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Title:
METHOD FOR OPERATING A POWER CONVERTER, POWER CONVERTER FOR A PERMANENTLY EXCITED ELECTRIC MACHINE, VEHICLE AND COMPUTER PROGRAM PRODUCT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/219501
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating a power converter (3) for a permanently excited electric machine (2), wherein temperature information (16), which describes a temperature of at least one permanent magnet (6) of the electric machine (2), is determined by means of an observer as a function of operating parameters of the electric machine (2) and the power converter (2) is controlled as a function of the temperature information (16), wherein a computer device (9), which handles processes (18, 19) in time slices, carries out a first process (18) in a first time slice for detecting parameter values (22) for determining the operating parameters and carries out a second process (19), which determines the temperature information (16), in a second time slice, which is retrieved less frequently than the first time slice.

Inventors:
SEILMEIER MARKUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/061931
Publication Date:
November 21, 2019
Filing Date:
May 09, 2019
Export Citation:
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Assignee:
VALEO SIEMENS EAUTOMOTIVE GERMANY GMBH (DE)
International Classes:
H02P29/60; H02P29/66
Foreign References:
DE3736303A11989-05-11
DE102015005555A12016-11-03
DE102015005555A12016-11-03
Other References:
ANDREAS SPECHT ET AL: "Determination of rotor temperature for an interior permanent magnet synchronous machine using a precise flux observer", 2014 INTERNATIONAL POWER ELECTRONICS CONFERENCE (IPEC-HIROSHIMA 2014, ECCE ASIA), 1 May 2014 (2014-05-01), pages 1501 - 1507, XP055601878, ISBN: 978-1-4799-2705-0, DOI: 10.1109/IPEC.2014.6869784
Attorney, Agent or Firm:
DR. GASSNER & PARTNER MBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Stromrichters (3) für eine permanenterregte elektrische Maschine (2), wobei eine Temperaturinformation (16), die eine Tempe- ratur wenigstens eines Permanentmagneten (6) der elektrischen Maschine (2) be- schreibt, mittels eines Beobachters in Abhängigkeit von Betriebsparametern der elektrischen Maschine (2) ermittelt und der Stromrichter (3) in Abhängigkeit der Temperaturinformation (16) gesteuert wird,

dadurch gekennzeichnet, dass eine Recheneinrichtung (9), die Prozesse (18, 19) in Zeitscheiben verarbeitet, in einer ersten Zeitscheibe einen ersten Prozess (18) zum Erfassen von Parameterwerten (22) für das Ermitteln der Betriebsparameter und in einer zweiten Zeitscheibe, die seltener als die erste Zeitscheibe aufgerufen wird, einen zweiten Prozess (19), der die Temperaturinformation (16) ermittelt, ausführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei durch den ersten Prozess (18) auch ge- taktete Schaltsignale für die Steuerung des Stromrichters (3) erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Parameterwerte (22) über eine Dauer eines Erfassungsdurchgangs, der eine oder mehrere elektrische oder mechanische Perioden der elektrischen Maschine (2) umfasst, erfasst werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 3, wobei Mittelwerte der Parameter- werte (22) über die Dauer des Erfassungsdurchgangs zur Ermittlung der Betriebs- parameter berechnet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Parameterwerte (22) nur dann zur Ermittlung der Betriebsparameter verwendet werden, wenn ein Validie rungskriterium, das das Vorliegen eines quasistationären Betriebs der elektrischen Maschine (2) beschreibt, erfüllt ist und bei Nichterfüllung des Validierungskriteri- ums ein neuer Erfassungsdurchgang durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Validierungskriterium eine Bedin- gung, dass eine Änderung von Soll-Strömen des Stromrichters innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, und/oder eine Bedingung, dass eine Änderung einer Drehzahl der elektrischen Maschine (2) in einem vorgegebenen Bereich liegt, um- fasst.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Berechnen der Mittelwerte und/oder ein Auswerten des Validierungskriteriums durch den zweiten Prozess (19) oder durch einen in einer Zeitscheibe, die seltener als die erste Zeit scheibe aufgerufen wird, durchgeführten Prozess erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erfassen der Parameterwerte (22) durch eine Triggerinformation (21 ) gestartet wird, die nur dann bereitgestellt wird, wenn eine Startinformation (20) vorliegt, die anzeigt, dass eine Drehzahl der elektrische Maschine (2) größer oder gleich einem vorgegebe- nen Schwellwert ist, und/oder das Ermitteln der Betriebsparameter durch eine Triggerinformation (24) gestartet wird, die nur dann bereitgestellt wird, wenn der erste Prozess (18) eine Fertiginformation (23) bereitstellt, und/oder das Ermitteln der Temperaturinformation (16) durch eine Triggerinformation (27) gestartet wird, die nur dann bereitgestellt wird, wenn der Prozess (19), durch den die Betriebspa- rameter berechnet werden, eine Validierungsinformation (26) bereitstellt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Erzeugen der Triggerinformation o- der der Triggerinformationen (21 , 24, 27) durch den zweiten Prozess (18) oder durch einen in einer Zeitscheibe, die seltener als die erste Zeitscheibe aufgerufen wird, durchgeführten Prozess gesteuert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der die Triggerinformation oder die Triggerinformationen (21 , 24, 27) erzeugende Prozess (18) einen Zustandsau- tomaten realisiert, der die Startinformation (20) und/oder die Fertig Information (23) und/oder die Validierungsinformation (26) als Eingangsaktion erhält.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Ermit- teln der Temperaturinformation (16) eine zu einer Referenztemperatur zu addie- rende Temperaturdifferenz in Abhängigkeit eines Betriebsparameters, insbeson- dere von Ist-Ausgangsströmen des Stromrichters (3), aus einer magnetischen Flussdifferenz ermittelt wird.

