DE102021213527A1

DE102021213527A1 - Verfahren zur Temperaturüberwachung eines Elektromotors eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102021213527A1
Application number: DE102021213527.7A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Vollmer; Alexander Reimann; Timo Benzel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2023-06-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturüberwachung eines Elektromotors (2) eines Fahrzeugs (10), wobei der Elektromotor (2) eine Permanentmagnet-Synchronmaschine ist, umfassend die Schritte: Erfassen eines Betätigungsstroms (21) des Elektromotors (2) mittels welchem der Elektromotor (2) betätigt wird, Ermitteln einer Statorverlustleistung (22) des Elektromotors (2) mittels einer Berechnungs-Funktion (41) basierend auf dem erfassten Betätigungsstrom (21) und basierend auf Strangwiderständen (23) des Elektromotors (2), Abschätzen einer Wicklungs-Temperatur (24) des Elektromotors (2) mittels eines Temperatur-Beobachters (42), wobei als eine Eingangsgröße des Temperatur-Beobachters (42) die ermittelte Statorverlustleistung (22) verwendet wird, Zurückführen der abgeschätzten Wicklungs-Temperatur (24) an die Berechnungs-Funktion (41), und Korrigieren der Strangwiderstände (23) mittels der Berechnungs-Funktion (41) basierend auf der abgeschätzten Wicklungs-Temperatur (24).

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturüberwachung eines Elektromotors eines Fahrzeugs, eine Steuereinheit, einen Elektromotor, und ein Elektrofahrrad.
Bekannt sind Methoden zur Überwachung von Betriebsparametern von Elektromotoren, beispielsweise für Elektrofahrräder, mittels Sensoren. Üblicherweise können dabei nicht sämtliche relevanten Eigenschaften des Elektromotors, wie Temperaturen der Wicklungen des Elektromotors direkt mittels Sensoren erfasst werden. Insbesondere können auch von Temperaturen abhängige Eigenschaften, wie beispielsweise Strangwiderstände des Elektromotors, häufig nicht direkt mittels Sensoren erfasst werden.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich demgegenüber dadurch aus, dass auf einfache und kostengünstige Weise eine besonders zuverlässige und flexible Temperaturüberwachung eines Elektromotors durchgeführt werden kann. Insbesondere sind hierfür keine zusätzlichen Sensoren, beispielsweise zu den für den grundlegenden Betrieb des Elektromotors notwendigen Sensoren, erforderlich. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch ein Verfahren zur Temperaturüberwachung eines Elektromotors eines Fahrzeugs. Der Elektromotor ist dabei eine Permanentmagnet-Synchronmaschine (kurz: PMSM). Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Erfassen eines Betätigungsstroms des Elektromotors, mittels welchem der Elektromotor betätigt wird,
- Ermitteln einer Statorverlustleistung des Elektromotors mittels einer Berechnungs-Funktion basierend auf dem erfassten Betätigungsstrom und basierend auf Strangwiderständen des Elektromotors,
- Abschätzen einer Wicklungs-Temperatur des Elektromotors mittels eines Temperatur-Beobachters, wobei als eine Eingangsgröße des Temperatur-Beobachters die ermittelte Statorverlustleistung verwendet wird,
- Zurückführen der abgeschätzten Wicklungs-Temperatur an die Berechnungs-Funktion, und
- Korrigieren der Strangwiderstände mittels der Berechnungs-Funktion basierend auf der abgeschätzten Wicklungs-Temperatur.

Als Temperatur-Beobachter wird insbesondere ein regelungstechnisches System angesehen, das aus bekannten Eingangsgrößen, und beispielsweise auch bekannten Ausgangsgrößen, eines beobachteten Systems nicht-messbare Größen rekonstruiert. im Detail werden mittels des Temperatur-Beobachters eine Wicklungs-Temperatur des Elektromotors, welche der momentanen Temperatur von Wicklungen bzw. Phasen des Elektromotors entspricht, ermittelt. Besonders bevorzugt wird ein momentaner Mittelwert einer Temperatur für sämtliche Wicklungen bzw. Phasen des Elektromotors ermittelt. Alternativ bevorzugt können jeweils Wicklungs-Temperaturen für sämtliche Wicklungen bzw. Phasen des Elektromotors separat ermittelt werden. Insbesondere kann der Temperatur-Beobachter somit anhand der abgeschätzten momentan vorliegenden Statorverlustleistung die momentanen Wicklungs-Temperaturen des Elektromotors mit einfachen Mitteln und genau bestimmen.
