DE102022210124A1

DE102022210124A1 - Method for operating an electric drive device, device for operating an electric drive device, electric drive device

Info

Publication number: DE102022210124A1
Application number: DE102022210124.3A
Authority: DE
Inventors: Helge Sprenger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2024-03-28
Also published as: WO2024068073A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinrichtung (1), wobei die Antriebseinrichtung (1) einen Elektromotor (2) mit einer Motorwicklung und eine der Motorwicklung zugeordnete Schalteinrichtung (4) aufweist, wobei der Schalteinrichtung (4) zumindest eine Kühlmittelleitung (10) mit einem Kühlmittel (12) zugeordnet ist, wobei die Schalteinrichtung (4) in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Leistungsanforderung angesteuert wird, und wobei die Leistungsanforderung in Abhängigkeit von einer Begrenzungsgröße begrenzt wird. Es ist vorgesehen, dass die Begrenzungsgröße in Abhängigkeit von einer ermittelten Kühlbedingungsgröße festgelegt wird, die eine aktuelle Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels (12) sowie einen aktuellen Volumenstrom des Kühlmittels (12) beschreibt.The invention relates to a method for operating an electric drive device (1), wherein the drive device (1) has an electric motor (2) with a motor winding and a switching device (4) assigned to the motor winding, the switching device (4) having at least one coolant line (10 ) is associated with a coolant (12), wherein the switching device (4) is controlled depending on a predetermined power requirement, and wherein the power requirement is limited depending on a limiting variable. It is envisaged that the limiting variable is determined depending on a determined cooling condition variable which describes a current coolant temperature of the coolant (12) and a current volume flow of the coolant (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinrichtung, wobei die Antriebseinrichtung einen Elektromotor mit einer Motorwicklung und eine der Motorwicklung zugeordnete Schalteinrichtung aufweist, wobei der Schalteinrichtung zumindest eine Kühlmittelleitung mit einem Kühlmittel zugeordnet ist, wobei die Schalteinrichtung in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Leistungsanforderung angesteuert wird, und wobei die Leistungsanforderung in Abhängigkeit von einer ermittelten Begrenzungsgröße begrenzt wird.The invention relates to a method for operating an electric drive device, wherein the drive device has an electric motor with a motor winding and a switching device assigned to the motor winding, at least one coolant line with a coolant being assigned to the switching device, the switching device being controlled as a function of a predetermined power requirement , and where the performance requirement is limited depending on a determined limiting variable.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinrichtung, wobei die Antriebseinrichtung einen Elektromotor mit einer Motorwicklung und eine der Motorwicklung zugeordnete Schalteinrichtung aufweist, und wobei der Schalteinrichtung zumindest eine Kühlmittelleitung mit einem Kühlmittel zugeordnet ist.The invention also relates to a device for operating an electric drive device, wherein the drive device has an electric motor with a motor winding and a switching device assigned to the motor winding, and at least one coolant line with a coolant is assigned to the switching device.

Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Antriebseinrichtung, mit einem eine Motorwicklung aufweisenden Elektromotor, und mit einer der Motorwicklung zugeordneten Schalteinrichtung, wobei der Schalteinrichtung zumindest eine Kühlmittelleitung mit einem Kühlmittel zugeordnet ist.The invention further relates to an electric drive device, with an electric motor having a motor winding, and with a switching device assigned to the motor winding, wherein the switching device is assigned at least one coolant line with a coolant.

