WO2023180244A1 - Hysterese basierte ansteuerung eines fahrzeugantriebs mit abwechselndem freilauf- und kurzschlusszustand im fehlerfall - Google Patents

Hysterese basierte ansteuerung eines fahrzeugantriebs mit abwechselndem freilauf- und kurzschlusszustand im fehlerfall Download PDF

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limit
state
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PCT/EP2023/057042
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Bernhard Sofaly
Oliver Kastner
Janos Radeczky
Thomas Voigt
Michael Rötzer
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Vitesco Technologies Germany Gmbh
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Definitions

  • one task is to show a possibility with which an electrical machine can be operated safely in the event of a fault.
  • the system switches back to the AKS state depending on whether an upper voltage limit (first voltage limit) is reached.
  • first voltage limit a critical value is reached in the relevant state (in the AKS state, a current that is too high in the form of the first current limit and in the freewheeling state, a voltage that is too high in the form of the first voltage limit)
  • the system switches to the other state, so that the two limits are not exceeded.
  • the limits that define the hysteresis ie the first limits and/or the second limits
  • the first current limit therefore also serves to protect the permanent magnets from permanent damage.
  • the first current limit is in particular lower than current values that would lead to partial (or complete) demagnetization of the permanent magnets.
  • the procedure described here is also possible if the speed is too high for a permanent freewheeling state or a permanent AKS state to be applied without endangering or destroying electrical components.
  • This also makes it possible to react safely to an error condition that occurs in the vehicle drive or in a component connected to it, for example in a traction accumulator that is connected to the vehicle drive in a power-transmitting manner.
  • the DC voltage that is generated by the generator operation of the electrical machine corresponds in particular to an intermediate circuit voltage or a DC voltage on the DC voltage side of the inverter.
  • the inverter also has an AC voltage side that is connected to the electrical machine or to its phase connections.
  • the inverter is in particular set up to transmit power from the DC voltage side to the AC voltage side.
  • the inverter is in particular equipped with switches which, even in the open state, conduct current from the AC voltage side to the DC voltage side if a voltage on the AC voltage side is greater than a voltage on the DC voltage side, in particular inverse diodes of the switches providing this line.
  • a voltage can arise on the AC voltage side that is greater than that on the DC voltage side, so that in the freewheeling state there is a current flow towards the DC voltage side at a voltage whose level can be critical for the inverter or for components, which are connected to the DC voltage side.
  • a method for controlling a vehicle drive is therefore described, wherein the vehicle drive has an electric machine and an inverter.
  • the electric machine is a traction machine that is, in particular, permanently excited.
  • the inverter is used to control the machine and is connected in particular to the phase connections of the electrical machine.
  • the inverter in particular has an AC voltage side that is connected to these phase connections.
  • the two states mentioned can be set (in addition to a driving state and, if necessary, a controlled recuperation state for error-free operation). If a fault occurs in the electric drive or in the vehicle in general, the inverter creates an AKS state in which an active short circuit of the phase connections of the electric machine is generated.
  • the inverter Since the inverter is also connected to the phase connections of the electrical machine for normal operation, it is also able to control the active short circuit. This can be provided in particular by driving an ON state of all high-side transistors or all low-side transistors, while the opposite transistors (low-side transistors or
  • High-side transistors are open.
  • an accumulator in particular is disconnected from the inverter or an intermediate circuit, in particular from its DC voltage side. This avoids a power flow from the accumulator into the inverter or into the electrical machine, which is in the AKS state or in a freewheeling state (as shown below).
  • the accumulator is preferably first disconnected before an AKS state or a freewheeling state is set.
  • the accumulator can be reconnected to the inverter or to the intermediate circuit when the error condition no longer exists and when neither AKS nor freewheeling condition exists.
  • the accumulator can be connected back to the inverter or to the intermediate circuit when a reset signal is present, which indicates error-free operation and a check of the drive.
  • the inverter is set up to generate a freewheeling state of the electrical machine. This is done by switching the inverter's transistors to an open state.
  • the inverter is able to set the AKS state and the freewheeling state, but not at the same time.
  • the inverter is thus set up to set the AKS state or the freewheeling state in the event of an error.
  • both states cannot be set at the same time. If an error occurs, both states are executed alternately in an intermediate phase.
  • steps referred to as AKS and F are executed alternately, which steps include setting one of the two states and switching to the respective other step or state when a respective first limit is reached.
  • the resulting first limits in particular form an upper limit for the relevant hysteresis behavior.
  • step AKS which in particular represents the active short circuit and its change to freewheeling depending on reaching a first current limit
  • the AKS state is set. This happens especially at the beginning of this step.
  • the AKS state is set when a phase current that flows through the phase connections is below a first current limit.
  • This first current limit can be a continuous load limit (possibly with a safety margin), beyond which at least one component of the vehicle drive is at risk due to the excessively high permanent current.
  • the phase current is low at the beginning of step AKS and increases in accordance with the inductances (e.g. of the electrical machine).
  • step F in particular to the freewheeling state
  • the freewheeling state is first set.
  • the freewheeling state is set in step F when a direct voltage generated by the electrical machine is below a first voltage limit. Furthermore, step F provides for a change to step AKS when the DC voltage is above the first voltage limit.
  • the electrical machine generates this direct voltage, in particular on a direct voltage side of the inverter, which is connected to the electrical machine.
  • a direct voltage is therefore also referred to as a voltage that results from rectifying a generator alternating voltage that is generated at the phase connections of the electrical machine. Since the generation of the direct voltage is due to the regenerative operation of the electrical machine, this is referred to as the direct voltage that is generated by the electrical machine, even if this involves rectification (by the inverter) of an alternating voltage that occurs at phase connections of the electrical machine. This can also be referred to as: “the direct voltage that is generated indirectly (e.g. via rectification) by the electrical machine”.
  • the two limits mentioned are each upper limits of a hysteresis.
  • the first current limit is a first transition condition of hysteresis behavior
  • the hysteresis behavior includes in particular a hysteresis based on the phase current and a hysteresis based on the DC voltage.
  • a hysteresis behavior results with a first voltage limit and a first current limit, which are the upper limits in each case Hysteresis behavior and come into play depending on the step (F or AKS). This also applies to the second limits explained below.
  • Another aspect is that if another limit is exceeded (in the form of a second current limit and a second voltage limit), the current state is also changed. This allows the vehicle's kinetic energy to be effectively dissipated, but without damaging electrical components due to overloading (current overload or voltage overload).
  • the first current limit and the second current limit can form part of the first hysteresis control (current hysteresis), the first current limit being the upper limit and the second current limit the lower limit of this first hysteresis or
  • the first hysteresis can be referred to as current hysteresis. If the upper limit, i.e. the first current limit, is reached, the AKS state changes to the freewheeling state. If the second current limit is reached, the AKS state switches to freewheeling.
  • the second hysteresis control or hysteresis corresponds to a voltage hysteresis, the upper limit of this hysteresis being formed by the first voltage limit, and the lower limit of the hysteresis being formed by the second voltage limit, which is smaller than the first voltage limit. Will be the first
  • the system switches to the AKS state or the AKS step.
  • the freewheeling state changes to the AKS step or the AKS state.
  • phase voltage is between the first and second voltage limits (at least within the intermediate phase), and the current in the event of a short circuit is also between the first and second current limits. This avoids overloading due to exceeding the first limits and insufficient reduction in kinetic energy due to falling below the second limits.
  • the braking power being kept within certain limits in regenerative operation, this results in acceptable driving behavior, and in particular there are no strong changes in the braking accelerations, i.e. no strong braking jerks, since for both states within the intermediate phase there is a range between the first and second limits exist, which means that the braking torque (averaged) is also in a certain interval that corresponds to the limits.
  • Embodiments provide that an AKS state or a freewheeling state is set in a preliminary phase.
  • this state is not changed or at least not depending on whether one of the first and second voltage and current limits is exceeded or fallen below.
  • you can switch between the AKS state and the freewheeling state in particular depending on whether an operating parameter such as temperature or similar is exceeded or fallen below.
  • switching can also be carried out depending on whether a current and/or voltage limit is exceeded or fallen below, but not within the scope of one of the hysteresis controls listed here and preferably only depending on a single limit, but not depending on a second limit that affects the same operating parameter (such as current or voltage).
  • the preliminary phase begins with or after the error occurs.
  • the intermediate phase begins (directly or indirectly) after or with the end of the preliminary phase.
  • the preliminary phase can be ended, for example, depending on a driving speed.
  • Embodiments in which the intermediate phase begins when the error occurs in particular have no preliminary phase.
  • Embodiments that have a preliminary phase also have an intermediate phase that is performed after the preliminary phase.
  • Such a preliminary phase can be carried out, for example, in the transition to the hysteresis-related control mentioned at the beginning, for example in order to prepare the control for the intermediate phase. Therefore, the preliminary phase can also be designed to be simpler than the intermediate phase in order to ensure that no high reaction times or complex calculations are required during the preliminary phase.