Insbesondere werden als Strangwiderstände jeweilige elektrische Widerstände von unterschiedlichen elektrischen Phasen des Elektromotors angesehen. Beispielsweise bei einem sternverschalteten Elektromotor liegen insgesamt drei elektrische Phasen und somit insgesamt drei Strangwiderstände vor. Die Strangwiderstände sind jeweils von der Wicklungs-Temperatur abhängig, sodass für eine genaue Kenntnis von Zuständen des Elektromotors die Wicklungs-Temperatur bei der Ermittlung der Strangwiderstände vorteilhafterweise berücksichtigt wird. Das Verfahren erlaubt dabei eine derartige temperaturabhängige Anpassung der Strangwiderstände durch das Zurückführen der abgeschätzten Wicklungs-Temperatur.
Die Statorverlustleistung P_wicklung wird bevorzugt mittels folgender Gleichung berechnet: $P_{w i c k l u n g} = R a \cdot i a^{2} + R b \cdot i b^{2} + R c \cdot i c^{2}$
Dabei sind ia, ib, ic die jeweiligen Leiterströme in den jeweiligen Wicklungen des Elektromotors, und Ra, Rb, Rc sind die jeweiligen Strangwiderstände.
Somit erlaubt das Verfahren eine sehr präzise Überwachung der Temperaturen des Elektromotors, insbesondere der für den Betrieb besonders relevanten Wicklungs-Temperaturen. Bevorzugt können zusätzlich mittels des Temperatur-Beobachters weitere Temperaturen des Elektromotors abgeschätzt werden. Durch Kenntnis der Wicklungs-Temperaturen kann beispielsweise ein optimierter Betrieb des Elektromotors erfolgen, vorzugsweise derart, dass ein Betrieb mit hoher Belastung des Elektromotors bei schädlichen Temperaturen vermieden wird. Beispielsweise kann dabei eine sogenannte Leistungsabregelung (auch „Derating“) in Abhängigkeit der mit dem Temperatur-Beobachter abgeschätzten Wicklungs-Temperaturen erfolgen. Dies ist besonders vorteilhaft in der Anwendung an einem Elektromotor eines Elektrofahrrads, da insbesondere beim Elektrofahrrad stark durch die individuelle und variierende Betätigungsweise des Fahrers abhängige Belastungen des Elektromotors auftreten können. Durch die präzise Abschätzung der Wicklungs-Temperatur basierend auf der Statorverlustleistung und den temperaturabhängigen Strangwiderständen können dabei vorzugsweise Betriebszustände, in denen eine Leistungsabregelung erforderlich ist, besonders genau bestimmt werden. Dadurch kann besonders zuverlässig eine gezielte Einschränkung der Leistung des Elektromotors zur Vermeidung von schädigenden Betriebszuständen des Elektromotors ermöglicht werden. Insbesondere kann durch den Temperaturbeobachter auch bei hohen Wicklungstemperaturen und dynamischen Aufheizvorgängen des Elektromotors eine zuverlässig genaue Temperaturüberwachung erfolgen, und ein Unterschätzen der Temperaturen oder der Verlustleistung kann vermieden werden.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Bevorzugt umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Erfassen einer Sensortemperatur des Elektromotors mittels eines Temperatursensors gleichzeitig zum Ermitteln der Wicklungs-Temperatur mittels des Temperatur-Beobachters. Insbesondere wird somit mittels des Temperatursensors zusätzlich direkt eine Temperatur an einer bestimmten Stelle des Elektromotors, vorzugsweise am Stator, beispielsweise zwischen verschiedenen Wicklungen oder an einer anderen Stelle des Stators, erfasst. Die Sensortemperatur kann beispielsweise zur weiteren Optimierung des Temperaturbeobachters verwendet werden. Dadurch kann eine noch präzisere Temperaturüberwachung des Elektromotors erfolgen.