Stand der TechnikState of the art

Verfahren und Antriebseinrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Eine elektrische Antriebseinrichtung weist typischerweise einen Elektromotor mit einer insbesondere mehrphasigen Motorwicklung auf. Um eine gewünschte Bestromung der Motorwicklung zu realisieren, ist der Motorwicklung üblicherweise eine Schalteinrichtung zugeordnet. Beispielsweise weist die Schalteinrichtung eine der Anzahl an Phasen der Motorwicklung entsprechen der Anzahl an Halbbrücken auf. Durch die Schalteinrichtung sind die Phasen der Motorwicklung mit einem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden. Im Betrieb der Antriebseinrichtung wird typischerweise eine Leistungsanforderung für den Elektromotor vorgegeben. Die Schalteinrichtung wird dann in Abhängigkeit von der vorgegebenen Leistungsanforderung angesteuert. Um einer Überhitzung der Schalteinrichtung im Betrieb des Elektromotors entgegenzuwirken, ist der Schalteinrichtung in der Regel zumindest eine Kühlmittelleitung mit einem Kühlmittel zugeordnet. Die Schalteinrichtung wird durch die Kühlmittelleitung beziehungsweise das Kühlmittel gekühlt. Gerade bei hohen Leistungsanforderungen kann es trotz Kühlung der Schalteinrichtung dennoch zu einer Überhitzung von Schaltelementen der Schalteinrichtung kommen. Um eine derartige Überhitzung zu vermeiden, ist es bekannt, die Leistungsanforderung in Abhängigkeit von einer Begrenzungsgröße zu begrenzen. In vorbekannten Verfahren wird die Begrenzungsgröße beispielsweise in Abhängigkeit von erfassten Temperaturen der Schaltelemente der Schalteinrichtung festgelegt.Methods and drive devices of the type mentioned are known from the prior art. An electric drive device typically has an electric motor with a particularly multi-phase motor winding. In order to achieve the desired current supply to the motor winding, the motor winding is usually assigned a switching device. For example, the switching device has one of the number of phases of the motor winding corresponding to the number of half bridges. Through the switching device, the phases of the motor winding are electrically connected to an electrical energy storage device. During operation of the drive device, a power requirement for the electric motor is typically specified. The switching device is then controlled depending on the specified power requirement. In order to counteract overheating of the switching device during operation of the electric motor, the switching device is generally assigned at least one coolant line with a coolant. The switching device is cooled by the coolant line or the coolant. Especially with high performance requirements, overheating of switching elements of the switching device can still occur despite cooling of the switching device. In order to avoid such overheating, it is known to limit the power requirement depending on a limiting variable. In previously known methods, the limiting size is determined, for example, as a function of detected temperatures of the switching elements of the switching device.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine Überhitzung der Schalteinrichtung wirksam vermieden wird. Der Aufwand zur Applikation ist dabei gering und kann ohne Prüfstandsmessungen erfolgen. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, dass die Begrenzungsgröße in Abhängigkeit von einer ermittelten Kühlbedingungsgröße festgelegt wird, die eine aktuelle Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels sowie einen aktuellen Volumenstrom des Kühlmittels beschreibt. Die Begrenzungsgröße wird also erfindungsgemäß in Abhängigkeit von der Kühlbedingungsgröße festgelegt, sodass letztlich die Leistungsanforderung in Abhängigkeit von der Kühlbedingungsgröße begrenzt wird. Die erfindungsgemäße Kühlbedingungsgröße beschreibt dabei die aktuelle Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels sowie den aktuellen Volumenstrom des Kühlmittels. Anhand dieser Informationen kann eine präzise Aussage über die zukünftige Erwärmung der Bauteile der Schalteinrichtung bei verschiedenen Leistungsanforderungen getroffen werden. Beispielsweise ist davon auszugehen, dass dieselbe Leistungsanforderung bei einer geringen Kühlmitteltemperatur und einem hohen Volumenstrom eine geringere Erwärmung der Bauteile bewirken wird als bei einer hohen Kühlmitteltemperatur und einem geringen Volumenstrom. Vorzugsweise wird die Begrenzungsgröße bei einer außerhalb eines Normbereichs liegenden Kühlbedingungsgröße derart festgelegt, dass die Leistungsanforderung begrenzt wird. Liegt die Kühlbedingungsgröße jedoch in dem Normbereich, so wird die Begrenzungsgröße vorzugsweise derart festgelegt, dass zumindest in Abhängigkeit von der Kühlbedingungsgröße keine Begrenzung der Leistungsanforderung erfolgt. Vorzugsweise weist die Leistungsanforderung eine Soll-Leistung, ein Soll-Drehmoment und/oder einen elektrischen Soll-Motorstrom auf. Durch die Begrenzung der Leistungsanforderung werden dann entsprechend die Soll-Leistung, das Soll-Drehmoment und/oder der Soll-Motorstrom begrenzt. Beispielsweise wird die Leistungsanforderung in Abhängigkeit von einer Eingabe durch einen Benutzer der Antriebseinrichtung vorgegeben. Vorzugsweise wird die Kühlbedingungsgröße bei einer Verringerung der Temperatur und/oder einer Vergrößerung des Volumenstroms verringert. Entsprechend wird die Kühlbedingungsgröße dann bei einer Vergrößerung der Temperatur und/oder einer Verringerung des Volumenstroms vergrößert.The method according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that overheating of the switching device is effectively avoided. The effort required for the application is low and can be carried out without test stand measurements. According to the invention, it is provided for this that the limiting variable is determined depending on a determined cooling condition variable, which describes a current coolant temperature of the coolant and a current volume flow of the coolant. According to the invention, the limiting variable is therefore determined depending on the cooling condition variable, so that ultimately the power requirement is limited depending on the cooling condition variable. The cooling condition variable according to the invention describes the current coolant temperature of the coolant and the current volume flow of the coolant. Based on this information, a precise statement