Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine, wobei die elektrische Maschine insbesondere in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, bevorzugt zum Antrieb des Kraftfahrzeugs.

In Kraftfahrzeugen werden regelmäßig elektrische Maschinen, z. B. als Traktions- antriebe, eingesetzt, die von Wechselrichtern mit elektrischer Energie versorgt werden. Während des Betriebs der elektrischen Maschine kommt es aufgrund der elektrischen Verluste im Wechselrichter sowie der elektrischen und mechanischen Verluste in der elektrischen Maschine zur Erwärmung dieser Komponenten. Im Fall einer starken Temperaturzunahme muss die erwärmte Komponente vor ther mischer Zerstörung geschützt werden. Dies erfolgt durch eine Reduzierung der auf die elektrische Maschine übertragenen elektrischen Leistung ( ,J)erating“) und der damit verbundenen Reduzierung der entstehenden Verlustleistung.

Zur Reduzierung der Auswirkung des thermischen„Derating“ auf die Betriebs- Strategie des Kraftfahrzeuges wäre es wünschenswert, eine mögliche Reduzierung der elektrischen Leistung zeitlich vorherzusagen. Die Verlustleistung hängt je- doch von zahlreichen Faktoren und Parametern ab (z. B. Motorparameter, Sätti gungseigenschaften, Halbleitereigenschaften, Temperatur, Drehmoment, Dreh zahl, Zwischenkreisspannung, Regelungsstrategie, Alterung, etc.). Die Berech nung einer thermisch maximal möglichen Leistung, bestehend aus Drehmoment und Drehzahl, lässt sich somit nur schwierig bzw. analytisch nicht bestimmen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die mit Bezug auf den Stand der Technik vor handenen Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren bereitgestellt werden, durch das eine möglicherweise erforderliche Reduzierung der elektrischen Leistung zeitlich vorhergesagt werden kann. Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzu- weisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in tech nologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Pa tentansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.

Hierzu trägt ein Verfahren zum Betrieb einer elektrischen Maschine bei, wobei durch das Verfahren ein Wert eines von der elektrischen Maschine in einem zu künftigen (also in der Zukunft liegenden) (zeitlichen) Intervall maximal bereit- stellbaren ersten Drehmoments berechnet wird. Durch eine Begrenzung des in dem Intervall bereitgestellten Drehmoments auf den Wert kann eine Überhitzung zumindest eines zur Übertragung der elektrischen Leistung erforderlichen mindes tens einen Halbleiters durch eine (bei Betrieb der elektrischen Maschine zur Er zeugung dieses Drehmoment anfallende) Verlustleistung verhindert werden (und/oder eine drohende Überhitzung und das Einsetzen eines Deratings prognos tiziert und damit verhindert werden). Das Verfahren umfasst zumindest die fol genden Schritte:

a) Feststellen von elektrischen Parametern (z. B. eine Drehzahl der elektri schen Maschine, eine elektrische Spannung), mit denen die elektrische Ma- schine zu einem aktuellen Zeitpunkt (also jetzt) betrieben wird;

b) Berechnen eines bei diesen Parametern maximal erzeugbaren zweiten Drehmoments der elektrischen Maschine;

c) Berechnen einer elektrischen Verlustleistung, die an dem mindestens einen Halbleiter bei Aufprägung des maximal erzeugbaren zweiten Drehmoments entstehen würde; d) Berechnen einer resultierenden ersten Temperatur einer Halbleitersperr schicht des mindestens einen Halbleiters, die sich durch die während des In tervalls vorliegende elektrische Verlustleistung ergeben würde; (und, wenn die resultierende erste Temperatur höher ist als eine maximal zulässige zweite Temperatur)

e) iteratives Durchführen der Schritte b) bis d) mit immer kleineren Werten des maximal erzeugbaren zweiten Drehmoments nach Schritt b) bis die berech nete resultierende erste Temperatur nach Schritt d) höchstens einer maximal zulässigen zweiten Temperatur der Halbleitersperrschicht entspricht und dann

f) Betreiben der elektrischen Maschine in dem Intervall mit einem Drehmo ment, das höchstens den durch das Verfahren ermittelten Wert aufweist o- der, wenn die elektrische Maschine mit einem höheren Drehmoment betrie ben wird, verkürzen des Intervalls und betreiben der elektrischen Maschine mit dem höheren Drehmoment (nur) während des verkürzten Intervalls.

Eine Berechnung der sich ergebenden Temperaturen für einen bestimmten Be triebspunkt der elektrischen Maschine (bestehend z. B. aus Drehmoment, Dreh zahl und elektrischer Spannung) lässt sich insbesondere in Kenntnis der Eigen- schäften der eingesetzten Halbleiter durchführen. Daher wird hier ein Regelkreis vorgeschlagen, durch den nur rechnerisch ein Drehmoment in ggf. einem oder in mehreren Iterationsschritten bestimmt wird, dass dann (nach Durchführung des Verfahrens) zum Betrieb der elektrischen Maschine in dem (jetzt beginnenden Intervall) höchstens verwendet werden kann (ohne das eine unzulässige Überhit- zung der Komponenten erfolgt).