Besonders bevorzugt umfasst das Verfahren ferner die Schritte:

- Ermitteln einer Beobachter-Sensortemperatur mittels des Temperatur-Beobachters, wobei die Beobachter-Sensortemperatur derart ermittelt wird, dass diese die mittels des Temperatursensors erfasste Sensortemperatur repräsentiert,
- Vergleichen der erfassten Sensortemperatur und der ermittelten Beobachter-Sensortemperatur miteinander, und
- Korrigieren des Temperatur-Beobachters basierend auf dem Vergleich der Sensortemperatur und der Beobachter-Sensortemperatur. Mit anderen Worten wird jeweils mittels des Temperatursensors und mittels des Temperatur-Beobachters eine Temperatur an einer bestimmten Stelle des Elektromotors ermittelt und basierend darauf vorzugsweise ein Schätzfehler des Temperatur-Beobachters ermittelt und dieser zurückgeführt. Dadurch kann eine Ungenauigkeit des Temperatur-Beobachters auf einfache Weise und besonders effektiv reduziert werden. Zudem kann ein Drift der mittels des Temperatur-Beobachters abgeschätzten Werte über die Zeit vermieden werden.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren ferner den Schritt: Erfassen einer Winkeländerung eines elektrischen Winkels des Elektromotors und einer Betätigungsspannung des Elektromotors. Das Abschätzen der Strangwiderstände erfolgt dabei durch Berechnung eines vorbekannten Maschinenmodells des Elektromotors basierend auf der erfassten Winkeländerung, der erfassten Betätigungsspannung, und dem erfassten Betätigungsstrom. Das Maschinenmodell des Elektromotors weist dabei einen Spannungsoffset des Elektromotors als unbekannten Freiheitsgrad auf. Mit anderen Worten werden bei dem Verfahren einfach zu erfassende Größen, nämlich der elektrische Winkel, die Betätigungsspannung, und der Betätigungsstrom während einer Betätigung des Elektromotors erfasst. Anhand dieser Größen werden mittels des Maschinenmodells, welches beispielsweise Eigenschaften des Elektromotors durch für den Elektromotor charakteristische mathematische Gleichungen abbildet, die Strangwiderstände durch eine entsprechende Berechnung des Maschinenmodells abgeschätzt, wobei als Freiheitsgrad der Spannungsoffset des Elektromotors berücksichtigt, um eine hohe Genauigkeit zu ermöglichen.
Weiter bevorzugt wird zum Abschätzen der Strangwiderstände des Elektromotors der folgende Schritt durchgeführt: Betätigen des Elektromotors mit einem Test-Strom in einer nicht-drehmomentbildenden Richtung. Insbesondere wird als Betätigungsstrom in diesem Fall der Test-Strom angesehen. Als Test-Strom in der nicht-drehmomentbildenden Richtung wird ein Betätigungsstrom des Elektromotors angesehen, welcher derart erzeugt wird, ohne dass eine Drehmomenterzeugung stattfindet. Insbesondere wird der Test-Strom derart erzeugt, dass ein Statormagnetfeld parallel zu einem Rotormagnetfeld ausgerichtet ist. Dadurch wird durch das Statormagnetfeld keine Magnetkraft auf den Rotor ausgeübt, welche ein Antriebs-Drehmoment erzeugen würde. Insbesondere wird stattdessen durch den Test-Strom eine Magnetkraft auf den Rotor nur in radialer Richtung bewirkt. Bevorzugt erfolgt das Abschätzen der Strangwiderstände dabei basierend auf folgenden Gleichungen: $(\begin{matrix} U d \\ U q \end{matrix}) = (\begin{matrix} R 11 & R 12 \\ R 21 & R 22 \end{matrix}) (\begin{matrix} I d \\ I q \end{matrix})$
