WO2017050534A1 - Verfahren und steuervorrichtung zum betrieb eines elektrischen antriebsstrangs - Google Patents

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WO2017050534A1
WO2017050534A1 PCT/EP2016/070565 EP2016070565W WO2017050534A1 WO 2017050534 A1 WO2017050534 A1 WO 2017050534A1 EP 2016070565 W EP2016070565 W EP 2016070565W WO 2017050534 A1 WO2017050534 A1 WO 2017050534A1
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clock frequency
inverter
tfb
drive train
determined
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PCT/EP2016/070565
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Klaus Ries-Mueller
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements 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
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    • H02P27/08—Arrangements 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
    • H02P27/085—Arrangements 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 wherein the PWM mode is adapted on the running conditions of the motor, e.g. the switching frequency
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    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
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    • H02P29/68—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive based on the temperature of a drive component or a semiconductor component

Definitions

  • the invention relates to a method and a control device for operating an electric drive train. Furthermore, the invention relates to an electric drive train with a corresponding control device, a
  • Vehicles with an electric drive train have a
  • Power electronics such as an inverter or a
  • Pulse inverter Pulse inverter.
  • the power electronics used to convert a DC voltage of an electrical energy source, such as a battery or fuel cell, in an AC voltage, such as a three-phase AC voltage.
  • an electric machine is powered to drive the vehicle.
  • Power electronics in particular the switching elements therein, for example power semiconductor switches such as IGBTs, or MOSFETs, is dependent on the clock frequency, ie on the frequency with which the switching elements are switched on or off.
  • the clock frequency ie on the frequency with which the switching elements are switched on or off.
  • Clock frequency constant preselected and is a value between 5 and 10 kHz.
  • Capacitors are downsized because less energy must be cached. There is a need to operate existing power electronics or switching elements with the optimum frequency for them.
  • the electric drive train comprises at least one further electrical component in addition to an inverter.
  • the clock frequency of the inverter is adjustable.
  • the further electrical component is in particular an electrical machine.
  • the method comprises the following steps: determining a clock frequency as a function of the losses of the components of the electric drive train, in particular as a function of the losses of the inverter and the at least one further electrical component.
  • Clock frequency determines the clock frequency at which result in the lowest accumulated losses of the components of the electric drive train
  • a method in which an electric drive train, which comprises at least one inverter and a further electrical component, operates at an adjustable clock frequency.
  • a clock frequency is determined as a function of the losses of the inverter and the at least one further electrical component. This specific clock frequency is set and the inverter operated at the specific clock frequency.
  • the clock frequency is determined as a function of the summed losses of the inverter and the at least one further electrical component.
  • the clock frequency of an inverter indicates the number of possible on and off operations of a switching element of the inverter per second. This clock frequency is adjustable by means of a control of the inverter. ever higher the clock frequency, the more accurate can be generated from a DC voltage sinusoidal AC voltage waveform. For the operation of an electric drive train with a high efficiency, it is necessary not only to consider the efficiency of a component, in particular of the inverter, the electric drive train, but also to take into account the other electrical components, in particular the electric machine.
  • a clock frequency is determined.
  • a clock frequency is determined as a function of the summed losses, in particular the clock frequency at which the summed losses are minimal.
  • the specific clock frequency is determined as a function of a current operating point, a characteristic curve or a characteristic diagram of the electric drive train, in particular of the inverter (10) and the at least one further electrical component (20).
  • the losses of the electric drive train are operating point dependent. These losses can be stored in curves or maps. The losses can also be determined online using suitable measuring devices, sensors and measuring methods. The specific clock frequency is therefore determined as a function of the current operating point and the associated losses.
  • Operating points of the electric drive train are for example the Torque, which at the output of the electric drive train to
  • Predict simulation in advance Predict simulation in advance.
  • a suitable method for determining a clock frequency is provided.
  • the specific clock frequency is determined as a function of determined losses.
  • the losses are determined by means of a loss model of the inverter and the at least one further electrical component.
  • the losses in particular currently, as a function of the operating point on the basis of a loss model of both the inverter and the at least one further electrical component.
  • the specific clock frequency is then determined as a function of these determined losses.
