Automatische Identifizierung eines elektronisch kommutierten Motors Stand der Technik

Elektromotoren und insbesondere bürstenlose Gleichstrommotoren werden in vielen Bereichen der Technik eingesetzt. Beispielsweise können Elektromotoren zum Antrieb von Pumpen verwendet werden. Ein Elektromotor zum Antrieb einer Pumpe ist zum Beispiel aus US 2007 222 402 bekannt.

Bei unterschiedlichen Anwendungen können unterschiedliche Elektromotoren und unterschiedliche Ansteuerungen zum Einsatz kommen. Beispielsweise können sich die Anforderungen an einen Elektromotor, der zum Pumpen von Benzin verwendet wird von den Anforderungen an einen Elektromotor zum

Pumpen von Diesel unterscheiden. Die unterschiedlichen Elektromotoren müssen entsprechend unterschiedlich angesteuert werden.

Offenbarung der Erfindung

Es kann daher ein Bedarf an einer Möglichkeit bestehen, einem Elektromotor die entsprechende Ansteuerung zuzuordnen und Fehler vor Inbetriebnahme des Motors zu erkennen. Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Im Folgenden werden Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile einer Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Detail diskutiert. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät zur Ansteuerung eines elektronisch kommutierten Motors vorgestellt. Das Steuergerät ist dabei ausgeführt, den elektronisch kommutierten Motor mit Energie zu versorgen. Ferner ist das Steuergerät ausgeführt, den elektronisch kommutierten Motor automatisch zu identifizieren, indem bei stehendem Motor ein Parameter eines

Stators des elektronisch kommutierten Motors ermittelt wird.

Anders ausgedrückt, basiert die Idee der vorliegenden Erfindung darauf, eine Statorwicklungs-Impedanz und eine Statorwicklungs-Induktivität vor dem Starten des elektronisch kommutierten Motors automatisch zu ermitteln und durch

Vergleich dieser Parameter mit vorgegebenen Schwellenwerten den Motor bzw. die Art des Motors zu identifizieren. Ist der elektronisch kommutierte Motor bzw. die Art des elektronisch kommutierten Motors identifiziert, so kann das

Steuergerät die entsprechende Software mit den korrekten Parametern zum Betrieb der identifizierten Motors laden und auf diese Weise sicherstellen, dass der Motor fachgerecht betrieben werden kann. Auf diese Weise kann ferner sichergestellt werden, dass ein Motor mit der richtigen Ansteuerung verbunden wird und dadurch sowohl die Ansteuerung als auch der elektronisch kommutierte Motor geschützt sind.

Ferner kann hierdurch ein Betrieb eines Steuergeräts mit beispielsweise zwei unterschiedlichen elektronisch kommutierten Motoren ermöglicht werden.

Zusätzlich können dank dem Vergleich der ermittelten Parameterwerte des jeweiligen Stators mit vorgegebenen Schwellenwerten Fehler frühzeitig erkannt werden. Beispielsweise können sich die Widerstände eines Motors aufgrund von

Korrosion im Laufe der Zeit ändern. Bei der Identifizierung des Motors durch das Steuergerät wird jedes Mal vor einem Starten des Motors der Parameter des Stators ermittelt. Liegt dabei dieser ermittelte Wert außerhalb der Toleranzen der hinterlegten Schwellenwerte, so kann ein Fehlersignal in Verbindung mit einer sinnvollen Serviceanweisung ausgegeben werden. Hierdurch kann

beispielsweise ein Liegenbleiben von Kraftfahrzeugen vermieden werden.

Das Steuergerät kann beispielsweise ein elektrisches Steuergerät sein, und zum Beispiel in Kraftfahrzeugen verwendet werden. Beispielsweise kann das

Steuergerät zum Ansteuern eines Gleichstrommotors in einer elektrischen

Förderpumpe, wie zum Beispiel einer elektrischen Kraftstoffpumpe (EKP) eingesetzt werden. Die Kraftstoffpumpe kann dabei zum Beispiel zusammen mit dem Gleichstrommotor in einem Kraftstofftank angeordnet sein. Das Steuergerät kann dabei zum Beispiel außerhalb des Kraftstofftanks angeordnet sein und über einen Tankflansch mit der elektrischen Förderpumpe und insbesondere mit dem elektronisch kommutierten Motor elektrisch verbunden sein. Das Fördermedium der elektrischen Pumpe kann dabei zum Beispiel Kraftstoff, insbesondere Diesel oder Benzin sein.

