WO2015120851A2 - Verfahren zur bestimmung eines thermischen zustandes eines elektromotors in einem hybridantrieb eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Verfahren zur bestimmung eines thermischen zustandes eines elektromotors in einem hybridantrieb eines kraftfahrzeuges Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for determining a thermal state of an electric motor in a hybrid drive of a motor vehicle, wherein a permanent magnet synchronous machine is preferably used as the electric motor, in which a mean stator winding temperature is calculated in a temperature model for determining a thermal state of the electric motor.
  • hybrid vehicles which as drive a combustion engine and an electric motor so to speak, requires optimal utilization of the electric motor good knowledge of the thermal state of the individual components in the electric motor.
  • the thermal state of these components is subject to a variety of heat sources. Some components have thermal limits that, if exceeded, result in shortened lifetimes or destruction. Too high temperatures cause damage to the stator windings of the electric motor.
  • a real-time temperature model is used.
  • a required quantity for estimating the component temperature using the real-time temperature model is the current average temperature in the stator windings. Determination of the current average temperature in the
  • Stator windings takes place in the temperature model itself and is then provided again as an input variable.
  • a comparison with an actual average stator winding temperature is not possible while driving.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for determining a thermal state of an electric motor in a hybrid drive of a motor vehicle, in which the average Statorwicklungstemperatur determined in the temperature model is specified with higher accuracy.
  • the object is achieved in that from at least one, measured on the electric motor electrical parameters an estimated average
  • Stator winding temperature is determined, which is compared with the calculated in the temperature model mean stator winding temperature for calibration of the temperature model.
  • a phase current in the stator winding of the electric motor is measured as the electrical parameter, from which the estimated mean stator winding temperature is derived.
  • the determination of the phase current represents a particularly cost-effective method in which the hardware itself is used in the electric motor.
  • a pulse inverter of the electric motor is switched to a measuring operating mode for measuring the phase current, in which a current control of the electric motor is deactivated and a rotor of the electric motor is at a standstill.
  • the measurement of the phase current in a separate measurement mode of operation prevents the influence of the phase current by other electrical parameters of the electric motor.
  • the standstill of the rotor of the electric motor prevents additional influences by the permanent magnet of the electric motor on the phase current.
  • stator windings of the electric motor are subjected to a DC voltage from a voltage source in the measuring operating mode, which is reduced by the pulse inverter operating as a step-down converter.
  • Stator windings with a DC voltage precludes the influence of a frequency-dependent term in the determination of a resistance from the impedance of the stator windings. Limiting the DC voltage provided by the voltage source results in that the resulting phase current can not exceed the current limit of the electric motor by a multiple.
  • the buck converter is realized in that a first power transistor of the pulse inverter is closed and a second power transistor is driven clocked by a defined pulse pattern, while all other power transistors are open.
  • the pulse pattern of the drive signal of the clocked second power transistor is set as a function of a charge state of a high-voltage battery designed as a voltage source and / or a measured intermediate circuit voltage at the output of the voltage source. This ensures that such a voltage is set at the power transistors, in which the resulting phase current does not exceed a permissible limit value.
  • the desired voltage thus has the same value each time the estimation method is carried out, thereby providing a comparable starting position for different measurements.
  • a period of the drive signal is selected so that the turn-on of the clocked second power transistor is much greater than the maximum switching frequency of the second power transistor. This ensures that the resulting phase voltage is sufficiently large and has the same value regardless of the state of charge of the voltage source in order to generate a measurable phase current.
  • the estimated mean stator winding temperature is determined by means of a reference measurement of phase current and stator winding temperature at which the thermal boundary conditions of the stator windings are exactly known.
  • the estimated average stator winding temperature can be easily determined by a ratio of measured phase current and stator winding temperature during the reference measurement with known current measured phase current.
  • the reference measurement is carried out once in a tape end test of the electric motor or at a start of, provided with the electric motor drive hybrid vehicle.
  • the results of the reference measurement are thus available for all computational Operations in the temperature model of the electric motor during the driving operation of the hybrid vehicle available. Additional computing time is thus not required.