  • a method for determining the losses and thus for determining the specific clock frequency is provided. In another embodiment of the invention, the method before
  • Setting the specific clock frequency a further step: adjusting the specific clock frequency to a clock frequency that is within a defined clock frequency range, wherein the defined clock frequency range in
  • Powertrain is defined.
  • Drivetrain clock frequency ranges are defined.
  • the operation of the electric drive train should be done only with clock frequencies that are within the defined clock frequency range.
  • Such another parameter is For example, an upper physical limit, from which switching on and off of the switching elements is no longer possible.
  • Another additional parameter is, for example, the acoustic audibility in the operation of an electric drive train with too low a clock frequency.
  • defined clock frequency ranges are predetermined, which are above a minimum clock frequency and / or below a maximum frequency.
  • the specific clock frequency is adapted to a clock frequency which is within the defined clock frequency range. Adjusting the clock frequency includes raising or lowering the clock frequency so that it lies within the defined clock frequency range. In particular, the adaptation is done only to the extent necessary that the adjusted clock frequency just within the defined
  • such a further parameter of the electric drive train is a transmission of a transmission
  • the defined clock frequency range should be higher, the higher the ratio of a transmission.
  • the speed of the electric motor is reduced at the same wheel speed of the vehicle, which tends to reduce the losses of the electric motor.
  • the clock frequency may need to be increased to avoid torque fluctuations. This in turn increases the losses in the inverter.
  • the defined clock frequency range is to be selected so that the energy storage unit ages as little as possible.
  • Control method such as pulse width modulation or block commutation, is a correspondingly adapted defined
  • Clock frequency range to choose. But also in dependence of the operating points of the further electrical component, a defined clock frequency range is to be selected. Advantageously, examples of parameters are provided which are taken into account in the determination of defined clock frequency ranges.
  • the method has a further step: storing the specific clock frequency and at least one parameter of the associated operating point of the electrical
  • a machine-readable storage medium is provided on which the computer program is stored.
  • the electric drive train comprises an inverter and a further electrical component.
  • the further electrical component is in particular an electrical machine.
  • the control device has a first unit for determining a clock frequency.
  • the clock frequency is determined as a function of the losses of the components of the electric drive train, in particular as a function of the losses of the inverter and the at least one further electrical component.
  • Control device a second unit for setting the specific
  • control device has a third unit for operating the inverter with the determined clock frequency.
  • the control device has in particular at least one logic unit or a microprocessor, which has the functions for determining a
  • the clock frequency is determined.
  • the clock frequency is dependent on the lowest summed losses of the inverter and the at least one further electrical
  • a control device for operating the drive train is provided with an adjustable clock frequency.
  • the electric drive train further comprises an inverter whose clock frequency is adjustable, and at least one further electrical component, in particular an electric machine comprises.
  • control device or apply to the electric drive train and vice versa, or are applicable.
  • Figure 1 an electric drive train
  • Figure 2 a method for operating an electric drive train.
  • the drive train includes power electronics 10, such as an inverter or
  • the electric machine 20 is fed by the inverter 10 in a three-phase manner.
  • the inverter 10 in turn is supplied with energy from a power source or energy storage device 30 with a DC voltage.
  • the electric powertrain 100 includes a
  • Control device 110 which for driving the inverter 10 and the
  • the control device 110 receives signals or data relating to the operating point of the electric drive train 100.
  • the control device 110 comprises at least three units 120, 130, 140,
  • a first unit is for determining a Clock frequency TFB set up a second unit 130 for setting the specific clock frequency TFB and a third unit 140 for operating the inverter 10 with the specific clock frequency TFB.
  • TFB clock frequency
  • TFB clock frequency
  • TFB clock frequency
  • TFB clock frequency
  • TFB clock frequency
  • FIG. 2 shows a method 300 for operating an electric drive train 100.
  • the method starts with step 310.
  • step 320 a clock frequency is determined. There will be a clock frequency depending on the losses of
  • the clock frequency is determined at which the smallest summed losses of the inverter 10 and the at least one further electrical component 20 of the drive train 100 result.
  • the determined clock frequency TFB is optionally adapted to a clock frequency which lies within a defined clock frequency range TFR.
  • the defined clock frequency range TFR is defined as a function of at least one further parameter of the electric drive train 100.
