DE102021208438A1

DE102021208438A1 - Method for controlling the operation of an electric machine of a motor vehicle

Info

Publication number: DE102021208438A1
Application number: DE102021208438.9A
Authority: DE
Inventors: Cedric Schreiner; Florian Ullrich; Thomas Wolf; Manuel Schwab; Günter Fambach; Volker Grimm; Fabian Hartmann
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2021-08-04
Filing date: 2021-08-04
Publication date: 2023-02-09
Also published as: WO2023011973A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer elektrischen Maschine (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend die Schritte:- Erfassen eines Fehlerzustands- Überführen der elektrischen Maschine (1) in einen von wenigstens zwei Fehlerbetriebsmodi, in denen die elektrische Maschine (1) ein Drehmoment unterhalb eines Maximaldrehmoments erzeugt, insbesondere drehmomentfrei ist, wobei der Fehlerbetriebsmodus in Abhängigkeit von einem erfassten Drehzahlwert des Rotors (9) der elektrischen Maschine (1) gewählt wird.A method for controlling the operation of an electric machine (1) of a motor vehicle, comprising the steps of:- detecting a fault state- transferring the electric machine (1) to one of at least two fault operating modes in which the electric machine (1) has a torque below a maximum torque generated, in particular torque-free, the error operating mode depending on a detected speed value of the rotor (9) of the electrical machine (1) is selected.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a method for controlling the operation of an electrical machine in a motor vehicle.

Verfahren zur Steuerung des Betriebs elektrischer Maschinen von Kraftfahrzeugen sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, bei denen insbesondere Fehlerzustände der elektrischen Maschine oder einer zur Steuerung der elektrischen Maschine verwendeten Steuerungseinrichtung erfasst werden können. Wird ein solcher Fehlerzustand erfasst, sind Routinen bekannt, durch die die elektrische Maschine bzw. das Kraftfahrzeug in einen sicheren Zustand überführt werden soll. In einem solchen sicheren Zustand soll keine Gefahr von der elektrischen Maschine ausgehen, d.h., dass insbesondere das von der elektrischen Maschine erzeugte Drehmoment begrenzt wird.Methods for controlling the operation of electrical machines in motor vehicles are basically known from the prior art, in which, in particular, error states of the electrical machine or of a control device used to control the electrical machine can be detected. If such an error state is detected, routines are known through which the electrical machine or the motor vehicle is to be brought into a safe state. In such a safe state, no danger should emanate from the electrical machine, i.e. the torque generated by the electrical machine in particular is limited.

Mit anderen Worten kann somit verhindert werden, dass bei einem auftretenden Fehlerzustand ein unkontrolliertes Drehmoment von der elektrischen Maschine erzeugt und auf den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs übertragen werden könnte, wodurch eine potenziell unsichere Fahrsituation entstehen könnte. Um die elektrische Maschine in dem sicheren Zustand betreiben zu können, sind mehrere Verfahren bekannt. Beispielsweise kann ein aktiver Kurzschlusszustand oder ein Freilaufzustand verwendet werden, um sicherzustellen, dass die elektrische Maschine bei dem erfassten Fehlerzustand in einem sicheren Zustand verbleibt.In other words, an uncontrolled torque can be prevented from being generated by the electrical machine and transmitted to the drive train of the motor vehicle when a fault condition occurs, as a result of which a potentially unsafe driving situation could arise. In order to be able to operate the electrical machine in the safe state, several methods are known. For example, an active short circuit condition or a freewheeling condition can be used to ensure that the electric machine remains in a safe state at the detected fault condition.

Die einzelnen bekannten Verfahren besitzen jedoch in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebspunkt der elektrischen Maschine Stärken und Schwächen, sodass das Verwenden eines Verfahrens über den gesamten Betriebsbereich der elektrischen Maschine hinweg ineffizient ist bzw. zu unkomfortablen Nebeneffekten führen oder Komponenten in der elektrischen Maschine oder der Steuerungseinrichtung, insbesondere elektronische Bauteile in einem Wechselrichter, beschädigen kann.However, the individual known methods have strengths and weaknesses depending on a current operating point of the electric machine, so using a method over the entire operating range of the electric machine is inefficient or leads to uncomfortable side effects or components in the electric machine or the control device, especially electronic components in an inverter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs anzugeben.The invention is based on the object of specifying a method for controlling the operation of an electrical machine of a motor vehicle that is improved in comparison thereto.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by a method having the features of claim 1. Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims.

Wie beschrieben, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass das Verfahren das Erfassen eines Fehlerzustands sowie das Überführen der elektrischen Maschine in einen von wenigstens zwei Fehlerbetriebsmodi umfasst. In den Fehlerbetriebsmodi erzeugt die elektrische Maschine ein Drehmoment unterhalb eines Maximaldrehmoments, wobei die elektrische Maschine insbesondere drehmomentfrei gestellt werden kann, d.h., dass diese kein Drehmoment erzeugt und auf einen Abtrieb einer Getriebevorrichtung überträgt. Der Fehlerbetriebsmodus wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit von einem erfassten Drehzahlwert des Rotors der elektrischen Maschine gewählt.As described, the invention relates to a method for controlling the operation of an electric machine of a motor vehicle. The invention is based on the finding that the method includes detecting a fault condition and converting the electrical machine into one of at least two fault operating modes. In the error operating modes, the electric machine generates a torque below a maximum torque, in which case the electric machine can be made torque-free in particular, i.e. it does not generate any torque and transmit it to an output of a transmission device. The error operating mode is advantageously selected as a function of a detected speed value of the rotor of the electrical machine.

Mit anderen Worten kann für die Fehlerbetriebsmodi ein Maximaldrehmoments definiert werden, das maximal von der elektrischen Maschine nach Erfassen des Fehlerzustands und Überführen der elektrischen Maschine in einen der wenigstens zwei Fehlerbetriebsmodi noch abgegeben werden darf. Hierbei kann insbesondere eingestellt bzw. festgelegt werden, dass kein Drehmoment von der elektrischen Maschine erzeugt und übertragen wird, wobei ein bestimmter Schwankungsbereich bzw. Sicherungsbereich vorgehalten werden kann, sodass die elektrische Maschine dennoch vergleichsweise kleine Drehmomente, insbesondere kleiner 5 Nm, erzeugen kann.In other words, a maximum torque can be defined for the error operating modes, which maximum torque may still be output by the electric machine after the error state has been detected and the electric machine has been transferred to one of the at least two error operating modes. In particular, it can be set or specified that no torque is generated and transmitted by the electrical machine, with a certain fluctuation range or safety range being maintained so that the electrical machine can nevertheless generate comparatively small torques, in particular less than 5 Nm.

Welcher der wenigstens zwei Fehlerbetriebsmodi nach Erfassen des Fehlerzustands bzw. im weiteren Verlauf des Betriebs des Kraftfahrzeugs nach Erfassen des Fehlerzustands ausgewählt wird, wird in Abhängigkeit von einem erfassten Drehzahlwert bestimmt. Hierzu kann, beispielsweise mittels eines geeigneten Sensors oder abgeleitet durch eine Steuerungseinrichtung, die der elektrischen Maschine zugeordnet ist, ein Drehzahlwert des Rotors der elektrischen Maschine erfasst werden. Der Betriebsbereich der elektrischen Maschine und somit die Auswahl des korrekten Fehlerbetriebsmodus kann neben der Fastendrehzahl bzw. dem erfassten Drehzahlwert des Rotors noch von weiteren Parametern abhängig sein. Zur Festlegung des Drehzahlwerts kann, wie nachfolgend beschrieben wird, eine Kennlinie der elektrischen Maschine herangezogen werden bzw. können die weiteren Parameter ebenso erfasst werden.Which of the at least two error operating modes is selected after the error state has been detected or in the further course of operation of the motor vehicle after the error state has been detected is determined as a function of a detected speed value. For this purpose, a speed value of the rotor of the electric machine can be detected, for example by means of a suitable sensor or derived by a control device that is assigned to the electric machine. The operating range of the electrical machine and thus the selection of the correct error operating mode can also depend on other parameters in addition to the fast speed or the detected speed value of the rotor. As will be described below, a characteristic curve of the electrical machine can be used to define the speed value, or the other parameters can also be recorded.