  • 1 is a schematic diagram of a hybrid drive
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment which shows the mode of operation of the pulse width converter connected upstream of the electric motor as step-down converter
  • FIG. 5 Dependence of the phase current of the stator windings of an electric motor on a stator winding temperature.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a drive train 1 of a hybrid vehicle is shown.
  • This drive train 1 comprises an internal combustion engine 2 and an electric motor 3. Between the internal combustion engine 2 and the electric motor 3, a clutch 4 is arranged directly behind the internal combustion engine 2. Internal combustion engine 2 and clutch 4 are connected to each other via a crankshaft 5.
  • the electric motor 3 has a rotatable rotor 6 and a fixed stator 7 with stator windings not shown.
  • the output shaft 8 of the clutch 4 is connected to a transmission 9.
  • the transmission 9 transmits the torque generated by the internal combustion engine 2 and / or the electric motor 3 to the drive wheels 10 of the hybrid vehicle.
  • the pulse inverter 1 1 consists of six power transistors T1, T2, T3, T4, T5, T6, which are arranged in a known B-bridge. In each case, three pairs of power transistors T1 and T4, T2 and T5 or T3 and T6 are connected in series, wherein at the center tap between the respective pairs of the phase current i Ph for the phases U, V, W of the electric motor 3 is removed.
  • Information about a mean stator winding temperature 9 cu , est can be derived from an electrical resistance R of the stator windings 14 of the electric motor 3.
  • the electrical resistance R is contained in the impedance Z.
  • the stator windings 14 are supplied with the DC voltage U D c from the voltage source 12.
  • a measuring operating mode of the pulse-controlled inverter 1 1 is set in which a current control of the electric motor 3 is deactivated and the rotor 6 of the electric motor 3 is at a standstill.
  • the DC voltage U D c of the voltage source 12 must be limited, otherwise the average phase current i ph would exceed the permissible current limit of the electric motor 3 by a multiple. For this reason, for the estimation method, the DC voltage UDC applied to the stator windings 14 is reduced by closing the first power transistor T5 and clocking a second power transistor T1 with a defined pulse pattern. The other power transistors T2, T3, T4 and T6 are opened. The pulse inverter 1 1 thus operates as a buck converter.
  • the transistors T1 and T5 are chosen by way of example. The method is also possible with other transistor combinations. In FIG. 3, the flow of current through the electric motor 3 can be seen from the curve I when the second clocked power transistor T1 is closed.
  • the curve II shows the current flow with the second power transistor T1 open.
  • the drive signal for the clocked second power transistor T1 is set so that at this a phase voltage U results, in which the measured phase current i ph to be measured does not exceed an allowable limit.
  • the desired phase voltage U should have the same value each time the estimation method is carried out in order to provide a comparable starting position.
  • the control pattern therefore has to be adapted to the intermediate circuit capacitor 13 as a function of the state of charge of the high-voltage battery 12 and the measured intermediate circuit voltage.
  • the turn-on time t on of the second clocked power transistor T1 is very small for small phase voltages U required. Therefore, the period T of the clock signal of the drive signals during the measurement mode is selected so that the turn-on T on not in the limit of the maximum switching frequency of the second power transistor T1.
  • the self-adjusting phase current i ph is limited by the total electrical resistance Z. This is composed, as shown in Fig. 4, from the differential resistance of the closed power transistor T5, the series connection of two winding resistors and a mean resistance between the pulsating second power transistor T1 and the diode D4 during a period T of the clock signal together.
  • the electrical resistance R in the stator windings 14 correlates with the current average stator winding temperature 9 C u. As can be seen from FIG. 5, the temperature changes in the stator windings 14 of the electric motor 3, a change in the electrical resistance R and in turn a change in the adjusting phase current i ph in the
  • phase current i ph can be measured as the step-down converter in the measuring operating mode on which the method is based when the pulse-controlled inverter 1 1 is operating.
  • This currently measured phase current i ph is set in relation to reference values i P h (-9 cu , re f) in order to determine therefrom the corresponding estimated stator winding temperature ⁇ cu , est.
