EP2347503A1 - Motor system and method for operating a motor system - Google Patents

Motor system and method for operating a motor system

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Publication number
EP2347503A1
EP2347503A1 EP09781979A EP09781979A EP2347503A1 EP 2347503 A1 EP2347503 A1 EP 2347503A1 EP 09781979 A EP09781979 A EP 09781979A EP 09781979 A EP09781979 A EP 09781979A EP 2347503 A1 EP2347503 A1 EP 2347503A1
Authority
EP
European Patent Office
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voltage
electric motor
circuit
drive circuit
input voltage
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09781979A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Poetzl
Manfred Spraul
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2347503A1 publication Critical patent/EP2347503A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P4/00Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of electric motors that can be connected to two or more different electric power supplies
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0016Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters
    • H02M1/0019Control circuits providing compensation of output voltage deviations using feedforward of disturbance parameters the disturbance parameters being load current fluctuations
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration
    • H02M7/53871Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current
    • H02M7/53875Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration with automatic control of output voltage or current with analogue control of three-phase output
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2201/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the converter used
    • H02P2201/07DC-DC step-up or step-down converter inserted between the power supply and the inverter supplying the motor, e.g. to control voltage source fluctuations, to vary the motor speed

Definitions

  • the invention generally relates to a motor system with an electric motor, which is controlled by a power electronic drive circuit and is powered by a DC voltage source.
  • a power electronic drive circuit such. B. a B6 bridge, an H-bridge and the like, the
  • the drive circuit is generally controlled by a control unit which switches the semiconductor switches to be conductive or non-conductive.
  • the drive device on the input side of the drive circuit on a passive circuit which usually has at least one capacitance, which is generally called DC link capacitance.
  • the voltage varies over the DC link capacitance - -
  • a method for operating a drive unit for an electric motor wherein the drive unit has a drive circuit for driving the electric motor and an intermediate circuit connected upstream of the drive circuit, in particular with a DC link capacity.
  • the method comprises the following steps:
  • One idea of the above method is to minimize the overall volume of the DC link circuit, in particular a DC link capacitor arranged therein, by providing a lower load on the DC link capacitance. This is achieved by reducing the AC load on the DC link capacitance.
  • the RMS current through the DC link circuit which governs the AC load on a DC link capacitance, depends on the input current and the current received by the drive circuit, ie, on the input voltage and / or drive of the drive circuit.
  • the current in the drive circuit can be influenced by adjusting the applied DC link voltage, which depends on the input voltage.
  • the effective current through the intermediate circuit capacitance can also be set as a function of the voltage on the input side of the drive circuit, which also corresponds to the voltage across the intermediate circuit capacitance.
  • the above method can provide both to adjust the input voltage and to control the control unit such that the voltage across the DC link capacity depends on - -
  • the RMS current is set by the intermediate circuit capacitance in order to minimize the AC load of the DC link capacity as possible.
  • variable input voltage can be dependent on the manipulated variable and / or dependent on a motor state variable, in particular a rotational speed, a torque, a motor current, one or more phase voltages, and / or depending on a state variable of the drive circuit, in particular its power loss, and / or dependent be set by a state variable of the DC link circuit, in particular an intermediate circuit voltage or a current through the DC link capacitance.
  • the manipulated variable may correspond to an electrical power, a mechanical power, the desired rotational speed, the desired torque, the motor current, a motor voltage, an angular position or the phase voltage.
  • the adjustment of the input voltage and the operation of the drive circuit may be performed according to a function in which the RMS current is minimized by a capacitance of the DC link circuit.
  • the setting of the input voltage and the operation of the drive circuit is performed according to a function in which the losses in the DC / DC converter are minimized without predetermined RMS currents are exceeded by a capacity of the DC link circuit.
  • the function for adjusting the input voltage during operation or during an explicit teach-in phase can be learned by varying the input voltage and the driving of the electric motor by the drive circuit.
  • the one or more operating points of the at least one predetermined manipulated variable can be stored in a characteristic field.
  • the adjustment of the input voltage and the operation of the drive circuit can be performed by means of a gradient descent method.
  • an apparatus for operating an electric motor comprising: a drive circuit for driving the electric motor,
  • a DC link circuit which is arranged on the input side to the drive circuit and in particular has a DC link capacitance
  • Input voltage is output via the DC link circuit to the drive circuit
  • a drive system for operating an electric motor comprising:
  • a voltage converter for receiving the set-up variable to provide the variable input voltage depending on the set-up variable.
  • an engine system having an electric motor and the above drive system is provided.
  • Figure 1 is a schematic representation of an engine system with a drive device having a DC link capacitance
  • FIG. 2 shows a diagram for illustrating the dependence of an effective current normalized on the RMS current in the electric motor by the DC link capacitance of one degree of modulation.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an engine system 1 with an electric motor 2, the z. B. may be formed in the form of a synchronous motor.
  • the electric motor can be designed to be multi-phase. In the present case, the electric motor 2 has three phases.
  • the electric motor 2 is driven by a power electronic drive circuit 3.
  • the drive circuit 3 is formed as a B6 bridge circuit having a number of inverter branches, which corresponds to the number of phases of the electric motor 2.
  • Each inverter branch has semiconductor switches 4, namely a pull-high switch and a pull-low switch.
  • one of the pull-high switches and one of the pull-low switches 4 are arranged in series between a high DC link potential V H and a low DC link potential V L.
  • V H high DC link potential
  • V L low DC link potential
  • the pull-high switch therefore pulls the tappable phase of the inverter branch to the high DC link potential V H, and the pull-low switch therefore pulls the tappable phase to the low DC link potential V L.
  • Each of the pull-high and pull-low switch 4 can be used as a power transistor, such as. B. as a field effect transistor, as a thyristor or - -
  • control unit 5 is provided by a control unit 5 by means of suitable control signals transmitted via control lines 6, e.g. a corresponding gate terminal, are supplied, driven.
  • the drive circuit 3 On the input side, the drive circuit 3 is connected to a DC link circuit which contains DC link capacitance 7.
  • the intermediate circuit may comprise further passive components, in particular a choke coil.
  • DC link capacitance 7 is connected to one connection with the high intermediate circuit potential V H and to another connection to the low DC link potential V L.
  • the DC link capacitance 7 serves the purpose of switching the semiconductor switches 4 in the drive circuit 3
  • the high and the low DC link potential V H , V L are provided by a voltage converter 8, in particular a DC-DC converter, which is connected on the input side to a vehicle electrical system of a motor vehicle or generally to an energy source.
  • the DC-DC converter 8 is the input side with a battery (not shown) of the
  • the DC-DC converter 8 is variably controllable, ie according to a
  • DC-DC converter V which is the DC-DC converter 8, e.g. as an electrical signal or as a digital or analogue quantity, via a
  • DC voltage converter 8 can be variably adjusted. - -
  • a control unit 5 is provided, which is connected both to the DC-DC converter 8 and to the drive circuit 3.
  • the control unit 5 is provided externally a manipulated variable SG as a default, which specifies an engine size with which the electric motor 2 is to be controlled.
  • the manipulated variable may correspond, for example, to electrical power, mechanical power, desired speed, desired torque, motor current, motor voltage, angular position or phase voltage. From the manipulated variable SG results in which way the electric motor 2 is to be controlled, so that the electric motor 2 has a predetermined manipulated variable SG corresponding behavior.
  • the control unit 5 can then control the DC-DC converter 8 and the drive circuit 3 in such a way that the motor variable corresponding to the manipulated variable SG is made available.