  • an AKS state or a freewheeling state is set in a post-phase until the end of the post-phase.
  • the post-phase takes place after the intermediate phase.
  • the post-phase begins with the end of the intermediate phase.
  • either the AKS state or the freewheeling state is set, preferably without switching between the states during the post-phase.
  • Further embodiments provide that it is possible to switch between the two states in the post-phase, but only according to simple conditions such as “exceeding or falling below a certain limit”, without any further conditions having to be taken into account. This overshoot or undershoot can affect the phase current, the phase voltage, the speed or the driving speed.
  • the freewheeling state can end in particular when the vehicle comes to a standstill.
  • the post-phase ends when a certain speed is reached (approximately 5 km/h or similar).
  • Embodiments provide for several post-phases to follow one another. This can also be planned for the preliminary phase.
  • the intermediate phase is ended if the first current limit is not reached in step AKS or in the AKS state.
  • a follow-up phase may follow.
  • the intermediate phase is ended if the first current limit is not reached within a predetermined period of time in step AKS, in order to avoid that a delayed reaching of the first current limit due to inductances already leads to the end of the intermediate phase.
  • the first current limit is not reached in step AKS, in particular not within a predetermined period of time, then it can be assumed that the speed of the vehicle is no longer sufficient to generate a current in generator mode (within step AKS or in AKS -State in the intermediate phase), which can lead to a change to the freewheeling state.
  • the intermediate phase is preferably ended. Since the hysteresis-related switching between the AKS state and the freewheeling state is no longer present, the intermediate phase is ended.
  • the intermediate phase can be ended if the first voltage limit is no longer reached in step F or in the freewheeling state. This is the case when the speed of the vehicle is no longer sufficient to achieve an idle voltage in the freewheeling state through the generator operation, which would result in a change from the idle state to the AKS state if the first voltage limit is exceeded.
  • a post-phase can begin, as described above.
  • an AKS state is set in a preliminary phase if the speed of the electric machine is below a speed limit. If the speed of the electric machine is above a speed limit (or corresponds to this), then a freewheeling state is set in the preliminary phase. With it The corresponding mechanism (AKS state or freewheeling state) can be easily set in the preliminary phase, depending on the speed limit. Since the speed of the vehicle corresponds to the speed limit, the vehicle speed can also be used instead of the speed limit. Furthermore, it can generally be provided that a speed limit is used instead of a vehicle speed as a limit (exceeding or falling below which leads to the end of the intermediate phase), or vice versa.
  • the speed of the electric machine is above or below the speed limit by detecting a speed using a speed sensor and comparing it with the speed limit.
  • the set state is preferably maintained unless the speed exceeds or falls below the speed limit in order to set the corresponding state. This also requires only simple calculations and can therefore be carried out safely.
  • a signal can be used that corresponds to the speed or the vehicle speed, in particular by using sensors.
  • a phase voltage or the DC voltage or the phase current can be used as a variable.
  • the height or the (ripple) frequency of the quantities mentioned can be used here.
  • voltage threshold is used here to define a simple comparator decision without hysteresis behavior.
  • current threshold used herein.
  • voltage limit and current limit mentioned at the beginning that is, the first and second current limits and the first and second voltage limits, are used to define a hysteresis behavior, with the first and second limits defining the upper limit and the lower limit of the hysteresis behavior, respectively.
  • a phase current flows, the phase current being detected and compared with a current threshold value.
  • a current threshold value is used to define a simple comparator behavior as follows. If the current threshold value is exceeded, the speed is assumed to be above the speed limit. If the current falls below the threshold value, the speed is assumed to be below the speed limit.
  • the speed or vehicle speed can be determined in the preliminary phase in order to set the appropriate measure (AKS state or freewheeling state).
  • no hysteresis behavior is used in the preliminary phase, but rather a simple, hysteresis-free comparator system that is defined by the relevant threshold value.
  • an electric vehicle drive which has an inverter and an electric machine. This is set up to carry out the procedure described here.
  • the vehicle drive has a control device on. This is connected to the inverter in a driving manner.
  • the control device is set up to carry out the method according to one of the preceding claims.
  • the control device is provided to set the AKS state and the freewheeling state (depending on the conditions mentioned) or to carry out step F and step AKS in accordance with the method described here.
  • the control device is preferably designed to carry out the method described here in the post-phase or the method described here in the preliminary phase.
  • the electric vehicle drive is in particular a traction drive of the vehicle, with the electric machine being connected to the vehicle output in a speed-transmitting manner.
  • the electrical machine is a permanently excited machine, such as a synchronous machine.
  • a vehicle drive control program is described that is set up to carry out the method described here.
  • the control program can be set up to run in a control device that controls the inverter.
  • the control program includes sections for executing the method steps described here, in particular for detecting the phase voltage and phase current as well as for switching between the different states or steps AKS and F.
  • Figures 1 and 2 serve to explain exemplary embodiments in more detail according to the procedure described here. 2 in particular serves to illustrate the effects of repeated changes between the AKS state and the freewheeling state, as also occurs with the procedure according to the invention.
  • Figure 1 shows a diagram to represent the limits (and threshold values) described here, which are used in particular in the method.
  • the phase current l(u/v/w) is plotted on the x-axis, while the y-axis represents the DC voltage on the DC side of the inverter (ie the intermediate circuit voltage), here represented by UDC.
  • UDC intermediate circuit voltage
  • a freewheeling state can be permanently set, which is referred to here as 6SO. Therefore, if a freewheeling state is set in which the DC voltage is below this voltage threshold value, then a freewheeling state can be set independently of the current and voltage limits, which in particular lasts (in contrast to the alternating AKS and freewheeling state according to the method).
  • phase current l(u/v/ ) is below the value lAsc(peak)
  • an AKS state can be set, which is referred to here as 3PS. This can then also be permanent, in particular regardless of the voltage or current limits described here. If both first limits (current limit, voltage limit) are not reached, then either an AKS state or a freewheeling state can be set.
  • a switch is made between the freewheeling state and the AKS state.
  • the first current limit IG1 and the second current limit IG2 are shown in FIG. 1 (which together form a current limit area OC).
  • a first voltage limit UG1 and a second voltage limit UG2 are shown, which form the voltage limit range OV.
  • Both the current limits IG1, IG2 and the voltage limits UG1, UG2 (each) form limits of a hysteresis and together form the limits of the common current- and voltage-dependent hysteresis behavior.
  • an AKS state is set in order to avoid a permanently too high no-load voltage being present at the inverter.
  • the DC voltage in question can be a measured or in particular extrapolated voltage, that is, an estimated voltage that would occur if freewheeling were to be set with the relevant operating parameters.
  • a freewheeling F is set if a (also estimated) phase current would occur that would be above the first current limit IG1.
  • a freewheeling state F is set, as shown.
  • a state is therefore permanently set, in particular a state that is independent of hysteresis behavior, that is, independent of the second limits.
  • FIG. 2 Examples of current and voltage curves are shown in FIG. 2, which represent the effect of the repeated change between freewheeling and AKS, as also occurs in the procedure according to the invention.
  • the course of a phase voltage is shown, here for example in an interval of 320 V to 540 V.
  • the course of a phase current is shown in an interval of -1200 A to 1200 A.
  • the direct voltage UDC shown in the upper half results from the voltage on the direct voltage side of the inverter and in particular from the phase voltages (on the alternating voltage side of the inverter) through rectification (via the inverter).
  • the effective or peak value of one of the phase voltages (or all phase voltages) can also be used as a measure of the DC voltage.
  • the phase voltage is the voltage between two phase connections.
  • phase currents of the individual phases are referred to as III, IV and IW. All three phase currents are shown in the diagram, although embodiments of the procedure shown here can also affect only one of these phase currents, or a (calculated) sum of the phase currents, in particular a sum of the amounts of the individual phase currents III, IV and IW.
  • the voltage UDC corresponds to the direct voltage generated by the electrical machine (on the direct voltage side of the inverter). It can also be seen that the currents IU, IV and IW decrease between the phase FE and the phase AKS1, i.e. in the freewheeling phase F, or are weakened in relation to their previous course.
  • the AKS state AKS1 ranges from approximately 1.6 m/s to 3.4 m/s. This is immediately followed by an intermediate phase T, in which steps AKS and F are carried out alternately.
  • the change takes place according to a hysteresis behavior with two current limits and two voltage limits.
  • FIG. 2 was based on a periodic change (i.e. time-dependent) between AKS and F in the intermediate phase T. This shows the effect of a repeated change between AKS and F, as would essentially also occur in the hysteresis-based procedure according to the invention for changing between AKS and F.
  • the intermediate phase T is followed by a second phase in which an AKS state exists (the first phase in which an AKS state exists is referred to as AKS1). It can be seen that the direct voltage UDC behaves essentially constant after a transient process and that decreasing currents IU to IW result over time.
  • phase AKS1 there can be a pre-phase VP before the intermediate phase T (corresponding to the phase AKS1) and that after the intermediate phase T there can be a post-phase NP (corresponding to the phase AKS2).