can be made about the future heating of the components of the switching device under different performance requirements. For example, it can be assumed that the same power requirement at a low coolant temperature and a high volume flow will cause the components to heat up less than at a high coolant temperature and a low volume flow. Preferably, the limiting variable is set when the cooling condition variable is outside a normal range in such a way that the power requirement is limited. However, if the cooling condition variable is in the standard range, the limiting variable is preferably set in such a way that there is no limitation of the power requirement, at least depending on the cooling condition variable. Preferably, the power requirement has a target power, a target torque and/or a target electrical motor current. By limiting the power requirement, the target power, the target torque and/or the target motor current are then limited accordingly. For example, the power requirement is specified depending on an input by a user of the drive device. Preferably, the cooling condition variable is reduced when the temperature is reduced and/or the volume flow is increased. Accordingly, the cooling condition variable is then increased as the temperature increases and/or the volume flow decreases.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zum Ermitteln der Kühlbedingungsgröße die Kühlmitteltemperatur und/oder der Volumenstrom erfasst werden. Durch das Erfassen der Kühlmitteltemperatur und/oder des Volumenstroms kann die Kühlbedingungsgröße besonders präzise ermittelt werden. Dies ermöglicht letztlich auch eine besonders präzise Begrenzung der Leistungsanforderung. Beispielsweise wird die Kühlmitteltemperatur durch zumindest einen in der Kühlmittelleitung angeordneten Temperatursensor erfasst. Der Volumenstrom wird beispielsweise durch zumindest einen in der Kühlmittelleitung angeordneten Volumenstromsensor erfasst. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel wird ein geschätzter Volumenstrom des Kühlmittels durch ein Steuergerät bereitgestellt, welches eine der Kühlmittelleitung zugeordnete Kühlmittelpumpe ansteuert. Zumindest der Volumenstrom wird dann also zum Ermitteln der Kühlbedingungsgröße geschätzt.According to a preferred embodiment, it is provided that the coolant temperature and/or the volume flow are recorded to determine the cooling condition variable. By recording the coolant temperature and/or the volume flow, the cooling condition variable can be determined particularly precisely. This ultimately also enables a particularly precise limitation of the power requirement. For example, the coolant temperature is recorded by at least one temperature sensor arranged in the coolant line. The volume flow is recorded, for example, by at least one volume flow sensor arranged in the coolant line. According to an alternative embodiment, an estimated volume flow of the coolant is provided by a control unit which controls a coolant pump assigned to the coolant line. At least the volume flow is then estimated to determine the cooling condition variable.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass an zumindest zwei verschiedenen Stellen eines zwischen der Kühlmittelleitung und der Schalteinrichtung angeordneten Kühlkörpers jeweils eine Temperatur erfasst wird, und dass die Kühlbedingungsgröße in Abhängigkeit von den erfassten Temperaturen ermittelt wird. Auch durch das Erfassen der Temperatur an zumindest zwei verschiedenen Stellen des Kühlkörpers kann die erfindungsgemäße Kühlbedingungsgröße vorteilhaft ermittelt werden, beispielsweise anhand eines Kennfeldes. Verglichen mit der direkten Erfassung der Kühlmitteltemperatur und/oder des Volumenstroms ist diese Ausführungsform des Verfahrens besonders kostengünstig implementierbar.According to a preferred embodiment, it is provided that a temperature is detected at at least two different locations on a heat sink arranged between the coolant line and the switching device, and that the cooling condition variable is determined as a function of the detected temperatures. The cooling condition variable according to the invention can also be advantageously determined by detecting the temperature at at least two different locations on the heat sink, for example using a characteristic map. Compared to the direct detection of the coolant temperature and/or the volume flow, this embodiment of the method can be implemented particularly cost-effectively.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Integral eines erfassten Ist-Motorstroms der Motorwicklung ermittelt wird, und dass die Begrenzungsgröße in Abhängigkeit von dem Integral festgelegt wird. Das Integral des Ist-Motorstroms korrespondiert mit dem tatsächlichen aktuellen Belastungszustand der Schaltelemente der Schalteinrichtung. Insofern kann durch die Berücksichtigung des Integrals des Ist-Motorstroms eine besonders präzise Festlegung der Begrenzungsgröße erreicht werden.According to a preferred embodiment, it is provided that an integral of a detected actual motor current of the motor winding is determined and that the limiting variable is determined as a function of the integral. The integral of the actual motor current corresponds to the actual current load state of the switching elements of the switching device. In this respect, a particularly precise definition of the limiting variable can be achieved by taking the integral of the actual motor current into account.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Begrenzungsgröße in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Begrenzungskennlinie ermittelt wird. Vorzugsweise beschreibt die Begrenzungskennlinie die vorzugebende Begrenzungsgröße in Abhängigkeit von dem Integral des Ist-Motorstroms. Mittels der Begrenzungskennlinie kann einer Vielzahl von ermittelten Integralen jeweils eine geeignete Begrenzungsgröße präzise zugeordnet werden.According to a preferred embodiment, it is provided that the limiting variable is determined as a function of a predetermined limiting characteristic curve. The limiting characteristic curve preferably describes the limiting variable to be specified as a function of the integral of the actual motor current. Using the limiting characteristic curve, a suitable limiting variable can be precisely assigned to a large number of determined integrals.

