitspunkt AP1 - AP8. Bei einer asymmetrischen Unsicherheitsverteilung müssen die partiellen Leistungsunsicherheiten für die positive bzw. negative Unsicherheit separat berechnet werden.Each sensor is calibrated in the relevant value range, on the basis of which the measurement uncertainty of each individual sensor can be determined for the respective operating point AP1 - AP8. Furthermore, the measurement uncertainties determined are offset against partial performance uncertainties, taking into account the respective operating point AP1 - AP8. Based on the calculation of the power loss and its partial derivation, this results in a total of six partial power uncertainties for each operating point AP1 - AP8. In the case of an asymmetric uncertainty distribution, the partial power uncertainties for the positive and negative uncertainty must be calculated separately.
Die ermittelten sechs partiellen Leistungsunsicherheiten werden gemäß des gauß'schen Fehlerfortpflanzungsgesetzes für jeden der in der Tabelle aufgeführten Arbeitspunkte zu einer Gesamt-Messunsicherheit.According to Gauss' law of error propagation, the six determined partial power uncertainties become a total measurement uncertainty for each of the operating points listed in the table.
Als Resultat ergibt sich nach dieser Methodik für jeden der in der Tabelle aufgeführten acht Arbeitspunkte AP1 bis AP8 eine Verlustleistung PV1 bis PV8 und deren Verlustleistungsunsicherheit.According to this method, the result is a power loss P V1 to P V8 and its power loss uncertainty for each of the eight operating points AP1 to AP8 listed in the table.
Auf Basis der ermittelten Verlustleistungen und deren Verlustleistungsunsicherheiten für die in der Tabelle aufgeführten stationären Arbeitspunkte AP1 - AP8 lässt sich der Verbrauchsindex VI rechnerisch wie im Folgenden beschrieben ermitteln.On the basis of the determined power losses and their power loss uncertainties for the stationary operating points AP1 - AP8 listed in the table, the consumption index VI can be calculated as described below.
Dem Berechnungsalgorithmus liegt eine 2-dimensionale Ebeneninterpolation, die für jeden Prüfpunkt CP des Referenzzyklus durchgeführt werden muss, zugrunde. Jedem Zyklusarbeitspunkt CPi werden in einer Datenmatrix nunmehr drei Arbeitspunkte (APi, APj, APk) zugeordnet, die ein Interpolations-Dreieck aufspannen können, welches CPi enthält (siehe
Zusätzlich werden in der Datenmatrix zwei Gewichtungsfaktoren k1, k2 angegeben, welche die Position des Prüfpunktes CPi innerhalb des aus APi, APj und APk aufgespannten Dreiecks angeben. Zunächst wird den stationären Arbeitspunkten APi, APj und APk die zuvor bestimmte Verlustleistung PVi, PVj, PVk zugeordnet. Es ergeben sich damit drei Verlustleistungswerte PVi, PVj, PVk an den Ecken des durch die stationären Arbeitspunkte APi, APj und APk aufgespannten Dreiecks.In addition, two weighting factors k1, k2 are specified in the data matrix, which indicate the position of the test point CPi within the triangle formed from AP i , AP j and AP k . First, the previously determined power loss P Vi , P Vj , P Vk is assigned to the steady-state operating points AP i , AP j and AP k . This results in three power loss values P Vi , P Vj , P Vk at the corners of the triangle spanned by the stationary operating points AP i , AP j and AP k .
Aus diesen Werten kann unter Verwendung der Gewichtungsfaktoren k1, k2 der gesuchte interpolierte Verlustleistungswert für den jeweiligen Prüfpunkt CPi berechnet werden.
Das in der Datenmatrix zugrundeliegende Zeitraster basiert vorzugsweise auf einer Frequenz von 1Hz, somit entspricht die ermittelte Verlustleistung im Prüfpunkt CPi näherungsweise dem Energiedurchsatz in diesem Prüfpunkt CP des Referenzzyklus RZ.The time grid on which the data matrix is based is preferably based on a frequency of 1 Hz, so the determined power loss in the test point CP i approximately corresponds to the energy throughput in this test point CP of the reference cycle RZ.