  • the reference measurement is performed once if the thermal boundary conditions are known exactly.
  • the reference measurement can be carried out in an end-off-line test of the electric motor 3 or at a vehicle start when a complete heating of the components of the electric motor 3 is ensured. If you carry out the reference measurement with complete heating of the components of the electric motor 3, thus also the temperature signal of one in the
  • Stator winding temperature may vary.
  • the estimation accuracy of the method is strongly linked to the measurement accuracy of the voltage and current sensors.
  • High measurement inaccuracies of the intermediate circuit voltage U Z K and the phase current i ph would significantly deteriorate the estimation of the stator winding temperature 9 cu , est and possibly rendering it unusable.
  • the following sensor accuracy is required for a temperature accuracy of + 10K.
  • a measuring accuracy of + 0.5% leads to estimation errors of + 2 K. If the measuring accuracy of the current sensors + 1%, this leads to an estimation error of + 8 K. To achieve sufficient accuracy of the estimation method, at least these measurement accuracies required.
  • the estimation procedure can be carried out within 100 ms.
  • the additional middle temperature rise in the stator winding due to the high resulting phase currents i ph is very low and negligible within this time therefore.
  • the additional estimation error that can occur due to self-heating is in the range of 1 K.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines thermischen Zustandes eines Elektromotors in einem Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges, wobei als Elektromotor vorzugsweise eine permanent erregte Synchronmaschine verwendet wird, bei welchem eine mittlere Statorwicklungstemperatur in einem Temperaturmodell zur Bestimmung eines thermischen Zustandes des Elektromotors berechnet wird. Bei einem Verfahren, bei welchem die Genauigkeit des Temperaturmodells verbessert wird, wird aus mindestens einem, an dem Elektromotor gemessenen elektrischen Parameter eine geschätzte mittlere Statorwicklungstemperatur bestimmt, welche mit der berechneten mittleren Statorwicklungstemperatur zur Kalibrierung des Temperaturmodells verglichen wird.

Description

Verfahren zur Bestimmung eines thermischen Zustandes eines Elektromotors in einem
Hvbridantrieb eines Kraftfahrzeuges.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines thermischen Zustandes eines Elektromotors in einem Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges, wobei als Elektromotor vorzugsweise eine permanent erregte Synchronmaschine verwendet wird, bei welchem eine mittlere Statorwicklungstemperatur in einem Temperaturmodell zur Bestimmung eines thermischen Zustandes des Elektromotors berechnet wird.
Wie aus der DE 197 23 393 A1 bekannt ist, werden in Kraftfahrzeugen eingesetzte Elektromotoren, die Aktoren ansteuern, mittels eines Temperaturmodells auf kritische Zustände hin überwacht werden. Gemäß der DE 10 2004 006 730 A1 und der DE 10 201 1 085 750 A1 sind Schutzstrategien für Fahrzeugkomponenten, wie beispielsweise einem Elektromotor, vorgesehen, um thermische Belastungen dieser Fahrzeugkomponenten zu unterbinden. Bei diesen vorgesehenen Schutzstrategien werden aus Temperaturmodellen bestimmte Bauteiltemperaturen errechnet, die als Aktivierungskriterien für die Schutzstrategien genutzt werden.
Insbesondere in Hybridfahrzeugen, welche als Antrieb einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor gleichsam aufweisen, erfordert eine optimale Ausnutzung des Elektromotors eine gute Kenntnis über den thermischen Zustand der einzelnen Komponenten in dem Elektromotor. Der thermische Zustand dieser Komponenten unterliegt einer Vielzahl von Wärmequellen. Einige Komponenten besitzen thermische Grenzwerte, bei deren Überschreitung eine Lebensdauerverkürzung oder eine Zerstörung die Folge ist. So bewirken zu hohe Temperaturen an den Statorwicklungen des Elektromotors eine Beschädigung.