Der Regelkreis bildet insbesondere die Schritte a) bis e) und zumindest die Schrit te c) bis e) ab. Die Parameter (z. B. Drehzahl und Spannung) können als Ein gangsgrößen für den Regelkreis genutzt werden. Auch das bei diesen Parametern mögliche zweite Drehmoment kann z. B. durch eine Steuereinheit bestimmt wer den und als Eingangsgröße für den Regelkreis genutzt werden.

Das während der Schritte b) bis e) (ggf. sukzessiv) ermittelte bzw. berechnete zweite Drehmoment wird vor Erreichen des Schrittes f) insbesondere nicht phy sisch durch die elektrische Maschine erzeugt, sondern nur für die Berechnung des dann in Schritt f) ermittelten Werts verwendet. Alternativ ist möglich, dass das jeweils durch das Differenzdrehmoment reduzierte zweite Drehmoment physisch durch die elektrische Maschine erzeugt wird (und dann mit jedem folgenden Itera- tionsschritt weiter reduziert wird).

Insbesondere werden also die Schritte a) bis f) in der beschriebenen Reihenfolge nacheinander, ggf. auch zeitlich zumindest teilweise parallel, durchgeführt. Dabei werden die Schritte c) bis e), insbesondere nach einem einmaligen Durchführen der Schritte a) und b), wiederholt in der beschriebenen Reihenfolge durchgeführt. Der Schritt f) wird dann nach den Schritten a) bis e) (ggf. als Abschluss) des Ver fahrens durchgeführt.

Das Verfahren selber wird insbesondere dauerhaft während des Betriebs der elektrischen Maschine bzw. des Kraftfahrzeuges durchgeführt. Insbesondere wird das Verfahren nur dann durchgeführt, wenn eine Überhitzung der elektrischen Maschine oder der Komponenten zu erwarten ist.

Die elektrischen Parameter in Schritt a) umfassen insbesondere (zumindest oder ausschließlich) eine aktuelle Drehzahl der elektrischen Maschine und eine aktuelle elektrische Spannung, die zum Betrieb der elektrischen Maschine vorliegt.

Der Regelkreis umfasst zur Durchführung des Schrittes c) mindestens ein Berech nungsmodell, wobei als Eingangsgrößen die Parameter (z. B. Drehzahl und Span- nung) und das berechnete zweite Drehmoment genutzt werden. Das Berech- nungsmodell erzeugt als Ergebnis die für diese Eingangsgrößen vorliegende Ver lustleistung.

In dem Berechnungsmodell werden insbesondere die Eigenschaften der elektri- sehen Maschine und der Komponenten (die zur Bereitstellung und Übertragung der elektrischen Energie hin zur elektrischen Maschine erforderlich sind, also z. B. Motorparameter, Sättigungseigenschaften, Halbleitereigenschaften, Tempe- ratur, Alterung, etc.) sowie eine Regelungsstrategie für die elektrische Maschine und die Komponenten berücksichtigt.

In Schritt d) kann eine Kühlleistung, die zur Kühlung des mindestens einen Halb- leiters verfügbar ist, berücksichtigt werden.

Insbesondere umfasst der Regelkreis ein Temperaturmodell zur Bestimmung der ersten Temperatur. Als Eingangsgrößen für das Temperaturmodell können insbe- sondere ein Kühlfluidmassenstrom und eine Kühlfluidtemperatur sowie die gemäß Schritt c) berechnete Verlustleistung genutzt werden.

Insbesondere wird in Schritt e) eine Differenz von der berechneten resultierenden ersten Temperatur und der maximal zulässigen zweiten Temperatur gebildet und anhand dieser Differenz über einen Regler ein Differenzdrehmoment deltaT be- stimmt. Das Differenzdrehmoment deltaT kann in der folgenden Iteration in Schritt b) von dem (berechneten) maximal erzeugbaren zweiten Drehmoment T _n (mit n = 1, 2, 3, ...) der vorhergehenden Iteration subtrahiert werden zur Berech- nung eines maximal erzeugbaren zweiten Drehmoments T _n+i für die unmittelbar folgenden Schritte c) bis d).

Bevorzugt ist der Regler ein I-Regler (Integral-Regler) oder ein PI-Regler (Pro- portional-Integral-Regler). In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die elektrische Maschine mit einem mehrphasigen (bevorzugt dreiphasigen) Wechselstrom eines Wechselrichters be- trieben, der eine (bekannte) Schaltfrequenz aufweist. Die in Schritt a) festgestell- ten Parameter können zumindest eine Zwischenkreisspannung des Wechselrich- ters als eine aktuelle elektrische Spannung umfassen. In einem auf Schritt b) fol- genden Schritt bl) werden zumindest die folgenden weiteren elektrischen Parame- ter bestimmt:

• Strangstrom jeder Phase des Wechselstroms;

• Strangspannung j eder Phase des W echselstroms;

· Leistungsfaktor und/oder cos Phi.