Der elektronisch kommutierte Motor kann z.B. als AC Servomotor oder als bürstenloser Gleichstrommotor ausgeführt sein und einen Rotor und einen Stator aufweisen. Ein bürstenloser Gleichstrommotor kann auch als BLDC-Motor bezeichnet werden. Am Stator des elektronisch kommutierten Motors können z.B. drei Phasen bzw. Stränge vorgesehen sein. Das Steuergerät ist ausgeführt, den elektronisch kommutierten Motor in einem

Fördermodus bzw. Förderbetrieb so mit Energie zu versorgen, dass ein elektromagnetisches Feld im Elektromotor induziert wird und dadurch ein Drehmoment erzeugt wird. In einem Identifizierungsmodus vor dem Start bzw. vor der Inbetriebnahme des elektronisch kommutierten Motors wird der Motor mindestens auf zwei Phasen gleichzeitig mit einem vorgegebenen Testimpuls angesteuert. Der Testimpuls kann dabei beispielsweise einer vorgegebenen Spannung entsprechen und auf den beiden angesteuerten Phasen identisch sein. Bei Ansteuerung von zwei Phasen gleichzeitig mit einem identischen Testimpuls wird kein elektromagnetisches Wechselfeld im Stator erzeugt, so dass kein Drehmoment erzeugt wird. Der aus dem Testimpuls resultierende Strom wird zum Beispiel an einem Massezweig eines Dreiphasengleichrichters des

Steuergeräts ermittelt. Anhand des Strommess wertes kann beispielsweise eine Phasenimpedanz des Motors bestimmt werden. Ferner kann aus dem Anstieg der Impulsantwort, auch als Strommesswert bezeichnet, eine Zeitkonstante τ ermittelt werden. Aus der Zeitkonstante τ kann unter Verwendung des zuvor berechneten Statorwiderstandes die Induktivität der Statorwicklungen bestimmt werden. Die ermittelten Impedanz- bzw. Induktivitätswerte können mit hinterlegten bzw. gespeicherten Schwellenwerten bzw. Sollwerten verglichen werden. Die Ansteuerparameter des elektronisch kommutierte Motors und insbesondere des Gleichstrommotors können durch das Steuergerät

entsprechend angepasst bzw. belegt werden. Alternativ kann das Steuergerät eine Inbetriebnahme des elektronisch kommutierten Motors verhindern, wenn die ermittelten Parameter des Stators zu weit außerhalb der Toleranzen der

Schwellenwerte liegen.

Die Identifizierung des elektronisch kommutierten Motors durch das Steuergerät kann dabei automatisch stattfinden. Das heißt, die Identifizierung kann ohne explizites Zutun eines Benutzers, wie beispielsweise des Fahrers des Fahrzeugs, stattfinden. Beispielsweise kann der Identifiziervorgang des Motors eingeleitet bzw. initiiert werden, nachdem ein Benutzer einen Fahrzeugschlüssel betätigt oder eine Fahrzeugtür öffnet.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung entspricht der durch das Steuergerät ermittelte Parameter des Stators einer Statorwicklungs-Impedanz oder einer Statorwicklungsinduktivität. Die Statorwicklungs-Impedanz kann beispielsweise auch als Widerstand an den Wicklungen des Stators bezeichnet werden. Die Statorwicklungs-Induktivität kann der Eigenschaft der

Statorwicklungen entsprechen, aufgrund einer Änderung des elektrischen Stromfeldes ein Magnetfeld aufzubauen, das ebendieser Stromänderung entgegenwirkt. Das Steuergerät kann dabei ausgeführt sein, einen dieser Parameter oder beide Parameter zu ermitteln.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Steuergerät ausgeführt, zur Ermittlung des Parameters des Stators ein Spannungssignal an mindestens zwei Phasen bzw. Stränge des elektronisch kommutierten Motors gleichzeitig anzulegen. Das Spannungssignal entspricht dabei einer Spannung, die auch als Testimpuls bezeichnet werden kann. Das an den zwei Phasen angelegte

Spannungssignal ist dabei identisch. Das heißt, es weist eine identische

Amplitude und einen identischen zeitlichen Verlauf auf. Beispielsweise kann das

Spannungssignal ein rechteckiger Impuls sein.