Um den thermischen Zustand des Elektromotors zu bestimmen, wird ein Echtzeit- Temperaturmodell eingesetzt. Eine benötigte Größe zur Schätzung der Komponententemperatur mit Hilfe des Echtzeittemperaturmodells ist die aktuelle, mittlere Temperatur in den Statorwicklungen. Die Bestimmung der aktuellen mittleren Temperatur in den
Statorwicklungen erfolgt in dem Temperaturmodell selbst und wird anschließend wieder als Eingangsgröße bereitgestellt. Allerdings ist im Fahrbetrieb ein Abgleich mit einer tatsächlichen mittleren Statorwicklungstemperatur nicht möglich. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung eines thermischen Zustandes eines Elektromotors in einem Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges anzugeben, bei welchem die in dem Temperaturmodell bestimmte mittlere Statorwicklungstemperatur mit höherer Genauigkeit angegeben wird.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass aus mindestens einem, an dem Elektromotor gemessenen elektrischen Parameter eine geschätzte mittlere
Statorwicklungstemperatur bestimmt wird, welche mit der, in dem Temperaturmodell berechneten mittleren Statorwicklungstemperatur zur Kalibrierung des Temperaturmodells verglichen wird. Dies hat den Vorteil, dass sich die zum Vergleich heranzuziehende geschätzte mittlere Statorwicklungstemperatur aus tatsächlich gemessenen Größen ergibt, wodurch eine höhere Schätzgenauigkeit bei der Bestimmung der Statorwicklungstemperatur erreicht wird, was eine Kalibrierung und Plausibilisierung des gesamten Temperaturmodells ermöglicht.
Vorteilhafterweise wird als elektrischer Parameter ein Phasenstrom in der Statorwicklung des Elektromotors gemessen, aus welchem die geschätzte mittlere Statorwicklungstemperatur abgeleitet wird. Die Bestimmung des Phasenstromes stellt eine besonders kostengünstige Methode dar, bei welcher die an sich im Elektromotor vorhandene Hardware benutzt wird.
In einer Weiterbildung wird zur Messung des Phasenstromes ein Pulswechselrichter des Elektromotors in einen Messbetriebsmodus geschaltet, in welchem eine Stromregelung des Elektromotors deaktiviert ist und ein Rotor des Elektromotors sich im Stillstand befindet. Die Messung des Phasenstromes in einem separaten Messbetriebsmodus verhindert die Beeinflussung des Phasenstromes durch andere elektrische Parameter des Elektromotors. Der Stillstand des Rotors des Elektromotors unterbindet zusätzliche Einflüsse durch die Permanentmagneten des Elektromotors auf den Phasenstrom.
In einer Ausgestaltung werden in dem Messbetriebsmodus Statorwicklungen des Elektromotors mit einer Gleichspannung von einer Spannungsquelle beaufschlagt, welche reduziert wird, indem der Pulswechselrichter als Tiefsetzsteller arbeitet. Die Speisung der
Statorwicklungen mit einer Gleichspannung schließt den Einfluss eines frequenzabhängigen Terms bei der Bestimmung eines Widerstandes aus der Impedanz der Statorwicklungen aus. Die Begrenzung der, von der Spannungsquelle bereitgestellten Gleichspannung führt dazu, dass der resultierende Phasenstrom die Strombegrenzung des Elektromotors nicht um ein Vielfaches überschreiten kann.
In einer Variante wird der Tiefsetzsteller dadurch realisiert, dass ein erster Leistungstransistor des Pulswechselrichters geschlossen und ein zweiter Leistungstransistor durch ein definiertes Pulsmuster getaktet angesteuert wird, während alle anderen Leistungstransistoren geöffnet sind.
In einer Ausführungsform wird das Pulsmuster des Ansteuersignais des getakteten zweiten Leistungstransistors in Abhängigkeit von einem Ladezustand einer, als Spannungsquelle ausgebildeten Hochvoltbatterie und/oder einer gemessenen Zwischenkreisspannung am Ausgang der Spannungsquelle eingestellt. Dadurch wird gewährleistet, dass eine solche Spannung an den Leistungstransistoren eingestellt wird, bei welcher der resultierende Phasenstrom einen zulässigen Grenzwert nicht überschreitet. Die gewünschte Spannung weist somit bei jeder Durchführung des Schätzverfahrens den gleichen Wert auf, wodurch eine vergleichbare Ausgangsposition für unterschiedliche Messungen geschaffen wird.