Abschließend wird der Verbrauchsindex VI über eine Summation und Normierung gemäß der folgenden Gleichung gebildet:
Die Berechnung des Verbrauchsindex VI erfolgt auf Basis eines Referenzzyklus, vorzugsweise auf Basis des WLTP und einem Referenzfahrzeug. Als Resultat einer Fahrzeugvermessung oder Längsdynamiksimulation ergibt sich anhand dieser Prämisse ein Lastkollektiv, welches die im Referenzzyklus auftretenden Prüfpunkte CP beschreibt. Die Gewichtungsfaktoren k1 und k2 können anhand der auftretenden Prüfpunkte CP im Referenzzyklus für ein Referenzfahrzeug und den gewählten stationären Arbeitspunkten AP für jeden Prüfpunkt vorab eindeutig ermittelt werden.The consumption index VI is calculated on the basis of a reference cycle, preferably on the basis of the WLTP and a reference vehicle. Based on this premise, the result of a vehicle measurement or longitudinal dynamics simulation is a load collective that describes the test points CP occurring in the reference cycle. The weighting factors k1 and k2 can be clearly determined in advance for each test point using the test points CP that occur in the reference cycle for a reference vehicle and the selected stationary operating points AP.
Bei der Vermessung verschiedener elektrischer Antriebsmotoren auf den End-of-Line-Prüfständen wird sich nicht immer zwangsläufig dieselbe E-Maschinen-Temperatur bei der Messung einstellen. Der als „Besonderes Merkmal der Zulassung“ auf der ZSB-Antriebszeichnung festgelegte max. Verbrauchsindex-Wert wird allerdings für eine spezifische mittlere E-Maschinen-Temperatur TE Mittel spez gefordert. Daher ist ggf. eine Temperatur-Korrektur erforderlich, die im Folgenden beschrieben wird.When measuring different electric drive motors on the end-of-line test benches, the temperature of the electric motors will not always be the same during the measurement. However, the maximum consumption index value specified as a "special feature of the approval" on the ZSB drive drawing is required for a specific mean electric machine temperature T E mean spec . Therefore, a temperature correction may be necessary, which is described below.
Zunächst wird die mittlere Temperatur des elektrischen Antriebsmotors über die in der Tabelle genannten stationären Arbeitspunkte AP1 - AP8 berechnet. Weiterhin kann auf Basis der spezifischen mittleren E-Maschinen-Temperatur TE Mittel spez ein Erwartungswert für den Verbrauchsindex VI bei abweichender Temperatur abgeleitet werden.First, the average temperature of the electric drive motor is calculated using the stationary operating points AP1 - AP8 listed in the table. Furthermore, based on the specific mean electric machine temperature T E mean spec , an expected value for the consumption index VI can be derived for a different temperature.
In der laufenden Produktion ist die Einhaltung des „Besonderes Merkmal der Zulassung“ bzgl. Verbrauchindex für die produzierten Antriebe sicherzustellen. Es wird empfohlen, für jeden produzierten Antrieb eine End-of-Line-Messung (EOL-Messung) mit den in der Tabelle genannten acht stationären Arbeitspunkten AP1 - AP8 durchzuführen und ein Verbrauchsindex-Wert VI zu ermitteln. Unter Kenntnis der zugehörigen Temperatur TE Mittel ist kann damit ein auf 40°C temperatur-korrigierter Verbrauchswert VIT,kor ermittelt werden.
Auf Basis des temperatur-korrigierten Verbrauchsindex VIT,kor wird empfohlen, eine fortlaufende Statistik über alle produzierten elektrischen Antriebsmotoren zu bilden. Darüber hinaus kann die Temperaturabhängigkeit des Verbrauchsindex VI anhand der Verbrauchsindex VI und der zugehörigen Temperatur TE Mittel ist in der laufenden Produktion betrachtet und ausgewertet werden.On the basis of the temperature-corrected consumption index VI T,kor , it is recommended that continuous statistics be generated for all electric drive motors produced. In addition, the temperature dependency of the consumption index VI can be viewed and evaluated using the consumption index VI and the associated temperature T E mean actual in ongoing production.