Mit anderen Worten schlägt die Erfindung vor, dass der Drehzahlwert des Rotors der elektrischen Maschine, insbesondere eine aktuelle Drehzahl des Rotors in der aktuellen Betriebssituation, erfasst wird und, je nachdem welcher Drehzahlwert aktuell erfasst wird, kann zwischen den wenigstens zwei Fehlerbetriebsmodi gewählt werden. Insbesondere kann bei einem ersten Drehzahlwert bzw. einem Drehzahlwert in einem ersten Intervall ein erster Fehlerbetriebsmodus gewählt werden und bei einem zweiten Drehzahlwert oder einem Drehzahlwert in einem zweiten Intervall kann ein zweiter Fehlerbetriebsmodus gewählt werden. Das Verfahren schlägt somit sowohl das initiale Wählen des Fehlerbetriebsmodus vor, d.h., dass der Fehlerbetriebsmodus bei Erfassen des Fehlerzustands in Abhängigkeit des Drehzahlwerts gewählt werden kann. Zudem kann im weiteren Betrieb des Kraftfahrzeugs kontinuierlich oder in festgelegten zeitlichen Abständen oder ereignisbasiert überprüft werden, ob ein Wechsel des Fehlerbetriebsmodus vorteilhaft ist. Hierzu kann der Drehzahlwert entsprechend erfasst und ein potenzieller Wechsel in einen anderen Fehlerbetriebsmodus anhand des erfassten Drehzahlwert evaluiert werden.In other words, the invention proposes that the speed value of the rotor of the electrical machine, in particular a current speed of the rotor in the current operating situation, is detected and, depending on which speed value is currently detected, one can choose between the at least two error operating modes. In particular, a first error mode can be selected for a first speed value or a speed value in a first interval and a second error mode can be selected for a second speed value or a speed value in a second interval. The procedure fails thus both the initial selection of the faulty operating mode, ie that the faulty operating mode can be selected when the error state is detected as a function of the speed value. In addition, during further operation of the motor vehicle, it can be checked continuously or at fixed time intervals or based on events as to whether a change in the error operating mode is advantageous. For this purpose, the speed value can be recorded accordingly and a potential change to another faulty operating mode can be evaluated using the recorded speed value.

Das Verfahren kann dahingehend weitergebildet werden, dass ein Drehzahlgrenzwert definiert und der erfasste Drehzahlwert mit dem definierten Drehzahlgrenzwert verglichen wird, wobei die Auswahl des Fehlerbetriebsmodus in Abhängigkeit von einer Lage des Drehzahlwerts in Bezug auf den Drehzahlgrenzwert durchgeführt wird. Mit anderen Worten kann somit anhand des Drehzahlgrenzwerts eine Grenze definiert werden, die die Betriebsbereiche der elektrischen Maschine gegeneinander abgegrenzt. Der definierte Drehzahlgrenzwert grenzt somit Betriebsbereiche der elektrischen Maschine gegeneinander ab, die für die einzelnen Fehlerbetriebsmodi besser geeignet sind. Somit kann für jeden Fehlerbetriebsmodus ein bestimmter Betriebsbereich der elektrischen Maschine vorgesehen sein, der anhand des Drehzahlwerts ausgewählt werden kann.The method can be further developed such that a speed limit value is defined and the detected speed value is compared with the defined speed limit value, the error operating mode being selected as a function of a position of the speed value in relation to the speed limit value. In other words, a limit can thus be defined on the basis of the speed limit value, which limits the operating ranges of the electrical machine from one another. The defined speed limit value thus delimits operating ranges of the electric machine from one another that are better suited for the individual error operating modes. A specific operating range of the electric machine, which can be selected based on the speed value, can thus be provided for each error operating mode.

Mit anderen Worten kann der erfasste Drehzahlwert dazu herangezogen werden, zu überprüfen, in welchen Betriebsbereichen die elektrische Maschine aktuell betrieben wird und somit ausgewählt werden, welcher der wenigstens zwei Fehlerbetriebsmodi besser geeignet ist, die elektrische Maschine während des Fehlerzustands zu betreiben. Die Lage des Drehzahlwerts bezogen auf den Drehzahlgrenzwert kann grundsätzlich beliebig bestimmt werden, beispielsweise durch eine Differenzbildung oder eine Überprüfung dahingehend, ob der Drehzahlwert den Drehzahlgrenzwert überschreitet oder unterschreitet. Das Annehmen des Drehzahlgrenzwerts seitens des Drehzahlwerts, d.h., wenn der Drehzahlwert gleich dem Drehzahlgrenzwert ist, kann sowohl einem Überschreiten oder einem Unterschreiten zugeordnet werden, je nachdem was die Betriebsstrategie bzw. die einzelnen Fehlerbetriebsmodi fordern.In other words, the detected speed value can be used to check the operating ranges in which the electric machine is currently being operated and thus to select which of the at least two error operating modes is better suited to operating the electric machine during the error state. The position of the speed value in relation to the speed limit value can in principle be determined as desired, for example by forming a difference or by checking whether the speed value exceeds or falls below the speed limit value. The acceptance of the speed limit value by the speed value, i.e. when the speed value is equal to the speed limit value, can be assigned either exceeding or falling below, depending on what the operating strategy or the individual error operating modes require.

Bei dem Verfahren kann ferner vorgesehen sein, dass bei einem erfassten Drehzahlwert unterhalb des definierten Drehzahlgrenzwerts ein erster Fehlerbetriebsmodus durchgeführt wird und bei einem erfassten Drehzahlwert oberhalb des definierten Drehzahlgrenzwerts ein zweiter Fehlerbetriebsmodus durchgeführt wird. Somit kann unterhalb des Drehzahlgrenzwerts, d.h., wenn der erfasste Drehzahlwert kleiner ist als der definierte Drehzahlgrenzwert, ein erster Fehlerbetriebsmodus ausgewählt werden und oberhalb des Drehzahlgrenzwerts, d.h., wenn der erfasste Drehzahlwert größer ist als der definierte Drehzahlgrenzwert, ein zweiter Fehlerbetriebsmodus ausgewählt werden. Wie zuvor beschrieben, kann ein Spezialfall, bei dem der Drehzahlwert exakt dem Drehzahlgrenzwert entspricht, beliebig dem ersten oder dem zweiten Fehlerbetriebsmodus zugeordnet werden.In the method it can also be provided that a first error mode is carried out when the speed value is detected below the defined speed limit value and a second error mode is carried out when the speed value is detected above the defined speed limit value. Thus, below the speed limit, i.e. if the detected speed value is less than the defined speed limit, a first error mode can be selected and above the speed limit, i.e. if the detected speed value is greater than the defined speed limit, a second error mode can be selected. As described above, a special case where the speed value exactly corresponds to the speed limit value can be arbitrarily assigned to the first or the second failure operation mode.