Als Leistungsfaktor (auch: Wirkleistungsfaktor) bezeichnet man in der Elektro- technik insbesondere das Verhältnis vom Betrag der Wirkleistung P zur Schein leistung S. Der cos Phi ist der Phasenverschiebungswinkel der Grundschwingun- gen von Strom und Spannung. Cos Phi kann insbesondere genauere Werte liefern als der Leistungsfaktor, allerdings ist hierfür ggf. eine höhere Rechenleistung er forderlich.

Der Regelkreis, insbesondere der zur Durchführung des Verfahrens gemäß der bevorzugten Ausgestaltung geeignete Regelkreis, umfasst zur Durchführung der Schritte c) mindestens ein Berechnungsmodell mit einem ersten Teilmodell und einem zweiten Teilmodell. In dem ersten Teilmodell werden als Eingangsgrößen die Parameter (z. B. Drehzahl und Zwischenkreisspannung) und das berechnete zweite Drehmoment genutzt.

In dem ersten Teilmodell werden insbesondere die Eigenschaften der elektrischen Maschine und der Komponenten (die zur Bereitstellung und Übertragung der elektrischen Energie hin zur elektrischen Maschine erforderlich sind, also z. B. Motorparameter, Sättigungseigenschaften, Halbleitereigenschaften, Temperatur, Alterung, etc.) sowie eine Regelungsstrategie für die elektrische Maschine und die Komponenten berücksichtigt.

Als Ergebnisse des ersten Teilmodells ergeben sich die Strangströme jeder Phase des Wechselstroms, die Strangspannung jeder Phase des Wechselstroms sowie der Leistungsfaktor bzw. der cos Phi.

In dem zweiten Teilmodell werden als Eingangsgrößen insbesondere die Ergeb- nisse des ersten Teilmodells als auch die Parameter Zwischenkreisspannung und Schaltfrequenz genutzt. In dem zweiten Teilmodell wird basierend auf diesen Eingangsgrößen die gemäß Schritt c) berechnete Verlustleistung bestimmt.

Insbesondere werden in Schritt c) Eigenschaften (z. B. Motorparameter, Sätti gungseigenschaften, Halbleitereigenschaften, Temperatur, Alterung, etc.) und eine Regelstrategie der elektrischen Maschine und der Komponenten (die zur Bereit stellung und Übertragung der elektrischen Energie hin zur elektrischen Maschine erforderlich sind) berücksichtigt.

Heute genutzte elektrische Traktionsantriebe sind insbesondere Permanentmag- net-Synchronmaschinen mit Reluktanz. Das bedeutet, dass ein gewünschtes Drehmoment nicht eindeutig einem elektrischen Strom zugeordnet werden kann, sondern zusätzlich die Phasenlage des Stroms das Drehmoment beeinflusst. Der dadurch entstehende Freiheitsgrad in der Wahl von Stromamplitude und Phasen lage des Stroms wird auf verschiedene Weise genutzt, um z. B. die Effizienz der elektrischen Maschine zu erhöhen, eine gewünschte Regelreserve einzuhalten, oder ähnliches.

Die Wahl von Stromamplitude und Phasenlage des Stroms hat insbesondere un mittelbar Einfluss auf die Verluste in Umrichter (Wechselrichter) und elektrischer Maschine, deswegen sollte sie auch in der Bestimmung/ Abschätzung der Tempe- raturen berücksichtigt werden.

Dabei sind die Eigenschaften Motorparameter, Sättigungseigenschaften, Halblei- tereigenschaften, Temperatur, Alterung, insbesondere in der genannten Reihen folge, zu berücksichtigen. Die Motorparameter der elektrischen Maschine ein schließlich der Sättigung sind z. B. unabdingbar, um elektrische Ströme, elektri sche Spannungen und cos Phi sowie ein gewünschtes Drehmoment zu ermitteln (abhängig von besagter Regelstrategie). Die Halbleitereigenschaften werden für das Temperaturmodell benötigt. Dabei können sie im einfachsten Fall als linear abhängig von Phasenstrom und DC-Spannung angenommen werden. Die Halblei tereigenschaften können dann beliebig genau und komplex hinterlegt werden: als analytische, aber nicht mehr linear abhängige Funktion von elektrischem Strom und elektrischer Spannung; unter Einbeziehung der Halbleitertemperaturen; unter Einbeziehung der Alterung; unter Einbeziehung der Variation über einzelne Bau teile hinweg; als Kombination von mehreren der genannten Punkte.