Die Berechnung des Verbrauchsindex VI erfolgt auf Basis eines Referenzzyklus, vorzugsweise auf Basis des WLTP und einem Referenzfahrzeug. Als Resultat einer Fahrzeugvermessung oder Längsdynamiksimulation ergibt sich anhand dieser Prämisse ein Lastkollektiv, welches die im Referenzzyklus auftretenden Prüfpunkte CP beschreibt. Die Gewichtungsfaktoren k1 und k2 können anhand der auftretenden Prüfpunkte CP im Referenzzyklus für ein Referenzfahrzeug und den gewählten stationären Arbeitspunkten AP für jeden Prüfpunkt vorab eindeutig ermittelt werden.The consumption index VI is calculated on the basis of a reference cycle, preferably on the basis of the WLTP and a reference vehicle. Based on this premise, the result of a vehicle measurement or longitudinal dynamics simulation is a load collective that describes the test points CP occurring in the reference cycle. The weighting factors k1 and k2 can be clearly determined in advance for each test point using the test points CP that occur in the reference cycle for a reference vehicle and the selected stationary operating points AP.
Bei der Vermessung verschiedener elektrischer Antriebsmotoren auf den End-of-Line-Prüfständen wird sich nicht immer zwangsläufig dieselbe E-Maschinen-Temperatur bei der Messung einstellen. Der als „Besonderes Merkmal der Zulassung“ auf der ZSB-Antriebszeichnung festgelegte max. Verbrauchsindex-Wert wird allerdings für eine spezifische mittlere E-Maschinen-Temperatur TEMittel spez gefordert. Daher ist ggf. eine Temperatur-Korrektur erforderlich, die im Folgenden beschrieben wird.When measuring different electric drive motors on the end-of-line test benches, the temperature of the electric motors will not always be the same during the measurement. However, the max. consumption index value specified as a "special feature of the approval" on the ZSB drive drawing is required for a specific mean electric machine temperature TE mean spec . Therefore, a temperature correction may be necessary, which is described below.
Zunächst wird die mittlere Temperatur des elektrischen Antriebsmotors über die in der Tabelle genannten stationären Arbeitspunkte AP1 - AP8 berechnet. Weiterhin kann auf Basis der spezifischen mittleren E-Maschinen-Temperatur TE Mittel spez ein Erwartungswert für den Verbrauchsindex VI bei abweichender Temperatur abgeleitet werden.First, the average temperature of the electric drive motor is calculated using the stationary operating points AP1 - AP8 listed in the table. Furthermore, based on the specific mean electric machine temperature TE mean spec , an expected value for the consumption index VI can be derived for a different temperature.
In der laufenden Produktion ist die Einhaltung des „Besonderes Merkmal der Zulassung“ bzgl. Verbrauchindex für die produzierten Antriebe sicherzustellen. Es wird empfohlen, für jeden produzierten Antrieb eine EOL-Messung mit den in der Tabelle genannten acht stationären Arbeitspunkten AP1 - AP8 durchzuführen und ein Verbrauchsindex-Wert VI zu ermitteln. Unter Kenntnis der zugehörigen Temperatur TE Mittel kann damit ein auf 40°C temperatur-korrigierter Verbrauchswert VIT, kor ermittelt werden.
Auf Basis der temperatur-korrigierten Verbrauchsindex VI T, kor wird empfohlen, eine fortlaufende Statistik über alle produzierten elektrischen Antriebsmotoren zu bilden. Darüber hinaus kann die Temperaturabhängigkeit des Verbrauchsindex VI anhand der Verbrauchsindex VI und der zugehörigen Temperatur TE Mittel ist in der laufenden Produktion betrachtet und ausgewertet werden.Based on the temperature-corrected consumption index VI T, kor it is recommended to create continuous statistics for all electric drive motors produced. In addition, the temperature dependency of the consumption index VI can be viewed and evaluated using the consumption index VI and the associated temperature T E mean actual in ongoing production.
In
Nachteilig bei dem in
Zur Berechnung des Verlustindex VI gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für die Stützstellen aus dem Wirkungsgradkennfeld lediglich die vier Punkte der größten Energiedichte betrachtet, die sich innerhalb eines Messzyklus, insbesondere innerhalb des WLTP-Zyklus, befinden.To calculate the loss index VI according to the method according to the invention, only the four points of the greatest energy density that are within a measurement cycle, in particular within the WLTP cycle, are considered for the interpolation points from the efficiency map.