  • the phase AKS1 is preceded by an error phase FE, with a freewheeling phase F being provided between the error phase FE and the phase AKS1.
  • only the state AKS1 is counted for the preliminary phase VP, but not the error phase FE.
  • the free-running phase F which precedes the AKS phase, can also be counted together with the AKS1 phase as part of the preliminary phase VP.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Ansteuerung eines Fahrzeugantriebs erzeugt der Inverter, wenn ein Fehler in dem elektrischen Antrieb oder in einer daran angeschlossenen Komponente auftritt, einen AKS-Zustand (AKS) in Form eines aktiven Kurzschlusses von Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine, oder einen Freilaufzustand (F) der elektrischen Maschine. Nach dem Auftreten des Fehlers in einer Zwischenphase (T) werden die Schritte AKS und F abwechselnd ausgeführt. Schritt AKS: Einstellen des AKS-Zustands (AKS), wenn ein Phasenstrom (IU, IV, IW), der durch die Phasenanschlüsse fließt, unter einer ersten Stromgrenze (IG1) liegt und wechseln zu dem Schritt F, wenn der Phasenstrom (IU, IV, IW) die erste Stromgrenze (IG1) erreicht; Schritt F: Einstellen des Freilaufzustands (F), wenn eine von der elektrischen Maschine erzeugte Gleichspannung (UDC) unter einer ersten Spannungsgrenze (UG1) liegt und wechseln zu dem Schritt AKS, wenn die Gleichspannung (UDC) über der ersten Spannungsgrenze (UG1) liegt; Es wird vom Schritt AKS in den Schritt F gewechselt wird, wenn der Phasenstrom (IU, IV, IW) eine zweite Stromgrenze (IG2) erreicht, die unter der ersten Stromgrenze (IG1) liegt. Vom Schritt F wird in den Schritt AKS gewechselt, wenn die Gleichspannung (PS) eine zweite Spannungsgrenze (UG2) erreicht, die unter der ersten Spannungsgrenze (UG1) liegt. Ein Fahrzeugantrieb und ein entsprechendes Steuerprogramm dienen zur Ausführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung
Hysterese basierte Ansteuerung eines Fahrzeugantriebs mit abwechselndem Freilauf- und Kurzschlusszustand im Fehlerfall
Es ist bekannt, Fahrzeuge mit einem elektrischen Antrieb auszustatten, der eine permanenterregte elektrische Maschine aufweist, dessen Phasenanschlüsse mit einem Inverter verbunden sind. Tritt während der Fahrt ein Fehler auf, wird im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine beim Ausrollen elektrische Leistung erzeugt. Sind die Phasenanschlüsse der elektrischen Maschine offen angesteuert, d.h. nicht durch Schalter des Inverters kurzgeschlossen, dann kann eine hohe Spannung auftreten, die elektrische Komponenten zerstören kann, etwa Komponenten des Inverters oder Komponenten, die an die Gleichstromseite des Inverters angeschlossen sind (Zwischenkreiskomponenten). Wird die elektrische Maschine in einem aktiven Kurzschluss betrieben, das heißt in einem Zustand, bei dem die Phasenanschlüsse miteinander gezielt verbunden sind (etwa durch Schalter des Inverters), dann kann im generatorischen Betrieb während des Ausrollens ein Strom entstehen, der ebenso schädigend für elektrische Komponenten des Antriebs sein kann, insbesondere für die Schalter des Inverters, die den Kurzschluss erzeugen.
Ausgehend hiervon besteht eine Aufgabe darin, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich im Fehlerfall eine elektrische Maschine sicher betreiben lässt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Weitere Eigenschaften, Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich mit den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Es wird vorgeschlagen, gemäß einem Hystereseverhalten bezüglich eines Phasenstroms, der durch den generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine erzeugt wird, und gemäß einem Hystereseverhalten bezüglich einer Gleichspannung, die durch den generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine erzeugt wird, abwechselnd einen Freilauf und einen aktiven Kurzschluss auszuführen (gemäß dem Überschreiten der betreffenden Hysteresegrenzen). Durch das Abwechseln zwischen den Zuständen (Freilauf oder aktiver Kurzschluss, AKS) kann beim Ausrollen im generatorischen Betrieb ein dauerhafter Überstrom bzw. eine dauerhafte, zu hohe Spannung vermieden werden. Der Wechsel zwischen den Zuständen ergibt sich hier durch eine Stromobergrenze (erste Stromobergrenze), die im AKS-Zustand auftritt, woraufhin in den Freilaufzustand übergegangen wird. Um im Freilaufzustand zu vermeiden, dass eine dauerhafte, zu hohe Spannung auftritt, wird abhängig vom Erreichen einer Spannungsobergrenze (erste Spannungsgrenze) wieder zurückgestellt in den AKS-Zustand. Immer dann, wenn eine kritische Größe im betreffenden Zustand erreicht wird (im AKS-Zustand ein zu hoher Strom in Form der ersten Stromgrenze und im Freilaufzustand eine zu hohe Spannung in Form der ersten Spannungsgrenze), wird in den jeweils anderen Zustand umgeschaltet, so dass die beiden Grenzen nicht überschritten werden. Die Grenzen, die die Hysterese definieren (d.h. die ersten Grenzen und/oder die zweiten Grenzen) können an die Eigenschaften der elektrischen Maschine bzw. des Inverters angepasst werden, insbesondere durch eine kostengünstige Anpassung von Parametern in einer Steuereinrichtung wie einem Mikroprozessor.
Es ist dadurch möglich, neben dem Spannungsanstieg insbesondere den Stromanstieg zu limitieren. Ein unlimitierter Strom würde zu hohen Magnetfeldern führen, die bei Verwendung einer permanenterregten elektrischen Maschine zu einer dauerhaften (zumindest teilweisen) Entmagnetisierung der Permanentmagnete der elektrischen Maschine führen würde. Die erste Stromgrenze dient daher auch zum Schutz der Permanentmagnete vor dauerhafter Schädigung. Die erste Stromgrenze ist insbesondere geringer als Stromwerte, die zu einer teilweisen (oder vollständigen) Entmagnetisierung der Permanentmagnete führen würde.
Es lässt sich insgesamt auf schonendere Weise auf einen Fehlerzustand des Fahrzeugantriebs oder einer daran angeschlossenen Komponente reagieren, wobei die im generatorischen Betrieb erzeugte Leistung nicht zu einem dauerhaften Überstrom (der zur Schädigung von Permanentmagneten führen kann) oder zu einer dauerhaften Überspannung führt, die (insbesondere auf Grund des dauerhaften Auftretens und der betreffenden Höhe) in der Lage ist, Komponenten wie einen Zwischenkreiskondensator oder Schalter eines Inverters nachhaltig zu schädigen. Insbesondere, wenn sich das Fahrzeug noch bei einer hohen Fahrgeschwindigkeit befindet, kann durch das hier beschriebene Verfahren die kinetische Energie des Fahrzeugs abgebaut werden, ohne dauerhaft durch einen Überstrom oder durch eine Überspannung eine Komponente zu gefährden. Zudem ist die hier beschriebene Vorgehensweise auch dann möglich, wenn die Geschwindigkeit zu hoch ist, als dass ein dauerhafter Freilaufzustand oder ein dauerhafter AKS-Zustand angewandt werden könnte, ohne elektrische Komponenten zu gefährden oder zu zerstören. Hierdurch kann auch sichere Weise auf einen Fehlerzustand reagiert werden, der in dem Fahrzeugantrieb oder in einer daran angeschlossenen Komponente auftritt, etwa in einem Traktionsakkumulator, der mit dem Fahrzeugantrieb leistungsübertragen verbunden ist. Die Gleichspannung, die durch den generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine erzeugt wird, entspricht insbesondere einer Zwischenkreisspannung bzw. einer Gleichspannung an der Gleichspannungsseite des Inverters.
Der Inverter weist auch eine Wechselspannungsseite auf, die mit der elektrischen Maschine bzw. mit deren Phasenanschlüssen verbunden ist. Der Inverter ist insbesondere eingerichtet, Leistung von der Gleichspannungsseite an die Wechselspannungsseite zu übertragen. Der Inverter ist insbesondere mit Schaltern ausgestattet, die auch in offenem Zustand Strom von der Wechselspannungsseite an die Gleichspannungsseite leiten, wenn eine Spannung an der Wechselspannungsseite größer als eine Spannung an der Gleichspannungsseite ist, wobei hierbei insbesondere Inversdioden der Schalter diese Leitung vorsehen. Es kann sich etwa im Freilaufzustand eine Spannung an der Wechselspannungsseite ergeben, die größer ist als die an der Gleichspannungsseite, so dass es im Freilaufzustand zu einem Stromfluss zur Gleichspannungsseite hin ergibt bei einer Spannung, deren Höhe kritisch sein kann für den Inverter oder für Komponenten, die an die Gleichspannungsseite angeschlossen sind. Durch die erfindungsgemäße hysteresebezogene Umschaltung in diesem Fall vom Freilaufzustand („6SO“) in den Zustand des aktiven Kurzschlusses („AKS“, „3PS“) wird vermieden, dass der Inverter gleichspannungsseitig eine zu hohe Spannung (auf Dauer) erhält.