Im Übrigen ist neben der Regelstrategie insbesondere auch das Modulationsver fahren ausschlaggebend für die elektrischen Verluste, zum Beispiel im Unter- schied zwischen kontinuierlichen und diskontinuierlichen Verfahren. Die Art der Modulation kann ebenfalls im Thermomodell berücksichtigt werden, kann aber auch Einfluss auf die Wahl von Stromamplitude und Phasenlage des Stroms ha ben. Insbesondere umfasst das Intervall eine Dauer von höchstens 10 Sekunden, be vorzugt von höchstens 7 Sekunden.

Insbesondere umfasst das Intervall eine Dauer von mindestens 0,5 Sekunden, be vorzugt von mindestens 2 Sekunden Insbesondere wird die Dauer des Intervalls in Abhängigkeit von einem Betriebs- punkt der elektrischen Maschine oder einer Betriebsart z. B. des Kraftfahrzeuges bestimmt. Insbesondere kann die Dauer des Intervalls während des Betriebs der elektrischen Maschine variiert werden. Insbesondere kann das Intervall auch in Abhängigkeit von dem tatsächlich aufgeprägten Drehmoment (während oder un mittelbar nach dem Verfahren) verkürzt werden, wenn das tatsächlich aufgeprägte Drehmoment den durch das Verfahren bestimmten Wert übersteigt.

Insbesondere ist die elektrische Maschine eine erste Antriebseinheit eines Kraft- fahrzeuges. Wenn eine Drehmomentanforderung zum Antrieb des Kraftfahrzeu- ges den durch das Verfahren nach Schritt f) ermittelten Wert des Drehmoments in dem Intervall übersteigt, kann zumindest eine zweite Antriebseinheit des Kraft fahrzeuges (z. B. eine Verbrennungskraftmaschine oder ähnliches) zur Erhöhung des bereitgestellten Drehmoments zugeschaltet werden.

Das Intervall kann insbesondere auch unter Berücksichtigung des zuschaltbaren Einsatzes einer weiteren Antriebseinheit bestimmt werden.

Es wird weiter eine elektrische Antriebsanordnung vorgeschlagen, zumindest um- fassend eine elektrische Maschine und eine Energiequelle (z. B. eine Batterie und/oder ein Wechselrichter, der zwischen elektrischer Maschine und Batterie angeordnet ist) sowie mindestens einen Halbleiter, über den eine zum Betrieb der elektrischen Maschine benötigte elektrische Energie der Energiequelle zuführbar ist. Die elektrische Antriebsanordnung kann eine Steuereinheit aufweisen, die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgeführt und/oder einge richtet ist. Die Steuereinheit kann das Verfahren also ausführen bzw. führt es im Betrieb des Kraftfahrzeuges aus.

Insbesondere greift die Steuereinheit auf einen Regelkreis zu und/oder ist ein Re- gelkreis in der Steuereinheit integriert. Mit dem Regelkreis wird nur rechnerisch das Drehmoment in ggf. einem oder in mehreren Iterationsschritten bestimmt, dass dann (nach Durchführung des Verfah rens) zum Betrieb der elektrischen Maschine in dem (jetzt beginnenden, ggf ver- kürzten) Intervall und während des Intervalls dauerhaft höchstens verwendet wer den kann (ohne das eine unzulässige Überhitzung der Komponenten erfolgt).

Der Regelkreis bildet insbesondere die Schritte a) bis e) (insbesondere auch Schritt bl)) und zumindest die Schritte c) bis e) des Verfahrens ab. Die Parameter (z. B. Drehzahl und Spannung, ggf. auch Schaltfrequenz, Kühlfluidmassenstrom und Kühlfluidtemperatur) können als Eingangsgrößen für den Regelkreis genutzt werden. Auch das bei diesen Parametern mögliche zweite Drehmoment kann z. B. durch die Steuereinheit bestimmt werden und als Eingangsgröße für den Regel kreis genutzt werden.

Es wird weiter ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest aufweisend die elekt rische Antriebsanordnung, wobei das Kraftfahrzeug (zumindest) über die elektri sche Maschine der Antriebsanordnung antreibbar ist. Die Ausführungen zu dem Verfahren gelten gleichermaßen für die Antriebsanord nung und das Kraftfahrzeug und umgekehrt.

Weiter kann das Verfahren auch von einem Computer bzw. mit einem Prozessor einer Steuereinheit (des Kraftfahrzeuges) ausgeführt werden.

Es wird demnach auch ein System zur Datenverarbeitung vorgeschlagen, das ei nen Prozessor umfasst, der so angepasst/konfiguriert ist, dass er das Verfahren bzw. einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens aus führt. Es kann ein computerlesbares Speichermedium vorgesehen sein, das Befehle um fasst, die bei der Ausführung durch einen Computer/Prozessor diesen veranlassen, das Verfahren bzw. mindestens einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Ver fahrens auszuführen.