In einer Weiterbildung wird eine Periodendauer des Ansteuersignais so gewählt, dass die Einschaltzeit des getakteten zweiten Leistungstransistors viel größer ist als die maximale Schaltfrequenz des zweiten Leistungstransistors. Somit wird gewährleistet, dass die resultierende Phasenspannung ausreichend groß und unabhängig vom Ladezustand der Spannungsquelle den gleichen Wert aufweist, um einen messbaren Phasenstrom zu generieren.
Vorteilhafterweise wird die geschätzte mittlere Statorwicklungstemperatur mittels einer Referenzmessung von Phasenstrom und Statorwicklungstemperatur bestimmt, bei welcher die thermischen Randbedingungen der Statorwicklungen exakt bekannt sind. Somit lässt sich die geschätzte mittlere Statorwicklungstemperatur einfach über ein Verhältnis von gemessenem Phasenstrom und Statorwicklungstemperatur während der Referenzmessung bei bekannten, aktuell gemessenen Phasenstrom ermitteln.
In einer Ausgestaltung wird die Referenzmessung einmalig in einer Band-Ende-Prüfung des Elektromotors oder bei einem Start des, mit dem Elektromotor als Antrieb versehenen Hybridfahrzeuges durchgeführt. Die Ergebnisse der Referenzmessung stehen somit für alle Rechen- Vorgänge in dem Temperaturmodell des Elektromotors während des Fahrbetriebes des Hybridfahrzeuges zur Verfügung. Zusätzliche Rechenzeit wird somit nicht benötigt.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
Es zeigt:
Fig. 1 : Prinzipdarstellung eines Hybridantriebes,
Fig. 2: Prinzipdarstellung eines Elektromotors mit einer Ansteuerschaltung,
Fig. 3: ein Ausführungsbeispiel, das die Betriebsweise des, dem Elektromotor vorgeschalteten Pulsweitenrichters als Tiefsetzsteller zeigt
Fig. 4: Stromfluss durch den als Tiefsetzsteller betriebenen Pulswechselrichter,
Fig. 5: Abhängigkeit des Phasenstroms der Statorwicklungen eines Elektromotors von einer Statorwicklungstemperatur.
Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist eine Prinzipdarstellung eines Antriebsstranges 1 eines Hybridfahrzeuges dargestellt. Dieser Antriebsstrang 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2 und einen Elektromotor 3. Zwischen dem Verbrennungsmotor 2 und dem Elektromotor 3 ist direkt hinter dem Verbrennungsmotor 2 eine Kupplung 4 angeordnet. Verbrennungsmotor 2 und Kupplung 4 sind über eine Kurbelwelle 5 miteinander verbunden. Der Elektromotor 3 weist einen drehbaren Rotor 6 und einen feststehenden Stator 7 mit nicht weiter dargestellten Statorwicklungen auf. Die Abtriebswelle 8 der Kupplung 4 ist mit einem Getriebe 9 verbunden. Das Getriebe 9 überträgt das von dem Verbrennungsmotor 2 und/oder dem Elektromotor 3 erzeugte Drehmoment auf die Antriebsräder 10 des Hybridfahrzeuges.
In Figur 2 ist ein Elektromotor 3 dargestellt, welcher von einem Pulswechselrichter 1 1 angesteuert wird, der von einer Spannungsquelle 12, beispielsweise einer Hochvoltbatterie, mit Spannung UDc versorgt wird. Der Ausgang der Spannungsquelle 12 ist mit einem Zwischen- kreiskondensator 13 beschaltet. Der Pulswechselrichter 1 1 besteht aus sechs Leistungstransistoren T1 , T2, T3, T4, T5, T6, die in einer an sich bekannten B-Brücke angeordnet sind. Dabei sind jeweils drei Paare von Leistungstransistoren T1 und T4, T2 und T5 bzw. T3 und T6 in Reihe geschaltet, wobei am Mittelabgriff zwischen den jeweiligen Paaren der Phasenstrom iPh für die Phasen U, V, W des Elektromotors 3 abgenommen wird.