Das Steuergerät ist dabei ferner ausgeführt, einen aus dem Spannungssignal resultierenden Strommesswert zu ermitteln. Ferner ermittelt das Steuergerät basierend auf dem Strommesswert den Parameter des Stators, das heißt, die

Statorwicklungs-Impedanz und/oder die Statorwicklungsinduktivität. Die Statorwicklungs-Impedanz kann beispielsweise als Quotient des bekannten Spannungssignals und des ermittelten Strommesswerts berechnet werden. Der ermittelte zeitabhängige Strommesswert weist einen exponentiellen Anstieg auf, der durch eine Zeitkonstante τ beschrieben werden kann. Die Statorwicklungsinduktivität kann als Produkt dieser Zeitkonstante τ des Anstiegs der

Impulsantwort und des berechneten Statorwiderstandes berechnet werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Steuergerät einen Phasengleichrichter mit einem Masseanschluss auf. Der Phasengleichrichter kann beispielsweise als Dreiphasengleichrichter, insbesondere als

Sechspulsgleichrichter, oder als B6-Gleichrichter ausgeführt sein. Das

Steuergerät ist dabei ausgeführt, den Strommesswert am Masseanschluss des Phasengleichrichters zu ermitteln. Hierfür kann beispielsweise ein

Strommessgerät bzw. ein Sensor am Masseanschluss vorgesehen sein.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Steuergerät ausgeführt, die Identifizierung des elektronisch kommutierten Motors zu initiieren, nachdem das Steuergerät ein Startsignal empfangen hat. Das Startsignal kann dabei einem Öffnen einer Fahrzeugtür und/oder einem Einführen eines

Fahrzeugschlüssels entsprechen. Alternativ kann das Startsignal einem

Betätigen eines Fahrzeugschlüssels entsprechen. Beispielsweise kann das Steuergerät unmittelbar nach einem Betätigen eines Zündschlüssels die

Identifizierung des elektronisch kommutierten Motors initiieren.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Steuergerät ausgeführt, den ermittelten Parameter des Stators mit einem vorgebbaren bzw. mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen und eine Identifizierung des elektronisch kommutierten Motors basierend auf diesem Vergleich

durchzuführen. Das heißt, die ermittelte Statorwicklungs-Impedanz wird mit einem vorgegebenen Schwellenwert einer Statorwicklungs-Impedanz verglichen. Alternativ kann die ermittelte Statorwicklungs-Impedanz mit mehreren

Schwellenwerten verglichen werden. Auf diese Weise kann die ermittelte

Statorwicklungs-Impedanz einer bestimmten Motorart zugewiesen werden.

Weicht die ermittelte Statorwicklungs-Impedanz um mehr als einen

vorgegebenen Betrag von dem vorgegebenen Schwellenwert bzw. von allen vorgegebenen Schwellenwerten ab, so kann das Steuergerät ein Warnsignal ausgegeben und gegebenenfalls eine Servicemaßnahme vorschlagen.

Zusätzlich oder alternativ kann die ermittelte Statorwicklungs-Induktivität mit einem bzw. mit mehreren vorgegebenen Schwellenwerten verglichen werden. Dabei kann eine Identifizierung der Motorart basierend allein auf der ermittelten Statorwicklungs-Induktivität stattfinden. Alternativ kann mit Hilfe der

Statorwicklungs-Induktivität das mittels der Statorwicklungs-Induktivität Ergebnis bestätigt bzw. präzisiert werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Steuergerät ausgeführt, nach der Identifizierung des elektronisch kommutierten Motors bzw. der Art des elektronisch kommutierten Motor, die dem Motor entsprechenden

Ansteuerungsparameter, auch als Betriebsparameter bezeichnet, zu initialisieren. Anders ausgedrückt, kann das Steuergerät nach Identifizierung der Motorart die für diese Motorart geeigneten Ansteuerungsparameter zur Ansteuerung des Motors verwenden. Das heißt beispielsweise, dass ein entsprechender

Softwareteil in das Steuergerät geladen wird. Die Ansteuerungsparameter können dabei beispielsweise einen Vorkommutierungswert, einen

Drehzahlbereich, Reglerparameter und eine Polpaarzahl aufweisen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein System zur Förderung eines Fluids vorgestellt. Das System weist ein oben beschriebenes Steuergerät und eine elektrische Pumpe mit einem elektronisch kommutierten Motor auf. Der elektronisch kommutierte Motor weist dabei einen Rotor und einen Stator auf. Das Steuergerät ist dabei ausgeführt, den elektronisch kommutierten Motor zu identifizieren, indem bei stehendem Motor ein Parameter des Stators ermittelt wird. Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Identifizieren eines elektronisch kommutierten Motors vorgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: gleichzeitiges Anlegen eines Spannungssignals an mindestens zwei Phasen des elektronisch kommutierten Motors vor dem Start des Motors; Ermitteln eines aus dem Spannungssignal resultierenden

Strommesswerts; Ermitteln eines Parameters des Stators basierend auf dem ermittelten Strom mess wert; Vergleichen des Parameters des Stators mit einem vorgebbaren Schwellenwert bzw. mit mehreren Schwellenwerten oder einem Schwellenwertbereich; Identifizieren des elektronisch kommutierten Motors basierend auf diesem Vergleich. Die beschriebenen Schritte können in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden. Ferner können die

beschriebenen Schritte auf dem oben beschriebenen Steuergerät ausgeführt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem

Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter

Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.