Es wird daher ein Verfahren zur Ansteuerung eines Fahrzeugantriebs beschrieben, wobei der Fahrzeugantrieb eine elektrische Maschine und ein Inverter aufweist. Die elektrische Maschine ist eine Traktionsmaschine, die insbesondere permanenterregt ist. Der Inverter dient zur Ansteuerung der Maschine und ist insbesondere mit den Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine verbunden. Der Inverter weist insbesondere eine Wechselspannungsseite auf, die mit diesen Phasenanschlüssen verbunden ist. Mittels des Inverters können die beiden erwähnten Zustände eingestellt werden (neben einem Fahrzustand und ggf. einem gesteuerten Rekuperationszustand für den fehlerfreien Betrieb). Wenn ein Fehler in dem elektrischen Antrieb oder allgemein im Fahrzeug auftritt, erzeugt der Inverter einen AKS-Zustand, in dem ein aktiver Kurzschluss der Phasenanschlüsse der elektrischen Maschine erzeugt wird. Da der Inverter auch für den Normalbetrieb mit den Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine verbunden ist, so ist er auch in der Lage, den aktiven Kurzschluss anzusteuern. Dies kann insbesondere vorgesehen werden durch Ansteuern eines AN-Zustands aller High-Side-Transistoren oder aller Low-Side-Transistoren, während die jeweils gegenüberliegenden Transistoren (Low-Side-Transistoren bzw.
High-Side-Transistoren) offen sind.
Wenn ein Fehler in dem elektrischen Antrieb oder in einer daran angeschlossenen Komponente auftritt, wird insbesondere ein Akkumulator von dem Inverter bzw. einem Zwischenkreis abgetrennt, insbesondere von dessen Gleichspannungsseite. Dadurch wird ein Leistungsfluss vom Akkumulator in den Inverter bzw. in die elektrische Maschine vermieden, die sich im AKS-Zustand oder in einem Freilaufzustand (wie im Weiteren dargestellt) befindet. Wenn ein Fehler in dem elektrischen Antrieb oder in einer daran angeschlossenen Komponente auftritt, wird vorzugsweise zunächst der Akkumulator abgetrennt, bevor ein AKS-Zustand oder ein Freilaufzustand eingestellt wird. Der Akkumulator kann wieder zum Inverter bzw. zu dem Zwischenkreis zugeschaltet werden, wenn der Fehlerzustand nicht mehr besteht und wenn weder AKS noch Freilaufzustand bestehen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Akkumulator kann wieder zum Inverter bzw. zu dem Zwischenkreis zugeschaltet wird, wenn ein Rücksetzsignal vorliegt, das einen fehlerfreien Betrieb und eine durchgeführte Überprüfung des Antriebs kennzeichnet.
Ferner ist der Inverter eingerichtet, einen Freilaufzustand der elektrischen Maschine zu erzeugen. Dies wird durchgeführt, indem die Transistoren des Inverters in einen offenen Zustand geschaltet werden. Der Inverter ist in der Lage, den AKS-Zustand und den Freilaufzustand einzustellen, jedoch nicht gleichzeitig. Somit ist der Inverter eingerichtet, im Fehlerfall den AKS-Zustand oder den Freilaufzustand einzustellen. Naturgemäß können beide Zustände nicht gleichzeitig eingestellt werden. Tritt ein Fehler auf, werden in einer Zwischenphase beide Zustände abwechselnd ausgeführt. Insbesondere werden Schritte, die als AKS und als F bezeichnet werden, abwechselnd ausgeführt, wobei diese Schritte das Einstellen eines der beiden Zustände umfassen, sowie das Wechseln zu dem jeweiligen anderen Schritt bzw. dem jeweiligen anderen Zustand, wenn eine betreffende erste Grenze erreicht wird. Die sich so ergebenden ersten Grenzen bilden insbesondere eine Obergrenze für das betreffende Hystereseverhalten.
Im Schritt AKS, der insbesondere den aktiven Kurzschluss und dessen Wechsel zum Freilauf abhängig vom Erreichen einer ersten Stromgrenze darstellt, wird der AKS-Zustand eingestellt. Dies geschieht insbesondere zu Beginn dieses Schrittes. Insbesondere wird dann der AKS-Zustand eingestellt, wenn ein Phasenstrom, der durch die Phasenanschlüsse fließt, unter einer ersten Stromgrenze liegt. Diese erste Stromgrenze kann eine (ggf. mit Sicherheitsmarge versehene) Dauerbelastungsgrenze sein, jenseits der mindestens eine Komponente des Fahrzeugantriebs gefährdet ist auf Grund des zu hohen dauerhaften Stroms. Insbesondere auf Grund von Induktivitäten ist der Phasenstrom zu Beginn des Schritts AKS gering und steigt gemäß der Induktivitäten (etwa der elektrischen Maschine) an. Es wird zu dem Schritt F gewechselt (insbesondere in den Freilaufzustand), wenn der Phasenstrom die erste Stromgrenze erreicht. In einem Schritt F, der insbesondere den Freilaufzustand und das Wechseln zum Schritt AKS abhängig vom Überschreiten einer ersten Spannungsgrenze durch die Leerlaufspannung betrifft, wird zunächst der Freilaufzustand eingestellt.
Insbesondere wird dann in dem Schritt F der Freilaufzustand eingestellt, wenn eine Gleichspannung, die von der elektrischen Maschine erzeugt wird, unter einer ersten Spannungsgrenze liegt. Ferner ist in dem Schritt F vorgesehen, dass in den Schritt AKS gewechselt wird, wenn die Gleichspannung über der ersten Spannungsgrenze liegt. Die elektrische Maschine erzeugt diese Gleichspannung insbesondere an einer Gleichspannungsseite des Inverters, der an die elektrische Maschine angeschlossen ist. Als Gleichspannung wird daher auch eine Spannung bezeichnet, die sich durch Gleichrichten einer Generator-Wechselspannung ergibt, die an den Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine erzeugt wird. Da die Erzeugung der Gleichspannung auf den generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine zurückgeht, wird diese als Gleichspannung bezeichnet, die von der elektrischen Maschine erzeugt wird, auch wenn dies eine Gleichrichtung (durch den Inverter) einer Wechselspannung beinhaltet, die an Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine auftritt. Dies kann auch bezeichnet werden als: „die Gleichspannung, die indirekt (etwa über Gleichrichtung) von der elektrischen Maschine erzeugt wird“.
Das Wechseln in den Schritt F beendet den Schritt AKS, und das Wechseln in den Schritt AKS innerhalb des Schritts F beendet den Schritt F. Die beiden genannten Grenzen sind jeweils Obergrenzen einer Hysterese. Die erste Stromgrenze ist eine erste Übergangsbedingung eines Hystereseverhaltens, während die erste Spannungsgrenze eine weitere Übergangsbedingung des Hystereseverhaltens ist. Während das Überschreiten der ersten Stromgrenze zu dem Übergang zum Freilaufzustand führt, führt das Überschreiten der ersten Spannungsgrenze zu einem aktiven Kurzschluss (= AKS-Zustand). Das Hystereseverhaltens beinhaltet hierbei insbesondere eine Hysterese bezogen auf den Phasenstrom und eine Hysterese bezogen auf die Gleichspannung. Da diese Hysteresen miteinander verschränkt sind, ergibt sich ein Hystereseverhalten mit einer ersten Spannungsgrenze und mit einer ersten Stromgrenze, die jeweils Obergrenzen den Hystereseverhaltens sind und abhängig von Schritt (F oder AKS) zum Tragen kommen. Dies gilt auch für die im Weiteren erläuterten zweiten Grenzen.
Ein weiterer Aspekt ist es, dass bei Unterschreiten einer weiteren Grenze (in Form einer zweiten Stromgrenze und einer zweiten Spannungsgrenze) ebenso der aktuelle Zustand gewechselt wird. Dies ermöglicht einen effektiven Abbau der kinetischen Energie des Fahrzeugs, ohne jedoch elektrische Komponenten durch Überlastung (Stromüberlastung oder Spannungsüberlastung) zu schädigen.
Insgesamt ergeben sich dadurch zwei Hysteresesteuerungen, nämlich eine Strom-Hysterese und eine Spannungs-Hysterese. Wie erwähnt sind die Hysteresen miteinander verschränkt sind, und es ergibt sich ein Hystereseverhalten sowohl für den Phasenstrom als auch für die Gleichspannung. Die erste Stromgrenze und die zweite Stromgrenze können einen Teil der ersten Hysteresesteuerung (Strom-Hysterese) bilden, wobei die erste Stromgrenze die Obergrenze und die zweite Stromgrenze die Untergrenze dieser ersten Hysterese bzw.