  • the alternating current load of the DC link capacitance 7 is generally calculated using the following formula:
  • lc_ ⁇ ff corresponds to the RMS current through the DC link capacitance
  • iDCDc (t) corresponds to the current provided by the DC-DC converter 8
  • ipcu (t) corresponds to the (input-side) current received by the drive circuit 3. It can be seen that by approximating the converter current iDCDc (t) and the current through the control circuit ipcu (t), the amount of the effective current lc_ ⁇ ff can be reduced by the DC link capacitance 7.
  • the mean value and effective value of the current through the drive circuit 3 can be influenced by the level of a DC link voltage Uc applied across the DC link capacitance 7. - -
  • an effective current I C e ff normalized to the RMS current in the electric motor 2 is represented by the DC link capacitance C e ff via a modulation factor M.
  • the degree of modulation M behaves inversely proportional to the intermediate circuit voltage Uc and is thus influenced via the DC-DC converter 8.
  • the parameter of the characteristic curves shown in FIG. 2 is the power factor cos ( ⁇ ), which can generally be determined by the quotient of the active power through the apparent power of the electric motor. ⁇ corresponds to the phase angle between current and voltage.
  • the control unit 5 controls the DC-DC converter 8 in a suitable manner.
  • a residual voltage U DC and the predetermined manipulated variable SG results in a corresponding control of the drive circuit 3.
  • the control unit 5 should drive the DC-DC converter 8 only in such a way that output voltages are set within a voltage range.
  • the voltage range is limited to voltages at which the requirement imposed on the electric motor 2 by the manipulated variable SG can be maintained, the drive circuit 3 does not fall into an undervoltage mode or the voltage strengths of the capacitor providing the intermediate circuit capacitance and the semiconductor switch in the drive circuit 3 are not exceeded become.
  • the drive circuit 3 may be e.g. by varying a duty cycle of a pulse width modulated drive or by varying a duty cycle of a space vector modulation the electric motor 2 different services to
  • control unit 5 thus has degrees of freedom in the choice of the controls of the DC-DC converter 8 and the drive circuit 3 to the by the
  • the output voltage u D c of the DC-DC converter 8 is set as low as possible by means of the DC link capacitance 7 in order to minimize the effective current lc_ ⁇ ff. That is, the output voltage of the DC-DC converter 8 should be selected so that the required for the electric motor 2 power can still be achieved and the drive circuit 3 can be operated, ie the drive circuit 3 does not come into an undervoltage mode.
  • control unit 5 has, for example, a map block 10 to which the externally provided manipulated variable SG is provided as an input variable and which, depending on the manipulated variable SG, supplies the DC-DC converter variable V to the DC-DC converter 8 and a control circuit manipulated variable S to a pulse generating unit 11 provides.
  • the map block 10 may have a characteristic map in which, for example, an effective current I C e ff is taken into account as a function of the voltage Uc applied across the DC link capacitance 7.
  • Other input variables of the map block 10 may be measured variables, such as the engine speed and / or the angular position of a rotor of the electric motor 2, the phase currents , the phase voltages and an output current I DCDC of the DC-DC converter 8, which can also be measured. It is also possible to determine the DC-DC converter variable V independently of the manipulated variable SG provided, that is, only on the basis of measured variables. Alternatively, instead of or in addition to the manipulated variable SG provided, the current actual value of this variable could also be used as the input variable for the characteristic diagram. As an alternative to a characteristic diagram, V could also be determined from the specified input variables by means of algorithms or formulas stored in a processor.
  • the map can be specified statically. It is also possible to generate or modify the map in operation or in a teach-in mode by using different operating points for different operating points - -
  • Manipulated variables SG of the optimal operating points of the DC-DC converter 8 and the drive circuit 3 are determined and corresponding records are stored in the map for later retrieval.
  • the optimization goal - regardless of whether working with a static map or with an optimization in operation - may be not only the simple minimization of the effective current LC_ ⁇ ff i n the intermediate circuit capacitor. 7
  • the limit values could, for example, also be dependent on the temperature and / or the length of the current load of the DC link capacitance. If the limit values are exceeded, the motor current could immediately be reduced via the pulse generation unit 11 at the expense of the motor power, ie, disregarding the predetermined manipulated variable SG. Once a "better" DC-DC converter control value V has been found / adjusted, then the pulse generating unit 11 can again control the switches 4 in such a way that the higher motor current is provided and thus the manipulated variable SG is taken into account.
  • the pulse generation unit 11 generates the drive pulses for the pull-high switch and pull-low switch 4 of the drive circuit 3 as a function of the drive control manipulated value S, for example, specifies a duty cycle of a space vector modulation to control them according to the drive control value S.
  • the adaptation of the output voltage of the DC-DC converter 8 and the control of the drive circuit 3 can be made adaptive by the RMS current through the DC link capacitance 7, for example by means of a - -
  • the output voltage of the DC-DC converter 8 is set to a specific voltage with the aid of the DC-DC converter control value V.
  • the effective current I C e ff through the DC link capacitance 7 is measured directly or estimated from the engine state variables. If the rms current I e ff becomes too large, the output voltage of the DC-DC converter 8 is modified until the rms current C e ff again falls below a certain current threshold value.
  • the control unit 5, the drive circuit 3 and the DC link capacitance 7 are usually provided in a control unit for an electric motor 2 as a unit.
  • a setting line 9 for transmitting the DC-DC converter variable V to a separate and remote from the control unit DC-DC converter 8 is provided by the control unit 5 to drive the DC-DC converter 8 to minimize the AC load of the DC link capacitance 7 variably.

Abstract

The invention relates to a method for operating a control unit for an electric motor, wherein the control unit comprises a control circuit for controlling the electric motor and an intermediate circuit connected upstream of the control circuit, particularly having an intermediate circuit capacitance, comprising the following steps: - providing a controlled variable (SG) for controlling the electric motor (2);  - setting a variable input voltage (UDC) and providing the set input voltage (UDC) via the intermediate circuit to the control unit (3); - operating the control circuit (3) as a function of an available intermediate circuit voltage (UC) which depends on the set input voltage (UDC), and as a function of the controlled variable (SG), in order to control the electric motor (2) according to the controlled variable (SG).

Description

- - - -
Beschreibungdescription
Titeltitle
Motorsystem sowie Verfahren zum Betreiben eines MotorsystemsEngine system and method for operating an engine system
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Motorsystem mit einem Elektromotor, der über eine leistungselektronische Ansteuerschaltung angesteuert wird und von einer Gleichspannungsquelle versorgt wird.The invention generally relates to a motor system with an electric motor, which is controlled by a power electronic drive circuit and is powered by a DC voltage source.
Stand der TechnikState of the art
In Fahrzeugen werden zunehmend Elektromotoren eingesetzt, die variabel ansteuerbar sind. Dazu wird ein solcher Elektromotor im Allgemeinen durch eineIn vehicles increasingly electric motors are used, which are variably controllable. For this purpose, such an electric motor is generally by a
Ansteuereinrichtung mit einer leistungselektronischen Ansteuerschaltung angesteuert, wie z. B. einer B6-Brücke, einer H-Brücke und dergleichen, dieDrive device controlled by a power electronic drive circuit, such. B. a B6 bridge, an H-bridge and the like, the
Halbleiterschalter aufweisen. Die Ansteuerschaltung wird im Allgemeinen durch eine Steuereinheit, die die Halbleiterschalter leitend oder nicht-leitend schaltet, gesteuert.Have semiconductor switch. The drive circuit is generally controlled by a control unit which switches the semiconductor switches to be conductive or non-conductive.