  • the determined or, in the event that the clock frequency has been adjusted the adjusted clock frequency is set.
  • the determined or adjusted clock frequency is stored together with a parameter of the associated operating point of the electric drive train 100.
  • the inverter 10 is operated at the specific clock frequency or the adjusted clock frequency.
  • the process ends.

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Abstract

Verfahren und Steuervorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Antriebsstrangs (100), wobei der elektrische Antriebsstrang (100) einen Inverter (10), dessen Taktfrequenz (TF) verstellbar ist, sowie mindestens eine weitere elektrische Komponente (20), insbesondere eine elektrische Maschine (20), umfasst, mit den Schritten: Bestimmen (320) einer Taktfrequenz (TFB) in Abhängigkeit der Verluste der Komponenten (10, 20) des elektrischen Antriebstrangs, insbesondere in Abhängigkeit der Verluste des Inverters (10) und der mindestens einen weiteren elektrischen Komponente (20); Einstellen (340) der bestimmten Taktfrequenz (TFB); Betreiben (360) des Inverters (10) mit der bestimmten Taktfrequenz (TFB).

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Steuervorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Antriebsstrangs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuervorrichtung zum Betrieb eines elektrischen Antriebsstrangs. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Antriebsstrang mit einer entsprechenden Steuervorrichtung, ein
Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.
Stand der Technik
Fahrzeuge mit einem elektrischen Antriebsstrang weisen eine
Leistungselektronik auf, beispielsweise einen Inverter oder einen
Pulswechselrichter. Die Leistungselektronik dient der Umwandlung einer Gleichspannung einer elektrischen Energiequelle, beispielsweise einer Batterie oder Brennstoffzelle, in eine Wechselspannung, beispielsweise eine dreiphasige Wechselspannung. Mittels der Wechselspannung wird eine elektrische Maschine für den Antrieb des Fahrzeugs gespeist. Der Wirkungsgrad der
Leistungselektronik, insbesondere der darin befindlichen Schaltelemente, beispielsweise Leistungshalbleiterschalter wie IGBT's, oder MOSFETs, ist von der Taktfrequenz, also von der Frequenz mit der die Schaltelemente einbeziehungsweise ausgeschaltet werden, abhängig. Üblicherweise ist die
Taktfrequenz konstant vorgewählt und beträgt einen Wert zwischen 5 und 10 kHz. Während des Öffnens und Schließens eines Schaltelements fließt der Strom nicht ungehindert durch das Schaltelement. Dabei entsteht Verlustwärme, die zur Erwärmung des Schaltelements führt und den Wirkungsgrad der
Leistungselektronik reduziert. Daher nehmen die Verluste mit steigender Taktfrequenz, also mit zunehmender Häufigkeit des Ein- beziehungsweise Ausschaltens, zu. Der Wirkungsgrad der Leistungselektronik nimmt
entsprechend mit steigender Taktfrequenz ab aufgrund der steigenden Verluste an den Schaltelementen. Dennoch ist der Betrieb bei hohen Taktfrequenzen beispielsweise bei 20 oder 40 kHz wünschenswert, da bei diesen Frequenzen die Geräuschemissionen der Schaltelemente oberhalb des für den Menschen hörbaren Frequenzspektrums sind. Weiter können bei einer höheren
Taktfrequenz der Leistungselektronik die notwendigen Spulen und
Kondensatoren verkleinert werden, da weniger Energie zwischengespeichert werden muss. Es besteht das Bedürfnis vorhandene Leistungselektronik oder Schaltelemente mit der für sie optimalen Frequenz zu betreiben.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Antriebsstrangs
bereitgestellt. Der elektrische Antriebsstrang umfasst neben einem Inverter mindestens eine weitere elektrische Komponente. Die Taktfrequenz des Inverters ist verstellbar. Die weitere elektrische Komponente ist insbesondere eine elektrische Maschine. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bestimmen einer Taktfrequenz in Abhängigkeit der Verluste der Komponenten des elektrischen Antriebstrangs, insbesondere in Abhängigkeit der Verluste des Inverters und der mindestens einen weiteren elektrischen Komponente.