Vorzugsweise wird der erfasste Ist-Motorstrom vor Ermitteln des Integrals in Abhängigkeit von der Kühlbedingungsgröße skaliert. Diese Berücksichtigung der Kühlbedingungsgröße beim Festlegen der Begrenzungsgröße ist verfahrenstechnisch einfach in eine bestehende Struktur zu implementieren. Preferably, the recorded actual motor current is scaled as a function of the cooling condition variable before determining the integral. This consideration of the cooling condition variable when determining the limit variable is procedurally easy to implement in an existing structure.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Begrenzungskennlinie in Abhängigkeit von der Kühlbedingungsgröße verschoben und/oder skaliert wird. Auch diese alternative Berücksichtigung der Kühlbedingungsgröße ist verfahrenstechnisch einfach in eine bestehende Struktur zu implementieren.According to an alternative embodiment, it is preferably provided that the limiting characteristic curve is shifted and/or scaled depending on the cooling condition variable. This alternative consideration of the cooling condition variable is also easy to implement in an existing structure in terms of process technology.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein die Kühlmittelleitung aufweisendes Kühlsystem in Abhängigkeit von der Kühlbedingungsgröße auf Fehlfunktionen überwacht wird, und dass bei Feststellen einer Fehlfunktion des Kühlsystems zumindest eine Sicherheitsmaßnahme durchgeführt wird. In Abhängigkeit von der ermittelten Kühlbedingungsgröße kann eine Fehlfunktion des Kühlsystems frühzeitig festgestellt werden, insbesondere bevor es tatsächlich zu einer Überhitzung von Bauteilen der Schalteinrichtung kommt. Beispielsweise wird bei Ermitteln einer Kühlbedingungsgröße mit einem Volumenstrom, der einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, festgestellt, dass das Kühlsystem von einer Fehlfunktion betroffen ist. Vorzugsweise wird der Elektromotor bei Feststellen einer Fehlfunktion in den Freilauf geregelt oder die Leistungsanforderung wird derart stark begrenzt, dass sie auch ohne Kühlung der Schalteinrichtung realisierbar ist.According to a preferred embodiment, it is provided that a cooling system having the coolant line is monitored for malfunctions depending on the cooling condition variable, and that at least one safety measure is carried out if a malfunction of the cooling system is detected. Depending on the determined cooling condition variable, a malfunction of the cooling system can be detected at an early stage, in particular before components of the switching device actually overheat. For example, when determining a cooling condition variable with a volume flow that falls below a predetermined threshold value, it is determined that the cooling system is affected by a malfunction. Preferably, if a malfunction is detected, the electric motor is regulated to freewheel or the power requirement is limited to such an extent that it can be achieved even without cooling the switching device.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Schalteinrichtung zumindest ein Zwischenkreiskondensator zugeordnet ist, dass ein elektrischer Zwischenkreiskondensatorstrom ermittelt wird, und dass die Leistungsanforderung in Abhängigkeit von dem ermittelten Zwischenkreiskondensatorstrom begrenzt wird. Anhand des Zwischenkreiskondensatorstroms kann der aktuelle Belastungszustand der Schaltelemente der Schalteinrichtung noch präziser ermittelt werden. Entsprechend kann durch die zusätzliche Berücksichtigung des Zwischenkreiskondensatorstroms eine besonders präzise Begrenzung der Leistungsanforderung vorgenommen werden.According to a preferred embodiment, it is provided that at least one intermediate circuit capacitor is assigned to the switching device, that an electrical intermediate circuit capacitor current is determined, and that the power requirement is limited depending on the determined intermediate circuit capacitor current. Using the intermediate circuit capacitor current, the current load state of the switching elements of the switching device can be determined even more precisely. Accordingly, a particularly precise limitation of the power requirement can be carried out by additionally taking the intermediate circuit capacitor current into account.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Leistungsanforderung in Abhängigkeit von einer Schaltfrequenz der Schalteinrichtung begrenzt wird. Bei hohen Schaltfrequenzen ist davon auszugehen, dass die Temperatur der Schaltelemente der Schalteinrichtung zumindest im Wesentlichen konstant ist. Bei geringen Schaltfrequenzen sind die Schaltelemente jedoch derart lange leitend beziehungsweise nicht leitend, dass die Temperatur der Schaltelemente bei konstanter Leistungsanforderung um einen Mittelwert oszilliert, sodass Temperaturminima und Temperaturmaxima auftreten. Durch die Berücksichtigung der Schaltfrequenz bei der Begrenzung der Leistungsanforderung können die Schaltelemente vor den zuvor erwähnten Temperaturmaxima geschützt werden. Vorzugsweise wird die Leistungsanforderung hierzu bei einer Verringerung der Schaltfrequenz auf einen geringeren Wert begrenzt. Vorzugsweise wird die Begrenzungsgröße in Abhängigkeit von der Schaltfrequenz festgelegt. Die Begrenzung der Leistungsanforderung in Abhängigkeit von der Schaltfrequenz kann jedoch auch unabhängig von der Begrenzungsgröße erfolgen.According to a preferred embodiment, it is provided that the power requirement is limited depending on a switching frequency of the switching device. At high switching frequencies, it can be assumed that the temperature of the switching elements of the switching device is at least essentially constant. However, at low switching frequencies the switching elements are like this conductive or non-conductive for a long time, so that the temperature of the switching elements oscillates around an average value with a constant power requirement, so that temperature minimums and temperature maximums occur. By taking the switching frequency into account when limiting the power requirement, the switching elements can be protected from the aforementioned temperature maxima. For this purpose, the power requirement is preferably limited to a lower value when the switching frequency is reduced. The limiting size is preferably set depending on the switching frequency. However, the limitation of the power requirement depending on the switching frequency can also take place independently of the limitation size.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 11 dadurch aus, dass die Vorrichtung ein Steuergerät aufweist und speziell dazu hergerichtet ist, bei bestimmungsgemäßem Gebrauch mittels des Steuergerätes das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.The device according to the invention is characterized by the features of claim 11 in that the device has a control device and is specifically designed to carry out the method according to the invention using the control device when used as intended. This also results in the advantages already mentioned. Further preferred features and combinations of features result from what has been described above and from the claims.

Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung zeichnet sich mit den Merkmalen des Anspruchs 12 durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus. Auch daraus ergeben sich die bereits genannten Vorteile. Weitere bevorzugte Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen.The drive device according to the invention is characterized by the device according to the invention with the features of claim 12. This also results in the advantages already mentioned. Further preferred features and combinations of features result from what has been described above and from the claims.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dazu zeigen

1 eine elektrische Antriebseinrichtung,
2 ein Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung,
3 ein Verfahren zum Ermitteln eines Begrenzungswertes,
4 ein weiteres Verfahren zum Ermitteln eines Begrenzungswertes und
5 ein Diagramm, das eine Kühlbedingungsgröße beschreibt.

The invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show this

1 an electric drive device,
2 a method for operating the drive device,
3 a method for determining a limiting value,
4 a further method for determining a limit value and
5 a diagram describing a cooling condition quantity.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine elektrische Antriebseinrichtung 1 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Die Antriebseinrichtung 1 weist einen Elektromotor 2 auf. Der Elektromotor 2 weist eine insbesondere mehrphasige Motorwicklung auf. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass die Motorwicklung drei Phasen aufweist. Die Antriebsanordnung 1 weist außerdem einen elektrischen Energiespeicher 3 auf. Der elektrischen Energiespeicher 3 ist durch eine Schalteinrichtung 4 mit der Motorwicklung des Elektromotors 2 elektrisch verbunden. Vorliegend weist die Schalteinrichtung 4 eine der Anzahl an Phasen entsprechende Anzahl an Halbbrücken 5 auf. Jede der Halbbrücken 5 weist jeweils zwei ansteuerbare Schaltelemente 6 auf. Zwischen den Energiespeicher 3 und die Schalteinrichtung 4 ist ein Zwischenkreiskondensator 7 geschaltet. Außerdem weist die Antriebseinrichtung 1 eine Vorrichtung 8 zum Betreiben der Antriebseinrichtung 1 auf. Die Vorrichtung 8 weist ein Steuergerät 9 auf, das dazu ausgebildet ist, die Schaltelemente 6 anzusteuern. Durch die Ansteuerung der Schaltelemente 6 kann eine gewünschte Bestromung der Motorwicklung realisiert werden. 1 shows a schematic representation of an electric drive device 1 of a motor vehicle, not shown in detail. The drive device 1 has an electric motor 2. The electric motor 2 has a particularly multi-phase motor winding. The following assumes that the motor winding has three phases. The drive arrangement 1 also has an electrical energy storage 3. The electrical energy storage 3 is electrically connected to the motor winding of the electric motor 2 by a switching device 4. In the present case, the switching device 4 has a number of half bridges 5 corresponding to the number of phases. Each of the half bridges 5 has two controllable switching elements 6. An intermediate circuit capacitor 7 is connected between the energy storage 3 and the switching device 4. In addition, the drive device 1 has a device 8 for operating the drive device 1. The device 8 has a control device 9 which is designed to control the switching elements 6. By controlling the switching elements 6, a desired current supply to the motor winding can be achieved.

Der Schalteinrichtung 4 ist eine Kühlmittelleitung 10 eines Kühlsystems 11 zur Kühlung der Schalteinrichtung 4 zugeordnet. Die Kühlmittelleitung 10 weist ein Kühlmittel 12 auf. Das Kühlmittel 12 durchströmt im Betrieb der Antriebseinrichtung 1 zur Kühlung der Schalteinrichtung 4 die Kühlmittelleitung 10. Zwischen der Kühlmittelleitung 10 und der Schalteinrichtung 4 ist ein nur gestrichelt angedeuteter Kühlkörper 13 angeordnet. Die Kühlmittelleitung 10 mit dem Kühlmittel 12 ist durch den Kühlkörper 13 wärmetechnisch mit der Schalteinrichtung 4 gekoppelt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Anordnung sowie die Größe insbesondere der Kühlmittelleitung 10 und des Kühlkörpers 13 in 1 rein schematisch angedeutet sind. So können die Anordnung sowie die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente in der Praxis von der rein schematischen Darstellung abweichen.The switching device 4 is assigned a coolant line 10 of a cooling system 11 for cooling the switching device 4. The coolant line 10 has a coolant 12. During operation of the drive device 1, the coolant 12 flows through the coolant line 10 to cool the switching device 4. A heat sink 13, indicated only by dashed lines, is arranged between the coolant line 10 and the switching device 4. The coolant line 10 with the coolant 12 is thermally coupled to the switching device 4 through the heat sink 13. It should be noted that the arrangement and the size in particular of the coolant line 10 and the heat sink 13 in 1 are indicated purely schematically. In practice, the arrangement and size ratios of the individual elements may differ from the purely schematic representation.

Im Folgenden wird mit Bezug auf 2 ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung 1 näher erläutert. 2 zeigt das Verfahren anhand eines Flussdiagramms. Es wird dabei davon ausgegangen, dass eine Fluidpumpe des Kühlsystems 11 aktiv ist, sodass das Kühlmittel 12 die Kühlmittelleitung 10 durchströmt.The following is with reference to 2 an advantageous method for operating the drive device 1 is explained in more detail. 2 shows the procedure using a flowchart. It is assumed that a fluid pump of the cooling system 11 is active, so that the coolant 12 flows through the coolant line 10.

In einem ersten Schritt S1 wird eine Leistungsanforderung für den Elektromotor 2 vorgegeben. Beispielsweise umfasst die Leistungsanforderung ein Soll-Drehmoment, eine Soll-Leistung und/oder einen elektrischen Soll-Motorstrom für die Motorwicklung. Wie zuvor erwähnt wurde, handelt es sich bei der Antriebseinrichtung 1 vorliegend um die Antriebseinrichtung 1 eines Kraftfahrzeugs. Beispielsweise wird die Leistungsanforderung in Abhängigkeit von einer Betätigung eines Fahrpedals des Kraftfahrzeugs durch einen Benutzer des Kraftfahrzeugs vorgegeben.In a first step S1, a power requirement for the electric motor 2 is specified. For example, the power requirement includes a target torque, a target power and/or an electrical target motor current for the motor winding. As previously mentioned, the drive device 1 in the present case is the drive device 1 of a motor vehicle. For example, the power requirement is specified depending on an actuation of an accelerator pedal of the motor vehicle by a user of the motor vehicle.

In einem zweiten Schritt S2 legt das Steuergerät 9 eine Begrenzungsgröße fest.In a second step S2, the control unit 9 defines a limit value.

In einem dritten Schritt S3 begrenzt das Steuergerät 9 die Leistungsanforderung in Abhängigkeit von der festgelegten Begrenzungsgröße. Je nach Begrenzungsgröße wird die Leistungsanforderung stärker oder weniger stark begrenzt. Die Begrenzungsgröße kann auch derart festgelegt werden, dass in dem Schritt S3 eine Begrenzung der Leistungsanforderung unterbleibt. Beispielsweise wird die Leistungsanforderung in Abhängigkeit von der Begrenzungsgröße skaliert.In a third step S3, the control device 9 limits the power requirement depending on the specified limiting value. Depending on the limit size, the power requirement is limited more or less strongly. The limiting size can also be set in such a way that the power requirement is not limited in step S3. For example, the power requirement is scaled depending on the boundary size.