Die Ausführungen zu dem Verfahren sind auf das computerimplementierte Ver fahren übertragbar und umgekehrt.

Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“,„zwei- te“,„dritte“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängig keit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Fi guren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Fi guren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Es zeigen schematisch: Fig. 1 : eine Darstellung einer ersten Ausführungsvariante eines Regelkreises;

Fig. 2: eine Darstellung einer zweiten Ausführungsvariante eines Regelkrei ses; Fig. 3: eine erste Darstellung der Wirkung des Verfahrens; Fig. 4: eine zweite Darstellung der Wirkung des Verfahrens;

Fig. 5: eine dritte Darstellung der Wirkung des Verfahrens; und

Fig. 6: ein Kraftfahrzeug.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung einer ersten Ausführungsvariante eines Regelkreises

29. In Schritt a) werden elektrische Parameter 7 festgestellt bzw. ausgelesen (hier eine Drehzahl 12 und eine elektrische Spannung 13), mit denen die elektrische

Maschine 1 zu einem aktuellen Zeitpunkt (also jetzt) betrieben wird. In Schritt b) wird ein bei diesen Parametern 7 maximal erzeugbares zweites Drehmoment 8 der elektrischen Maschine 1 berechnet und zunächst als Eingangsgröße verwendet. In Schritt c) wird eine elektrische Verlustleistung 6, die an dem mindestens einen Halbleiter 5 bei Aufprägung des maximal erzeugbaren zweiten Drehmoments 8 entstehen würde, berechnet. Die Berechnung erfolgt in einem Berechnungsmodell

30, wobei als Eingangsgrößen die Parameter 7 (also Drehzahl 12 und Spannung 13) und das berechnete zweite Drehmoment 8 genutzt werden. Das Berech nungsmodell 30 erzeugt als Ergebnis die für diese Eingangsgrößen vorliegende Verlustleistung 6.

In Schritt d) wird eine resultierende erste Temperatur 9 einer Halbleitersperr schicht 10 des mindestens einen Halbleiters 5 berechnet, die sich durch die wäh rend des Intervalls 3 vorliegende elektrische Verlustleistung 6 ergeben würde. In Schritt d) kann eine Kühlleistung 14, die zur Kühlung des mindestens einen Halb leiters 5 verfügbar ist, berücksichtigt werden.

Der Regelkreis 29 umfasst ein Temperaturmodell 33 zur Bestimmung der ersten Temperatur 9. Als Eingangsgrößen für das Temperaturmodell 33 werden ein Kühlfluidmassenstrom und eine Kühlfluidtemperatur (hier zusammengefasst als Kühlleistung 14) sowie die gemäß Schritt c) berechnete Verlustleistung 6 genutzt.

Gemäß Schritt e) erfolgt ein iteratives Durchführen der Schritte b) bis d) mit im- mer kleineren Werten 2 des maximal erzeugbaren zweiten Drehmoments 8 nach Schritt b) bis die berechnete resultierende erste Temperatur 9 nach Schritt d) höchstens einer maximal zulässigen zweiten Temperatur 11 der Halbleitersperr schicht 10 entspricht. In Schritt e) wird eine Differenz 15 von der berechneten resultierenden ersten Temperatur 9 und der maximal zulässigen zweiten Temperatur 11 gebildet und anhand dieser Differenz 15 über einen Regler 16 ein Differenzdrehmoment 17 bestimmt. Das Differenzdrehmoment 17 kann in der folgenden Iteration in Schritt b) von dem (berechneten) maximal erzeugbaren zweiten Drehmoment 8 T _n (mit n = 1, 2, 3, ...) der vorhergehenden Iteration subtrahiert werden zur Berechnung eines maximal erzeugbaren zweiten Drehmoments 8 T _n+i für die unmittelbar fol- genden Schritte c) bis d).

Entspricht die berechnete resultierende erste Temperatur 9 nach Schritt d) höchs- tens einer maximal zulässigen zweiten Temperatur 11 der Halbleitersperrschicht 10 wird Schritt f) durchgeführt. Gemäß Schritt f) erfolgt ein Betreiben der elektri schen Maschine 1 in dem Intervall 3 mit einem Drehmoment, das höchstens den durch das Verfahren ermittelten Wert 2 aufweist (ggf. kann, wenn eine überge ordnete Regelung ein größeres Drehmoment anfordert, das Intervall dann entspre- chend verkürzt werden).