Dabei ist Id der Strom in der nicht-drehmomentbildenden Richtung, und Iq ist der Strom in der drehmomentbildenden Richtung. Vorzugsweise ist Iq bei der Durchführung des Verfahrens gleich Null, sodass Id dem Betätigungsstrom entspricht. Analog ist Ud die Spannung in der nicht-drehmomentbildenden Richtung, und Uq die Spannung in der drehmomentbildenden Richtung. Analog entspricht Ud der Betätigungsspannung. Für die Spannung in der nicht-drehmomentbildenden Richtung unter zusätzlicher Berücksichtigung des Spannungsoffsets ΔUd, offset , und wenn lq=0 ist, ergibt sich die Gleichung: $Δ U d, o f f s e t + U d = R 11 \cdot I d$
Für R11, R12, R21 und R22 gelten die folgenden Gleichungen: $\begin{matrix} \begin{array}{l} \begin{matrix} R_{11} = \frac{R b + R c}{2} + \frac{c o s^{2} (φ)}{3} (2 R a - R b - R c) - \frac{\sqrt{3} sin (2 φ)}{6} (R a - R b) \\ R 12 = \frac{sin (2 φ)}{6} (R b + R c - 2 R a) - \frac{\sqrt{3} cos (2 φ)}{6} (R b - R c) \end{matrix} \\ R_{21} = \frac{sin (2 φ)}{6} (R b + R c - 2 R a) - \frac{\sqrt{3} cos (2 φ)}{6} (R b - R c) \end{array} \\ R 22 = \frac{R b + R c}{2} + \frac{s i n^{2} (φ)}{3} (2 R a - R b - R c) - \frac{\sqrt{3} sin (2 φ)}{6} (R b - R c) \end{matrix}$
Dabei sind Ra, Rb und Rc die Strangwiderstände des Elektromotors und φ der elektrische Winkel. Daraus ergibt sich die folgende Gleichung basierend auf welcher mittels des Schritts des Abschätzens die Strangwiderstände Ra, Rb und Rc abgeschätzt werden können: $\begin{matrix} \frac{I d}{2} [\frac{2 {cos}^{2} (φ)}{3} I d; \frac{1}{2} - \frac{{cos}^{2} (φ)}{3} - \frac{\sqrt{3} sin (2 φ)}{6}; \frac{1}{2} - \frac{{cos}^{2} (φ)}{3} \\ + \frac{\sqrt{3} sin (2 φ)}{6}; - \frac{1}{I d}] [\begin{matrix} R a \\ R b \\ R c \\ Δ U d, o f f s e t \end{matrix}] = U d \end{matrix}$
Bevorzugt kann als elektrischer Winkel ein momentaner Winkel zwischen elektrischen Strömen der unterschiedlichen Phasen des Elektromotors angesehen werden. Durch das Einprägen des Test-Stroms in der nicht-drehmomentbildenden Richtung kann das Verfahren auf einfache Weise jederzeit durchgeführt werden, beispielsweise auch in einem Stillstand des Fahrzeugs, wie unmittelbar nach dem Systemstart des Elektromotors. Somit kann vorzugsweise vor einem Fahrtantritt eines Elektrofahrrads das Verfahren durchgeführt werden, um die Strangwiderstände zu ermitteln. Vorzugsweise können basierend darauf eine Funktionsfähigkeit bzw. Defekte des Elektromotors bestimmt werden. Insbesondere erfolgt die Durchführung des Verfahrens dabei nur für eine kurze Zeitspanne, vorzugsweise von maximal 200 ms, besonders bevorzugt 100 ms. Dadurch kann beispielsweise ein von einem Fahrer des Fahrzeugs im Wesentlichen unbemerkter Systemtest durchgeführt werden.
Weiter bevorzugt wird das Verfahren bei einem Systemstart des Elektromotors durchgeführt, insbesondere unmittelbar nach dem Systemstart.
Bevorzugt erfolgt bei dem Verfahren zumindest für einen vorbestimmten Zeitraum das Betätigen des Elektromotors ausschließlich mit dem Strom in der nicht-drehmomentbildenden Richtung, das heißt, ohne dass eine Betätigung mit einem Strom in einer drehmomentbildenden Richtung erfolgt. Vorteilhafterweise wird das Verfahren im Stillstand des Fahrzeugs durchgeführt.
Weiter bevorzugt wird das Verfahren zusätzlich zum Systemstart des Elektromotors auch während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs durchgeführt. Dadurch kann auch während des Fahrbetriebs eine einfache und zuverlässige Temperaturüberwachung des Elektromotors erfolgen.
Bevorzugt wird das Verfahren während des Fahrbetriebs nur durchgeführt, wenn eine Drehzahl des Elektromotors kleiner oder gleich einer vorbestimmten Test-Drehzahl ist. Vorzugsweise beträgt die Test-Drehzahl maximal 50 %, insbesondere maximal 20 %, einer Maximaldrehzahl des Elektromotors. Insbesondere kann dadurch der Fahrbetrieb des Fahrzeugs durch die Ausführung des Verfahrens nur möglichst geringfügig eingeschränkt werden.