In einem vierten Schritt S4 steuert das Steuergerät 9 die Schaltelemente 6 der Schalteinrichtung 4 in Abhängigkeit von der gegebenenfalls begrenzten Leistungsanforderung an. Die gegebenenfalls begrenzte Leistungsanforderung wird dann durch den Elektromotor 2 umgesetzt.In a fourth step S4, the control unit 9 controls the switching elements 6 of the switching device 4 depending on the possibly limited power requirement. The possibly limited power requirement is then implemented by the electric motor 2.

Durch die Begrenzungsgröße können die durch das Kühlsystem 11 bereitgestellten Kühlbedingungen bei der Ansteuerung der Antriebseinrichtung 1 berücksichtigt werden. Die konkrete Vorgehensweise im Hinblick auf die Festlegung der Begrenzungsgröße wird im Folgenden mit Bezug auf die 3 bis 5 näher erläutert. Hierzu zeigt 3 ein Verfahren zur Festlegung der Begrenzungsgröße gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 4 zeigt das Verfahren zur Festlegung der Begrenzungsgröße gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 5 zeigt ein Diagramm, das eine Kühlbedingungsgröße beschreibt.The limiting size allows the cooling conditions provided by the cooling system 11 to be taken into account when controlling the drive device 1. The specific procedure with regard to determining the limiting size is explained below with reference to 3 to 5 explained in more detail. This shows 3 a method for determining the limiting size according to a first exemplary embodiment. 4 shows the method for determining the limiting size according to a second exemplary embodiment. 5 shows a diagram describing a cooling condition quantity.

Zunächst wird das in 3 dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert. In einem Funktionsblock 14 wird der elektrische Ist-Motorstrom der Motorwicklung erfasst und dem Steuergerät 9 bereitgestellt. In einem anschließenden Funktionsblock 15 wird der erfasste Ist-Motorstrom quadriert. Anschließend wird der quadrierte Ist-Motorstrom in einem Funktionsblock 16 integriert. Das Integral des Ist-Motorstroms korrespondiert mit dem aktuellen Belastungszustand der Schaltelemente 6 der Schalteinrichtung 4. In Abhängigkeit von dem Integral des Ist-Motorstroms wird in einem Funktionsblock 17 mittels einer vorgegebenen Begrenzungskennlinie die Begrenzungsgröße festgelegt. Die Begrenzungskennlinie beschreibt die vorzugebende Begrenzungsgröße in Abhängigkeit von dem Integral.First of all, this will be in 3 illustrated embodiment explained in more detail. The actual electrical motor current of the motor winding is recorded in a function block 14 and provided to the control unit 9. In a subsequent function block 15, the detected actual motor current is squared. The squared actual motor current is then integrated in a function block 16. The integral of the actual motor current corresponds to the current load state of the switching elements 6 of the switching device 4. Depending on the integral of the actual motor current, the limiting variable is determined in a function block 17 by means of a predetermined limiting characteristic curve. The limiting characteristic curve describes the limiting variable to be specified depending on the integral.

In einem Funktionsblock 18 wird eine Kühlbedingungsgröße ermittelt, die eine aktuelle Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels sowie einen aktuellen Volumenstrom des Kühlmittels beschreibt. Die Kühlbedingungsgröße korrespondiert mit der voraussichtlichen Effektivität der Kühlung der Schalteinrichtung 4 im Betrieb der Antriebseinrichtung 1. Im Folgenden werden verschiedene mögliche Zustände beziehungsweise Werte der Kühlbedingungsgröße mit Bezug auf 5 näher erläutert. 5 zeigt ein Diagramm, bei dem die Ordinate einen Volumenstrom des Kühlmittels 12 beschreibt und die Abszisse eine Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels 12. Jedes einen Volumenstrom und eine Kühlmitteltemperatur umfassende Wertepaar entspricht einer möglichen Kühlbedingungsgröße. Liegt die Kühlbedingungsgröße in einem ersten Bereich B1 oberhalb der Linie L1, so ist mit einer ausreichenden Effektivität der Kühlung der Schalteinrichtung 4 zu rechnen. Eine Begrenzung der Leistungsanforderung in Abhängigkeit von der Kühlbedingungsgröße ist dann nicht notwendig. Liegt die Kühlbedingungsgröße in einem zweiten Bereich B2 unterhalb der Linie L1, so ist die Effektivität der Kühlung der Schalteinrichtung 4 eingeschränkt. Eine Begrenzung der Leistungsanforderung in Abhängigkeit von der Kühlbedingungsgröße ist dann vorteilhaft. Liegt die Kühlbedingungsgröße in einem dritten Bereich B3 unterhalb des zweiten Bereichs B2, so ist die Effektivität der Kühlung derart stark eingeschränkt, dass eine noch stärkere Begrenzung der Leistungsanforderung notwendig ist. Liegt die Kühlbedingungsgröße in einem vierten Bereich B4, so ist die Kühlmitteltemperatur derart gering, dass das Kühlmittel 12 gefroren ist oder eine unerwünscht hohe Viskosität aufweist. Vorliegend liegen Kühlbedingungsgrößen mit einer Kühlmitteltemperatur von weniger als minus 30 °C in dem vierten Bereich B4. Liegt die Kühlbedingungsgröße in einem fünften Bereich B5, so ist die Kühlmitteltemperatur derart hoch, dass eine effektive Kühlung der Schalteinrichtung 4 nicht gegeben ist. Vorliegend liegen Kühlbedingungsgrößen mit einer Kühlmitteltemperatur von mehr als 65 °C in dem fünften Bereich B5.In a function block 18, a cooling condition variable is determined which describes a current coolant temperature of the coolant and a current volume flow of the coolant. The cooling condition variable corresponds to the expected effectiveness of the cooling of the switching device 4 during operation of the drive device 1. Various possible states or values of the cooling condition variable are described below with reference to 5 explained in more detail. 5 shows a diagram in which the ordinate describes a volume flow of the coolant 12 and the abscissa describes a coolant temperature of the coolant 12. Each pair of values comprising a volume flow and a coolant temperature corresponds to a possible cooling condition variable. If the cooling condition variable is in a first area B1 above the line L1, then sufficient effectiveness of the cooling of the switching device 4 can be expected. It is then not necessary to limit the power requirement depending on the cooling condition size. If the cooling condition variable lies in a second area B2 below the line L1, the effectiveness of the cooling of the switching device 4 is limited. Limiting the power requirement depending on the cooling condition size is then advantageous. If the cooling condition variable in a third area B3 is below the second area B2, the effectiveness of the cooling is so severely limited that an even greater limitation of the power requirement is necessary. If the cooling condition variable is in a fourth range B4, the coolant temperature is so low that the coolant 12 is frozen or has an undesirably high viscosity. In the present case, cooling condition variables with a coolant temperature of less than minus 30 ° C are in the fourth area B4. If the cooling condition variable is in a fifth range B5, the coolant temperature is so high that effective cooling of the switching device 4 is not possible. In the present case, cooling condition variables with a coolant temperature of more than 65 ° C are in the fifth range B5.