Eine Information über eine mittlere Statorwicklungstemperatur 9cu,est lässt sich aus einem elektrischen Widerstand R der Statorwicklungen 14 des Elektromotors 3 herleiten. Der elektrische Widerstand R ist in der Impedanz Z enthalten
Z = R + jü)L,
wobei
Z Statorimpedanz
R Statorwiderstand
L Statorinduktivität und
ω Kreisfrequenz
darstellen. Die Statorwicklungen 14 werden mit der Gleichspannung UDc von der Spannungsquelle 12 gespeist. Zur Schätzung der mittleren Statorwicklungstemperatur 9cu,est wird ein Messbetriebsmodus des Pulswechselrichters 1 1 eingestellt, bei welchem eine Stromregelung des Elektromotors 3 deaktiviert ist und der Rotor 6 des Elektromotors 3 sich im Stillstand befindet.
Die Gleichspannung UDc der Spannungsquelle 12 muss begrenzt werden, da sonst der mittlere Phasenstrom iph die zulässige Strombegrenzung des Elektromotors 3 um ein Vielfaches überschreiten würde. Aus diesem Grund wird für das Schätzverfahren die Gleichspannung UDC, die an die Statorwicklungen 14 angelegt wird, reduziert, indem man den ersten Leistungstranstor T5 schließt und einen zweiten Leistungstransistor T1 mit einem definierten Pulsmuster getaktet ansteuert. Die anderen Leistungstransistoren T2, T3, T4 und T6 werden geöffnet. Der Pulswechselrichter 1 1 arbeitet somit als Tiefsetzsteller. Die Transistoren T1 und T5 sind beispielhaft gewählt. Das Verfahren ist aber auch mit anderen Transistorkombinationen möglich. ln Figur 3 ist der Kurve I der Stromfluss durch den Elektromotor 3 zu entnehmen, wenn der zweite getaktete Leistungstransistor T1 geschlossen ist. Die Kurve II zeigt den Stromfluss bei geöffnetem zweitem Leistungstransistor T1. Das Ansteuersignal für den getakteten zweiten Leistungstransistor T1 wird dabei so eingestellt, dass an diesem eine Phasenspannung U resultiert, bei welcher der zu messende resultierende Phasenstrom iph einen zulässigen Grenzwert nicht überschreitet. Die gewünschte Phasenspannung U soll bei jeder Durchführung des Schätzverfahrens den gleichen Wert aufweisen, um eine vergleichbare Ausgangsposition zu schaffen. Das Ansteuermuster muss deshalb abhängig vom Ladezustand der Hochvoltbatterie 12 und der gemessenen Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator 13 ange- passt werden.
Figure imgf000007_0001
wobei
U Phasenspannung
ton Einschaltzeit des zweiten Transistors T1
T Periodendauer des pulsweitenmodulierten Taktsignals
UZK Zwischenkreisspannung am Zwischenkreiskondensator 13 .
Die Einschaltzeit ton des zweiten getakteten Leistungstransistors T1 fällt für kleine benötigte Phasenspannungen U sehr gering aus. Deshalb wird die Periodendauer T des Taktsignales der Ansteuersignale während des Messbetriebsmodus so gewählt, dass die Einschaltzeiten Ton nicht im Grenzbereich der maximalen Schaltfrequenz des zweiten Leistungstransistors T1 liegt.
Der sich einstellende Phasenstrom iph wird durch den gesamten elektrischen Widerstand Z begrenzt. Dieser setzt sich, wie aus Fig. 4 ersichtlich, aus dem differenziellen Widerstand des geschlossenen Leistungstransistors T5, der Reihenschaltung zweier Wicklungswiderstände und einem mittleren Widerstand zwischen dem pulsierenden zweiten Leistungstransistor T1 und der Diode D4 während einer Periodendauer T des Taktsignales zusammen.