Bevorzugt wird das Verfahren wiederholt in regelmäßigen zeitlichen Abständen während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs durchgeführt, vorzugsweise sofern die im vorherigen Absatz genannte Bedingung erfüllt ist. Dadurch kann eine regelmäßige Überwachung des Elektromotors bereitgestellt werden, um dessen Eigenschaften und/oder Defekte besonders zuverlässig ermitteln zu können.
Besonders bevorzugt wird das Abschätzen der Strangwiderstände durch Berechnen des vorbekannten Maschinenmodells, insbesondere der oben beschriebenen mathematischen Gleichungen, mittels eines schnellen DSFI-Algorithmus (auch Fast-DSFI-Algorithmus) durchgeführt. Dadurch kann eine besonders hohe Genauigkeit der ermittelten Strangwiderstände bereitgestellt werden.
Bevorzugt wird bei dem Verfahren für jede Wicklung des Elektromotors separat jeweils eine Wicklungs-Temperatur ermittelt. Dadurch können die Temperaturen des Elektromotors besonders präzise überwacht werden. Alternativ bevorzugt wird für sämtliche Wicklungen des Elektromotors gemeinsam eine globale Wicklungs-Temperatur ermittelt. Insbesondere entspricht die globale Wicklungs-Temperatur einem Mittelwert der Temperatur von sämtlichen Wicklungen. Dadurch kann eine besonders einfache und kostengünstige Durchführung des Verfahrens bereitgestellt werden.
Vorzugsweise wird für jede Wicklung des Elektromotors separat der jeweilige Strangwiderstand ermittelt. Dadurch kann eine besonders hohe Genauigkeit des Verfahrens sichergestellt werden. Alternativ bevorzugt wird für sämtliche Wicklungen des Elektromotors ein gemittelter Strangwiderstand ermittelt. Dadurch kann das Verfahren besonders einfach und effizient durchgeführt werden.
Weiterhin führt die Erfindung zu einer Steuereinheit eines Elektromotors. Die Steuereinheit ist dabei eingerichtet, den Elektromotor zu betätigen, insbesondere um den Elektromotor mit einem Strom in einer drehmomentbildenden Richtung und in einer nicht-drehmomentbildenden Richtung zu versorgen. Bevorzugt wird der Strom von einem elektrischen Energiespeicher bereitgestellt. Die Steuereinheit ist dabei eingerichtet zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens.
Ferner betrifft die Erfindung einen Elektromotor, der die beschriebene Steuereinheit umfasst. Vorzugsweise ist der Elektromotor vorgesehen zum Einsatz in einem Fahrzeug, besonders bevorzugt einem Elektrofahrrad.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Elektrofahrrad, welches den beschriebenen Elektromotor mit der Steuereinheit umfasst.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben. In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:

1 eine schematische Ansicht eines Elektrofahrrads bei welchem ein Verfahren gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung durchgeführt wird, und
2 eine stark vereinfachte schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine vereinfachte schematische Ansicht eines Elektrofahrrads 10. Das Elektrofahrrad 10 umfasst ein Antriebssystem 1, welches einen Elektromotor 2 aufweist. Der Elektromotor 2 ist im Bereich eines Tretlagers 7 des Elektrofahrrads 10 angeordnet, und vorgesehen, um eine mittels Pedalen 4 aufgebrachte manuelle Tretkraft eines Fahrers des Elektrofahrrads 10 durch ein elektromotorisch erzeugtes Drehmoment zu unterstützen.
Ferner umfasst das Antriebssystem 1 einen elektrischen Energiespeicher 3, mittels welchem der Elektromotor 2 mit elektrischer Energie versorgbar ist. In den Elektromotor 2 ist außerdem eine Steuereinheit integriert.
Die Steuereinheit ist dabei eingerichtet, ein Verfahren 20 zur Temperaturüberwachung des Elektromotors 2 durchzuführen. Mittels des Verfahrens 20 können Strangwiderstände der elektrischen Wicklungen des Elektromotors 2 ermittelt werden. Zudem kann eine Temperaturüberwachung des Elektromotors 2 mittels des Verfahrens 20 durchgeführt werden.
Das Verfahren 20 ist stark vereinfacht schematisch in der 2 dargestellt.