Das während der Schritte b) bis e) (ggf. sukzessiv) ermittelte bzw. berechnete zweite Drehmoment 8 wird vor Erreichen des Schrittes f) gerade nicht physisch durch die elektrische Maschine 1 erzeugt, sondern nur für die Berechnung des dann in Schritt f) ermittelten Werts 2 verwendet. Die Schritte a) bis f) werden in der beschriebenen Reihenfolge nacheinander, ggf. auch zeitlich zumindest teilweise parallel, durchgeführt. Dabei werden die Schritte c) bis e), insbesondere nach einem einmaligen Durchführen der Schritte a) und b), wiederholt in der beschriebenen Reihenfolge durchgeführt. Der Schritt f) wird dann nach den Schritten a) bis e), ggf. als Abschluss des Verfahrens, durchge führt.

Fig. 2 zeigt eine Darstellung einer zweiten Ausführungsvariantc eines Regelkrei- ses 29. Auf die Ausführungen zu Fig. 1 wird verwiesen. Diese besonders bevor zugte Ausführungsvariante bezieht sich auf eine elektrische Maschine 1, die mit einem mehrphasigen (bevorzugt dreiphasigen) Wechselstrom eines Wechselrich ters 18 betrieben wird, der eine (bekannte) Schaltfrequenz 19 aufweist. Die in Schritt a) festgestellten Parameter 7 weisen eine Zwischenkreisspannung des Wechselrichters 18 als eine aktuelle elektrische Spannung 13 auf. In einem auf Schritt b) folgenden Schritt bl) werden zumindest die folgenden weiteren elektri schen Parameter 7 bestimmt:

• Strangstrom 20 jeder Phase des Wechselstroms;

• Strangspannung 21 jeder Phase des Wechselstroms;

· Leistungsfaktor 22.

Der Regelkreis 29 zur Durchführung des Verfahrens gemäß der bevorzugten Aus gestaltung umfasst zur Durchführung des Schrittes c) ein Berechnungsmodell 30 mit einem ersten Teilmodell 31 und einem zweiten Teilmodell 32. In dem ersten Teilmodell 31 werden als Eingangsgrößen die Parameter 7 (Drehzahl 12 und Zwi- schenkreisspannung als Spannung 13) und das berechnete zweite Drehmoment 8 genutzt.

In dem ersten Teilmodell 31 werden die Eigenschaften (z. B. Motorparameter, Sättigungseigenschaften, Halbleitereigenschaften, Temperatur, Alterung, etc.) der elektrischen Maschine 1 und der Komponenten (die zur Bereitstellung und Über tragung der elektrischen Energie hin zur elektrischen Maschine 1 erforderlich sind, also z. B. Wechselrichter 18, Halbleiter 5, usw.) sowie eine Regelungsstrate- gie für die elektrische Maschine 1 und die Komponenten berücksichtigt.

Als Ergebnisse des ersten Teilmodells 31 ergeben sich die Strangströme 20 jeder Phase des Wechselstroms, die Strangspannung 21 jeder Phase des Wechselstroms sowie der Leistungsfaktor 22. In dem zweiten Teilmodell 32 werden als Eingangsgrößen die Ergebnisse des ers- ten Teilmodells 31 als auch die Parameter Zwischenkreisspannung als Spannung 13 und Schaltfrequenz 19 genutzt. In dem zweiten Teilmodell 32 wird basierend auf diesen Eingangsgrößen die gemäß Schritt c) berechnete Verlustleistung 6 be- stimmt.

Fig. 3 bis 5 zeigen mehrere Darstellungen der Wirkung des Verfahrens. In dem jeweils oberen Diagramm ist auf der vertikalen Achse das Drehmoment 4, 8 auf- getragen. Dabei ist das Drehmoment 4, 8 jeweils normiert dargestellt. In dem je- weils unteren Diagramm ist auf der vertikalen Achse die Temperatur aufgetragen. Auch die Temperatur ist jeweils normiert dargestellt. In beiden Diagrammen jeder Fig. ist auf der horizontalen Achse die Zeit 28 aufgetragen.

Fig. 3 zeigt die Verläufe des Drehmoments 4, 8 und der Temperatur, wenn das Intervall 3 eine Länge von zwei Sekunden aufweist. In dem oberen Diagramm ist das bei den aktuell vorliegenden Parametern 7 maximal erzeugbare zweite Dreh moment 8 dargestellt (erster Verlauf 34). Weiter zeigt der zweite Verlauf 35 das berechnete Drehmoment mit dem (variierenden) Wert 2, das während eines Inter vall 3 von zwei Sekunden Länge ohne Überhitzung der Halbleiter 5 bereitgestellt werden könnte. Der dritte Verlauf 36 zeigt das tatsächlich angelegte Drehmoment, dass in einem zeitlichen Abstand, der dem Intervall entspricht (zwei Sekunden Länge), dem zweiten Verlauf 35 nachfolgt. In dem unteren Diagramm zeigt der vierte Verlauf 37 die (aktuelle) Temperatur der Halbleiter 5 bzw. der Halbleiter sperrschicht 10, die aus dem angelegten Drehmoment (gemäß dem dritten Verlauf 36) resultiert. Der fünfte Verlauf 38 zeigt die sich bei Anlegen des Drehmoments gemäß dem zweiten Verlauf 35 einstellende Temperatur der Halbleitersperr schicht 10, die unter Berücksichtigung des Intervalls von zwei Sekunden Länge eingehalten werden muss. Wenn die aktuelle Temperatur gemäß dem vierten Ver lauf 37 eine bestimmte dritte Temperatur 39 erreicht, wird ab einem ersten Zeit punkt 40 ein Derating eingeleitet, das eine Reduzierung der maximal auf die elektrische Maschine übertragbaren elektrischen Leistung und eine damit verbun dene Reduzierung der entstehenden Verlustleistung umfasst (siehe erster Verlauf 34). Das Derating führt dazu, dass die Parameter, bzw. der elektrische Strom bzw. das Drehmoment begrenzt werden, so dass das maximal erzeugbare zweite Dreh moment 8 (erster Verlauf 34) ab dem ersten Zeitpunkt 40 sukzessive verringert wird.