Einstellen der bestimmten Taktfrequenz. Betreiben des Inverters mit der bestimmten Taktfrequenz. Insbesondere wird bei dem Bestimmen der
Taktfrequenz die Taktfrequenz bestimmt, bei der sich die geringsten summierten Verluste der Komponenten des elektrischen Antriebstrangs ergeben
Es wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem ein elektrischer Antriebsstrang, der mindestens einen Inverter und eine weitere elektrische Komponente umfasst, mit einer verstellbaren Taktfrequenz betrieben. Dabei wird eine Taktfrequenz in Abhängigkeit der Verluste des Inverters und der mindestens einen weiteren elektrischen Komponente bestimmt. Diese bestimmte Taktfrequenz wird eingestellt und der Inverter mit der bestimmten Taktfrequenz betrieben.
Insbesondere wird die Taktfrequenz in Abhängigkeit der summierten Verluste des Inverters und der mindestens einen weiteren elektrischen Komponente bestimmt. Die Taktfrequenz eines Inverters gibt die Anzahl von möglichen Ein- und Ausschaltvorgängen eines Schaltelementes des Inverters pro Sekunde an. Diese Taktfrequenz ist mittels einer Ansteuerung des Inverter einstellbar. Je höher die Taktfrequenz, desto genauer kann aus einer Gleichspannung ein siinusförmiger Wechselspannnungsverlauf erzeugt werden. Für den Betrieb eines elektrischen Antriebsstrangs mit einem hohen Wirkungsgrad ist es notwendig, nicht nur den Wirkungsgrad einer Komponente, insbesondere des Inverters, des elektrischen Antriebsstrangs zu berücksichtigen, sondern auch die weiteren elektrischen Komponenten zu berücksichtigen, insbesondere die elektrische Maschine. Entgegen der Erhöhung der Verluste der Schaltelemente des Inverters mit steigender Taktfrequenz verringern sich die Verluste einer elektrischen Maschine mit steigender Taktfrequenz. Daher ist es notwendig für den Betrieb eines elektrischen Antriebsstrangs neben dem Wirkungsgrad oder den Verlusten des Inverters auch das Verhalten mindestens einer weiteren elektrischen Komponente in dem elektrischen Antriebsstrangs zu betrachten. In Abhängigkeit der Verluste des Inverters und der mindestens einen weiteren elektrischen Komponente wird eine Taktfrequenz bestimmt. Insbesondere wird eine Taktfrequenz in Abhängigkeit der summierten Verluste bestimmt, insbesondere die Taktfrequenz bei der die summierten Verluste minimal sind.
Es ist vorteilhaft, den elektrischen Antriebsstrang mit der in Abhänggigkeit der Verluste bestimmten Taktfrequenz zu betreiben. Bei dem Betrieb des
Antriebsstrangs mit einer bestimmten Taktfrequenz, bei der die summierten Verluste minimal sind, wird der elektrische Antriebsstrang mit dem höchsten Wirkungsgrad betrieben.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die bestimmte Taktfrequenz in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebspunktes, einer Kennlinie oder eines Kennfeldes des elektrischen Antriebsstrangs, insbesondere des Inverters (10) und der mindestens einen weiteren elektrischen Komponente (20), bestimmt.
Die Verluste des elektrischen Antriebsstrangs, insbesondere des Inverters und der mindestens einen weiteren Komponente, sind betriebspunktabhängig. Diese Verluste können in Kennlinien oder Kennfeldern abgespeichert sein. Die Verluste lassen sich auch mit geeigneten Messgeräten, Sensoren und Messmethoden online ermitteln. Die bestimmte Taktfrequenz wird daher in Abhängigkeit des aktuellen Betriebspunktes und der damit einhergehenden Verluste bestimmt. Betriebspunkte des elektrischen Antriebsstrangs sind beispielsweise das Drehmoment, welches am Abtrieb des elektrischen Antriebsstrangs zur
Verfügung gestellt wird, die Drehzahl, mit der sich der elektrische Antriebsstrang am Abtrieb dreht, die elektrische Spannung, Phasenspannung oder der Strom oder der Phasenstrom, mit dem der elektrische Antriebsstrang momentan betrieben wird. Kennfelder beziehungsweise Kennlinien, in denen die
Zusammenhänge zwischen Betriebspunkten und den Verlusten der einzelnen elektrischen Komponenten abgelegt sind, sind mittels Messungen oder
Simulation vorab zu bestimmen. Vorteilhaft wird ein geeignetes Verfahren zur Bestimmung einer Taktfrequenz bereitgestellt.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die bestimmte Taktfrequenz in Abhängigkeit ermittelter Verluste bestimmt. Insbesondere werden die Verluste mittels eines Verlustmodells des Inverters und der mindestens einen weiteren elektrischen Komponente ermittelt.