Der elektrische Widerstand R in den Statorwicklungen 14 korreliert mit der aktuellen, mittleren Statorwicklungstemperatur 9Cu- Wie aus Figur 5 ersichtlich, bewirkt eine Temperaturänderung in den Statorwicklungen 14 des Elektromotors 3 eine Änderung des elektrischen Widerstandes R und wiederum eine Änderung des sich einstellenden Phasenstromes iph in den
Statorwicklungen 14. Aus diesem Grund kann in dem, dem Verfahren zugrunde liegenden Messbetriebsmodus bei einem Betrieb des Pulswechselrichters 1 1 als Tiefsetzsteller der aktuelle Phasenstrom iph gemessen werden. Dieser aktuell gemessene Phasenstrom iph wird mit Referenzwerten iPh(-9cu,ref) in ein Verhältnis gesetzt, um daraus die entsprechende geschätzte Statorwicklungstemperatur öcu,est zu ermitteln. Die Referenzmessung wird einmalig durchgeführt, wenn die thermischen Randbedingungen exakt bekannt sind. So kann die Referenzmessung bei einer End-Off-Line-Prüfung des Elektromotors 3 oder bei einem Fahrzeugstart erfolgen, wenn eine vollständige Erwärmung der Komponenten des Elektromotors 3 sichergestellt ist. Führt man die Referenzmessung bei vollständiger Erwärmung der Komponenten des Elektromotors 3 durch, lässt sich somit auch das Temperatursignal eines in den
Statorwicklungen 14 verbauten Temperatursensors plausibilisieren. Eine Plausibilisierung des Temperatursignals des Temperatursensors im Fahrbetrieb ist nicht möglich, da der Temperatursensor am heißesten Punkt des Elektromotors 3 sitzt, der stark von der mittleren
Statorwicklungstemperatur abweichen kann.
Sind der differenzielle Widerstand RIGBT des zweiten Leistungstransistors T1 und der differen- tielle Widerstand RDiode der Diode D4 im Vergleich zum Widerstand R der Statorwicklungen 14 vernachlässigbar, wird die Schätzung der mittleren Statorwicklungstemperatur 9cu,est wis folgt realisiert:
Figure imgf000008_0001
\ L 'p phh a
Liegen die differenziellen Widerstände des zweiten Leistungstransistors T1 und der Diode D4 in einem nicht vernachlässigbaren Bereich, wird die Schätzung der Statorwicklungstemperatur
$cu,est mit einem Korrekturfaktor fcorrect versehen.
1
fn, RIGBT * f 1 + -y j + RDiode * ~ T 2R ph
Figure imgf000008_0002
wobei
Iph Phasenstrom
cu.ref Statorwicklungstemperatur bei Referenztemperatur
cu Statorwicklungstemperatur bei aktueller Temperatur
cu.est Schätzwert der Statorwicklungstemperatur
Materialtemperaturkoeffizient
fcorrekt Korrekturfaktor
t0ff Ausschaltzeit des zweiten Transistors T1
RIGBT differenzieller Widerstand des zweiten Leistungstransistors t1
RDi0de Differenzieller Widerstand Diode D4
RPh Wicklungswiderstand.
Die Schätzgenauigkeit des Verfahrens ist stark an die Messgenauigkeit der Spannungs- und Stromsensorik gebunden. Hohe Messungenauigkeiten der Zwischenkreisspannung UZK und des Phasenstromes iph würden die Schätzung der Statorwicklungstemperatur 9cu,est deutlich verschlechtern und womöglich unbrauchbar machen. Infolge von Abschätzungen ist für eine Temperaturgenauigkeit von + 10 K folgende Sensorgenauigkeit erforderlich. Eine Messgenauigkeit der Spannungssensorik von + 0,5 % führt zu Schätzfehlern von + 2 K. Beträgt die Messgenauigkeit der Stromsensorik + 1 %, führt das zu einem Schätzfehler von + 8 K. Um eine ausreichende Genauigkeit des Schätzverfahrens zu erzielen, sind mindestens diese Messgenauigkeiten erforderlich.