Wie bereits beschrieben, kann der Drehzahlgrenzwert grundsätzlich beliebig definiert werden. Zum Beispiel kann der Drehzahlgrenzwert bereits im Bereich von 10-100 rpm liegen. Hierbei kann der definierte Drehzahlgrenzwert einen Sicherheitsbereich berücksichtigen, insbesondere wenigstens 10-100rpm. Hierdurch können Schwankungen bei der Erfassung des Drehzahlwerts berücksichtigt werden, beispielsweise ein Rauschen im Messsignal und dergleichen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Drehzahlwert den definierten Drehzahlgrenzwert für eine Mindestdauer überschreitet, beispielsweise wenigstens 100 ms oberhalb des definierten Drehzahlgrenzwerts liegt, bevor der zweite Fehlerbetriebsmodus gewählt wird. Somit kann zum einen verhindert werden, dass der zweite Fehlerbetriebsmodus aufgrund einer fehlerhaften Erfassung des Drehzahlwerts ausgewählt wird. Ferner kann ein unnötiger Wechsel der Fehlerbetriebsmodi reduziert bzw. verhindert werden.As already described, the speed limit value can basically be defined arbitrarily. For example, the speed limit can already be in the range of 10-100 rpm. Here, the defined speed limit can take into account a safety range, in particular at least 10-100 rpm. As a result, fluctuations in the detection of the speed value can be taken into account, for example noise in the measurement signal and the like. Furthermore, it can be provided that the speed value exceeds the defined speed limit value for a minimum duration, for example at least 100 ms above the defined speed limit value, before the second error operating mode is selected. Thus, on the one hand, it can be prevented that the second error operating mode is selected due to an erroneous detection of the speed value. Furthermore, an unnecessary change of the error operating modes can be reduced or prevented.

Wie beschrieben, können als Fehlerbetriebsmodi grundsätzlich alle geeigneten Verfahren bzw. Verfahrensschritte durchgeführt werden, die dazu geeignet sind, die elektrische Maschine in einen sicheren Zustand zu überführen bzw. in einem solchen sicheren Zustand zu betreiben. Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens kann als erster Fehlerbetriebsmodus ein Freilauf durchgeführt werden und/oder als zweiter Fehlerbetriebsmodus kann ein aktiver Kurzschlussmodus durchgeführt werden. Mit anderen Worten wird der Freilauf als Fehlerbetriebsmodus gewählt, wenn der erfasste Drehzahlwert unterhalb des definierten Drehzahlgrenzwerts liegt. Der Freilauf kann auch als Wechselrichtersperre bzw. „6-switch-open“ oder „6SO“ bezeichnet werden. In dem Freilauf wird somit eine Steuerungseinrichtung, die der elektrischen Maschine zugeordnet ist, beispielsweise ein Wechselrichter, so gesteuert, dass die Schalteinrichtungen des Wechselrichters allesamt geöffnet sind.As described, all suitable methods or method steps that are suitable for bringing the electrical machine into a safe state or for operating it in such a safe state can in principle be carried out as error operating modes. According to one embodiment of the method, freewheeling can be carried out as the first fault operating mode and/or an active short-circuit mode can be carried out as the second fault operating mode. In other words, coasting is selected as the failure mode when the sensed speed value is below the defined speed limit. Freewheeling can also be referred to as inverter lock or "6-switch-open" or "6SO". In freewheeling, a control device that is assigned to the electrical machine, for example an inverter, is thus controlled in such a way that the switching devices of the inverter are all open.

Der beschriebene zweite Fehlerbetriebsmodus kann als aktiver Kurzschlussmodus durchgeführt werden, d.h., dass an der der Steuerungseinrichtung zugeordneten elektrischen Maschine, beispielsweise einer an dem Wechselrichter angeschlossenen elektrischen Maschine, die Schalteinrichtungen derart geschlossen werden, dass sich ein Kurzschluss an der elektrischen Maschine einstellt und eine durch den Betrieb der elektrischen Maschine induzierte Spannung vernichtet wird. Für den aktiven Kurzschlussmodus können beispielsweise drei der üblicherweise sechs Schalteinrichtungen einer sogenannten „B6-Brücke“ geschlossen werden. Hierbei können beispielsweise die sogenannten „High-Side“- oder „Low-Side“-Schalteinrichtungen geschlossen werden.The second fault operating mode described can be implemented as an active short-circuit mode, ie the switching devices on the electrical machine assigned to the control device, for example an electrical machine connected to the inverter, are closed in such a way that a short circuit occurs on the electrical machine and a voltage induced by the operation of the electrical machine is destroyed. For example, three of the usually six switching devices of a so-called "B6 bridge" can be closed for the active short-circuit mode. Here, for example, the so-called “high-side” or “low-side” switching devices can be closed.

Durch die beschriebene Wahl der Fehlerbetriebsmodi, nämlich die Wahl des Freilaufs unterhalb des definierten Drehzahlgrenzwerts und die Wahl des aktiven Kurzschlussmodus oberhalb des Drehzahlgrenzwerts wird sichergestellt, dass der sichere Zustand der elektrischen Maschine durch den jeweils geeigneten Fehlerbetriebsmodus erreicht wird. Die Steuerungseinrichtung, insbesondere der Wechselrichter, kann somit solange im Freilauf betrieben werden, wie dies die elektrische Maschine in der aktuellen Fahrsituation zulässt.The selection of the error operating modes described, namely the selection of freewheeling below the defined speed limit and the selection of the active short-circuit mode above the speed limit, ensures that the safe state of the electric machine is achieved by the respectively suitable error operating mode. The control device, in particular the inverter, can thus be operated in the freewheel mode for as long as this is permitted by the electric machine in the current driving situation.

Wie beschrieben kann der Drehzahlwert, ab dem ein anderer Fehlerbetriebsmodus gewählt werden soll, von weiteren Parametern der elektrischen Maschine oder einer ihrer zugeordneten Komponenten abhängig sein. Hierzu ist grundsätzlich bekannt, dass in Abhängigkeit von der Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine eine Spannung induziert werden kann, die zu einem Stromfluss durch elektrische oder elektronische Bauteile führen kann. Zum Beispiel kann der Wechselrichter Leistungsdioden aufweisen, die bei einem bestimmten Spannungswert leitend werden und somit einen Strom führen. Dieser Strom kann gegebenenfalls zu Beschädigungen in den elektronischen Bauteilen des Wechselrichters bzw. der elektrischen Maschine führen.As described, the speed value from which another error operating mode is to be selected can depend on other parameters of the electrical machine or one of its associated components. In this regard, it is known in principle that a voltage can be induced as a function of the rotational speed of the rotor of the electrical machine, which can lead to a current flow through electrical or electronic components. For example, the inverter can have power diodes that become conductive at a specific voltage value and thus carry a current. This current can possibly lead to damage in the electronic components of the inverter or the electrical machine.