12. Stromrichter (3) für eine permanenterregte elektrische Maschine (2), umfas- send eine Recheneinrichtung (9), die zum Durchführen eines Verfahrens nach ei- nem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet ist.

13. Fahrzeug (1 ), umfassend eine permanenterregte elektrische Maschine (2) zum Antreiben des Fahrzeugs (1 ) und einen Stromrichter (3) nach Anspruch 12, der zum Versorgen der elektrischen Maschine (2) eingerichtet ist. 14. Computerprogramm zum Laden in einen Speicher (11 ) einer Rechenein- richtung (9), umfassend Softwarecode, mit dem ein Verfahren nach einem der An- sprüche 1 bis 11 durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf der Re- cheneinrichtung (9) ausgeführt wird.

Description:
Verfahren zum Betreiben eines Stromrichters, Stromrichter für eine permanenter- regte elektrische Maschine, Fahrzeug und Computerprogrammprodukt

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stromrichters für eine permanenterregte elektrische Maschine, wobei eine Temperaturinforma- tion, die eine Temperatur wenigstens eines Permanentmagneten der elektrischen Maschine beschreibt, mittels eines Beobachters in Abhängigkeit von Betriebspara- metern der elektrischen Maschine ermittelt und der Stromrichter in Abhängigkeit der Temperaturinformation gesteuert wird.

Daneben betrifft die Erfindung einen Stromrichter für eine permanenterregte elekt- rische Maschine, ein Fahrzeug und ein Computerprogrammprodukt.

Die Berücksichtigung einer Temperatur eines Permanentmagneten bei der Steue- rung einer elektrischen Maschine ermöglicht einerseits eine hohe Drehmoment- genauigkeit, da der magnetische Fluss des Permanentmagneten signifikant von seiner Temperatur abhängig ist, und andererseits einen Schutz vor einer irrever- siblen Demagnetisierung des Permanentmagneten, wenn dessen Curie-Tempera- tur überschritten wird. Gegenüber eher ungenauen, auf einem thermischen Netz- werk beruhenden Techniken werden zur Temperaturermittlung Verfahren bevor- zugt, welche die Temperatur mittels eines Beobachters auf Basis der gegenelekt- romotorischen Kraft der elektrischen Maschine schätzen.