Das Verfahren 20 wird bei einem Systemstart des Elektromotors 2 durchgeführt, bevorzugt im Stillstand des Elektrofahrrads 10. Zusätzlich kann das Verfahren 20 wiederholt in regelmäßigen zeitlichen Abständen während eines Fahrbetriebs des Elektrofahrrads 10 durchgeführt werden, wobei das Verfahren 20 in diesem Fall vorzugsweise nur bei niedrigen Drehzahlen des Elektromotors 2 durchführbar ist.
Bei dem Verfahren 20 erfolgt vorzugsweise ein Betätigen des Elektromotors 2 mit einem Test-Strom als Betätigungsstrom in einer nicht-drehmomentbildenden Richtung, das heißt derart, dass kein Drehmoment durch den Test-Strom erzeugt wird. Während des Betätigens des Elektromotors 2 mit dem Test-Strom wird eine Winkeländerung eines elektrischen Winkels, einer Betätigungsspannung und der Test-Stroms erfasst.
Diese erfassten Werte, in der 2 zusammengefasst durch das Bezugszeichen 21, werden als Eingangsgrößen für eine Berechnungs-Funktion 41 verwendet. Die Berechnungs-Funktion 41 umfasst dabei eine erste Funktion 41 a und eine zweite Funktion 41b.
Mittels der ersten Funktion 41a wird basierend auf den Eingangsgrößen 21 eine Statorverlustleistung 22 des Elektromotors 2 berechnet. Die Berechnung der Statorverlustleistung 22 erfolgt dabei basierend auf dem ermittelten Betätigungsstrom 21 und Strangwiderständen des Elektromotors 2.
Die berechnete Statorverlustleistung 22 wird anschließend als Eingangsgröße eines Temperatur-Beobachters 42 bereitgestellt. Die Statorverlustleistung 22 regt den Temperatur-Beobachter 42 dabei in Form eines Wärmestroms in. Der Temperatur-Beobachter 42 ist insbesondere als regelungstechnischer Beobachter ausgebildet, und eingerichtet, um Wicklungs-Temperaturen 24 des Elektromotors 2 abzuschätzen.
Die abgeschätzten Wicklungs-Temperaturen 24 werden anschließend in die Berechnungs-Funktion 41 zurückgeführt. Dabei wird mittels der zweiten Funktion 41b eine temperaturabhängige Korrektur der Strangwiderstände 23 durchgeführt. Die Korrektur der Strangwiderstände 23 erfolgt dabei durch Berechnung eines vorbekannten Maschinenmodells des Elektromotors 2 basierend auf den Eingangsgrößen 21, nämlich der erfassten Winkeländerung, der erfassten Betätigungsspannung, und dem erfassten Betätigungsstrom mittels eines schnellen DSFI-Algorithmus durchgeführt. Das Maschinenmodell ist dabei so ausgebildet, dass dieses einen Spannungsoffset des Elektromotors 2 als unbekannten Freiheitsgrad aufweist.
Zusätzlich zum Zurückführen der Wicklungs-Temperatur 24 in die Berechnungs-Funktion 41 erfolgt bei dem Verfahren 20 eine Rückführung eines Schätzfehlers des Temperatur-Beobachters 42. Hierbei wird mittels eines (nicht dargestellten) Temperatursensors eine Sensortemperatur 28 an einer bestimmten Stelle des Elektromotors 2 erfasst. Gleichzeitig wird mittels des Temperatur-Beobachters 42 eine Beobachter-Sensortemperatur 29 abgeschätzt, welche die Sensortemperatur 28 repräsentiert, das heißt für dieselbe Stelle des Elektromotors 2, an der sind der Temperatursensor befindet.
Sensortemperatur 28 und Beobachter-Sensortemperatur 29 werden in einem Vergleich 44 miteinander verglichen. Vorzugsweise wird in dem Vergleich 44 eine Differenz aus Sensortemperatur 28 und Beobachter-Sensortemperatur 29 gebildet. Das Resultat 43 des Vergleichs 44, insbesondere die Differenz, wird als eine weitere Eingangsgröße dem Temperatur-Beobachter 42 bereitgestellt, um die Korrektur der abgeschätzten Wicklungs-Temperaturen 24 zu ermöglichen.
Das Verfahren 20 bietet somit den Vorteil, dass auf besonders einfache und kostengünstige Weise, insbesondere ohne dass vielfältige und komplexe Temperatursensoren an schwer zugänglichen Stellen des Elektromotors 2 platziert werden müssen, eine präzise Temperaturüberwachung des Elektromotors erfolgen kann. Die somit ermittelten Temperaturen können für vielfältige Funktionen weiterverwendet werden, wie beispielsweise für Leistungsabregelungen des Elektromotors 2 oder dergleichen.