Hysteresesteuerung bildet. Die erste Hysterese kann als Strom hysterese bezeichnet werden. Wird die Obergrenze, das heißt die erste Stromgrenze, erreicht, dann wird vom AKS-Zustand in den Freilaufzustand gewechselt. Wird die zweite Stromgrenze erreicht, wird vom AKS-Zustand in den Freilauf gewechselt. Die zweite Hysteresesteuerung bzw. Hysterese entspricht einer Spannungs-Hysterese, wobei die Obergrenze dieser Hysterese von der ersten Spannungsgrenze gebildet wird, und die Untergrenze der Hysterese von der zweiten Spannungsgrenze gebildet wird, die kleiner ist als die erste Spannungsgrenze. Wird die erste
Spannungsgrenze erreicht, dann wird in den AKS-Zustand bzw. in den Schritt AKS gewechselt. Wird hingegen die zweite Spannungsgrenze erreicht, dann wird vom Freilaufzustand in den Schritt AKS bzw. in den AKS-Zustand gewechselt.
Beim Überschreiten der ersten Stromgrenze oder beim Unterschreiten der zweiten Stromgrenze wird somit vom AKS-Zustand in den Freilaufzustand gewechselt bzw. vom Schritt AKS in den Schritt F. Beim Überschreiten der ersten Spannungsgrenze und beim Unterschreiten der zweiten Spannungsgrenze wird vom Freilaufzustand in den Schritt AKS bzw. in den AKS-Zustand gewechselt. Dadurch ergibt sich ein automatisch abwechselndes Verhalten, wobei sichergestellt ist, dass weder eine Stromobergrenze noch eine Spannungsobergrenze (erste Grenzen) überschritten wird, und wobei ferner zum effektiven Abbau der kinetischen Energie ein Wechsel auf Grund des Unterschreitens der jeweiligen zweiten Grenze stattfindet. Damit liegt innerhalb der Zwischenphase ein ständiger Wechsel vor. Es ergibt sich ferner, dass sich die Phasenspannung zwischen der ersten und der zweiten Spannungsgrenze befindet (zumindest innerhalb der Zwischenphase), und der Strom im Kurzschlussfall ebenso zwischen der ersten und zweiten Stromgrenze vorliegt. Dadurch wird eine Überlastung durch Überschreiten der ersten Grenzen und ein zu geringer Abbau der kinetischen Energie durch Unterschreiten der zweiten Grenzen vermieden. Darüber hinaus ergibt sich auf Grund der dadurch in bestimmten Grenzen gehaltenen Bremsleistung im generatorischen Betrieb ein akzeptables Fahrverhalten, und es ergeben sich insbesondere keine starken Änderungen der Bremsbeschleunigungen, das heißt keine starken Bremsrucke, da für beide Zustände innerhalb der Zwischenphase ein Bereich zwischen den ersten und zweiten Grenzen vorliegt, der dazu führt, dass auch das Bremsdrehmoment (gemittelt) in einem bestimmten Intervall liegt, welches mit den Grenzen korrespondiert.
Das vorangehend Erwähnte betrifft insbesondere eine Zwischenphase, wobei bei Geschwindigkeiten unterhalb einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit auch andere, gegebenenfalls konstante Maßnahmen getroffen werden können.
Ausführungsformen sehen vor, dass in einer Vorphase ein AKS-Zustand oder ein Freilaufzustand eingestellt wird. Innerhalb der Vorphase wird dieser Zustand nicht gewechselt oder zumindest nicht abhängig von dem Über- oder Unterschreiten einer der ersten und zweiten Spannungs- und Stromgrenzen. In der Vorphase kann zwischen AKS-Zustand und Freilaufzustand gewechselt werden, insbesondere abhängig von dem Über- oder Unterschreiten eines Betriebsparameters wie Temperatur oder ähnlichem. Innerhalb der Vorphase kann auch abhängig von dem Über- oder Unterschreiten einer Strom- und/oder Spannungsgrenze umgeschaltet werden, jedoch nicht im Rahmen einer der hier aufgeführten Hysteresesteuerungen und vorzugsweise auch nur abhängig von einer einzigen Grenze, jedoch nicht abhängig von einer zweiten Grenze, die denselben Betriebsparameter (etwa Strom oder Spannung) betrifft. Die Vorphase beginnt mit oder nach dem Auftreten des Fehlers. Die Zwischenphase beginnt (direkt oder indirekt) nach oder mit dem Ende der Vorphase. Die Vorphase kann beispielsweise abhängig von einer Fahrgeschwindigkeit beendet werden. Ausführungsformen, bei denen mit dem Auftreten des Fehlers die Zwischenphase beginnt, weisen insbesondere keine Vorphase auf. Ausführungsformen, die eine Vorphase aufweisen, weisen auch eine Zwischenphase auf, die nach der Vorphase durchgeführt wird. Eine derartige Vorphase kann beispielsweise in dem Übergang zu der eingangs erwähnten hysteresebezogenen Steuerung durchgeführt werden, etwa um die Steuerung auf die Zwischenphase vorzubereiten. Daher kann die Vorphase auch einfacher ausgestaltet sein als die Zwischenphase, um so zu erreichen, dass während der Vorphase keine hohen Reaktionszeiten oder komplexe Berechnungen erforderlich sind. Um eine derartige vereinfachte Vorphase vorzusehen, kann diese vorsehen, dass nur ein AKS-Zustand oder ein Freilaufzustand eingestellt wird, oder dass ein Wechsel nur gemäß einer einfachen Bedingung wie „Überschreiten oder Unterschreiten einer Grenze“ durchgeführt wird, ohne dass weitere Bedingungen zu erfüllen wären.
Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass in einer Nachphase ein AKS-Zustand oder ein Freilaufzustand bis zum Ende der Nachphase eingestellt wird. Die Nachphase findet nach der Zwischenphase statt. Insbesondere beginnt die Nachphase mit dem Ende der Zwischenphase. In der Nachphase wird entweder der AKS-Zustand oder der Freilaufzustand eingestellt, vorzugsweise ohne Wechsel zwischen den Zuständen während der Nachphase. Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass in der Nachphase zwischen den beiden Zuständen gewechselt werden kann, jedoch nur gemäß einfachen Bedingungen wie „Überschreiten oder Unterschreiten einer bestimmten Grenze“, ohne dass weitere Bedingungen zu berücksichtigen sind. Dieses Über- und Unterschreiten kann den Phasenstrom, die Phasenspannung, die Drehzahl oder die Fahrgeschwindigkeit betreffen. Der Freilaufzustand kann insbesondere mit dem Stillstand des Fahrzeugs enden. Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass die Nachphase mit dem Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit (etwa 5 km/h oder ähnliches) endet. Ausführungsformen sehen vor, dass mehrere Nachphasen aufeinanderfolgen. Dies kann auch für die Vorphase vorgesehen sein.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Zwischenphase beendet wird, wenn im Schritt AKS oder im AKS-Zustand die erste Stromgrenze nicht erreicht wird. Es kann sich eine Nachphase anschließen. Insbesondere wird die Zwischenphase beendet, wenn in dem Schritt AKS die erste Stromgrenze nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer erreicht wird, um so zu vermeiden, dass auf Grund von Induktivitäten ein verzögertes Erreichen der ersten Stromgrenze bereits zum Beenden der Zwischenphase führt. Wenn im Schritt AKS die erste Stromgrenze nicht erreicht wird, insbesondere auch nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer, dann ist davon auszugehen, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht mehr ausreicht, um im generatorischen Betrieb einen Strom zu erzeugen (innerhalb des Schritts AKS bzw. im AKS-Zustand in der Zwischenphase), die zum Wechseln zum Freilaufzustand führen kann. In diesem Fall wird die Zwischenphase vorzugsweise beendet. Da damit das hysteresebedingte Wechseln zwischen AKS-Zustand und Freilaufzustand nicht mehr vorliegt, wird die Zwischenphase beendet.
Alternativ und in Kombination hierzu kann die Zwischenphase beendet werden, wenn im Schritt F bzw. im Freilaufzustand die erste Spannungsgrenze nicht mehr erreicht wird. Dies ist der Fall, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs nicht mehr ausreicht, um durch den generatorischen Betrieb eine Leerlaufspannung im Freilaufzustand zu erreichen, die durch Überschreiten der ersten Spannungsgrenze dazu führen würde, dass vom Leerlaufzustand in den AKS-Zustand gewechselt wird. Mit dem Beenden der Zwischenphase kann eine Nachphase, wie vorangehend beschrieben, beginnen.
Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass mit dem Auftreten eines Fehlers, das vor der Zwischenphase stattfindet, in einer Vorphase ein AKS-Zustand eingestellt wird, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine unter einer Drehzahlgrenze liegt. Liegt die Drehzahl der elektrischen Maschine über einer Drehzahlgrenze (oder entspricht dieser), dann wird in der Vorphase ein Freilaufzustand eingestellt. Damit kann auf einfache Weise in der Vorphase der entsprechende Mechanismus (AKS-Zustand oder Freilaufzustand) eingestellt werden, abhängig von der Drehzahlgrenze. Da die Geschwindigkeit des Fahrzeugs der Drehzahlgrenze entspricht, kann anstatt der Drehzahlgrenze auch die Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden. Ferner kann allgemein vorgesehen werden, dass anstatt einer Fahrzeuggeschwindigkeit als Grenze (deren Über- oder Unterschreiten zum Ende der Zwischenphase führt) eine Drehzahlgrenze verwendet wird, oder umgekehrt.
Insbesondere kann zu Beginn der Vorphase ermittelt werden, ob die Drehzahl der elektrischen Maschine über oder unter der Drehzahlgrenze liegt, indem eine Drehzahl mittels eines Drehzahlsensors erfasst wird und mit der Drehzahlgrenze verglichen wird. In gleicher Weise kann zu Beginn der Vorphase ermittelt werden, ob eine Fahrzeuggeschwindigkeit über einer Fahrzeuggeschwindigkeitsgrenze liegt, indem die Fahrzeuggeschwindigkeit erfasst wird und mit einer Fahrzeuggeschwindigkeitsgrenze verglichen wird. Da auch die Fahrzeuggeschwindigkeit auf einfache Weise ermittelt werden kann bzw. im Fahrzeug vorliegt, kann daher zu Beginn der Vorphase auf einfache Weise der Freilaufzustand eingestellt werden oder der AKS-Zustand, abhängig von der Drehzahl der elektrischen Maschine oder der Fahrzeuggeschwindigkeit. In der Vorphase wird der eingestellte Zustand vorzugsweise beibehalten, es sei denn, die Drehzahl übersteigt die Drehzahlgrenze oder fällt unter diese, um so den entsprechenden Zustand einzustellen. Auch dies erfordert nur einfache Berechnungen und kann daher sicher ausgeführt werden.
Zur Ermittlung der Drehzahl bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit kann wie erwähnt ein Signal verwendet werden, das der Drehzahl bzw. der Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht, insbesondere durch Verwendung von Sensoren. Alternativ kann hierzu eine Phasenspannung oder die Gleichspannung oder auch der Phasenstrom als Größe verwendet werden. Hierbei kann die Höhe oder die (Ripple-)Frequenz der genannten Größen verwendet werden. Zu Beginn der Vorphase kann daher ermittelt werden, ob die Drehzahl der elektrischen Maschine über oder unter einer Drehzahlgrenze liegt, indem zu Beginn der Vorphase ein Freilaufzustand eingestellt wird. Während diesem wird die Phasenspannung erfasst und mit einem Spannungsschwellenwert verglichen. Bei Überschreiten des Spannungsschwellenwerts wird von einer Drehzahl ausgegangen, die über der Drehzahlgrenze liegt. Bei Unterschreiten des Spannungsschwellenwerts wird von einer Drehzahl ausgegangen, die unter der Drehzahlgrenze liegt. Entsprechendes gilt auch für die Fahrzeuggeschwindigkeit und die betreffende Geschwindigkeitsgrenze. Der Begriff Spannungsschwellenwert wird hierbei verwendet, um eine einfache Komperatorentscheidung ohne Hystereseverhalten zu definieren. Gleiches gilt auch für den hierin verwendeten Begriff Stromschwellenwert. Die eingangs erwähnten Begriffe Spannungsgrenze und Stromgrenze, das heißt die erste und die zweite Stromgrenze und die erste und die zweite Spannungsgrenze, werden verwendet, um ein Hystereseverhalten zu definieren, wobei die erste und zweite Grenze die Obergrenze bzw. die Untergrenze des Hystereseverhaltens definieren.
Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass zu Beginn der Vorphase ermittelt wird, ob die Drehzahl der elektrischen Maschine über oder unter der Drehzahlgrenze liegt, indem zu Beginn der Vorphase ein AKS-Zustand eingestellt wird. Während diesem fließt ein Phasenstrom, wobei der Phasenstrom erfasst wird und mit einem Stromschwellenwert verglichen wird. Dieser dient zur Definition eines einfachen Komperatorverhaltens wie folgt. Bei Überschreiten des Stromschwellenwerts wird von einer Drehzahl ausgegangen, die über der Drehzahlgrenze liegt. Bei Unterschreiten des Stromschwellenwerts wird von einer Drehzahl ausgegangen, die unter der Drehzahlgrenze liegt. Dadurch kann durch die Erfassung des Phasenstroms und mittels eines einfachen Komperatorvergleichs, ohne Hystereseverhalten, in der Vorphase auf die Drehzahl bzw. auf die Fahrzeuggeschwindigkeit geschlossen werden, um so die geeignete Maßnahme (AKS-Zustand oder Freilaufzustand) einzustellen. Auch hier wird in der Vorphase kein Hystereseverhalten verwendet, sondern eine einfache, hysteresefreie Komperatorsystematik, die definiert ist durch den betreffenden Schwellenwert.
Ferner wird ein elektrischer Fahrzeugantrieb beschrieben, der einen Inverter und eine elektrische Maschine aufweist. Dieser ist eingerichtet, das hier beschriebene Verfahren auszuführen. Hierzu weist der Fahrzeugantrieb eine Steuervorrichtung auf. Diese ist ansteuernd mit dem Inverter verbunden. Die Steuervorrichtung ist eingerichtet, das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen. Insbesondere ist die Steuervorrichtung vorgesehen, gemäß dem hier beschriebenen Verfahren den AKS-Zustand und den Freilaufzustand (abhängig von den genannten Bedingungen) einzustellen bzw. den Schritt F und den Schritt AKS auszuführen. Zudem ist die Steuereinrichtung vorzugsweise ausgebildet, das hier beschriebene Verfahren in der Nachphase bzw. das hier beschriebene Verfahren in der Vorphase auszuführen.
Der elektrische Fahrzeugantrieb ist insbesondere ein Traktionsantrieb des Fahrzeugs, wobei die elektrische Maschine drehzahlübertragend mit dem Fahrzeugabtrieb verbunden ist. Die elektrische Maschine ist hierbei eine permanenterregte Maschine, etwa eine Synchronmaschine.
Weiterhin wird ein Fahrzeugantrieb-Steuerungsprogramm beschrieben, das eingerichtet ist, das hier beschriebene Verfahren durchzuführen. Hierbei kann das Steuerungsprogramm eingerichtet sein, in einer Steuervorrichtung abzulaufen, die den Inverter ansteuert. Das Steuerungsprogramm umfasst Abschnitte zur Ausführung der hier beschriebenen Verfahrensschritte, insbesondere zur Erfassung der Phasenspannung und des Phasenstroms sowie zum Wechseln zwischen den verschiedenen Zuständen bzw. Schritten AKS und F.
Die Figuren 1 und 2 dienen zur näheren Erläuterung von beispielhaften Ausführungsformen gemäß der hier beschriebenen Vorgehensweise. Insbesondere die Figur 2 dient zur Darstellung der Auswirkungen von wiederholten Wechseln von AKS-Zustand und Freilaufzustand, wie es auch bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise auftritt.
Figur 1 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der hier beschriebenen Grenzen (und Schwellenwerte), die insbesondere im Verfahren verwendet werden. Auf der x-Achse ist der Phasenstrom l(u/v/w) aufgetragen, während die y-Achse die Gleichspannung an der Gleichstromseite des Inverters (d.h. die Zwischenkreisspannung) wiedergibt, hier dargestellt durch UDC. Liegt die Gleichspannung unter dem Spannungsschwellenwert UBat(max), dann kann dauerhaft ein Freilaufzustand eingestellt werden, der hier als 6SO bezeichnet wird. Ist daher ein Freilaufzustand eingestellt, bei dem die Gleichspannung unter diesem Spannungsschwellenwert liegt, dann kann unabhängig der Strom- und Spannungsgrenzen ein Freilaufzustand eingestellt sein, der insbesondere andauert (im Gegensatz zu dem verfahrensgemäß abwechselnden AKS- und Freilaufzustand). Liegt der Phasenstrom l(u/v/ ) unter dem Wert lAsc(peak), dann kann ein AKS-Zustand eingestellt sein, der hier als 3PS bezeichnet wird. Auch dieser kann dann dauerhaft sein, insbesondere unabhängig von den hier beschriebenen Spannungs- bzw. Stromgrenzen. Sind somit beide ersten Grenzen (Stromgrenze, Spannungsgrenze) nicht erreicht, dann kann wahlweise ein AKS-Zustand oder ein Freilaufzustand eingestellt werden.