Fig. 1 zeigt ein Steuergerät gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung

Fig. 2 zeigt einen Testimpuls auf zwei Phasen des elektronisch kommutierten Motors

Fig. 3 zeigt einen Strommesswert als Impulsantwort am Masseausgang eines Phasengleichrichters

Fig. 4 zeigt ein Flussdiagram eines Verfahrens zum Identifizieren eines

elektronisch kommutierten Motors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung

Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Vorrichtungen bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.

In Fig. 1 ist ein Steuergerät 1, insbesondere eine BLDC-Ansteuerung dargestellt, die auch als Electronic Pump Control (EPC) bezeichnet werden kann. Das Steuergerät 1 ist dabei mit einer Energiequelle 17, beispielsweise einer Batterie, verbunden. Ferner ist das Steuergerät 1 mit einem elektronisch kommutierten Motor 3 verbunden. Der elektronisch kommutierte Motor 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als bürstenloser Gleichstrommotor 3 ausgeführt. Insbesondere ist das Steuergerät 1 mit den einzelnen Phasen 5 des

bürstenlosen Gleichstrommotors 3 verbunden. Die einzelnen Phasen können auch mit U, V und W bezeichnet werden. In Fig. 1 ist lediglich ein Stator bzw. die Phasen 5 des Stators des Gleichstrommotors 3 angedeutet.

Das Steuergerät 1 weist einen Phasengleichrichter 7, insbesondere einen Sechsbrückengleichrichter auf. Ferner ist am Steuergerät 1 ein Masseanschluss 9 vorgesehen. Der Masseanschluss 9 kann auch als

Potentialausgleichsanschluss bezeichnet werden. Am Masseanschluss 9 ist eine Strommesseinrichtung 15 vorgesehen.

Zum Identifizieren des an das Steuergerät 1 angeschlossenen bürstenlosen Gleichstrommotors 3 bzw. der Art des bürstenlosen Gleichstrommotors 3 wird, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Spannungssignal 11 gleichzeitig an zwei Phasen U und V des Gleichstrommotors 3 angelegt. Das Spannungssignal 11 weist eine rechteckige Form auf und wird derart auf die Phasen 5 des Gleichstrommotors 3 gegeben, dass der Gleichstrommotor 3 nicht dreht. Am Masseanschluss 9 des Phasengleichrichters 7 wird ein Strommesswert 13 als Antwort auf das

Spannungssignal 11 über die Zeit gemessen. Das Messergebnis ist in Fig. 3 gezeigt. Dabei ist auf der X-Achse die Zeit in Sekunden und auf der Y-Achse die

Stromstärke in Ampere bzw. in Milliampere aufgetragen. Dabei entspricht die mit einem Pfeil in Fig. 1 dargestellte Stromstärke Ii der ebenfalls mit einem Pfeil angedeuteten negativen Stromstärke l ₂ . Aus dem in Fig. 3 dargestellten Strommesswert 13 können zwei Messgrößen ermittelt werden. Ein Strommesswert 13 im stationären Bereich der

Strommesswert- Kurve kann zur Berechnung des Widerstands des Stators des Gleichstrommotors 3 herangezogen werden. Ferner steigt die Kurve des Strommesswerts 13 zu Beginn exponentiell an. Hieraus kann eine

Zeitkonstante τ bestimmt werden, die den Anstieg der Strommesswert- Kurve beschreibt. Die Zeitkonstante τ kann zusammen mit dem berechneten

Widerstand des Stators zur Berechnung einer Induktivität des Stators bzw. der Statorwicklungen verwendet werden. Nach einem Vergleich der auf diese Weise ermittelten Parameter des Stators mit vorgegebenen bzw. im Steuergerät gespeicherten Schwellenwerten können die folgenden Maßnahmen durch das Steuergerät 1 eingeleitet werden: Einerseits können bestimmte Softwareparameter für die Ansteuerung des zugehörigen Gleichstrommotors in das Steuergerät 1 bzw. in das laufende

Softwaregprogramm geladen werden. Die Ansteuerungsparameter können beispielsweise einen Drehzahlbereich, Dynamikparameter,

Vorkommutierungswert, Reglerparameter und eine Polpaarzahl enthalten. Ferner kann das Steuergerät 1 eine Ansteuerung des Gleichstrommotors 3 unterbinden, wenn die ermittelten Strommesswerte 13 bzw. die daraus berechneten