Weiterhin weist die Ansteuereinrichtung eingangsseitig der Ansteuerschaltung eine passive Beschaltung auf, die in der Regel zumindest eine Kapazität aufweist, die im Allgemeinen Zwischenkreiskapazität genannt wird. Abhängig von der Ansteuerung der Ansteuerschaltung durch eine Steuereinheit und aufgrund parasitärer Widerstände variiert die Spannung über der Zwischenkreiskapazität - -Furthermore, the drive device on the input side of the drive circuit on a passive circuit, which usually has at least one capacitance, which is generally called DC link capacitance. Depending on the control of the drive circuit by a control unit and due to parasitic resistances, the voltage varies over the DC link capacitance - -
und es entsteht ein Spannungs- und Stromrippel, was eine entsprechende Dimensionierung der Zwischenkreiskapazität notwendig macht. Aufgrund der erheblichen Belastung der Zwischenkreiskapazität aufgrund des auftretenden Spannungsrippeis und der dadurch notwendigen Dimensionierung wird ein erheblicher Teil des Gesamtbauvolumens der Ansteuereinrichtung für den Elektromotor durch die Größe der Zwischenkreiskapazität bestimmt. Künftig wird das Bauvolumen der diskreten Bauelemente im Zwischenkreis das Bauvolumen der Steuereinheit und der Ansteuerschaltung weiter dominieren, da die Steuereinheit und die Ansteuerschaltung zunehmend miniaturisiert werden und aufgrund steigender EMV-Anforderungen mehr Bauelemente im Zwischenkreis angeordnet werden müssen.and there is a voltage and current ripple, which makes a corresponding dimensioning of the DC link capacity necessary. Due to the considerable load on the DC link capacitance due to the occurring voltage ribs and the dimensioning required thereby, a considerable part of the overall construction volume of the drive device for the electric motor is determined by the size of the DC link capacitance. In the future, the volume of construction of the discrete components in the intermediate circuit will continue to dominate the construction volume of the control unit and the control circuit, since the control unit and the control circuit will be increasingly miniaturized and more components will have to be arranged in the intermediate circuit due to increasing EMC requirements.
Es ist weiterhin bekannt, Elektromotoren in Motorsystemen über einen Gleichspannungswandler anzusteuern, der aus der Versorgungsspannung eines Bordnetzes eine andere und/oder stabilisierte Zwischenkreisspannung erzeugt, um den Elektromotor mit einer gewünschten Spannung anzusteuern.It is also known to drive electric motors in motor systems via a DC-DC converter, which generates from the supply voltage of a vehicle electrical system another and / or stabilized DC link voltage to drive the electric motor with a desired voltage.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ansteuereinrichtung für einen Elektromotor vorzusehen, bei dem die Zwischenkreiskapazität mit einem möglichst geringem Kapazitätswert vorgesehen werden kann, so dass die Baugröße der Zwischenkreiskapazität verkleinert werden kann.It is an object of the present invention to provide a drive device for an electric motor in which the DC link capacitance can be provided with the lowest possible capacitance value, so that the size of the DC link capacitance can be reduced.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Ansteuern eines Motorsystems gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung, ein Ansteuersystem und ein Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.This object is achieved by a method for driving an engine system according to claim 1 and by a device, a drive system and a motor system according to the independent claims.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. - -Further embodiments of the invention are specified in the dependent claims. - -
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einer Ansteuereinheit für einen Elektromotor vorgesehen, wobei die Ansteuereinheit eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern des Elektromotors und eine der Ansteuerschaltung vorgeschalteten Zwischenkreisschaltung, insbesondere mit einer Zwischenkreiskapazität, aufweist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:According to a first aspect, a method for operating a drive unit for an electric motor is provided, wherein the drive unit has a drive circuit for driving the electric motor and an intermediate circuit connected upstream of the drive circuit, in particular with a DC link capacity. The method comprises the following steps:
- Bereitstellen einer Stellgröße zum Ansteuern des Elektromotors;- Providing a manipulated variable for driving the electric motor;
- Einstellen einer variablen Eingangsspannung und Bereitstellen der eingestellten Eingangsspannung über die Zwischenkreisschaltung an die Ansteuereinheit; - Betreiben der Ansteuerschaltung abhängig von einer zur Verfügung stehenden Zwischenkreisspannung, die von der eingestellten Eingangsspannung abhängt, und abhängig von der Stellgröße, um den Elektromotor entsprechend der Stellgröße anzusteuern.- Setting a variable input voltage and providing the set input voltage via the DC link circuit to the drive unit; - Operating the drive circuit depending on an available DC link voltage, which depends on the set input voltage, and depending on the manipulated variable to control the electric motor according to the manipulated variable.
Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, das Bauvolumen der Zwischenkreisschaltung, insbesondere einer darin angeordneten Zwischenkreiskapazität, zu minimieren, indem eine geringere Belastung der Zwischenkreiskapazität vorgesehen wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Wechselstrombelastung der Zwischenkreiskapazität reduziert wird. Der Effektivstrom durch die Zwischenkreisschaltung, der für die Wechselstrombelastung einer Zwischenkreiskapazität maßgeblich ist, hängt von dem Eingangsstrom und von dem Strom, der durch die Ansteuerschaltung aufgenommen wird, ab, d.h. von der Eingangsspannung und/oder Ansteuerung der Ansteuerschaltung ab. Der Strom in die Ansteuerschaltung kann durch Anpassen der anliegenden Zwischenkreisspannung, die von der Eingangsspannung abhängt, beeinflusst werden. Dadurch kann auch der Effektivstrom durch die Zwischenkreiskapazität abhängig von der Spannung an der Eingangsseite der Ansteuerschaltung, die auch der Spannung über der Zwischenkreiskapazität entspricht, eingestellt werden. Aus diesem Grunde kann das obige Verfahren vorsehen, sowohl die Eingangsspannung einzustellen als auch die Steuereinheit so anzusteuern, dass die Spannung über der Zwischenkreiskapazität abhängig von - -One idea of the above method is to minimize the overall volume of the DC link circuit, in particular a DC link capacitor arranged therein, by providing a lower load on the DC link capacitance. This is achieved by reducing the AC load on the DC link capacitance. The RMS current through the DC link circuit, which governs the AC load on a DC link capacitance, depends on the input current and the current received by the drive circuit, ie, on the input voltage and / or drive of the drive circuit. The current in the drive circuit can be influenced by adjusting the applied DC link voltage, which depends on the input voltage. As a result, the effective current through the intermediate circuit capacitance can also be set as a function of the voltage on the input side of the drive circuit, which also corresponds to the voltage across the intermediate circuit capacitance. For this reason, the above method can provide both to adjust the input voltage and to control the control unit such that the voltage across the DC link capacity depends on - -
dem Effektivstrom durch die Zwischen kreiskapazität eingestellt wird, um die Wechselstrombelastung der Zwischenkreiskapazität möglichst zu minimieren.the RMS current is set by the intermediate circuit capacitance in order to minimize the AC load of the DC link capacity as possible.