Der dritte Verlauf 36 entspricht zu einem Zeitpunkt höchstens dem ersten Verlauf 34. Durch das Verfahren wird ein Wert 2 eines maximal bereitstellbaren ersten Drehmoments 4 ermittelt, durch das eine Überhitzung (und damit ein überra- sehendes Derating) vermieden werden kann. Dabei wird sichergestellt, dass die berechnete resultierende erste Temperatur 9 unterhalb der maximal zulässigen zweiten Temperatur 11 der Halbleitersperrschicht 10 bleibt.

Fig. 4 zeigt die Verläufe des Drehmoments 4, 8 und der Temperatur, wenn das Intervall 3 eine Länge von zwei Sekunden aufweist. In dem oberen Diagramm ist das bei den aktuell vorliegenden Parametern 7 maximal erzeugbare zweite Dreh moment 8 dargestellt (erster Verlauf 34). Weiter zeigt der zweite Verlauf 35 das berechnete Drehmoment mit dem (variierendem) Wert 2, das während eines Inter vall 3 von zwei Sekunden Länge ohne Überhitzung der Halbleiter 5 (und ohne überraschend eingeleitetes Derating) bereitgestellt werden könnte. Der dritte Ver- lauf 36 zeigt das tatsächlich angelegte Drehmoment, dass hier direkt auf das ma ximal erzeugbare zweite Drehmoment 8 angehoben wird. In dem unteren Dia gramm zeigt der vierte Verlauf 37 die (aktuelle) Temperatur der Halbleiter 5 bzw. der Halbleitersperrschicht 10, die aus dem angelegten Drehmoment (gemäß dem dritten Verlauf 36) resultiert. Der fünfte Verlauf 38 zeigt die sich bei Anlegen des Drehmoments gemäß dem zweiten Verlauf 35 einstellende Temperatur der Halb leitersperrschicht 10, die unter Berücksichtigung des Intervalls von zwei Sekun den Länge eingehalten werden muss. Wenn die aktuelle Temperatur gemäß dem vierten Verlauf 37 eine bestimmte dritte Temperatur 39 erreicht, wird ab einem ersten Zeitpunkt 40 ein Derating eingeleitet, das eine Reduzierung der maximal auf die elektrische Maschine übertragbaren elektrischen Leistung und eine damit verbundene Reduzierung der entstehenden Verlustleistung umfasst (siehe erster Verlauf 34). Das Derating führt dazu, dass die Parameter 7 bzw. der elektrische Strom bzw. das Drehmomentbegrenzt werden, so dass das maximal erzeugbare zweite Drehmoment 8 (erster Verlauf 34) ab dem ersten Zeitpunkt 40 sukzessive verringert wird. Erkennbar ist, dass der erste Zeitpunkt 40 (Start Derating) auf grund der schneller steigenden Temperatur gemäß dem vierten Verlauf 37 deut lich früher eintritt als in den Fig. 3 und 5 dargestellt. Der dritte Verlauf 36 entspricht zu einem Zeitpunkt höchstens dem ersten Verlauf 34. Durch das Verfahren wird ein Wert 2 eines maximal bereitstellbaren ersten Drehmoments 4 ermittelt, durch das eine Überhitzung vermieden werden kann. Dabei wird sichergestellt, dass die berechnete resultierende erste Temperatur 9 (bzw. die bei Anlegen des aktuellen Drehmoments gemäß dem dritten Verlauf 36 resultierende Temperatur) unterhalb der maximal zulässigen zweiten Temperatur 11 der Halbleitersperrschicht 10 bleibt.