Es besteht die Möglichkeit die Verluste, insbesondere aktuell, in Abhängigkeit des Betriebspunktes anhand eines Verlustmodells sowohl des Inverters als auch der mindestens einen weiteren elektrischen Komponente zu bestimmen. Die bestimmte Taktfrequenz wird dann in Abhängigkeit dieser ermittelten Verluste bestimmt. Vorteilhaft wird ein Verfahren zur Bestimmung der Verluste und somit zur Bestimmung der bestimmten Taktfrequenz bereitgestellt. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren vor dem
Einstellen der bestimmten Taktfrequenz einen weiteren Schritt auf: Anpassen der bestimmten Taktfrequenz auf eine Taktfrequenz, die innerhalb eines definierten Taktfrequenzbereiches liegt, wobei der definierte Taktfrequenzbereich in
Abhängigkeit mindestens eines weiteren Parameters des elektrischen
Antriebsstrangs definiert wird.
In Abhängigkeit mindestens eines weiteren Parameters des elektrischen
Antriebsstrangs werden Taktfrequenzbereiche definiert. Der Betrieb des elektrischen Antriebsstrangs soll nur mit Taktfrequenzen erfolgen, die innerhalb des definierten Taktfrequenzbereiches liegen. Ein solcher weiterer Parameter ist beispielsweise eine obere physikalische Grenze, ab der ein Ein- und Ausschalten der Schaltelemente nicht mehr möglich ist. Ein anderer weiterer Parameter ist beispielsweise die akustische Hörbarkeit beim Betrieb eines elektrischen Antriebsstrangs mit zu geringer Taktfrequenz. Aus diesem Grund werden beispielsweise definierte Taktfrequenzbereiche vorgegeben, die oberhalb einer Minimaltaktfrequenz und/oder unter einer Maximalfrequenz liegen. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird für den Fall, dass eine nach dem bisher beschriebenen Verfahren bestimmte Taktfrequenz außerhalb des definierten Taktfrequenzbereiches liegt, die bestimmte Taktfrequenz auf eine Taktfrequenz angepasst, die innerhalb des definierten Taktfrequenzbereichs liegt. Das Anpassen der Taktfrequenz umfasst dabei das Anheben oder Absenken der Taktfrequenz, sodass diese innerhalb des definierten Taktfrequenzbereiches liegt. Insbesondere erfolgt das Anpassen nur in dem erforderlichen Maße, dass die angepasste Taktfrequenz gerade innerhalb des definierten
Taktfrequenzbereiches ist. Vorteilhaft wird somit ein Verfahren bereit gestellt, mit dem ein Betrieb des elektrischen Antriebsstrangs innerhalb definierter
Taktfrequenzbereiche ermöglicht wird.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist ein solcher weiterer Parameter des elektrischen Antriebsstrangs eine Übersetzung eines Getriebes, ein
Betriebspunkt einer Energiespeichereinheit, ein Ansteuerverfahren des Inverters oder ein Betriebspunkt der weiteren elektrischen Komponente oder eine
Kombination derartiger Parameter.