Im Hinblick auf die Ermittlung der Kühlbedingungsgröße sind verschiedene Vorgehensweisen möglich. Insbesondere werden zum Ermitteln der Kühlbedingungsgröße die Kühlmitteltemperatur und der Volumenstrom durch Sensoren direkt erfasst. Alternativ dazu wird an zumindest zwei verschiedenen Stellen des Kühlkörpers 13 jeweils eine Temperatur erfasst und die Kühlbedingungsgröße wird in Abhängigkeit von den erfassten Temperaturen ermittelt. Bei der Wahl geeigneter Stellen des Kühlkörpers 13 ist die Ermittlung der Kühlbedingungsgröße auch in Abhängigkeit von den erfassten Temperaturen möglich. In diesem Fall wird die Kühlbedingungsgröße geschätzt.Various approaches are possible with regard to determining the cooling condition variable. In particular, to determine the cooling condition variable, the coolant temperature and the volume flow are recorded directly by sensors. Alternatively, a temperature is recorded at at least two different locations on the heat sink 13 and the cooling condition variable is determined as a function of the recorded temperatures. When choosing suitable locations on the heat sink 13, the determination of the cooling condition variable is also possible depending on the recorded temperatures. In this case, the cooling condition size is estimated.

Wie aus 3 erkenntlich ist, wird die ermittelte Kühlbedingungsgröße dem Funktionsblock 17 zugeführt. Die Begrenzungskennlinie wird in dem Funktionsblock 17 in Abhängigkeit von der ermittelten Kühlbedingungsgröße vorgegeben. Beispielsweise wird bei einer in dem ersten Bereich B1 liegenden Kühlbedingungsgröße eine andere Begrenzungskennlinie vorgegeben als bei einer in dem zweiten Bereich B2 liegenden Kühlbedingungsgröße. Vorzugsweise wird die Begrenzungskennlinie in Abhängigkeit von der ermittelten Kühlbedingungsgröße verschoben und/oder skaliert. Dies führt dazu, dass je nach ermittelter Kühlbedingungsgröße in dem Funktionsblock 17 eine jeweils andere Begrenzungsgröße festgelegt wird. Dies hat dann zur Folge, dass die Leistungsanforderung in Abhängigkeit von der ermittelten Kühlbedingungsgröße begrenzt wird, also in Abhängigkeit von der voraussichtlichen Effektivität der Kühlung der Schalteinrichtung 4.How out 3 can be seen, the determined cooling condition variable is supplied to the function block 17. The limiting characteristic is specified in the function block 17 depending on the determined cooling condition variable. For example, for a cooling condition variable in the first area B1, a different limiting characteristic is specified than for a cooling condition variable in the second area B2. Preferably, the limiting characteristic curve depends on the determined cooling condition resized and/or scaled. This means that depending on the determined cooling condition variable, a different limiting variable is set in the function block 17. This then has the consequence that the power requirement is limited depending on the determined cooling condition variable, i.e. depending on the expected effectiveness of the cooling of the switching device 4.

Liegt die ermittelte Kühlbedingungsgröße in dem dritten Bereich B3, dem vierten Bereich B4 oder dem fünften Bereich B5, so wird vorzugsweise festgestellt, dass das Kühlsystem 11 eine Fehlfunktion aufweist. Das Kühlsystem 11 wird also anhand der ermittelten Kühlbedingungsgröße auf Fehlfunktionen geprüft. Wird anhand der Kühlbedingungsgröße festgestellt, dass das Kühlsystem 11 von einer Fehlfunktion betroffen ist, so wird eine Sicherheitsmaßnahme durchgeführt. Beispielsweise wird der Elektromotor 2 im Rahmen der Sicherheitsmaßnahme in den Freilauf geregelt.If the determined cooling condition variable is in the third area B3, the fourth area B4 or the fifth area B5, it is preferably determined that the cooling system 11 has a malfunction. The cooling system 11 is therefore checked for malfunctions based on the determined cooling condition variable. If it is determined based on the cooling condition variable that the cooling system 11 is affected by a malfunction, a safety measure is carried out. For example, the electric motor 2 is regulated to freewheel as part of the safety measure.