Ferner kann die variable Eingangsspannung abhängig von der Stellgröße und/oder abhängig von einer Motorzustandsgröße, insbesondere einer Drehzahl, einem Drehmoment, einem Motorstrom, einer oder mehreren Phasenspannungen, und/oder abhängig von einer Zustandsgröße der Ansteuerschaltung, insbesondere ihrer Verlustleistung, und/oder abhängig von einer Zustandsgröße der Zwischenkreisschaltung, insbesondere einer Zwischenkreisspannung oder eines Stroms durch die Zwischenkreiskapazität eingestellt werden. Insbesondere kann die Stellgröße einer elektrischen Leistung, einer mechanischen Leistung, der gewünschten Drehzahl, dem gewünschten Drehmoment, dem Motorstrom, einer Motorspannung, einer Winkelposition oder der Phasenspannung entsprechen.Furthermore, the variable input voltage can be dependent on the manipulated variable and / or dependent on a motor state variable, in particular a rotational speed, a torque, a motor current, one or more phase voltages, and / or depending on a state variable of the drive circuit, in particular its power loss, and / or dependent be set by a state variable of the DC link circuit, in particular an intermediate circuit voltage or a current through the DC link capacitance. In particular, the manipulated variable may correspond to an electrical power, a mechanical power, the desired rotational speed, the desired torque, the motor current, a motor voltage, an angular position or the phase voltage.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Einstellen der Eingangsspannung und das Betreiben der Ansteuerschaltung gemäß einer Funktion durchgeführt werden, bei der der Effektivstrom durch eine Kapazität der Zwischenkreisschaltung minimiert wird.According to an embodiment, the adjustment of the input voltage and the operation of the drive circuit may be performed according to a function in which the RMS current is minimized by a capacitance of the DC link circuit.
Es kann vorgesehen sein, dass das Einstellen der Eingangsspannung und das Betreiben der Ansteuerschaltung gemäß einer Funktion durchgeführt wird, bei der die Verluste im DC-/DC Wandler minimert werden, ohne dass vorgegebene Effektivströme durch eine Kapazität der Zwischenkreisschaltung überschritten werden.It may be provided that the setting of the input voltage and the operation of the drive circuit is performed according to a function in which the losses in the DC / DC converter are minimized without predetermined RMS currents are exceeded by a capacity of the DC link circuit.
Weiterhin kann die Funktion zum Einstellen der Eingangsspannung während des Betriebs oder während einer expliziten Einlernphase durch Variieren der Eingangsspannung und der Ansteuerung des Elektromotors durch die Ansteuerschaltung gelernt werden. - -Furthermore, the function for adjusting the input voltage during operation or during an explicit teach-in phase can be learned by varying the input voltage and the driving of the electric motor by the drive circuit. - -
Insbesondere können die einen oder die mehreren Betriebspunkte der mindestens einen vorgegebenen Stellgröße in einem Kennfeld gespeichert werden.In particular, the one or more operating points of the at least one predetermined manipulated variable can be stored in a characteristic field.
Weiterhin kann das Einstellen der Eingangsspannung und das Betreiben der Ansteuerschaltung mit Hilfe eines Gradientenabstiegsverfahrens durchgeführt werden.Furthermore, the adjustment of the input voltage and the operation of the drive circuit can be performed by means of a gradient descent method.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Elektromotors vorgesehen, umfassend: - eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern des Elektromotors,According to a further aspect, an apparatus for operating an electric motor is provided, comprising: a drive circuit for driving the electric motor,
- eine Zwischenkreisschaltung, die eingangsseitig an der Ansteuerschaltung angeordnet ist und die insbesondere eine Zwischenkreiskapazität aufweist;- A DC link circuit, which is arranged on the input side to the drive circuit and in particular has a DC link capacitance;
- eine Steuereinheit, die ausgebildet ist,a control unit that is designed
- um eine Stellgröße zu empfangen; - um eine Einstellgröße auszugeben, die bewirkt, dass eine variable- to receive a manipulated variable; to output a set value that causes a variable
Eingangsspannung über die Zwischenkreisschaltung an die Ansteuerschaltung ausgegeben wird;Input voltage is output via the DC link circuit to the drive circuit;
- um die Ansteuerschaltung zu betreiben, so dass der Elektromotor abhängig von einer zur Verfügung stehenden Zwischenkreisspannung, die von der eingestellten Eingangsspannung abhängt, und abhängig von der Stellgröße angesteuert wird.- To operate the drive circuit, so that the electric motor is driven depending on an available DC link voltage, which depends on the set input voltage, and depending on the manipulated variable.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Ansteuersystem zum Betreiben eines Elektromotors vorgesehen, umfassend:According to another aspect, there is provided a drive system for operating an electric motor, comprising:
- die obige Vorrichtung; - einen Spannungswandler zum Empfangen der Einstellgröße, um abhängig von der Einstellgröße die variable Eingangsspannung bereitzustellen.the above device; a voltage converter for receiving the set-up variable to provide the variable input voltage depending on the set-up variable.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem mit einem Elektromotor und mit dem obigen Ansteuersystem vorgesehen.In another aspect, an engine system having an electric motor and the above drive system is provided.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen - -Brief description of the drawings - -
Einige Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Some embodiments are explained below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einer Ansteuereinrichtung, die eine Zwischenkreiskapazität aufweist; undFigure 1 is a schematic representation of an engine system with a drive device having a DC link capacitance; and
Figur 2 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit eines auf den Effektivstrom in dem Elektromotor normierten Effektivstroms durch die Zwischenkreiskapazität von einem Modulationsgrad.FIG. 2 shows a diagram for illustrating the dependence of an effective current normalized on the RMS current in the electric motor by the DC link capacitance of one degree of modulation.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems 1 mit einem Elektromotor 2, der z. B. in Form eines Synchronmotors ausgebildet sein kann. Der Elektromotor kann mehrphasig ausgebildet sein. Im vorliegenden Fall weist der Elektromotor 2 drei Phasen auf.Figure 1 shows a schematic representation of an engine system 1 with an electric motor 2, the z. B. may be formed in the form of a synchronous motor. The electric motor can be designed to be multi-phase. In the present case, the electric motor 2 has three phases.
Der Elektromotor 2 wird durch eine leistungselektronische Ansteuerschaltung 3 angesteuert. In der Ausführungsform der Fig. 1 ist die Ansteuerschaltung 3 als B6- Brückenschaltung ausgebildet, die eine Anzahl von Inverterzweigen aufweist, die der Anzahl der Phasen des Elektromotors 2 entspricht. Jeder Inverterzweig weist Halbleiterschalter 4, nämlich einen Pull-High-Schalter und einen Pull-Low-Schalter auf. Jeweils einer der Pull-High-Schalter und einer der Pull-Low-Schalter 4 sind in Reihe zwischen einem hohen Zwischenkreispotenzial VH und einem niedrigen Zwischenkreispotenzial VL angeordnet. Zwischen dem Pull-High-Schalter und Pull- Low-Schalter 4 jeder der Inverterzweige wird eine entsprechende Phase zum Bereitstellen an den Elektromotor 2 abgegriffen. Der Pull-High-Schalter zieht die abgreifbare Phase des Inverterzweigs also zu dem hohen Zwischenkreispotenzial VH und der Pull-Low-Schalter zieht die abgreifbare Phase also zu dem niedrigen Zwischenkreispotenzial VL. Jeder der Pull-High- bzw. Pull-Low-Schalter 4 kann als Leistungstransistor, wie z. B. als ein Feldeffekttransistor, als ein Thyristor oder - -The electric motor 2 is driven by a power electronic drive circuit 3. In the embodiment of Fig. 1, the drive circuit 3 is formed as a B6 bridge circuit having a number of inverter branches, which corresponds to the number of phases of the electric motor 2. Each inverter branch has semiconductor switches 4, namely a pull-high switch and a pull-low switch. In each case one of the pull-high switches and one of the pull-low switches 4 are arranged in series between a high DC link potential V H and a low DC link potential V L. Between the pull-high switch and pull-low switch 4 of each of the inverter branches a corresponding phase is tapped for providing to the electric motor 2. The pull-high switch therefore pulls the tappable phase of the inverter branch to the high DC link potential V H, and the pull-low switch therefore pulls the tappable phase to the low DC link potential V L. Each of the pull-high and pull-low switch 4 can be used as a power transistor, such as. B. as a field effect transistor, as a thyristor or - -
dergleichen, ausgebildet sein und wird von einer Steuereinheit 5 durch geeignete Steuersignale, die über Steuerleitungen 6 , z.B. einem entsprechenden Gate- Anschluss, zugeführt werden, angesteuert.the like, and is provided by a control unit 5 by means of suitable control signals transmitted via control lines 6, e.g. a corresponding gate terminal, are supplied, driven.