Führt der Betrieb der elektrischen Maschine dazu, dass ein Strom, insbesondere oberhalb des Drehzahlgrenzwerts, durch das elektrische oder elektronische Bauteil fließt, kann von dem Freilauf in den aktiven Kurzschlussmodus gewechselt werden. Der Stromfluss wird insbesondere durch eine induzierte Spannung verursacht, die in Abhängigkeit von weiteren Parametern der elektrischen Maschine, insbesondere von der Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine, der Temperatur sowie des Ladezustands eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs abhängt. Durch Erfassen des Drehzahlwerts wird somit möglichst genau der Betriebspunkt bestimmt, bis zu dem der Freilauf vorteilhafterweise ausgenutzt werden kann. Bei Überschreiten des definierten Drehzahlgrenzwerts kann somit verhindert werden, dass ein zu vorgeschriebener Stromfluss eintritt, wobei stattdessen in den aktiven Kurzschlussmodus gewechselt werden kann, um eine Beschädigung der Steuerungseinrichtung bzw. weiterer elektrischer oder elektronischer Komponenten zu verhindern.If the operation of the electrical machine causes a current to flow through the electrical or electronic component, in particular above the speed limit value, it is possible to switch from freewheeling to active short-circuit mode. The current flow is caused in particular by an induced voltage that depends on other parameters of the electric machine, in particular on the speed of the rotor of the electric machine, the temperature and the state of charge of an electrical energy storage device of the motor vehicle. By detecting the speed value, the operating point is thus determined as precisely as possible up to which freewheeling can advantageously be used. If the defined rotational speed limit value is exceeded, it is thus possible to prevent a prescribed current flow from occurring, it being possible instead to switch to the active short-circuit mode in order to prevent damage to the control device or other electrical or electronic components.

Hierbei kann vorteilhafterweise ausgenutzt werden, dass der Freilauf, insbesondere im Bereich vergleichsweise geringer Drehzahlen der elektrischen Maschine durchgängig durchgeführt werden kann. Wechselt die elektrische Maschine in einen Betriebsbereich, in dem der Freilauf negative Nebeneffekte besitzt, kann in den aktiven Kurzschlussmodus gewechselt werden. Hierbei wird gleichzeitig ausgenutzt, dass der aktive Kurzschlussmodus seine Schwächen gerade in demjenigen Betriebsbereich besitzt, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung durch den Freilauf abgedeckt werden kann.Advantageously, the fact that freewheeling can be carried out continuously, in particular in the range of comparatively low speeds of the electrical machine, can be used here advantageously. If the electrical machine changes to an operating range in which freewheeling has negative side effects, it can be switched to active short-circuit mode. At the same time, use is made here of the fact that the active short-circuit mode has its weaknesses precisely in that operating range which can be covered by freewheeling within the scope of the present invention.

Mit anderen Worten wird der aktive Kurzschlussmodus gerade dann eingesetzt, wenn der Freilauf zu ungünstigen Nebeneffekten führen würde, wobei der aktive Kurzschlussmodus in dem ihm zugeordneten Betriebsbereich seine Stärken besitzt. Da der erfasste Drehzahlwert als Indikator für den Übergang der Betriebsbereiche festgelegt werden kann, nämlich durch beliebige Definition des definierten Drehzahlgrenzwerts, kann verhindert werden, dass der aktive Kurzschlussmodus in einem ungünstigen Betriebsbereich, beispielsweise bei vergleichsweise geringen Drehzahlen, eingesetzt wird. Somit können unkomfortable Zustände, beispielsweise vergleichsweise starke Bremsmomente, in dem aktiven Kurzschlussmodus weitgehend verhindert werden. Oberhalb des definierten Drehzahlgrenzwerts, also bei Verwendung des aktiven Kurzschlussmodus werden somit vergleichsweise geringe Drehmomente erzeugt, sodass auch der Komfort des Benutzers oder der Benutzer in dem sicheren Betriebszustand der elektrischen Maschine nicht beeinträchtigt wird. Die elektrische Maschine kann zudem in dem sicheren Zustand auch thermisch nicht überlastet werden, da der Freilauf bei vergleichsweise niedrigeren Drehzahlen durchgeführt wird, sodass dort die thermische Belastung auf die elektrische Maschine vergleichsweise geringer ist. Gegebenenfalls kann dies zu einer weniger aufwendigen Auslegung der elektrischen Maschine beitragen, sodass eine Kostenersparnis realisiert werden kann.In other words, the active short-circuit mode is used precisely when freewheeling would lead to unfavorable side effects, with the active short-circuit mode having its strengths in the operating range assigned to it. Since the detected speed value can be set as an indicator for the transition of the operating ranges, namely by any definition of the defined speed limit value, it can be prevented that the active short-circuit mode is used in an unfavorable operating range, for example at comparatively low speeds. In this way, uncomfortable states, for example comparatively strong braking torques, can be largely prevented in the active short-circuit mode. Comparatively low torques are thus generated above the defined speed limit value, ie when using the active short-circuit mode, so that the comfort of the user or the user in the safe operating state of the electric machine is not impaired. In addition, the electrical machine cannot be thermally overloaded in the safe state, since the freewheel is carried out at comparatively lower speeds, so that the thermal load on the electrical machine is comparatively lower there. If necessary, this can contribute to a less complex design of the electrical machine, so that cost savings can be achieved.

Wie beschrieben, kann der Drehzahlgrenzwert somit auch in Abhängigkeit von weiteren Parametern festgelegt werden. Insbesondere kann der Drehzahlgrenzwert in Abhängigkeit von einem erfassten Spannungswert und/oder einer Temperatur der elektrischen Maschine ermittelt werden. Hierbei kann grundsätzlich der aktuelle Drehzahlwert über einen Rotorsensor bzw. einen Rotorlagesensor, im Speziellen über die Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit, erfasst werden. Der Spannungswert kann über einen geeigneten Sensor, beispielsweise einen DC-Sensor bestimmt werden. Ferner kann eine dynamische Berechnung des Drehzahlgrenzwert erfolgen, sodass bei der Bestimmung bzw. Festlegung des Drehzahlgrenzwert die aktuelle Betriebssituation berücksichtigt werden kann, d.h., dass sich der Drehzahlgrenzwert auf die aktuelle Betriebssituation bezogen einstellen lässt. Der Drehzahlwert, bis zu dem der erste Fehlerbetriebsmodus eingenommen werden kann, hängt somit auch von weiteren Komponenten bzw. Parametern ab, sodass sich der Drehzahlgrenzwert bei verschiedenen Betriebssituationen des Kraftfahrzeugs unterschiedlich einstellen lässt. Durch die Berücksichtigung der weiteren Parameter bei der Festlegung des Drehzahlgrenzwert bzw. der Ermittlung des Drehzahlgrenzwert kann jeder Betriebsbereich möglichst genau bestimmt werden, sodass ein Betrieb der elektrischen Maschine in dem ersten Fehlerbetriebsmodus möglichst lange durchgeführt werden kann.As described, the speed limit value can thus also be defined as a function of other parameters. In particular, the speed limit value can be determined as a function of a detected voltage value and/or a temperature of the electrical machine. In principle, the current speed value can be detected via a rotor sensor or a rotor position sensor, specifically via the determination of the angular velocity. The voltage value can be determined using a suitable sensor, for example a DC sensor. Furthermore, the speed limit value can be calculated dynamically, so that when the speed limit value is determined or established, the current operation situation can be taken into account, ie that the speed limit can be set based on the current operating situation. The speed value up to which the first error operating mode can be assumed therefore also depends on other components or parameters, so that the speed limit value can be set differently for different operating situations of the motor vehicle. By considering the other parameters when setting the speed limit or determining the speed limit, each operating range can be determined as precisely as possible, so that the electric machine can be operated in the first error operating mode for as long as possible.

Bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass bei einem Fehler in der Erfassung, beispielsweise in einer Erfassungseinrichtung, der Drehzahlgrenzwert in Abhängigkeit weiterer Parameter bestimmt werden kann. Tritt beispielsweise ein Fehler in der Erfassung des Spannungswerts auf, kann vorgesehen sein, dass der Drehzahlgrenzwert in Abhängigkeit von einer minimalen Batteriespannung und/oder der Temperatur der elektrischen Maschine bestimmt wird. Als minimale Batteriespannung kann letztlich jede beliebige Spannung definiert werden, die die elektrische Spannung eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs beschreibt. Als minimale Batteriespannung kann beispielsweise eine Spannung des elektrischen Energiespeichers herangezogen werden, unterhalb welcher Spannung der elektrische Energiespeicher abgeschaltet wird. Wie beschrieben, kann zusätzlich oder alternativ Temperatur der elektrischen Maschine bestimmt werden, wobei der Drehzahlgrenzwert in Abhängigkeit von der aktuellen Temperatur der elektrischen Maschine bestimmt werden kann. Die Temperatur der elektrischen Maschine erlaubt beispielsweise Rückschlüsse auf die aktuelle Betriebssituation der elektrischen Maschine, beispielsweise, welche Belastung die elektrische Maschine erfährt.Provision can be made in the method that, in the event of an error in the detection, for example in a detection device, the rotational speed limit value can be determined as a function of other parameters. If, for example, an error occurs in the detection of the voltage value, provision can be made for the speed limit value to be determined as a function of a minimum battery voltage and/or the temperature of the electrical machine. Any voltage that describes the electrical voltage of an electrical energy store of the motor vehicle can ultimately be defined as the minimum battery voltage. A voltage of the electrical energy storage device can be used as the minimum battery voltage, for example, below which voltage the electrical energy storage device is switched off. As described, the temperature of the electrical machine can additionally or alternatively be determined, it being possible for the speed limit value to be determined as a function of the current temperature of the electrical machine. The temperature of the electric machine, for example, allows conclusions to be drawn about the current operating situation of the electric machine, for example the load on the electric machine.

Ferner kann vorgesehen sein, dass bei einem Fehler in der Erfassung des Drehzahlwerts der Fehlerbetriebsmodus in Abhängigkeit von einem Vergleichsergebnis des erfassten Spannungswerts und der minimalen Batteriespannung gewählt wird. Tritt beispielsweise ein Fehler der Erfassungseinrichtung auf, insbesondere in einem Rotorlagesensor bzw. einem Rotorsensor, sodass eine Erfassung des Drehzahlwerts bzw. der aktuellen Drehzahl des Rotors nicht mehr möglich ist, kann zusätzlich ein Vergleichsergebnis aus einem Vergleich des erfassten Spannungswerts und der minimalen Batteriespannung herangezogen werden. Fällt in einer derartigen Betriebssituation wenigstens ein weiterer Sensor aus bzw. fallen sämtliche Sensoren aus, die für die Bestimmung des Drehzahlwerts oder, wie beschrieben, die Auswahl des Fehlerbetriebsmodus verwendet werden können, kann festgelegt werden, dass stets der zweite Fehlerbetriebsmodus, also insbesondere der aktive Kurzschlussmodus, verwendet wird. Somit kann festgelegt werden, dass bei dem Ausfall einer Erfassungseinrichtung stets der aktive Kurzschlussmodus verwendet wird, um sicherzustellen, dass dieser über den gesamten Betriebsbereich verwendet werden kann, ohne signifikante Beschädigungen zu bewirken.Furthermore, it can be provided that, in the event of an error in the detection of the rotational speed value, the error operating mode is selected as a function of a comparison result of the detected voltage value and the minimum battery voltage. If, for example, an error occurs in the detection device, in particular in a rotor position sensor or a rotor sensor, so that it is no longer possible to detect the speed value or the current speed of the rotor, a comparison result from a comparison of the detected voltage value and the minimum battery voltage can also be used . If at least one other sensor fails in such an operating situation, or if all sensors that can be used to determine the speed value or, as described, to select the error operating mode, fail, it can be specified that the second error operating mode, i.e. in particular the active one, should always be used short circuit mode, is used. It can thus be specified that if a detection device fails, the active short-circuit mode is always used to ensure that it can be used over the entire operating range without causing significant damage.

Daneben betrifft die Erfindung eine Steuerungseinrichtung für die Steuerung eines Betriebs einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Steuerungseinrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine solche Steuerungseinrichtung umfasst. Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, sind vollständig auf die Steuerungseinrichtung und das Kraftfahrzeug übertragbar.In addition, the invention relates to a control device for controlling operation of an electrical machine of a motor vehicle, the control device being designed to carry out the method described. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle that includes such a control device. All of the advantages, details and features that have been described in relation to the method can be transferred in full to the control device and the motor vehicle.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 einen Ausschnitt eines schematischen Schaltplans einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs; und
2 ein Ablaufschema eines Verfahrens zum Betrieb einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs.

The invention is explained below using exemplary embodiments with reference to the figures. The figures are schematic representations and show:

1 a section of a schematic circuit diagram of an electrical machine of a motor vehicle; and
2 a flow chart of a method for operating an electric machine of a motor vehicle.

1 zeigt einen Ausschnitt eines schematischen Schaltplans für eine elektrische Maschine 1 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Der elektrischen Maschine 1 ist ein Wechselrichter 2 zugeordnet, welcher Wechselrichter 2 Bestandteil einer Steuerungseinrichtung bilden kann. Zusätzlich zu dem Wechselrichter 2 kann auch eine separate Steuerungseinrichtung vorgesehen sein. Die Steuerungseinrichtung kann zur Durchführung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens ausgebildet sein. 1 shows a section of a schematic circuit diagram for an electric machine 1 of a motor vehicle, not shown in detail. The electrical machine 1 is assigned an inverter 2, which inverter 2 can form part of a control device. In addition to the inverter 2, a separate control device can also be provided. The control device can be designed to carry out the method described below.

Der Wechselrichter 2 weist mehrere Schalteinrichtungen 3-8 auf, die jeweils eine Leistungsdiode aufweisen können. Die Schalteinrichtungen 3-8 können in eine erste Gruppe 10 und eine zweite Gruppe 11, die auch als „High-Side“- und „Low-Side“-Schalter bezeichnet werden können, gruppiert werden. Die grundsätzliche Ansteuerung der elektrischen Maschine 1 durch den Wechselrichter 2 ist hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt und wird daher nicht näher erläutert.The inverter 2 has a plurality of switching devices 3-8, each of which can have a power diode. The switching devices 3-8 can be grouped into a first group 10 and a second group 11, which can also be referred to as "high-side" and "low-side" switches. The basic actuation of the electrical machine 1 by the inverter 2 is well known from the prior art and is therefore not explained in more detail.