Für höhere Phasenströme bzw. Gleichspannungen (größer als UBat(max) bzw. lAsc(peak)) wird abhängig von Spannungsgrenzen UG1 , UG2 und Stromgrenzen IG1 , IG2 zwischen dem Freilaufzustand und dem AKS-Zustand gewechselt. Hierzu ist in der Figur 1 die erste Stromgrenze IG1 und die zweite Stromgrenze IG2 eingezeichnet (die zusammen einen Stromgrenzbereich OC bilden). Ferner ist eine erste Spannungsgrenze UG1 und eine zweite Spannungsgrenze UG2 eingezeichnet, die den Spannungsgrenzbereich OV bilden. Sowohl die Stromgrenzen IG1 , IG2 als auch die Spannungsgrenzen UG1 , UG2 bilden (jeweils) Grenzen einer Hysterese und bilden zusammen die Grenzen des gemeinsamen ström- und spannungsabhängigen Hystereseverhaltens.
Das Überschreiten der Grenzen der dargestellten Hysteresen (Hyst.) führt zum Wechsel vom AKS-Zustand zum Freilaufzustand, oder umgekehrt. Da im Freilaufzustand die Spannungsgrenzen UG1 , UG2 relevant sind und im AKS-Zustand die Stromgrenzen IG2, IG1 relevant sind zur Umschaltung, können die dargestellten Spannungs- und Strom hysteresen einem gemeinsamen Hystereseverhalten zugeordnet sein. Mit anderen Worten sind im AKS-Zustand nur die Stromgrenzen IG1 , IG2 zur Umschaltung bzw. zum Wechseln zwischen den Schritten AKS und F relevant, nicht jedoch die Spannungsgrenzen UG1 , UG2. In gleicher weise sind im Freilaufzustand die Stromgrenzen IG1 , IG2 nicht relevant, sondern nur die Spannungsgrenzen UG1 , UG2.
Es ergibt sich somit ein Hysteresebereich, der mit Hyst. Bezeichnet ist, und der dazu führt, dass beim Überschreiten der ersten Grenzen UG1 , IG1 der Zustand gewechselt wird, das heißt vom AKS-Zustand in den Freilaufzustand oder umgekehrt, und das beim Unterschreiten der zweiten Grenzen, das heißt der Grenzen UG2 bzw. IG2, ebenso der Zustand gewechselt wird.
Aus der Figur 1 ist ferner ersichtlich, dass bei Phasenspannungen oberhalb der ersten Spannungsgrenze UG1 ein AKS-Zustand eingestellt wird, um so zu vermeiden, dass dauerhaft eine zu hohe Leerlaufspannung am Inverter anliegt. Die betreffende Gleichspannung kann eine gemessene oder insbesondere extrapolierte Spannung sein, das heißt, eine geschätzte Spannung, die auftreten würde, wenn bei den betreffenden Betriebsparametern ein Freilauf eingestellt werden würde.
In gleicher Weise wird ein Freilauf F eingestellt, wenn ein (ebenso geschätzter) Phasenstrom auftreten würde, der über der ersten Stromgrenze IG1 liegen würde. In diesem Fall wird, wie dargestellt, ein Freilaufzustand F eingestellt. Oberhalb dieser Strom- und Spannungsgrenzbereiche UV, OC wird daher dauerhaft ein Zustand eingestellt, insbesondere ein Zustand, der unabhängig ist vom einem Hystereseverhalten, das heißt unabhängig von den zweiten Grenzen.
In der Figur 2 sind beispielhafte Strom- und Spannungsverläufe dargestellt, die den Effekt des wiederholten Wechsels zwischen Freilauf und AKS darstellen, wie er auch bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise auftritt.
In der oberen Hälfte des Diagramms ist der Verlauf einer Phasenspannung dargestellt, hier beispielhaft in einem Intervall von 320 V bis 540 V. In der unteren Hälfte des Diagramms ist der der Verlauf eines Phasenstroms dargestellt in einem Intervall von -1200 A bis 1200 A. Für beide Darstellungen ist dieselbe Zeitachse (x-Achse) vorgesehen, wobei hier ein Zeitraum zwischen 0 ms und 7 ms gezeigt wird. Die in der oberen Hälfte dargestellte Gleichspannung UDC ergibt sich aus der Spannung an der Gleichspannungsseite des Inverters und insbesondere aus den Phasenspannungen (an der Wechselspannungsseite des Inverters) durch Gleichrichtung (über den Inverter). Allgemein kann anstatt der Gleichspannung auch der Effektiv- oder Scheitelwert einer der Phasenspannungen (oder aller Phasenspannungen) als Maß für die Gleichspannung verwendet werden. Als Phasenspannung wird die Spannung zwischen zwei Phasenanschlüssen bezeichnet.
Die Phasenströme der einzelnen Phasen werden als III, IV und IW bezeichnet. Im Diagramm sind alle drei Phasenströme dargestellt, wobei jedoch Ausführungsformen der hier dargestellten Vorgehensweise auch nur einen dieser Phasenströme betreffen kann, oder eine (rechnerische) Summe der Phasenströme, insbesondere eine Summe der Beträge der einzelnen Phasenströme III, IV und IW.
In der Figur 2 wird der Strom- und Spannungsverlauf bei fehlerfreiem Betrieb zwischen den Zeitpunkten mit 0 ms und 1 ,5 ms dargestellt. In der Figur 2, die ein Simulationsergebnis darstellt, wird zum Zeitpunkt 1 ,5 ms von einem Fehler ausgegangen („frozen PWM“, d.h. keine taktende Pulsweitenmodulation). Dadurch sinkt in diesem Bereich die Spannung UDC, vgl. insbesondere den Bereich FE, in dem ein Fehler stattfindet. Mit dem Ende des Bereichs FE beginnt eine kurze Phase, in der ein Freilauf F stattfindet. Das Einstellen des Freilaufs F ist die Reaktion auf den Fehler, der zum Zeitpunkt 1 ,5 ms auftritt. Es ist zu erkennen, dass in diesem Zeitabschnitt, der mit dem Ende von FE beginnt und im Anfang von AKS1 endet, die Spannung UDC deutlich ansteigt. Die Spannung UDC entspricht der Gleichspannung, die von der elektrischen Maschine (an der Gleichspannungsseite des Inverters) erzeugt wird. Es ist ferner zu erkennen, dass die Ströme IU, IV und IW zwischen der Phase FE und der Phase AKS1 , d.h. in der Phase des Freilaufs F, abnehmen bzw. bezogen auf ihren vorherigen Verlauf abgeschwächt sind.
Die Erhöhung der Gleichspannung UDC bzw. die Abschwächung der Ströme IU bis IW endet mit dem Beginn der Phase AKS1 , die einen AKS-Zustand darstellt. Das in Figur 2 dargestellte Einschwingverhalten von UDC zu Beginn von AKS1 erklärt sich durch die Induktivitäten der elektrischen Maschine.
Der AKS-Zustand AKS1 reicht von circa 1 ,6 m/s bis 3,4 m/s. Es folgt direkt eine Zwischenphase T, in der die Schritte AKS und F abwechselnd ausgeführt werden. Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise findet der Wechsel gemäß einem Hysterese-Verhalten mit zwei Stromgrenzen und zwei Spannungsgrenzen statt. Zur Vereinfachung der dargestellten Simulation wurde der Figur 2 in der Zwischenphase T ein periodischer Wechsel (d.h. zeitabhängiger) zwischen AKS und F zugrunde gelegt. Dadurch wird die Auswirkung eines wiederholten Wechsels zwischen AKS und F dargestellt, wie er im Wesentlichen auch bei der erfindungsgemäßen Hysterese-basierte Vorgehensweise zum Wechsel zwischen AKS und F auftreten würde. Zwar würde die erfindungsgemäße Hysterese-basierte Abwechslung von AKS und F nicht zu exakt periodischen Wechseln führen, jedoch nähert die dargestellte Simulation den wiederholten Wechsel zwischen AKS und F mit ausreichender Präzision an, um die Auswirkungen der erfindungsgemäßen Zwischenphase auf Strom und Spannung im Groben darzustellen.
Es ist zu erkennen, dass in der Zwischenphase T durch den wiederholten Wechsel nach und nach die Magnetisierung der Induktivitäten abgebaut wird und dass die Spannung UDC nach jedem Wechsel zu einem Freilauf mit zunehmend flacherem Gradienten ansteigt. Daher ist zu erkennen, dass durch die Zwischenphase bzw. durch den Wechsel zwischen AKS und F kontrolliert Magnetisierungsenergie abgebaut werden kann und sich nach und nach der Spannungsanstieg beim Wechsel auf einen Freilaufzustand abflacht. Gleichermaßen ist zu erkennen, dass die Ströme und auch die Stromausschläge ebenso begrenzt sind. Durch diesen kontrollierten Abbau lässt sich daher ein Fehlerfall einer permanent erregten Synchronmaschine kontrolliert beherrschen.
Bei einer Hysterese-basierten Umschaltung in der Zwischenphase T würden jedoch im Gegensatz zur Figur 1 , bei der ein periodischer Wechsel zwischen AKS und F zugrunde liegt, die einzelnen Spitzen in der Spannung UDC auf derselben Höhe liegen, da eine obere Spannungsgrenze den Wechsel von F zu AKS definieren würde und somit die Obergrenze für die Spannungsspitzen (vgl. Abschnitt A) definieren würde.