Anstelle der gezeigten Ansteuerschaltung 3 mit der B6-Brückenschaltung können auch andere schaltende leistungselektronische Ansteuerschaltungen verwendet werden, wie z. B. eine H-Brücke und dergleichen.Instead of the drive circuit 3 shown with the B6 bridge circuit and other switching power electronic drive circuits can be used, such. As an H-bridge and the like.
Eingangsseitig ist die Ansteuerschaltung 3 mit einer Zwischenkreisschaltung, die Zwischenkreiskapazität 7 enthält, verbunden. Die Zwischenkreisschaltung kann weitere passive Bauelemente, insbesondere eine Drosselspule, aufweisen. DieOn the input side, the drive circuit 3 is connected to a DC link circuit which contains DC link capacitance 7. The intermediate circuit may comprise further passive components, in particular a choke coil. The
Zwischenkreiskapazität 7 ist mit einem Anschluss mit dem hohen Zwischen kreis- potenzial VH und mit einem weiteren Anschluss mit dem niedrigen Zwischenkreis- potenzial VL verbunden. Die Zwischenkreiskapazität 7 dient dazu, die durch das Schalten der Halbleiterschalter 4 in der Ansteuerschaltung 3 auftretendenDC link capacitance 7 is connected to one connection with the high intermediate circuit potential V H and to another connection to the low DC link potential V L. The DC link capacitance 7 serves the purpose of switching the semiconductor switches 4 in the drive circuit 3
Sprungbelastungen auf der Eingangsseite der Ansteuerschaltung 3 zu reduzieren, um eine Quelle der Leistungsversorgung weniger zu belasten.To reduce jump loads on the input side of the drive circuit 3, to less load a source of power supply.
Das hohe und das niedrige Zwischenkreispotenzial VH, VL werden von einem Spannungswandler 8, insbesondere einem Gleichspannungswandler, bereitgestellt, der eingangsseitig mit einem Bordnetz eines Kraftfahrzeuges oder allgemein mit einer Energiequelle verbunden ist. Im Fall eines Kraftfahrzeuges ist der Gleichspannungswandler 8 eingangsseitig mit einer Batterie (nicht gezeigt) desThe high and the low DC link potential V H , V L are provided by a voltage converter 8, in particular a DC-DC converter, which is connected on the input side to a vehicle electrical system of a motor vehicle or generally to an energy source. In the case of a motor vehicle, the DC-DC converter 8 is the input side with a battery (not shown) of the
Kraftfahrzeugs verbunden, die eine Batteriespannung Ußat zur Verfügung stellt. Der Gleichspannungswandler 8 ist variabel ansteuerbar, d. h. gemäß einemMotor vehicle connected, which provides a battery voltage U ßat . The DC-DC converter 8 is variably controllable, ie according to a
Gleichspannungswandler-Stellwert V, der dem Gleichspannungswandler 8, z.B. als ein elektrisches Signal oder als digitale bzw. analoge Größe, über eineDC-DC converter V, which is the DC-DC converter 8, e.g. as an electrical signal or as a digital or analogue quantity, via a
Einstellleitung 9 bereitgestellt wird, kann die Ausgangsspannung UDC desSetting line 9 is provided, the output voltage U DC of the
Gleichspannungswandlers 8 variabel eingestellt werden. - -DC voltage converter 8 can be variably adjusted. - -
Es ist weiterhin eine Steuereinheit 5 vorgesehen, die sowohl mit dem Gleichspannungswandler 8 und mit der Ansteuerschaltung 3 verbunden ist. Der Steuereinheit 5 wird von extern eine Stellgröße SG als Vorgabe bereitgestellt, die eine Motorgröße angibt, mit der der Elektromotor 2 angesteuert werden soll. Die Stellgröße kann beispielsweise einer elektrischen Leistung, einer mechanischen Leistung, der gewünschten Drehzahl, dem gewünschten Drehmoment, dem Motorstrom, einer Motorspannung, einer Winkelposition oder der Phasenspannung entsprechen. Aus der Stellgröße SG ergibt sich, in welcher Weise der Elektromotor 2 angesteuert werden soll, damit der Elektromotor 2 ein der vorgegebenen Stellgröße SG entsprechendes Verhalten aufweist. Die Steuereinheit 5 kann dann den Gleichspannungswandler 8 und die Ansteuerschaltung 3 so ansteuern, dass die der Stellgröße SG entsprechende Motorgröße bereitgestellt wird.Furthermore, a control unit 5 is provided, which is connected both to the DC-DC converter 8 and to the drive circuit 3. The control unit 5 is provided externally a manipulated variable SG as a default, which specifies an engine size with which the electric motor 2 is to be controlled. The manipulated variable may correspond, for example, to electrical power, mechanical power, desired speed, desired torque, motor current, motor voltage, angular position or phase voltage. From the manipulated variable SG results in which way the electric motor 2 is to be controlled, so that the electric motor 2 has a predetermined manipulated variable SG corresponding behavior. The control unit 5 can then control the DC-DC converter 8 and the drive circuit 3 in such a way that the motor variable corresponding to the manipulated variable SG is made available.
Zur Verringerung der Baugröße der Zwischenkreiskapazität 7 ist es sinnvoll, deren elektrische Belastung zu reduzieren. Die Wechselstrombelastung der Zwischenkreiskapazität 7 berechnet sich allgemein mit folgender Formel:To reduce the size of the DC link capacitance 7, it makes sense to reduce their electrical load. The alternating current load of the DC link capacitance 7 is generally calculated using the following formula:
- .-r- f ZDc 'i t ) ~ i PCi: i - ■' .-' " a"£ - - r - f ZDc ' it) ~ i PCi: i - ■' .- '"a" £
wobei lc_Θff dem Effektivstrom durch die Zwischenkreiskapazität, iDCDc(t) dem von dem Gleichspannungswandler 8 bereitgestellten Strom und ipcu(t) dem von der Ansteuerschaltung 3 aufgenommenen (eingangsseitigen) Strom entsprechen. Man erkennt, dass man durch Annäherung des Wandlerstromes iDCDc(t) und des Stroms durch die Steuerschaltung ipcu(t) der Betrag des Effektivstroms lc_Θff durch die Zwischenkreiskapazität 7 verringert werden kann. Mittelwert und Effektivwert des Stroms durch die Ansteuerschaltung 3 können durch die Höhe einer über der Zwischenkreiskapazität 7 anliegenden Zwischenkreisspannung Uc beeinflusst werden. - -where lc_ Θ ff corresponds to the RMS current through the DC link capacitance, iDCDc (t) corresponds to the current provided by the DC-DC converter 8, and ipcu (t) corresponds to the (input-side) current received by the drive circuit 3. It can be seen that by approximating the converter current iDCDc (t) and the current through the control circuit ipcu (t), the amount of the effective current lc_ Θ ff can be reduced by the DC link capacitance 7. The mean value and effective value of the current through the drive circuit 3 can be influenced by the level of a DC link voltage Uc applied across the DC link capacitance 7. - -
Dies kann man auch aus dem Diagramm der Figur 2 entnehmen. In dem Diagramm der Figur 2 ist ein auf den Effektivstrom in den Elektromotor 2 normierter Effektivstrom lC eff durch die Zwischenkreiskapazität lC eff über einen Modulationsgrad M dargestellt. Der Modulationsgrad M verhält sich umgekehrt proportional zur Zwischenkreisspannung Uc und ist damit über den Gleichspannungswandler 8 beeinflussbar. Der Parameter der in der Figur 2 gezeigten Kennlinien ist der Leistungsfaktor cos (φ), der allgemein durch den Quotienten der Wirkleistung durch die Scheinleistung des Elektromotors ermittelbar ist. φ entspricht dem Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung.This can also be seen from the diagram of Figure 2. In the diagram of FIG. 2, an effective current I C e ff normalized to the RMS current in the electric motor 2 is represented by the DC link capacitance C e ff via a modulation factor M. The degree of modulation M behaves inversely proportional to the intermediate circuit voltage Uc and is thus influenced via the DC-DC converter 8. The parameter of the characteristic curves shown in FIG. 2 is the power factor cos (φ), which can generally be determined by the quotient of the active power through the apparent power of the electric motor. φ corresponds to the phase angle between current and voltage.