Beispielhaft sind weitere Parameter angegeben, die für die Definition von nutzbaren definierten Taktfrequenzbereichen eingesetzt werden können. So sollte beispielsweise der definierte Taktfrequenzbereich höher sein, je höher die Übersetzung eines Getriebes ist. Bei höherer Übersetzung reduziert sich die Drehzahl der E-Maschine bei gleicher Raddrehzahl des Fahrzeugs, wodurch sich die Verluste der E-Maschine tendenziell verringern. Bei geringer E- Maschinendrehzahl muss unter Umständen die Taktfrequenz erhöht werden, um Drehmomentschwankungen zu vermeiden. Dies erhöht wiederum im Inverter die Verluste. In Abhängigkeit des Betriebspunkts einer Energiespeichereinheit, beispielsweise einer Batterie, ist der definierte Taktfrequenzbereich so zu wählen, dass die Energiespeichereinheit möglichst wenig altert. In Abhängigkeit der
Ansteuerverfahren, beispielsweise Pulsweitenmodulation oder Block- Kommutierungsverfahren, ist ein entsprechend angepasster definierter
Taktfrequenzbereich zu wählen. Aber auch in Abhängigkeit der Betriebspunkte der weiteren elektrischen Komponente ist ein definierte Taktfrequenzbereich zu wählen. Vorteilhaft werden Beispiele für Parameter bereit gestellt, die bei der Bestimmung definierter Taktfrequenzbereiche berücksichtigt werden.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren einen weiteren Schritt auf: Speichern der bestimmten Taktfrequenz und mindestens eines Parameters des dazugehörigen Betriebspunktes des elektrischen
Antriebsstrangs.
Es wird die bestimmte Taktfrequenz mit mindestens einem Parameter, der einen Betriebspunkt des elektrischen Antriebsstrangs kennzeichnet, abgespeichert. Diese mindestens zwei zusammen gehörenden und zusammen abgespeicherten Werte definieren Stützstellen einer Kennlinie oder eines Kennfeldes, welche einen Zusammenhang zwischen dem aktuellem Betriebspunkt des elektrischen
Antriebsstrangs und der dazu bestimmten Taktfrequenz beschreibt. Bei einem erneuten Betreiben des elektrischen Antriebsstrangs ermöglichen derartig erzeugte Kennlinien, beziehungsweise Kennfelder, eine besonders schnelle Bestimmung der Taktfrequenz in Abhängigkeit der Verluste oder des
Betriebspunkts des elektrischen Antriebsstrangs.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung werden die bestimmten
Taktfrequenzen kontinuierlich eingestellt oder die bestimmten Taktfrequenzen nur schrittweise eingestellt.
Je nach Umsetzung des Verfahrens, in einer elektronischen Hardwareschaltung oder in einer Software, besteht die Möglichkeit, die Taktfrequenzen schrittweise, insbesondere in 1 bis 2 kHz Schritten oder kontinuierlich einzustellen. Vorteilhaft werden alternative Verfahren zum Betrieb des elektrischen Antriebsstrangs mit verstellbaren Taktfrequenzen bereitgestellt. Ferner wird ein Computerprogramm bereitgestellt, das dazu eingerichtet ist, das bisher dargestellte Verfahren auszuführen.
Ferner wird ein maschinenlesbares Speichermedium bereitgestellt, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
Ferner wird eine Steuervorrichtung zum Betrieb eines elektrischen
Antriebsstrangs bereitgestellt. Der elektrische Antriebsstrang umfasst einen Inverter und eine weitere elektrische Komponente. Die Taktfrequenz des
Inverters ist verstellbar. Die weitere elektrische Komponente ist insbesondere eine elektrische Maschine. Die Steuervorrichtung weist insbesondere eine erste Einheit zum Bestimmen einer Taktfrequenz auf. Es wird die Taktfrequenz in Abhängigkeit der Verluste der Komponenten des elektrischen Antriebstrangs, insbesondere in Abhängigkeit der Verluste des Inverters und der mindestens einen weiteren elektrischen Komponente, bestimmt. Weiter weist die
Steuervorrichtung eine zweite Einheit zum Einstellen der bestimmten
Taktfrequenz auf. Weiter weist die Steuervorrichtung eine dritte Einheit auf, zum Betreiben des Inverters mit der bestimmten Taktfrequenz.
Die Steuervorrichtung weist insbesondere mindestens eine Logikeinheit oder einen Mikroprozessor auf, die die Funktionen zur Bestimmung einer
Taktfrequenz, zum Einstellen der Taktfrequenz und zum Betreiben des Inverters mit der bestimmten Taktfrequenz ausführen. In Abhängigkeit der Verluste der Komponenten des elektrischen Antriebstrangs wird die Taktfrequenz bestimmt.
Insbesondere wird die Taktfrequenz in Abhängigkeit der geringsten summierten Verluste des Inverters und der mindestens einen weiteren elektrischen
Komponente bestimmt. Vorteilhaft wird eine Steuervorrichtung zum Betrieb des Antriebsstrangs mit einer verstellbaren Taktfrequenz bereitgestellt.