Zur Durchführung des Verfahrens ist eine Erfassungseinrichtung vorgesehen, die nicht näher dargestellt ist. Die Erfassungseinrichtung ist dafür vorgesehen, einen Drehzahlwert eines schematisch dargestellten Rotors 9 der elektrischen Maschine 1 zu erfassen. Mit anderen Worten kann eine aktuelle Drehzahl des Rotors 9 der elektrischen Maschine 1 erfasst und für die Steuerung des Betriebs der elektrischen Maschine 1 herangezogen werden. Die Erfassungseinrichtung kann ferner dazu ausgebildet sein, weitere Parameter der elektrischen Maschine 1 zu erfassen, beispielsweise eine Temperatur der elektrischen Maschine 1 sowie eine aktuelle Spannung eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs. Bei dem hierin beschriebenen Verfahren kann somit der Drehzahlgrenzwert basierend auf der aktuellen Betriebssituation des Kraftfahrzeugs bzw. der elektrischen Maschine 1 festgelegt werden. Die mittels der Erfassungseinrichtung erfassten Parameter, beispielsweise die aktuelle Drehzahl, die Temperatur der elektrischen Maschine 1 und die aktuelle elektrische Spannung beschreiben somit den aktuellen Betriebszustand, sodass in Abhängigkeit der Parameter der Drehzahlgrenzwert festgelegt werden kann. Dadurch wird erreicht, dass erst von dem ersten Fehlerbetriebsmodus in den zweiten Fehlerbetriebsmodus gewechselt wird, wenn dies tatsächlich erforderlich ist. Dadurch wird verhindert, dass vorzeitig in den zweiten Fehlerbetriebsmodus gewechselt wird.A detection device, which is not shown in detail, is provided for carrying out the method. The detection device is provided for a speed value of a schematic to detect the rotor 9 of the electric machine 1 shown. In other words, a current speed of the rotor 9 of the electrical machine 1 can be detected and used to control the operation of the electrical machine 1 . The detection device can also be designed to detect further parameters of the electrical machine 1, for example a temperature of the electrical machine 1 and a current voltage of an electrical energy store of the motor vehicle. In the method described here, the speed limit value can thus be established based on the current operating situation of the motor vehicle or the electric machine 1 . The parameters detected by the detection device, for example the current speed, the temperature of the electrical machine 1 and the current electrical voltage, thus describe the current operating state, so that the speed limit value can be defined as a function of the parameters. This ensures that there is only a change from the first error operating mode to the second error operating mode when this is actually necessary. This prevents a premature changeover to the second error operating mode.

2 zeigt schematisch einen beispielhaften Ablauf des beschriebenen Verfahrens zur Steuerung des Betriebs der elektrischen Maschine 1. Beispielhaft startet das Verfahren in einem Block 12, in dem eine Fehlererfassung durchgeführt werden kann, beispielsweise im Rahmen einer Sicherheitsroutine des Kraftfahrzeugs bzw. der elektrischen Maschine 1 und der ihr zugeordneten Steuerungseinrichtung. Optional kann in Block 12 eine Klassifizierung des Fehlers vorgenommen werden. 2 shows schematically an exemplary sequence of the described method for controlling the operation of the electric machine 1. The method starts in a block 12, in which an error detection can be carried out, for example as part of a safety routine of the motor vehicle or the electric machine 1 and its associated control device. Optionally, in block 12, the error can be classified.

Ergibt die Überprüfung in Block 12, dass die elektrische Maschine 1 in einen sicheren Zustand überführt werden soll, kann von Block 12 auf Block 13 verzweigt werden, in dem eine Überprüfung durchgeführt wird, ob die Erfassungseinrichtung funktionsfähig ist, die, wie zuvor beschrieben, den Drehzahlwert erfasst. Hierbei liegen grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten vor, da die Erfassungseinrichtung zum einen, wie bereits beschrieben, dazu ausgebildet ist, die elektrische Spannung und den Drehzahlwert des Rotors 9 der elektrischen Maschine 1 zu erfassen.If the check in block 12 shows that the electric machine 1 is to be transferred to a safe state, block 12 can branch to block 13, in which a check is carried out to determine whether the detection device is functional, which, as described above, the RPM value recorded. There are fundamentally different possibilities here, since the detection device is designed, as already described, to detect the electrical voltage and the rotational speed value of the rotor 9 of the electrical machine 1 .

Ergibt die Überprüfung in Block 13, dass die Erfassungseinrichtung funktionsfähig ist, kann von Block 13 auf einen Block 14 verzweigt werden, in dem der Drehzahlwert und die Temperatur der elektrischen Maschine 1 sowie die elektrische Spannung erfasst wird. Basierend auf den erfassten Parametern kann somit ein Drehzahlgrenzwert ermittelt werden, der die Betriebsbereiche der elektrischen Maschine 1 gegeneinander abgrenzt. Mit anderen Worten wird der Drehzahlgrenzwert in Abhängigkeit von der aktuell vorliegenden Situation verschoben, da sich der Grenzwert, ab dem der erste oder der zweite Fehlerbetriebsmodus sich besser für den Betrieb der elektrischen Maschine 1 eignet in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebssituation verändert. Somit kann nach Erfassen der beschriebenen Parameter eine Ermittlung des Drehzahlgrenzwert vorgenommen werden. Der Drehzahlgrenzwert gibt somit an, wann aus dem ersten Fehlerbetriebsmodus in der zweiten Fehlerbetriebsmodus gewechselt werden soll bzw. bei einem initialen auswählen des Fehlerbetriebsmodus wird die Auswahl des Fehlerbetriebsmodus auf den Drehzahlgrenzwert gestützt.If the check in block 13 shows that the detection device is functional, a branch can be made from block 13 to a block 14 in which the speed value and the temperature of the electrical machine 1 and the electrical voltage are detected. Based on the detected parameters, a speed limit value can thus be determined, which delimits the operating ranges of the electric machine 1 from one another. In other words, the speed limit value is shifted depending on the current situation, since the limit value from which the first or the second error operating mode is better suited for the operation of the electric machine 1 changes depending on the current operating situation. Thus, after the parameters described have been recorded, the speed limit value can be determined. The speed limit value thus indicates when to change from the first faulty operating mode to the second faulty operating mode or when the faulty operating mode is initially selected, the selection of the faulty operating mode is based on the speed limit.

Der erfasste Drehzahlwert kann anschließend in einem Block 15 mit dem definierten bzw. ermittelten Drehzahlgrenzwert verglichen werden. Der Drehzahlgrenzwert kann letztlich beliebig definiert werden oder basierend auf den zuvor beschriebenen Parametern aus einer Kennlinie der elektrischen Maschine bestimmt werden, wobei insbesondere eine Schwelle dargestellt werden kann, ab der ein Stromfluss durch die wenigstens eine Leistungsdiode des Wechselrichters 2 vorliegt. Mit anderen Worten kann ein Sicherheitsbereich berücksichtigt werden, der ein Rauschen bzw. eine Störung im Messsignal, insbesondere in der Fassung der Parameter seitens der Erfassungseinrichtung, berücksichtigen kann.The detected speed value can then be compared in a block 15 with the defined or determined speed limit value. The speed limit can ultimately be defined as desired or determined based on the previously described parameters from a characteristic curve of the electrical machine, in particular a threshold can be shown from which a current flow through the at least one power diode of the inverter 2 is present. In other words, a safety range can be taken into account, which can take into account noise or interference in the measurement signal, in particular in the setting of the parameters by the detection device.