Um den Effektivstrom lC eff durch die Zwischenkreiskapazität 7 möglichst zu minimieren, steuert die Steuereinheit 5 den Gleichspannungswandler 8 in geeigneter Weise an. Durch eine Eigenspannung UDC und die vorgegebene Stellgröße SG ergibt sich eine entsprechende Ansteuerung der Ansteuerschaltung 3. Dabei sollte die Steuereinheit 5 den Gleichspannungswandler 8 nur derart ansteuern, dass Ausgangsspannungen innerhalb eines Spannungsbereichs eingestellt werden. Der Spannungsbereich ist begrenzt auf Spannungen, bei denen die durch die Stellgröße SG vorgegebene Anforderung an den Elektromotor 2 aufrecht erhalten werden kann, die Ansteuerschaltung 3 nicht in einen Unterspannungsmodus fällt oder die Spannungsfestigkeiten des die Zwischenkreiskapazität bereitstellenden Kondensators und der Halbleiterschalter in der Ansteuerschaltung 3 nicht überschritten werden.In order to minimize the effective current I C e ff as much as possible through the DC link capacitance 7, the control unit 5 controls the DC-DC converter 8 in a suitable manner. By a residual voltage U DC and the predetermined manipulated variable SG results in a corresponding control of the drive circuit 3. In this case, the control unit 5 should drive the DC-DC converter 8 only in such a way that output voltages are set within a voltage range. The voltage range is limited to voltages at which the requirement imposed on the electric motor 2 by the manipulated variable SG can be maintained, the drive circuit 3 does not fall into an undervoltage mode or the voltage strengths of the capacitor providing the intermediate circuit capacitance and the semiconductor switch in the drive circuit 3 are not exceeded become.
Die Ansteuerschaltung 3 kann z.B. durch Variieren eines Tastverhältnisses einer pulsweitenmodulierten Ansteuerung bzw. durch Variieren eines Tastverhältnisses einer Raumzeigermodulation dem Elektromotor 2 verschiedene Leistungen zurThe drive circuit 3 may be e.g. by varying a duty cycle of a pulse width modulated drive or by varying a duty cycle of a space vector modulation the electric motor 2 different services to
Verfügung stellen. Auch lässt sich die Modulationsperiodendauer derMake available. Also, the modulation period of the
Raumzeigermodulation durch die Steuereinheit 5 vorgeben. Die Steuereinheit 5 hat also Freiheitsgrade bei der Wahl der Ansteuerungen des Gleichspannungswandlers 8 und der Ansteuerschaltung 3 um die durch dieSpecify space vector modulation by the control unit 5. The control unit 5 thus has degrees of freedom in the choice of the controls of the DC-DC converter 8 and the drive circuit 3 to the by the
Stellgröße SG vorgegeben Motorgröße einzustellen. - -Command value SG specified to set the motor size. - -
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Ausgangsspannung uDc des Gleichspannungswandlers 8 für eine Minimierung des Effektivstroms lc_Θff durch die Zwischenkreiskapazität 7 so gering wie möglich eingestellt wird. D.h. die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 8 sollte so gewählt werden, dass die für den Elektromotor 2 geforderte Leistung noch erreicht werden kann und die Ansteuerschaltung 3 betrieben werden kann, d. h. die Ansteuerschaltung 3 gelangt nicht in einen Unterspannungsmodus.For example, it may be provided that the output voltage u D c of the DC-DC converter 8 is set as low as possible by means of the DC link capacitance 7 in order to minimize the effective current lc_ Θ ff. That is, the output voltage of the DC-DC converter 8 should be selected so that the required for the electric motor 2 power can still be achieved and the drive circuit 3 can be operated, ie the drive circuit 3 does not come into an undervoltage mode.
Die Steuereinheit 5 weist dazu beispielsweise einen Kennfeld-Block 10 auf, dem die von extern bereitgestellte Stellgröße SG als Eingangsgröße bereitgestellt wird und der abhängig von der Stellgröße SG den Gleichspannungswandler-Stellwert V an den Gleichspannungswandler 8 bereitstellt und einen Ansteuerschaltung- Stellwert S an eine Pulserzeugungseinheit 11 bereitstellt. Der Kennfeld-Block 10 kann ein Kennfeld aufweisen, in dem z.B. ein Effektivstrom lC eff als Funktion der über der Zwischenkreiskapazität 7 anliegenden Spannung Uc berücksichtigt ist. Weitere Eingangsgrößen des Kennfeld-Blocks 10 können Messgrößen sein, wie z.B. die Motordrehzahl und/oder die Winkellage eines Rotors des Elektromotors 2, die Phasenströme, die Phasenspannungen sowie ein Ausgangsstrom IDCDC des Gleichspannungswandlers 8, der ebenfalls gemessen werden kann. Es ist ebenfalls möglich, den Gleichspannungswandler-Stellwert V unabhängig von der bereitgestellten Stellgröße SG, also nur auf Basis von Messgrößen zu bestimmen. Alternativ könnte auch anstelle der oder zusätzlich zur bereitgestellten Stellgröße SG der aktuelle Ist-Wert dieser Größe als Eingangsgröße für das Kennfeld verwendet werden. Alternativ zu einem Kennfeld könnte V auch mittels in einem Prozessor hinterlegten Algorithmus bzw. Formeln aus den angegebenen Eingangsgrößen bestimmt werden.For this purpose, the control unit 5 has, for example, a map block 10 to which the externally provided manipulated variable SG is provided as an input variable and which, depending on the manipulated variable SG, supplies the DC-DC converter variable V to the DC-DC converter 8 and a control circuit manipulated variable S to a pulse generating unit 11 provides. The map block 10 may have a characteristic map in which, for example, an effective current I C e ff is taken into account as a function of the voltage Uc applied across the DC link capacitance 7. Other input variables of the map block 10 may be measured variables, such as the engine speed and / or the angular position of a rotor of the electric motor 2, the phase currents , the phase voltages and an output current I DCDC of the DC-DC converter 8, which can also be measured. It is also possible to determine the DC-DC converter variable V independently of the manipulated variable SG provided, that is, only on the basis of measured variables. Alternatively, instead of or in addition to the manipulated variable SG provided, the current actual value of this variable could also be used as the input variable for the characteristic diagram. As an alternative to a characteristic diagram, V could also be determined from the specified input variables by means of algorithms or formulas stored in a processor.