Ferner wird ein elektrischer Antriebsstrang mit einer beschriebenen
Steuervorrichtung bereitgestellt wobei der elektrische Antriebsstrang weiter einen Inverter, dessen Taktfrequenz verstellbar ist, sowie mindestens eine weitere elektrische Komponente, insbesondere eine elektrische Maschine, umfasst. Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des
erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend auf die erfindungsgemäße Steuervorrichtung, bzw. auf den elektrischen Antriebsstrang und umgekehrt zutreffen, bzw. anwendbar sind.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen:
Figur 1: einen elektrischen Antriebsstrang;
Figur 2: ein Verfahren zum Betrieb eines elektrischen Antriebsstrangs.
Ausführungsformen der Erfindung:
Die Figur 1 zeigt einen elektrischen Antriebsstrang 100. Der Antriebsstrang umfasst eine Leistungselektronik 10, beispielsweise einen Inverter oder
Pulswechselrichter, und eine weitere elektrische Komponente 20, insbesondere eine elektrische Maschine. Die elektrische Maschine 20 wird dreiphasig von dem Inverter 10 gespeist. Der Inverter 10 wiederum wird mit Energie aus einer Energiesquelle oder Energiespeichereinrichtung 30 mit einer Gleichspannung versorgt. Weiter umfasst der elektrische Antriebsstrang 100 eine
Steuervorrichtung 110, welche zur Ansteuerung des Inverters 10 und zur
Entgegennahme von Messsignalen geeignet mit dem Inverter 10 gekoppelt ist. Die Steuervorrichtung 110 empfängt Signale beziehungsweise Daten bezüglich des Betriebspunktes des elektrischen Antriebsstrangs 100. In Figur 1 umfasst die Steuervorrichtung 110 mindestens drei Einheiten 120, 130, 140,
beziehungsweise Funktionseinheiten. Eine erste Einheit ist zum Bestimmen einer Taktfrequenz TFB eine zweite Einheit 130 zum Einstellen der bestimmten Taktfrequenz TFB und eine dritte Einheit 140 zum Betreiben des Inverters 10 mit der bestimmten Taktfrequenz TFB eingerichtet. Auch hierzu sind geeignete Steuerverbindungen zu dem Inverter 10 vorhanden. Die Steuervorrichtung 110 kann außerhalb des Inverters aber auch innerhalb des Inverters 10 angeordnet sein. Die drei Einheiten können einstückig oder verteilt im System angeordnet sein.
Figur 2 zeigt ein Verfahren 300 zum Betrieb eines elektrischen Antriebsstrangs 100. Mit Schritt 310 startet das Verfahren. In Schritt 320 wird eine Taktfrequenz bestimmt. Es wird eine Taktfrequenz in Abhängigkeit der Verluste der
Komponenten des elektrischen Antriebstrangs bestimmt. Insbesondere wird die Taktfrequenz bestimmt, bei der sich die geringsten summierten Verluste des Inverters 10 und der mindestens einen weiteren elektrischen Komponente 20 des Antriebsstrangs 100 ergeben. Im Folgenden Schritt 330 wird die bestimmte Taktfrequenz TFB gegebenenfalls auf eine Taktfrequenz angepasst, die innerhalb eines definierten Taktfrequenzbereiches TFR liegt. Der definierte Taktfrequenzbereich TFR wird in Abhängigkeit mindestens eines weiteren Parameters des elektrischen Antriebsstrangs 100 definiert. In Schritt 340 wird die bestimmte oder für den Fall, dass die Taktfrequenz angepasst wurde, die angepasste Taktfrequenz eingestellt. In Schritt 350 wird die bestimmte oder die angepasste Taktfrequenz zusammen mit einem Parameter des dazugehörigen Betriebspunktes des elektrischen Antriebsstrangs 100 abgespeichert. Im folgenden Schritt 360 wird der Inverter 10 mit der bestimmten Taktfrequenz oder der angepassten Taktfrequenz betrieben. Mit Schritt 370 endet das Verfahren.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (300) zum Betrieb eines elektrischen Antriebsstrangs (100), wobei der elektrische Antriebsstrang (100) einen Inverter (10), dessen
Taktfrequenz (TF) verstellbar ist, sowie mindestens eine weitere elektrische Komponente (20), insbesondere eine elektrische Maschine (20), umfasst, mit den Schritten:
Bestimmen (320) einer Taktfrequenz (TFB) in Abhängigkeit der Verluste der Komponenten (10, 20) des elektrischen Antriebstrangs, insbesondere in
Abhängigkeit der Verluste des Inverters (10) und der mindestens einen weiteren elektrischen Komponente (20);
Einstellen (340) der bestimmten Taktfrequenz (TFB);
Betreiben (360) des Inverters (10) mit der bestimmten Taktfrequenz (TFB).