Statorwicklungs-Impedanz oder Statorwicklungs-Induktivität außerhalb eines definierten Toleranzbandes liegen. Zusätzlich oder alternativ kann das

Steuergerät 1 eine Fehlermeldung an ein übergeordnetes Steuergerät ausgeben, wenn die ermittelte Statorwicklungs-Impedanz und/oder die ermittelte

Statorwicklungs-Induktivität zwar im Bereich des Toleranzbandes eines

Schwellenwertes liegt, jedoch nahe an der Grenze des Toleranzbandes angesiedelt ist. Die Fehlermeldung kann beispielsweise einen Hinweis auf die Notwendigkeit einer Wartung aufweisen, und gegebenenfalls einen sinnvollen Servicevorschlag beinhalten.

Anhand von Fig. 4 wird das Verfahren zum Identifizieren des elektronisch kommutierten Motors 3 bzw. der Art des elektronisch kommutierten Motors 3 erläutert. In Schritt Sl wird ein Startsignal, wie zum Beispiel das Öffnen einer Fahrzeugtür oder das Drehen eines Zündschlüssels im Steuergerät 1 detektiert bzw. empfangen. Im Schritt S3 wird gleichzeitig an zwei Phasen 5 des elektronisch kommutierten Motors 3 ein Spannungssignal 11 angelegt. Im Schritt S5 wird ein aus dem Spannungssignal 11 resultierender Strommesswert 13 am Masseanschluss 9 des Phasengleichrichters 7 ermittelt. Aus dem

Strommesswert 13 kann eine Statorwicklungs-Impedanz, das heißt ein

Widerstand an den Statorwicklungen des elektronisch kommutierten Motors 3 in Schritt S7a berechnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann aus dem

Strommesswert 13 eine Statorwicklungsinduktivität, das heißt eine Induktivität an den Statorwicklungen des elektronisch kommutierten Motors 3 in Schritt S7b berechnet werden. Zur Berechnung der Statorwicklungs-Induktivität kann auch ein bereits berechneter Statorwicklungs-Impedanz-Wert verwendet werden. In Schritt S9a wird die berechnete Statorwicklungs-Impedanz mit mehreren vorgegebenen Impedanz-Schwellenwerten verglichen. Beispielsweise kann jeder Impedanz-Schwellenwert einer bestimmten Motorart entsprechen. Alternativ oder zusätzlich kann in Schritt S9b die berechnete Statorwicklungs-Induktivität mit mehreren vorgegebenen Induktivität-Schwellenwerten, die jeweils einer bestimmten Art des elektronisch kommutierten Motors entsprechen, verglichen werden.

In Schritt Sil wird der elektronisch kommutierte Motor 3 basierend auf dem Vergleich aus Schritt S9a bzw. S9b identifiziert. Dabei kann beispielsweise die Gleichstrommotorart dem an das Steuergerät 1 angeschlossenen

Gleichstrommotor 3 zugeordnet werden, deren Schwellenwert dem berechneten

Statorwicklungs-Impedanz- bzw. -induktivitätswert am nächsten kommt. In Schritt S13 werden im Steuergerät 1 Ansteuerungsparameter initialisiert, die dem identifizierten Gleichstrommotor 3 entsprechen. Ferner wird in Schritt S15 der elektronisch kommutierte Motor 3 durch das Steuergerät 1 in Betrieb genommen und mit Energie versorgt.

Falls die ermittelte Statorwicklungs-Impedanz des elektronisch kommutierten Motors 3 und/oder die ermittelte Statorwicklungs-Induktivität des elektronisch kommutierten Motors 3 um mehr als einen vorgebbaren Betrag von allen

Schwellenwerten abweicht, kann in Schritt S17 ein Warnsignal oder ein

Servicevorschlag durch das Steuergerät 1 ausgegeben werden. Ferner kann in Schritt S19 optional die Inbetriebnahme des elektronisch kommutierten Motors 3 verhindert werden. Alternativ kann nach der Ausgabe des Warnsignals in Schritt S17 mit den Schritten S13 und S15 fortgefahren werden. Ferner ist eine gestaffelte Sicherheitsstrategie mit mehreren Schwellenwerten und einer maximalen Toleranzgrenze denkbar. Dabei kann Schritt S19 erst nach erreichen bzw. überschreiten der maximalen Toleranzgrenze eingeleitet werden.

Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie„aufweisend" oder ähnliche nicht ausschließen sollen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Es wird ferner angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Umfang der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.