Das Kennfeld kann statisch vorgegeben werden. Es ist ebenfalls möglich, das Kennfeld im Betrieb oder in einem Einlernmodus zu generieren bzw. zu modifizieren, indem für verschiedene Betriebspunkte mit verschiedenen - -The map can be specified statically. It is also possible to generate or modify the map in operation or in a teach-in mode by using different operating points for different operating points - -
Stellgrößen SG der optimale Arbeitspunkte des Gleichspannungswandlers 8 und der Ansteuerschaltung 3 ermittelt werden und entsprechende Datensätze in dem Kennfeld zum späteren Abrufen gespeichert werden.Manipulated variables SG of the optimal operating points of the DC-DC converter 8 and the drive circuit 3 are determined and corresponding records are stored in the map for later retrieval.
Das Optimierungsziel - unabhängig davon, ob mit einem statischen Kennfeld oder mit einer Optimierung im Betrieb gearbeitet wird - könnte nicht nur die einfache Minimierung des Effektivstroms lc_Θff in dem Zwischenkreiskondensator 7 sein. Beispielsweise ist es auch von Vorteil, den Kondensatorstrom und damit die Erwärmung der Zwischenkreiskapazität unter festgelegten Grenzwerten zu halten. Die Grenzwerte könnten beispielsweise auch abhängig von der Temperatur und/oder der Länge der Strombelastung der Zwischenkreiskapazität sein. Werden die Grenzwerte überschritten, so könnte sofort über die Pulserzeugungseinheit 11 der Motorstrom - auf Kosten der Motorleistung, d.h. unter Missachtung der vorgegebenen Stellgröße SG - reduziert werden. Sobald ein „besserer" Gleichspannungswandler-Stellwert V gefunden/eingestellt wurde, kann dann die Pulserzeugungseinheit 11 die Schalter 4 wieder so steuern, dass der höhere Motorstrom bereitgestellt wird und dass damit die Stellgröße SG beachtet wird.The optimization goal - regardless of whether working with a static map or with an optimization in operation - may be not only the simple minimization of the effective current LC_ Θ ff i n the intermediate circuit capacitor. 7 For example, it is also advantageous to keep the capacitor current and thus the heating of the DC link capacity below specified limits. The limit values could, for example, also be dependent on the temperature and / or the length of the current load of the DC link capacitance. If the limit values are exceeded, the motor current could immediately be reduced via the pulse generation unit 11 at the expense of the motor power, ie, disregarding the predetermined manipulated variable SG. Once a "better" DC-DC converter control value V has been found / adjusted, then the pulse generating unit 11 can again control the switches 4 in such a way that the higher motor current is provided and thus the manipulated variable SG is taken into account.
Neben dem Optimierungsziel der Reduzierung des Zwischenkreisstromes könnte es weitere Optimierungsziele geben, beispielsweise die Reduzierung der Verluste im Spannungswandler 8.In addition to the optimization goal of reducing the DC link current, there could be further optimization goals, for example the reduction of the losses in the voltage converter 8.
Die Pulserzeugungseinheit 11 generiert die Ansteuerpulse für die Pull-High- Schalter und Pull-Low-Schalter 4 der Ansteuerschaltung 3 abhängig von dem Ansteuerschaltung-Stellwert S, der beispielsweise ein Tastverhältnis einer Raumzeigermodulation vorgibt, um diese gemäß dem Ansteuerschaltung-Stellwert S anzusteuern.The pulse generation unit 11 generates the drive pulses for the pull-high switch and pull-low switch 4 of the drive circuit 3 as a function of the drive control manipulated value S, for example, specifies a duty cycle of a space vector modulation to control them according to the drive control value S.
Die Anpassung der Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 8 sowie der Ansteuerung der Ansteuerschaltung 3 kann adaptiv vorgenommen werden, indem der Effektivstrom durch die Zwischenkreiskapazität 7 z.B. mit Hilfe eines - -The adaptation of the output voltage of the DC-DC converter 8 and the control of the drive circuit 3 can be made adaptive by the RMS current through the DC link capacitance 7, for example by means of a - -
Strommesswandlers oder eines Strommesswiderstandes erfasst und z. B. mithilfe eines Optimierungsverfahrens, wie beispielsweise dem Gradientenabstiegsverfahren, durch Variieren der vom Gleichspannungswandler 8 ausgegebenen Wandlerspannung und des Tastverhältnisses oder allgemein durch Variieren des Ansteuerschaltung-Stellwert S und des Gleichspannungswandler- Stellwerts V der Effektivstrom durch die Zwischenkreiskapazität 7 minimiert wird. Durch diese Weise kann das Kennfeld für das Motorsystem eingelernt werden und z. B. in einer geeigneten Speichereinheit (nicht gezeigt) in dem Kennfeld-Block 10 abgespeichert werden. Auch eine Adaption on-the-fly bei langsamen Änderungen der Stellgröße ist mit diesem Verfahren möglich.Current measuring transducer or a current measuring resistor detected and z. By using an optimization method such as the gradient descent method, by varying the converter voltage outputted from the DC-DC converter 8 and the duty ratio, or generally by varying the drive circuit control value S and the DC-DC converter V, the RMS current through the DC link capacitor 7 is minimized. By this way, the map for the engine system can be taught and z. B. in a suitable memory unit (not shown) in the map block 10 are stored. An adaptation on-the-fly with slow changes in the manipulated variable is possible with this method.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 8 mit Hilfe des Gleichspannungswandler-Stellwert V auf eine bestimmte Spannung eingestellt wird. Der Effektivstrom lC eff durch die Zwischenkreiskapazität 7 wird direkt gemessen oder aus den Motorzustandsgrößen geschätzt. Wenn der Effektivstrom lC eff zu groß wird, wird Ausgangsspannung des Gleichspannungswandlers 8 so lange modifiziert, bis Effektivstrom lC eff wieder klein, d.h. einen bestimmten Stromschwellenwert unterschreitet.It can furthermore be provided that the output voltage of the DC-DC converter 8 is set to a specific voltage with the aid of the DC-DC converter control value V. The effective current I C e ff through the DC link capacitance 7 is measured directly or estimated from the engine state variables. If the rms current I e ff becomes too large, the output voltage of the DC-DC converter 8 is modified until the rms current C e ff again falls below a certain current threshold value.
Die Steuereinheit 5, die Ansteuerschaltung 3 und die Zwischenkreiskapazität 7 werden üblicherweise in einem Steuergerät für einen Elektromotor 2 als eine Einheit vorgesehen. Bei der Realisierung des obigen Motorsystems ist daher von der Steuereinheit 5 eine Einstellleitung 9 zum Übertragen des Gleichspannungswandler-Stellwerts V zu einem von dem Steuergerät separat und entfernt angeordneten Gleichspannungswandler 8 vorzusehen, um den Gleichspannungswandler 8 zum Minimieren der Wechselstrombelastung der Zwischenkreiskapazität 7 variabel anzusteuern. The control unit 5, the drive circuit 3 and the DC link capacitance 7 are usually provided in a control unit for an electric motor 2 as a unit. When implementing the above motor system, therefore, a setting line 9 for transmitting the DC-DC converter variable V to a separate and remote from the control unit DC-DC converter 8 is provided by the control unit 5 to drive the DC-DC converter 8 to minimize the AC load of the DC link capacitance 7 variably.