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei bei dem Bestimmen (320) der Taktfrequenz (TFB) die Taktfrequenz (TFB) bestimmt wird, bei der sich die geringsten summierten Verluste der
Komponenten (10, 20) des elektrischen Antriebstrangs ergeben.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die bestimmte Taktfrequenz (TFB) in Abhängigkeit eines aktuellen
Betriebspunktes, einer Kennlinie oder eines Kennfeldes des elektrischen
Antriebsstrangs, insbesondere des Inverters (10) und der mindestens einen weiteren elektrischen Komponente (20), bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die bestimmte Taktfrequenz (TFB) in Abhängigkeit ermittelter Verluste der Komponenten (10, 20) des elektrischen Antriebstrangs bestimmt wird, wobei insbesondere die Verluste mittels eines Verlustmodells des Inverters (10) und der mindestens einen weiteren elektrischen Komponente (20) ermittelt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Verfahren vor dem Einstellen (340) der bestimmten Taktfrequenz (TFB) einen weiteren Schritt aufweist:
Anpassen (330) der bestimmten Taktfrequenz (TFB) auf eine Taktfrequenz, die innerhalb eines definierten Taktfrequenzbereiches (TFR) liegt, wobei der definierte Taktfrequenzbereich (TFR) in Abhängigkeit mindestens eines weiteren Parameters des elektrischen Antriebsstrangs (100) definiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
wobei ein weiterer Parameter des elektrischen Antriebsstrangs eine Übersetzung eines Getriebes, ein Betriebspunkt einer Energiespeichereinheit (30), ein Ansteuerverfahren des Inverters oder ein Betriebspunkt der weiteren elektrischen Komponente (20) sein kann.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Verfahren einen weiteren Schritt aufweist:
Speichern der bestimmten Taktfrequenz (TFB) und mindestens eines
Parameters des dazugehörigen Betriebspunktes des elektrischen
Antriebsstrangs (100).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die bestimmten Taktfrequenzen (TFB) kontinuierlich eingestellt werden oder die bestimmten Taktfrequenzen (TFB) nur schrittweise eingestellt werden.
9. Computerprogramm, das eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der
Ansprüche 1-8 auszuführen.
10. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.
11. Steuervorrichtung (110) zum Betrieb eines elektrischen Antriebsstrangs (100),
wobei der elektrische Antriebsstrang (100) einen Inverter (10), dessen
Taktfrequenz (TF) verstellbar ist sowie mindestens eine weitere elektrische Komponente (20), insbesondere eine elektrische Maschine (20), umfasst, wobei die Steuervorrichtung (110) eine erste Einheit (120) zum Bestimmen einer Taktfrequenz (TFB) in Abhängigkeit der Verluste der Komponenten (10, 20) des elektrischen Antriebstrangs, insbesondere in Abhängigkeit der Verluste des Inverters (10) und der mindestens einen weiteren elektrischen Komponente (20), aufweist;
eine zweite Einheit (130) zum Einstellen (340) der bestimmten Taktfrequenz (TFB) aufweist;
und eine dritte Einheit (140) aufweist zum Betreiben (360) des Inverters (10) mit der bestimmten Taktfrequenz (TFB).
12. Elektrischer Antriebsstrang (100) mit einer Steuervorrichtung (110) nach Anspruch 11, wobei der elektrische Antriebsstrang (100) weiter einen Inverter (10), dessen Taktfrequenz (TF) verstellbar ist sowie mindestens eine weitere elektrische Komponente (20), insbesondere eine elektrische Maschine (20), umfasst.
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