Claims

Verfahren zur Temperaturüberwachung eines Elektromotors (2) eines Fahrzeugs (10), wobei der Elektromotor (2) eine Permanentmagnet-Synchronmaschine ist, umfassend die Schritte: - Erfassen eines Betätigungsstroms (21) des Elektromotors (2) mittels welchem der Elektromotor (2) betätigt wird, - Ermitteln einer Statorverlustleistung (22) des Elektromotors (2) mittels einer Berechnungs-Funktion (41) basierend auf dem erfassten Betätigungsstrom (21) und basierend auf Strangwiderständen (23) des Elektromotors (2), - Abschätzen einer Wicklungs-Temperatur (24) des Elektromotors (2) mittels eines Temperatur-Beobachters (42), - wobei als eine Eingangsgröße des Temperatur-Beobachters (42) die ermittelte Statorverlustleistung (22) verwendet wird, - Zurückführen der abgeschätzten Wicklungs-Temperatur (24) an die Berechnungs-Funktion (41), und - Korrigieren der Strangwiderstände (23) mittels der Berechnungs-Funktion (41) basierend auf der abgeschätzten Wicklungs-Temperatur (24).
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt: - Erfassen einer Sensortemperatur (28) des Elektromotors (2) mittels eines Temperatursensors gleichzeitig zum Ermitteln der Wicklungs-Temperatur (24) mittels des Temperatur-Beobachters (42).
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend die Schritte: - Ermitteln einer die Sensortemperatur (28) repräsentierende Beobachter-Sensortemperatur (29) mittels des Temperatur-Beobachters (42), - Vergleichen der Sensortemperatur (28) und der ermittelten Beobachter-Sensortemperatur (29), und - Korrigieren des Temperatur-Beobachters (42) basierend auf dem Vergleich der Sensortemperatur (28) und der Beobachter-Sensortemperatur (29).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt: - Erfassen einer Winkeländerung eines elektrischen Winkels und einer Betätigungsspannung des Elektromotors (2), - wobei das Abschätzen der Strangwiderstände (23) des Elektromotors (2) durch Berechnung eines vorbekannten Maschinenmodells des Elektromotors (2) basierend auf der erfassten Winkeländerung, der erfassten Betätigungsspannung, und dem erfassten Betätigungsstrom (21) erfolgt, und - wobei das Maschinenmodell einen Spannungsoffset des Elektromotors (2) als unbekannten Freiheitsgrad aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei zum Abschätzen der Strangwiderstände (23) des Elektromotors (2) der folgende Schritt durchgeführt wird: - Betätigen des Elektromotors (2) mit einem Test-Strom in einer nicht-drehmomentbildenden Richtung.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (20) bei einem Systemstart des Elektromotors (2) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren (20) zusätzlich während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs (10) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren (20) nur durchgeführt wird, wenn eine Drehzahl des Elektromotors (2) kleiner oder gleich einer vorbestimmten Test-Drehzahl ist, insbesondere wobei die Test-Drehzahl maximal 50 %, vorzugsweise 20 %, einer Maximaldrehzahl des Elektromotors (2) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Verfahren (20) wiederholt in regelmäßigen zeitlichen Abständen während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs (10) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abschätzen der Strangwiderstände (23) durch Berechnen des vorbekannten Maschinenmodells mittels eines schnelle DSFI-Algorithmus durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei für jede Wicklung des Elektromotors (2) separat eine Wicklungs-Temperatur (24) ermittelt wird, oder - wobei für sämtliche Wicklungen des Elektromotors (2) eine globale Wicklungs-Temperatur (24) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei für jede Wicklung des Elektromotors (2) separat der Strangwiderstand (23) ermittelt wird, oder - wobei für sämtliche Wicklungen des Elektromotors (2) ein gemittelter Strangwiderstand (23) ermittelt wird
Steuereinheit eines Elektromotors (2), welche eingerichtet ist zur Betätigung des Elektromotors (2) und zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Elektromotor, umfassend eine Steuereinheit nach Anspruch 13.
Elektrofahrrad, umfassend einen Elektromotor nach Anspruch 14.