Die Spannungsspitze in der Spannung UDC exakt zu Beginn der Phase AKS2 ergibt sich dadurch, dass in der dargestellten Simulation am Ende der Zwischenphase T ein Freilaufzustand hergestellt wurde für eine Zeitdauer länger als die Dauer zwischen einem Wechsel zwischen AKS und F in der Zwischenphase T.
Auf die Zwischenphase T folgt eine zweite Phase, in der ein AKS-Zustand besteht (die erste Phase, in der ein AKS-Zustand besteht, wird mit AKS1 bezeichnet). Es ist zu erkennen, dass sich dort die Gleichspannung UDC nach einem Einschwingvorgang im Wesentlichen konstant verhält, und dass sich mit dem Verlauf der Zeit abnehmende Ströme IU bis IW ergeben.
Ferner ist in der Figur 2 dargestellt, dass sich vor der Zwischenphase T eine Vorphase VP befinden kann (entsprechend der Phase AKS1 ), und dass sich nach der Zwischenphase T eine Nachphase NP befinden kann (entsprechend der Phase AKS2). In der Vorphase VP geht der Phase AKS1 eine Fehlerphase FE voraus, wobei zwischen der Fehlerphase FE und der Phase AKS1 eine Freilaufphase F vorgesehen ist. In anderen Ausführungsformen wird nur der Zustand AKS1 zur Vorphase VP gezählt, nicht jedoch die Fehlerphase FE. Auch die Freilaufphase F, die der Phase AKS vorausgeht, kann zusammen mit der Phase AKS1 zur Vorphase VP gezählt werden.
In der Zwischenphase T ist ferner zu erkennen, dass sich die Ströme aufgrund des Wechsels zwischen AKS und F verringern, siehe Bezugszeichen E, wobei im Bereich C die Auswirkungen auf einen der Phasenströme dargestellt ist, wenn abwechselnd AKS und F eingestellt wird: Dort ist der Strom bis auf eine Welligkeit konstant, wobei sich dieser Effekt auch dann ergibt, wenn Hysterese-basiert zwischen AKS und F abgewechselt wird und die Untergrenze auf einer Stromgrenze dargestellt wird.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Ansteuerung eines Fahrzeugantriebs mit einer elektrischen Maschine und einem Inverter, der ansteuernd mit der elektrischen Maschine verbunden ist, wobei, wenn ein Fehler in dem elektrischen Antrieb oder in einer daran angeschlossenen Komponente auftritt, der Inverter einen AKS-Zustand (AKS) in Form eines aktiven Kurzschlusses von Phasenanschlüssen der elektrischen Maschine erzeugt, oder der Inverter einen Freilaufzustand (F) der elektrischen Maschine erzeugt, wobei nach dem Auftreten des Fehlers in einer Zwischenphase (T) die folgenden Schritte AKS und F abwechselnd ausgeführt werden:
Schritt AKS: Einstellen des AKS-Zustands (AKS), wenn ein Phasenstrom ( I U , IV, IW), der durch die Phasenanschlüsse fließt, unter einer ersten Stromgrenze (IG1 ) liegt und wechseln zu dem Schritt F, wenn der Phasenstrom (III, IV, IW) die erste Stromgrenze (IG1 ) erreicht;
Schritt F: Einstellen des Freilaufzustands (F), wenn eine von der elektrischen Maschine erzeugte Gleichspannung (UDC) unter einer ersten Spannungsgrenze (UG1 ) liegt und wechseln zu dem Schritt AKS, wenn die Gleichspannung (UDC) über der ersten Spannungsgrenze (UG1 ) liegt; wobei ferner vom Schritt AKS in den Schritt F gewechselt wird, wenn der Phasenstrom (IU, IV, IW) eine zweite Stromgrenze (IG2) erreicht, die unter der ersten Stromgrenze (IG1 ) liegt und wobei vom Schritt F in den Schritt AKS gewechselt wird, wenn die Gleichspannung (PS) eine zweite Spannungsgrenze (UG2) erreicht, die unter der ersten Spannungsgrenze (UG1 ) liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei in einer Vorphase (VP), die mit oder nach dem Auftreten des Fehlers beginnt und vor der Zwischenphase (T) stattfindet, ein AKS-Zustand (AKS1 ) oder einen Freilaufzustand (F) eingestellt wird, bis die Zwischenphase (T) erreicht ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einer Nachphase (NP), die nach der Zwischenphase (T) stattfindet, ein AKS-Zustand (AKS) oder einen Freilaufzustand (N) bis zum Ende der Nachphase (NP) eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zwischenphase (T) beendet wird, wenn im Schritt AKS die ersten Stromgrenze (IG1 ) nicht erreicht wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mit dem Auftreten eines Fehlers vor der Zwischenphase (T) in einer Vorphase (VP) ein AKS-Zustand (AKS1 ) eingestellt wird, wenn eine Drehzahl der elektrischen Maschine unter einer Drehzahlgrenze liegt und ein Freilaufzustand (F) eingestellt wird, wenn die Drehzahl der elektrischen Maschine über einer Drehzahlgrenze liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zu Beginn der Vorphase (VP) ermittelt wird, ob die Drehzahl der elektrischen Maschine über oder unter Drehzahlgrenze liegt, indem eine Drehzahl mittels eines Drehzahlsensors erfasst wird und mit der Drehzahlgrenze verglichen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zu Beginn der Vorphase (VP) ermittelt wird, ob die Drehzahl der elektrischen Maschine über oder unter Drehzahlgrenze liegt, indem zu Beginn der Vorphase (VP) ein Freilaufzustand (F) eingestellt wird, während dem die Gleichspannung erfasst wird und mit einem Spannungsschwellenwert (UBat(max)) verglichen wird, wobei bei Überschreiten des Spannungsschwellenwerts (UBat(max)) von einer über der Drehzahlgrenze liegenden Drehzahl ausgegangen wird und bei Unterschreiten des Spannungsschwellenwerts (UBat(max)) von einer unter der Drehzahlgrenze liegenden Drehzahl ausgegangen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zu Beginn der Vorphase (VP) ermittelt wird, ob die Drehzahl der elektrischen Maschine über oder unter Drehzahlgrenze liegt, indem zu Beginn der Vorphase (VP) ein AKS-Zustand eingestellt wird, während dem der Phasenstrom erfasst wird und mit einem Stromschwellenwert (lASC(peak)) verglichen wird, wobei bei Überschreiten des Stromschwellenwerts (lASC(peak)) von einer über der Drehzahlgrenze liegenden Drehzahl ausgegangen wird und bei Unterschreiten des Stromschwellenwerts (lASC(peak)) von einer unter der Drehzahlgrenze liegenden Drehzahl ausgegangen wird. Elektrischer Fahrzeugantrieb mit einem Inverter und einer elektrischen Maschine, wobei eine Steuervorrichtung vorgesehen ist, die ansteuernd mit dem Inverter verbunden ist und eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen. Fahrzeugantrieb-Steuerungsprogramm, das eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8 durchzuführen.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013213046A1 (de) * 2013-07-04 2014-12-31 Voith Patent Gmbh Elektroantrieb mit Wechselrichter
US9154051B2 (en) * 2012-09-10 2015-10-06 Robert Bosch Gmbh Operating state circuit for an inverter and method for setting operating states of an inverter
US20160322927A1 (en) * 2013-12-19 2016-11-03 Robert Bosch Gmbh Device and method for operating an electric machine
US9496810B2 (en) * 2011-11-10 2016-11-15 Robert Bosch Gmbh Method and apparatus for controlling an electric machine
US9673744B2 (en) * 2011-08-18 2017-06-06 Robert Bosch Gmbh Operating state circuit for inverter and method for setting operating states of an inverter

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012101508A1 (de) 2012-02-24 2013-08-29 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Maschine
DE102016210238A1 (de) 2016-06-09 2017-12-14 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Schutzvorrichtung zur Drehmomentbegrenzung für eine elektrische Maschine
WO2018211620A1 (ja) 2017-05-17 2018-11-22 三菱電機株式会社 多群多相回転電機の駆動装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9673744B2 (en) * 2011-08-18 2017-06-06 Robert Bosch Gmbh Operating state circuit for inverter and method for setting operating states of an inverter
US9496810B2 (en) * 2011-11-10 2016-11-15 Robert Bosch Gmbh Method and apparatus for controlling an electric machine
US9154051B2 (en) * 2012-09-10 2015-10-06 Robert Bosch Gmbh Operating state circuit for an inverter and method for setting operating states of an inverter
DE102013213046A1 (de) * 2013-07-04 2014-12-31 Voith Patent Gmbh Elektroantrieb mit Wechselrichter
US20160322927A1 (en) * 2013-12-19 2016-11-03 Robert Bosch Gmbh Device and method for operating an electric machine

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