Liegt der erfasste Drehzahlwert unterhalb des definierten Drehzahlgrenzwerts, wird von Block 15 auf Block 16 verzweigt, in dem ein erster Fehlerbetriebsmodus durchgeführt wird. Als erster Fehlerbetriebsmodus kann vorteilhafterweise ein Freilaufzustand bzw. ein Freilaufmodus realisiert werden, in dem die Schalteinrichtungen 3-8 geöffnet werden. Der Freilauf kann somit auch als Wechselrichtersperre bzw. „6-switch-open“ oder „6SO“ bezeichnet werden. In Abhängigkeit von dem Betriebspunkt der elektrischen Maschine 1, beispielsweise der Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine 1 und weiteren Parametern der elektrischen Maschine 1 oder einer ihrer zugeordneten Komponenten, beispielsweise der induzierten Spannung, der Temperatur oder der Spannung eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs, kann sich aufgrund der induzierten Spannung ein Stromfluss durch die Leistungsdioden einstellen. Dieser wird, wie zuvor beschrieben, durch Erfassung des Drehzahlwerts durch die Erfassungseinrichtung überwacht. Der Freilauf kann somit solange als Fehlerbetriebsmodus verwendet werden, bis der erfasste Drehzahlwert den definierten Drehzahlgrenzwert übersteigt oder diesen annimmt. Wie beschrieben, kann sich der Drehzahlgrenzwert dabei basierend auf den zusätzlich bestimmten Parametern verändern, sodass stets für die aktuelle Betriebssituation berücksichtigt werden kann, bis zu welchem Drehzahlgrenzwert die elektrische Maschine in dem ersten Fehlerbetriebsmodus betrieben werden kann. Wie ebenfalls bereits beschrieben, kann bei der Definition des Drehzahlgrenzwert oder der Bestimmung des Drehzahlgrenzwert ein Sicherheitsbereich berücksichtigt werden, sodass verhindert werden kann, dass bei Schwankungen in der Erfassung seitens der Erfassungseinrichtung unnötigerweise zwischen den Fehlerbetriebsmodi gewechselt wird bzw. fälschlicherweise ein ungeeigneter Fehlerbetriebsmodus eingestellt wird.If the detected rotational speed value is below the defined rotational speed limit value, block 15 branches to block 16, in which a first error operating mode is carried out. A freewheeling state or a freewheeling mode can advantageously be implemented as the first error operating mode, in which the switching devices 3-8 are opened. Freewheeling can therefore also be referred to as an inverter lock or "6-switch-open" or "6SO". Depending on the operating point of the electric machine 1, for example the speed of the rotor of the electric machine 1 and other parameters of the electric machine 1 or one of its associated components, for example the induced voltage, the temperature or the voltage of an energy store of the motor vehicle, the induced voltage set a current flow through the power diodes. As described above, this is monitored by the detection device by detecting the speed value. Freewheeling can thus be used as a failure mode until the sensed speed value exceeds or approaches the defined speed limit. As described, the speed limit can change based on the additionally determined parameters, so that it can always be taken into account for the current operating situation up to which speed limit the electric Machine can be operated in the first failure mode. As also already described, a safety range can be taken into account when defining the speed limit value or determining the speed limit value, so that in the event of fluctuations in the detection by the detection device, it can be prevented that the detection device unnecessarily switches between the error operating modes or incorrectly sets an unsuitable error operating mode.

Liegt der erfasste Drehzahlwert über dem definierten Drehzahlgrenzwert, wird von Block 15 auf Block 17 verzweigt, in dem ein zweiter Fehlerbetriebsmodus ausgewählt wird. Der zweite Fehlerbetriebsmodus kann vorteilhafterweise als aktiver Kurzschlussmodus realisiert werden, in dem die Schalteinrichtungen 3-8 des Wechselrichters 2 derart gesteuert werden, dass ein aktiver Kurzschluss an der elektrischen Maschine 1 vorliegt. Die induzierte Spannung aufgrund der Drehzahl des Rotors 9 der elektrischen Maschine 1 wird somit vernichtet. Hierzu werden üblicherweise drei der sechs Schalteinrichtungen 3-8, zum Beispiel die Schalteinrichtungen 3-5 der ersten Gruppe 10 oder die Schalteinrichtungen 6-8 der zweiten Gruppe 11 gleichzeitig geöffnet.If the detected rotational speed value is above the defined rotational speed limit value, block 15 branches to block 17, in which a second error operating mode is selected. The second fault operating mode can advantageously be implemented as an active short-circuit mode, in which the switching devices 3-8 of the inverter 2 are controlled in such a way that there is an active short-circuit in the electrical machine 1. The induced voltage due to the speed of the rotor 9 of the electrical machine 1 is thus destroyed. For this purpose, usually three of the six switching devices 3-8, for example the switching devices 3-5 of the first group 10 or the switching devices 6-8 of the second group 11, are opened simultaneously.

Somit wird sichergestellt, dass in Abhängigkeit des aktuellen Betriebszustands der elektrischen Maschine 1 der jeweils passende Fehlerbetriebsmodus ausgewählt wird. Das Erfassen des Drehzahlwerts erlaubt hierbei eine wenig komplexe Erfassung und somit eine robuste Entscheidung darüber, welcher Fehlerbetriebsmodus ausgewählt werden soll. Da der Drehzahlwert letztlich den Betriebsbereich der elektrischen Maschine 1 charakterisiert, sind die jeweils vorliegenden Betriebsparameter bereits mit berücksichtigt. Das bedeutet, dass nicht die Drehzahl des Rotors, die Temperatur, die induzierte Spannung und die Batteriespannung einzeln durch eigene Sensoren überwacht werden müssen, um den Betriebsbereich zu charakterisieren und schließlich den richtigen Fehlerbetriebsmodus auszuwählen. Stattdessen wird lediglich der Strom durch die wenigstens eine Leistungsdiode 9 überwacht und in Abhängigkeit von dem erfassten Drehzahlwert einer von wenigstens zwei Fehlerbetriebsmodi ausgewählt. Dennoch erlaubt das Verfahren eine genaue Bestimmung des Wechsel des Betriebsmodus, sodass ein möglichst effizienter Betrieb durchgeführt werden kann.This ensures that depending on the current operating state of the electrical machine 1, the respectively appropriate error operating mode is selected. In this case, the detection of the speed value allows a less complex detection and thus a robust decision as to which error operating mode should be selected. Since the speed value ultimately characterizes the operating range of the electrical machine 1, the operating parameters that are present in each case are already taken into account. This means that there is no need to individually monitor the rotor speed, temperature, induced voltage and battery voltage by dedicated sensors to characterize the operating range and ultimately select the correct failure mode of operation. Instead, only the current through the at least one power diode 9 is monitored and one of at least two error operating modes is selected depending on the detected speed value. Nevertheless, the method allows an exact determination of the change in the operating mode, so that an operation that is as efficient as possible can be carried out.

Vorliegend ermöglicht dies insbesondere, bei vergleichsweise niedrigen Drehzahlen die Wechselrichtersperre zu verwenden und bei vergleichsweise hohen Drehzahlen den aktiven Kurzschlussmodus auszuwählen. Somit bleibt gewährleistet, dass die elektrische Maschine thermisch nicht überlastet wird und bei dem Betrieb der elektrischen Maschine keine unkontrollierbaren Bremsmomente auftreten können.In the present case, this makes it possible in particular to use the inverter lock at comparatively low speeds and to select the active short-circuit mode at comparatively high speeds. This ensures that the electrical machine is not thermally overloaded and no uncontrollable braking torques can occur during operation of the electrical machine.

Die Auswahl des Fehlerbetriebsmodus anhand des beschriebenen Verfahrens kann initial durchgeführt werden, d.h., dass bei Erfassen des Fehlerzustands eine Erfassung des Drehzahlwerts vorgenommen werden kann und bereits das initiale Auswählen des richtigen Fehlerbetriebsmodus basierend auf dem beschriebenen Verfahren vorgenommen werden kann. Bei einem weiteren Betrieb des Kraftfahrzeugs nach Erfassen des Fehlerzustands kann kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen oder ereignisbasiert eine Überprüfung des Fehlerbetriebsmodus vorgenommen werden. Insbesondere kann der Drehzahlwert durchgängig erfasst werden, sodass bei Überschreiten des definierten Drehzahlgrenzwerts von dem Freilauf in den aktiven Kurzschlussmodus gewechselt werden kann.The error operating mode can be selected initially using the method described, i.e. when the error state is detected, the speed value can be recorded and the correct error operating mode can be initially selected based on the method described. During further operation of the motor vehicle after the error state has been detected, the error operating mode can be checked continuously or at predetermined time intervals or based on events. In particular, the speed value can be recorded continuously, so that when the defined speed limit value is exceeded, it is possible to switch from freewheeling to active short-circuit mode.