Claims

- -Ansprüche: - -Claims:
1. Verfahren zum Betreiben einer Ansteuereinheit für einen Elektromotor (2), wobei die Ansteuereinheit eine Ansteuerschaltung (3) zum Ansteuern des Elektromotors (2) und eine der Ansteuerschaltung (3) vorgeschalteten Zwischenkreisschaltung, insbesondere mit einer Zwischenkreiskapazität (7), aufweist, mit folgenden Schritten:1. A method for operating a drive unit for an electric motor (2), wherein the drive unit comprises a drive circuit (3) for driving the electric motor (2) and one of the drive circuit (3) upstream intermediate circuit, in particular with a DC link capacitance (7), with following steps:
- Bereitstellen einer Stellgröße (SG) zum Ansteuern des Elektromotors (2);- Providing a manipulated variable (SG) for driving the electric motor (2);
- Einstellen einer variablen Eingangsspannung (UDC) und Bereitstellen der eingestellten Eingangsspannung (UDC) über die Zwischenkreisschaltung an die Ansteuereinheit (3);- Setting a variable input voltage (U DC ) and providing the set input voltage (U DC ) via the DC link circuit to the drive unit (3);
- Betreiben der Ansteuerschaltung (3) abhängig von einer zur Verfügung stehenden Zwischenkreisspannung (uc), die von der eingestellten Eingangsspannung (uDc) abhängt, und abhängig von der Stellgröße (SG), um den Elektromotor (2) entsprechend der Stellgröße (SG) anzusteuern.- Operating the drive circuit (3) depending on an available intermediate circuit voltage (uc), which depends on the set input voltage (u D c), and depending on the manipulated variable (SG) to the electric motor (2) corresponding to the manipulated variable (SG ) head for.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die variable Eingangsspannung (UDC) abhängig von der Stellgröße (SG) und/oder abhängig von einer Motorzustandsgröße, insbesondere einer Drehzahl, einem Drehmoment, einem Motorstrom, einer oder mehreren Phasenspannung(-en), und/oder abhängig von einer Zustandsgröße der Ansteuerschaltung (3), insbesondere ihrer Verlustleistung, und/oder abhängig von einer Zustandsgröße der Zwischenkreisschaltung (uc), insbesondere einer Zwischenkreisspannung oder eines Stroms (lc_eff) durch die Zwischenkreiskapazität (7) eingestellt wird.2. The method of claim 1, wherein the variable input voltage (U DC ) depending on the manipulated variable (SG) and / or depending on a motor state variable, in particular a speed, a torque, a motor current, one or more phase voltage (s), and / or depending on a state variable of the drive circuit (3), in particular its power loss, and / or depending on a state variable of the DC link circuit (uc), in particular an intermediate circuit voltage or a current (lc_eff) is set by the DC link capacitance (7).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stellgröße einer elektrischen Leistung, einer mechanischen Leistung, der gewünschten Drehzahl, dem gewünschten Drehmoment, dem Motorstrom, einer Motorspannung, einer Winkelposition oder der Phasenspannung entspricht. - -3. The method of claim 1 or 2, wherein the manipulated variable of an electrical power, a mechanical power, the desired speed, the desired torque, the motor current, a motor voltage, an angular position or the phase voltage corresponds. - -
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Einstellen der Eingangsspannung (UDC) und das Betreiben der Ansteuerschaltung (3) gemäß einer Funktion durchgeführt wird, bei der der Effektivstrom (lc_Θff) durch eine Kapazität der Zwischenkreisschaltung minimiert wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the setting of the input voltage (U DC ) and the operation of the drive circuit (3) is performed according to a function in which the effective current (lc_ Θ ff) is minimized by a capacitance of the DC link circuit ,
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Einstellen der Eingangsspannung (UDC) und das Betreiben der Ansteuerschaltung (3) gemäß einer Funktion durchgeführt wird, bei der die Verluste in einem Spannungswandler (8) minimert werden, ohne dass vorgegebene Effektivströme (lc_eff) durch eine Kapazität der Zwischenkreisschaltung überschritten werden.5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the setting of the input voltage (U DC ) and the operation of the drive circuit (3) is performed according to a function in which the losses are minimized in a voltage converter (8) without the predetermined RMS currents (lc_eff) are exceeded by a capacitance of the DC link circuit.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Funktion zum Einstellen der Eingangsspannung (UDC) während des Betriebs oder während einer expliziten Einlernphase durch Variieren der Eingangsspannung (UDC) und der Ansteuerung des Elektromotors (2) durch die Ansteuerschaltung (3) gelernt wird.6. The method of claim 4 or 5, wherein the function for adjusting the input voltage (U DC ) during operation or during an explicit learning phase by varying the input voltage (U DC ) and the control of the electric motor (2) by the drive circuit (3) is learned.
7. Verfahren nach Anspruch 4, 5, oder 6, wobei die einen oder die mehreren Betriebspunkte der mindestens einen vorgegebenen Stellgröße (SG) in einem Kennfeld gespeichert werden.7. The method of claim 4, 5, or 6, wherein the one or more operating points of the at least one predetermined manipulated variable (SG) are stored in a map.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Einstellen der Eingangsspannung und das Betreiben der Ansteuerschaltung mit Hilfe eines Gradientenabstiegsverfahrens durchgeführt wird.8. The method of claim 4, wherein adjusting the input voltage and operating the drive circuit is performed by a gradient descent method.
9. Vorrichtung zum Betreiben eines Elektromotors (2), umfassend:9. A device for operating an electric motor (2), comprising:
- eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern des Elektromotors (2),a drive circuit for driving the electric motor (2),
- eine Zwischenkreisschaltung, die eingangsseitig an der Ansteuerschaltung angeordnet ist und die insbesondere eine Zwischenkreiskapazität (7) aufweist;- A DC link circuit, which is arranged on the input side to the drive circuit and in particular a DC link capacitor (7);
- eine Steuereinheit (5), die ausgebildet ist, - um eine Stellgröße (SG) zu empfangen;a control unit (5) which is designed to receive a manipulated variable (SG);
- um eine Einstellgröße (V) auszugeben, die bewirkt, dass eine variable - -to output a setting variable (V) which causes a variable - -
Eingangsspannung (UDC) über die Zwischenkreisschaltung an die Ansteuerschaltung (3) ausgegeben wird;Input voltage (U DC ) is output via the DC link circuit to the drive circuit (3);
- um die Ansteuerschaltung zu betreiben, so dass der Elektromotor (2) abhängig von einer zur Verfügung stehenden Zwischenkreisspannung (Uc), die von der eingestellten Eingangsspannung (UDC) abhängt, und abhängig von der Stellgröße (SG) angesteuert wird.- To operate the drive circuit, so that the electric motor (2) depending on an available intermediate circuit voltage (U c ), which depends on the set input voltage (U DC ), and depending on the manipulated variable (SG) is driven.
10. Ansteuersystem zum Betreiben eines Elektromotors (2), umfassend:A drive system for operating an electric motor (2), comprising:
- eine Vorrichtung nach Anspruch 9; - einen Spannungswandler zum Empfangen der Einstellgröße (V), um abhängig von der Einstellgröße (V) die variable Eingangsspannung (UDC) bereitzustellen.- An apparatus according to claim 9; - A voltage converter for receiving the set size (V) to provide depending on the set size (V), the variable input voltage (U DC ).
11. Motorsystem mit einem Elektromotor (2) und mit einem Ansteuersystem nach Anspruch 10. 11. Motor system with an electric motor (2) and with a drive system according to claim 10.
EP09781979A 2008-10-14 2009-08-19 Motor system and method for operating a motor system Withdrawn EP2347503A1 (en)

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