In
- - Ermitteln von drei oder mehr Kennfeldpunkten mit der höchsten Energiedichte,
- - Erzeugen von Dreiecken, welche die Kennfeldpunkte mit der höchsten Energiedichte umschließen,
- - Messen von verschiedenen Arbeitspunkten des elektrischen Antriebsmotors, wobei eine erste Gruppe von Arbeitspunkten durch einen Testzyklus definiert wird, und wobei die Eckpunkte der erzeugten Dreiecke eine zweite Gruppe von Arbeitspunkten definieren,
- - Erzeugen eines Dreiecks-Netzes aus den Arbeitspunkten,
- - Interpolation der Verlustleistung auf Basis des Dreiecks-Netzwerkes und Berechnen eines Verbrauchs des elektrischen Antriebsmotors,
- - Freigabe des elektrischen Antriebsmotors zum Einbau in ein Kraftfahrzeug, wenn der berechnete Verbrauch kleiner ist als ein Schwellenwert für den Verbrauch.
- - Determination of three or more map points with the highest energy density,
- - Creation of triangles, which enclose the map points with the highest energy density,
- - Measuring different operating points of the electric drive motor, a first group of operating points being defined by a test cycle, and the corner points of the generated triangles defining a second group of operating points,
- - Creation of a triangular mesh from the working points,
- - Interpolation of the power loss based on the triangular network and calculation of consumption of the electric drive motor,
- - Release of the electric drive motor for installation in a motor vehicle if the calculated consumption is less than a threshold value for consumption.
Bevorzugt werden in einem ersten Verfahrensschritt wie in
BezugszeichenlisteReference List
- APAP
- Arbeitspunktoperating point
- AP1AP1
- Arbeitspunkt aus einer ersten Gruppe von ArbeitspunktenOperating point from a first group of operating points
- AP2AP2
- Arbeitspunkt aus einer zweiten Gruppe von ArbeitspunktenOperating point from a second group of operating points
- APEAAPEA
- Arbeitspunkt bei motorischem BetriebOperating point in motor operation
- APgenAPgen
- Arbeitspunkt bei GeneratorbetriebOperating point for generator operation
- CPCP
- Prüfpunktcheckpoint
- KPEDmaxKPEDmax
- Kennfeldpunkt mit maximaler EnergiedichteMap point with maximum energy density
- NmNm
- NewtonmeterNewton meter
- Pvpv
- Verlustleistungdissipation
- RZRZ
- Referenzzyklusreference cycle
- SS
- Schwellenwert für maximal zulässigen VerbrauchThreshold for maximum allowable consumption
- SStreuStray
- Schwellenwert für maximal zulässige StreuungThreshold for maximum allowable variation
- T [Nm]T [Nm]
- Drehmoment (in Newtonmeter)Torque (in Newton meters)
- TT
- Temperaturtemperature
- Tmtom
- mittlere Temperaturmedium temperature
- VIVI
- Verbrauchsindexconsumption index
- k1k1
- erster Gewichtungsfaktorfirst weighting factor
- k2k2
- zweiter Gewichtungsfaktorsecond weighting factor
- nn
- Drehzahlrotational speed
- rpmrpm
- Umdrehungen pro Minuterevolutions per minute
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 10232294 A1 [0007]DE 10232294 A1 [0007]
- DE 102009038245 A1 [0008]DE 102009038245 A1 [0008]
- DE 102017007422 A1 [0009]DE 102017007422 A1 [0009]
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DE102021207598.3A DE102021207598A1 (en) | 2021-07-16 | 2021-07-16 | Procedure for determining the consumption of an electric drive motor and test bench |
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Citations (3)
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DE10232294A1 (en) | 2002-07-16 | 2004-02-05 | Daimlerchrysler Ag | Determining electromagnetic losses in collectorless electrical machine with number of coil windings involves deriving losses from measured current in winding, applied voltage between two time points |
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-
2021
- 2021-07-16 DE DE102021207598.3A patent/DE102021207598A1/en active Pending
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