Steht in der Überprüfung in Block 13 ein Erfassen der aktuellen Spannung, insbesondere des elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs, nicht zur Verfügung, kann von Block 13 auf Block 18 verzweigt werden. In Block 18 wird der zuvor beschriebene Drehzahlgrenzwert ebenfalls basierend auf der Temperatur der elektrischen Maschine 1 ermittelt. Da hierbei die Spannung nicht gemessen bzw. erfasst werden kann, wird stattdessen eine minimale Batteriespannung bei der Bestimmung des Drehzahlgrenzwert herangezogen. Die minimale Batteriespannung kann beispielsweise eine Spannung des elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeugs darstellen, unterhalb der der elektrische Energiespeicher automatisch abgeschaltet wird. Die minimale Batteriespannung ist letztlich eine Konstante, die beliebig definiert werden kann. Hierbei wird somit aufgrund des Fehlers in der Erfassung der aktuellen Spannung stattdessen eine minimale Batteriespannung angesetzt, die sicherstellt, dass ein sicherer Betrieb der elektrischen Maschine 1 in allen Betriebssituationen gewährleistet bleibt. Obwohl die Bestimmung des Drehzahlgrenzwert somit nicht so genau durchgeführt werden kann, wie im beschriebenen Block 14, kann der Drehzahlgrenzwert dennoch einen effizienteren Betrieb der elektrischen Maschine 1 in dem Fehlerzustand gewährleisten als bei einer statischen Festlegung der Fehlerbetriebsmodi.If the check in block 13 does not detect the current voltage, in particular the electrical energy store of the motor vehicle, it is possible to branch from block 13 to block 18 . In block 18 the speed limit value described above is also determined based on the temperature of the electrical machine 1 . Since the voltage cannot be measured or recorded here, a minimum battery voltage is used when determining the speed limit value. The minimum battery voltage can represent, for example, a voltage of the electrical energy store of the motor vehicle below which the electrical energy store is automatically switched off. The minimum battery voltage is ultimately a constant that can be defined arbitrarily. In this case, due to the error in the detection of the current voltage, a minimum battery voltage is used instead, which ensures that safe operation of the electrical machine 1 remains guaranteed in all operating situations. Although the speed limit value cannot be determined as precisely as described in block 14, the speed limit value can still ensure more efficient operation of the electric machine 1 in the error state than with a static determination of the error operating modes.

Anschließend wird von Block 18 auf Block 15 verzweigt, in dem der erfasste Drehzahlwert mit dem bestimmten Drehzahlgrenzwert verglichen wird. Wie beschrieben, kann in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis entweder auf Block 16 oder auf Block 17 verzweigt werden, sodass entweder der erste Fehlerbetriebsmodus oder der zweite Fehlerbetriebsmodus, also letztlich der Freilauf oder der aktive Kurzschlussmodus durchgeführt wird.There is then a branch from block 18 to block 15, in which the detected speed value is compared with the determined speed limit value. As described, it is possible to branch to either block 16 or block 17 depending on the result of the comparison, so that either the first error operating mode or the second error operating mode, ie ultimately the freewheeling or the active short-circuit mode, is carried out.

Die Überprüfung der Erfassungseinrichtung in Block 13 kann ferner ergeben, dass die Erfassung des Drehzahlwerts nicht zur Verfügung steht. In diesem Fall wird von Block 13 auf ein Block 19 verzweigt, in dem die elektrische Spannung des Energiespeichers erfasst werden kann und mit der zuvor beschriebenen minimalen Batteriespannung verglichen werden kann. Das Vergleichsergebnis wird anschließend in einem Block 20 bewertet. Liegt die erfasste Spannung über der minimalen Batteriespannung wird von Block 20 auf Block 17 verzweigt, sodass der zweite Fehlerbetriebsmodus, also der aktive Kurzschlussmodus, durchgeführt werden kann. Liegt der erfasste Spannung unterhalb der minimalen Batteriespannung wird von Block 20 auf Block 16 verzweigt, sodass die Wechselrichtersperre bzw. der Freilauf durchgeführt wird. Bei der Bewertung der erfassten Spannung gegenüber der minimalen Batteriespannung kann auch in Block 20 ein Sicherheitsbereich berücksichtigt werden, sodass bei einer kontinuierlichen Überprüfung oder einer Überprüfung in definierten Zeitabständen nicht fälschlicherweise, beispielsweise aufgrund von Messrauschen, der falsche Fehlerbetriebsmodus ausgewählt wird.The check of the detection device in block 13 can also show that the detection of the speed value is not available. In this case, block 13 branches to a block 19 in which the electrical voltage of the energy store can be detected and compared with the minimum battery voltage described above. The result of the comparison is then evaluated in a block 20 . If the detected voltage is above the minimum battery voltage, block 20 branches to block 17 so that the second error operating mode, ie the active short-circuit mode, can be carried out. If the detected voltage is below the minimum battery voltage, block 20 branches to block 16, so that the inverter lock or freewheeling is carried out. When evaluating the detected voltage compared to the minimum battery voltage, a safety range can also be taken into account in block 20, so that the wrong error operating mode is not selected incorrectly, for example due to measurement noise, during a continuous check or a check at defined time intervals.

BezugszeichenlisteReference List

11: elektrische Maschineelectric machine
22: Wechselrichterinverter
3-83-8: Schalteinrichtungswitching device
99: Rotorrotor
10, 1110, 11: Gruppegroup
12-2012-20: Blockblock

Claims

Method for controlling the operation of an electric machine (1) of a motor vehicle, comprising the steps: - detecting an error condition - Transferring the electrical machine (1) to one of at least two error operating modes, in which the electrical machine (1) generates a torque below a maximum torque, in particular is torque-free, the error operating mode depending on a detected speed value of the rotor (9) of the electrical Machine (1) is selected.

procedure after claim 1 , characterized in that a speed limit is defined or determined and the detected speed value is compared with the defined speed limit, the selection of the error operating mode depending on a position of the speed value in relation to the speed limit is performed.

procedure after claim 2 , characterized in that with a detected speed value below the defined speed limit, a first error mode is performed and with a detected speed value above the defined speed limit, a second error mode is performed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the defined speed limit value takes into account a safety range, in particular at least 10-100 rpm.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that freewheeling is carried out as the first fault operating mode and/or an active short-circuit mode is carried out as the second fault operating mode.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the speed limit value is determined as a function of a detected voltage value and/or a temperature of the electrical machine (1).

procedure after claim 6 , characterized in that in the event of an error in the detection of the voltage value, the speed limit value is determined as a function of a minimum battery voltage and/or the temperature of the electrical machine (1).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the event of an error in the detection of the speed value, the error operating mode is selected as a function of a comparison result of the detected voltage value and the minimum battery voltage.

Control device for controlling operation of an electrical machine (1) of a motor vehicle, characterized in that the control device is designed to carry out the method according to one of the preceding claims.

Motor vehicle comprising a control device according to the preceding claim.