Im Folgenden wird das in 4 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel näher erläutert. Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die ermittelte Kühlbedingungsgröße beim Festlegen der Begrenzungsgröße dadurch berücksichtigt, dass der erfasste Ist-Motorstrom vor Ermitteln des Integrals in Abhängigkeit von der ermittelten Kühlbedingungsgröße in einem Funktionsblock 19 skaliert wird. In dem Funktionsblock 17 wird dann stets dieselbe Begrenzungskennlinie für die Festlegung der Begrenzungsgröße verwendet.The following will be in 4 illustrated second embodiment explained in more detail. At the in 4 In the exemplary embodiment shown, the determined cooling condition variable is taken into account when determining the limiting variable by scaling the detected actual motor current in a function block 19 before determining the integral depending on the determined cooling condition variable. The same limiting characteristic curve is then always used in the function block 17 to determine the limiting size.

Vorzugsweise wird ein elektrischer Zwischenkreiskondensatorstrom des Zwischenkreiskondensators 7 ermittelt und bei der Begrenzung der Leistungsanforderung berücksichtigt. Beispielsweise wird das Integral in dem Funktionsblock 16 unter zusätzlicher Berücksichtigung des Zwischenkreiskondensatorstroms ermittelt.Preferably, an electrical intermediate circuit capacitor current of the intermediate circuit capacitor 7 is determined and taken into account when limiting the power requirement. For example, the integral is determined in the function block 16 with additional consideration of the intermediate circuit capacitor current.

Vorzugsweise wird die Leistungsanforderung in Abhängigkeit von einer Schaltfrequenz der Schalteinrichtung 4 begrenzt. Bei hohen Schaltfrequenzen ist davon auszugehen, dass die Temperatur der Schaltelemente 6 bei konstanter Leistungsanforderung zumindest im Wesentlichen konstant ist. Bei geringen Schaltfrequenzen sind die Schaltelemente 6 jedoch derart lange leitend beziehungsweise nicht leitend, dass die Temperatur trotz konstanter Leistungsanforderung um einen Mittelwert oszilliert, sodass Temperaturminima und Temperaturmaxima auftreten. Durch die Berücksichtigung der Schaltfrequenz bei der Begrenzung der Leistungsanforderung können die Schaltelemente 6 vor zu hohen Temperaturmaxima geschützt werden. Vorzugsweise wird die Leistungsanforderung hierzu bei einer Verringerung der Schaltfrequenz auf einen geringeren Wert begrenzt.Preferably, the power requirement is limited depending on a switching frequency of the switching device 4. At high switching frequencies, it can be assumed that the temperature of the switching elements 6 is at least essentially constant with a constant power requirement. At low switching frequencies, however, the switching elements 6 are conductive or non-conductive for such a long time that the temperature oscillates around an average despite a constant power requirement, so that temperature minimums and temperature maximums occur. By taking the switching frequency into account when limiting the power requirement, the switching elements 6 can be protected from excessively high temperature maximums. For this purpose, the power requirement is preferably limited to a lower value when the switching frequency is reduced.

Claims

Method for operating an electric drive device, wherein the drive device (1) has an electric motor (2) with a motor winding and a switching device (4) assigned to the motor winding, the switching device (4) having at least one coolant line (10) with a coolant (12) is assigned, wherein the switching device (4) is controlled depending on a predetermined power requirement, and wherein the power requirement is limited depending on a limiting variable, characterized in that the limiting variable is determined depending on a determined cooling condition variable, which is a current coolant temperature of the Coolant (12) and a current volume flow of the coolant (12).

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the coolant temperature and/or the volume flow are recorded to determine the cooling condition variable.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a temperature is detected at at least two different locations of a cooling body (13) arranged between the coolant line (10) and the switching device (5), and that the cooling condition variable is determined as a function of the detected temperatures.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an integral of a detected actual motor current of the motor winding is determined, and that the limiting variable is determined as a function of the integral.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the limiting variable is determined as a function of a predetermined limiting characteristic curve.

Procedure according to one of the Claims 4 and 5 , characterized in that the recorded actual motor current is scaled depending on the cooling condition variable before determining the integral.

Procedure according to Claim 5 , characterized in that the limiting characteristic is shifted and/or scaled depending on the cooling condition variable.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a cooling system (11) having the coolant line (10) is monitored for malfunctions depending on the cooling condition variable, and that at If a malfunction of the cooling system (11) is detected, at least one safety measure is carried out.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the switching device (4) is assigned at least one intermediate circuit capacitor (7), that an electrical intermediate circuit capacitor current is determined, and that the power requirement is limited depending on the determined intermediate circuit capacitor current.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the power requirement is limited as a function of a switching frequency of the switching device (4).

Device for operating an electric drive device, wherein the drive device (1) has an electric motor (2) with a motor winding and a switching device (4) assigned to the motor winding, and wherein the switching device (4) has at least one coolant line (10) with a coolant (12 ) is assigned, characterized in that the device (8) has a control device (9) and is specially designed to carry out the method according to one of the preceding claims when used as intended by means of the control device (9).

Electric drive device, with an electric motor (2) having a motor winding, and with a switching device (4) assigned to the motor winding, wherein the switching device (4) is assigned at least one coolant line (10) with a coolant (12), characterized by a device ( 8) according to the preceding claim.