Fig. 5 zeigt die Verläufe des Drehmoments 4, 8 und der Temperatur, wenn das Intervall 3 eine Fänge von zwei Sekunden aufweist. In dem oberen Diagramm ist das bei den aktuell vorliegenden Parametern 7 maximal erzeugbare zweite Dreh- moment 8 dargestellt (erster Verlauf 34). Weiter zeigt der zweite Verlauf 35 das berechnete Drehmoment mit dem (variierenden) Wert 2, das während eines Inter vall 3 von zwei Sekunden Länge ohne Überhitzung der Halbleiter 5 bereitgestellt werden könnte. Der dritte Verlauf 36 zeigt das tatsächlich angelegte Drehmoment, dass hier dem zweiten Verlauf 35 unmittelbar folgt. In dem unteren Diagramm zeigt der vierte Verlauf 37 die (aktuelle) Temperatur der Halbleiter 5 bzw. der Halbleitersperrschicht 10, die aus dem angelegten Drehmoment (gemäß dem drit ten Verlauf 36) resultiert. Der fünfte Verlauf 38 zeigt die sich bei Anlegen des Drehmoments gemäß dem zweiten Verlauf 35 einstellende Temperatur der Halb- leitersperrschicht 10, die unter Berücksichtigung des Intervalls von zwei Sekun den Länge eingehalten werden muss. Wenn die aktuelle Temperatur gemäß dem vierten Verlauf 37 eine bestimmte dritte Temperatur 39 erreicht, wird ab einem ersten Zeitpunkt 40 ein Derating eingeleitet, das eine Reduzierung der maximal auf die elektrische Maschine übertragbaren elektrischen Leistung und eine damit verbundene Reduzierung der entstehenden Verlustleistung umfasst. Das Derating führt dazu, dass die Parameter 7 bzw. der elektrische Strom bzw. das Drehmo ment begrenzt werden, so dass das maximal erzeugbare zweite Drehmoment 8 (erster Verlauf 34) ab dem ersten Zeitpunkt 40 sukzessive verringert wird. Er kennbar ist, dass das Derating hier zeitlich später einsetzt als in Fig. 3 dargestellt.

Der dritte Verlauf 36 entspricht zu einem Zeitpunkt höchstens dem ersten Verlauf 34. Durch das Verfahren wird ein Wert 2 eines maximal bereitstellbaren ersten Drehmoments 4 ermittelt, durch das eine Überhitzung vermieden werden kann. Dabei wird sichergestellt, dass die berechnete resultierende erste Temperatur 9 (bzw. die bei Anlegen des aktuellen Drehmoments gemäß dem dritten Verlauf 36 resultierende Temperatur) unterhalb der maximal zulässigen zweiten Temperatur 11 der Halbleitersperrschicht 10 bleibt.

Fig. 6 zeigt ein Kraftfahrzeug 23. Das Kraftfahrzeug 23 umfasst eine elektrische Antriebsanordnung 25, die eine elektrische Maschine 1, eine Energiequelle 26 (z. B. eine Batterie) und einen Wechselrichter 18, der zwischen elektrischer Maschi ne 1 und Batterie angeordnet ist, sowie einen Halbleiter 5 umfasst. Über den Halbleiter 5 ist eine zum Betrieb der elektrischen Maschine 1 benötigte elektri sche Energie der Energiequelle 26 zufuhrbar. Die elektrische Antriebsanordnung 25 weist eine Steuereinheit 27 auf, die zur Durchführung des beschriebenen Ver fahrens geeignet ausgeführt und/oder eingerichtet ist. Das Kraftfahrzeug 23 weist zudem eine weitere Antriebseinheit 24 auf (z. B. eine Verbrennungskraftmaschine oder ähnliches), die zur Erhöhung oder zum Ersatz des von der elektrischen Ma schine 1 bereitgestellten Drehmoments zugeschaltet werden kann.

Bezugszeichenliste

1 Maschine

2 Wert

3 Intervall [Sekunde]

4 erstes Drehmoment [Newtonmeter]

5 Halbleiter

6 Verlustleistung [Watt]

7 Parameter

8 zweites Drehmoment [Newtonmeter]

9 erste Temperatur [Kelvin]

10 Halbleitersperrschicht

11 zweite Temperatur [Kelvin]

12 Drehzahl [Umdrehungen/ Minute]

13 Spannung [Volt]

14 Kühlleistung [Watt]

15 Differenz [Kelvin]

16 Regler

17 Differenzdrehmoment [Newtonmeter]

18 Wechselrichter

19 Schaltfrequenz [Hertz]

20 Strangstrom [Ampere]

21 Strangspannung [Volt]

22 Leistungsfaktor

23 Kraftfahrzeug

24 Antriebseinheit

25 Antriebsanordnung

26 Energiequelle

27 Steuereinheit 28 Zeit

29 Regelkreis

30 Berechnungsmodell

31 erstes Teilmodell

32 zweites Teilmodell

33 T emperaturmodell

34 erster Verlauf

35 zweiter Verlauf

36 dritter Verlauf

37 vierter Verlauf

38 fünfter Verlauf

39 dritte Temperatur

40 erster Zeitpunkt