Das Schätzverfahren ist innerhalb weniger 100 ms durchführbar. Der zusätzliche mittlere Temperaturanstieg in der Statorwicklung aufgrund der hohen resultierenden Phasenströme iph ist innerhalb dieser Zeit sehr gering und deshalb zu vernachlässigen. Der zusätzliche Schätzfehler, der durch die Eigenerwärmung auftreten kann, liegt im Bereich von 1 K. Bezuqszeichenliste Antriebsstrang
Verbrennungsmotor
Elektromotor
Kupplung
Kurbelwelle
Rotor
Stator
Abtriebswelle
Getriebe
Antriebsräder
Pulswechselrichter
Spannungsquelle
Zwischenkreiskondensator
Statorwicklung

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung eines thermischen Zustandes eines Elektromotors in einem Hybridantrieb eines Kraftfahrzeuges, wobei als Elektromotor (3) vorzugsweise eine permanent erregte Synchronmaschine verwendet wird, bei welcher eine mittlere Statorwicklungstemperatur in einem Temperaturmodell zur Bestimmung eines thermischen Zustandes des Elektromotors (3) berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus mindestens einem, an dem Elektromotor (3) gemessenen elektrischen Parameter
(iPh) eine geschätzte mittlere Statorwicklungstemperatur (9 cu,est) bestimmt wird, welche mit der berechneten mittleren Statorwicklungstemperatur zur Kalibrierung des Temperaturmodells verglichen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als elektrischer Parameter ein Phasenstrom (iph) in der Statorwicklung des Elektromotors (3) gemessen wird, aus welchem die geschätzte mittlere Statorwicklungstemperator (9 cu,est) abgeleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung des Phasenstromes (iph) der Statorwicklung ein den Elektromotor (3) ansteuernder Pulswechselrichter (1 1 ) in einen Messbetriebsmodus geschaltet wird, in welchem eine Stromregelung des Elektromotors (3) deaktiviert ist und ein Rotor (6) des Elektromotors (3) sich im Stillstand befindet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Messbetriebsmodus die Statorwicklungen (14) des Elektromotors (3) mit einer Gleichspannung (UDc) beaufschlagt werden, welche reduziert wird, indem der Pulswechselrichter (1 1 ) als Tiefsetzsteller arbeitet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tiefsetzsteller dadurch realisiert wird, dass ein erster Leistungstransistor (T5) des Pulswechselrichters (1 1 ) geschlossen und ein zweiter Leistungstransistor (T1 ) durch ein definiertes Pulsmuster getaktet angesteuert wird, während alle anderen Leistungstransistoren (T2, T3, T4, T6) geöffnet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulsmuster des An- steuersignals des getakteten zweiten Leistungstransistors (T1 ) in Abhängigkeit von einem Ladezustand einer, als Spannungsquelle (12) ausgebildeten Hochvoltbatterie und/oder einer gemessenen Zwischenkreisspannung (UZK) am Ausgang der Spannungsquelle (12) eingestellt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Periodendauer (T) des Ansteuersignais des getakteten zweiten Leistungstransistors (T1 ) so gewählt ist, dass die Einschaltzeit (ton) des getakteten zweiten Leistungstransistors (T1 ) viel größer ist als eine maximale Schaltfrequenz des zweiten Leistungstransistors (T1 ).
8. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geschätzte mittlere Statorwicklungstemperatur (9 cu,est) mittels einer
Referenzmessung von Phasenstrom (iph) und Statorwicklungstemperatur (9 cu,ref) bestimmt wird, bei welcher die thermischen Randbedingungen der Statorwicklungen (14) exakt bekannt sind.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmessung einmalig in einer Band-Ende-Prüfung des Elektromotors (3) oder bei einem Start des mit dem Elektromotor (3) als Antrieb versehenen Hybridfahrzeuges durchgeführt wird.
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