Aus der Druckschrift DE 10 2015 005 555 A1 ist ein solches Verfahren zur Bestim- mung einer Magnettemperatur einer permanenterregten elektrischen Maschine bekannt, wobei einer Magnettemperaturbeobachtereinheit ein gemessener Stator- strom der Maschine, eine in einem Umrichter der Maschine gebildete Statorspan- nung und eine gemessene Drehzahl der Maschine zugeführt werden. Die Magnet- temperaturbeobachtereinheit ermittelt aus einer Flussdifferenz zwischen einem er- mittelten Permanentmagnetfluss und einer Referenzmagnettemperatur eine Tem- peraturdifferenz und aus dieser die Magnettemperatur. Herkömmliche Implementierungen eines solchen Verfahrens sind jedoch sehr re- chenaufwendig, da der Beobachter die Schätzung sehr häufig auf Basis momen- tan erfasster Parameterwerte ausführen muss.

Der Erfindung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, eine effiziente Implementierung einer Ermittlung einer Temperaturinformation mittels eines Beobachters anzuge- ben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren der eingangs ge- nannten Art, wobei eine Recheneinrichtung, die Prozesse in Zeitscheiben verar- beitet, in einer ersten Zeitscheibe einen ersten Prozess zum Erfassen von Para- meterwerten für das Ermitteln der Betriebsparameter und in einer zweiten Zeit- scheibe, die seltener als die erste Zeitscheibe aufgerufen wird, einen zweiten Pro- zess, der die Temperaturinformation ermittelt, ausführt.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Berechnung der Temperatur durch den Beobachter in der ersten Zeitscheibe die Rechenressourcen der Re- cheneinrichtung sehr stark ausnutzt. Die Erfindung schlägt daher vor, den Res- sourcenverbrauch der Recheneinrichtung dadurch zu reduzieren, dass der rech- nerisch aufwendige Prozess, der die Temperaturinformation durch den Beobach- ter ermittelt, in der selteneren zweiten Zeitscheibe erfolgt und lediglich das res- sourcenschonende Erfassen der Parameterwerte in der häufigen ersten Zeit scheibe ausgeführt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht vorteilhaf- terweise eine besonders effiziente Implementierung der Ermittlung der Temperatu- rinformation, da das Schätzproblem in einen schnellen, in der ersten Zeitscheibe zu verarbeitenden Teil und in einen langsamen, in der zweiten Zeitscheibe zu ver- arbeitenden Teil aufgeteilt wird.

Typischerweise wird ein Beobachter verwendet, der die Temperatur des Perma- nentmagneten basierend auf einer gegenelektromotorischen Kraft (Back-EMF) der elektrischen Maschine schätzt. Die Temperatur bezieht sich insbesondere auf einen Mittelwert einer Temperaturverteilung des oder der Permanentmagneten der elektrischen Maschine. Zweckmäßigerweise beschreiben die Betriebsparameter eine Drehzahl der elektrischen Maschine und/oder einen Ist-Ausgangsstrom des Stromrichters und/oder einen zur Steuerung des Stromrichters vorgegebenen Soll- Strom und/oder eine Ausgangsspannung des Stromrichters. Bevorzugt sind der Ist-Ausgangsstrom bzw. der Soll-Strom bzw. die Ausgangsspannung in dq-Koordi- naten beschrieben. Die Parameterwerte können dazu im Rahmen des erfindungs- gemäßen Verfahrens in ein dq-Koordinatensystem transformiert werden. Bevor- zugt entspricht eine Aufruffrequenz der ersten Zeitscheibe einer Taktfrequenz des Stromrichters. Im Sinne der Erfindung beschreibt der Begriff "Prozess" eine Ge- samtheit von Rechenaufgaben bzw. Teilprozessen, die während einer Zeitscheibe durchgeführt werden.

Bevorzugterweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch den ers- ten Prozess auch getaktete Schaltsignale für die Steuerung des Stromrichters er- zeugt. Die erste Zeitscheibe kann daher auch als Steuerzeitscheibe aufgefasst werden. Das Erfassen der Parameterwerte kann folglich rechentechnisch in die ohnehin vorgesehene erste Zeitscheibe, die insbesondere Tastverhältnisse der getakteten Schaltsignale ermittelt, integriert werden, da die reine Erfassung der Parameterwerte äußerst ressourcenschonend verarbeitet werden kann.

Vorzugsweise werden die Parameterwerte über eine Dauer eines Erfassungs- durchgangs, der eine oder mehrere elektrische oder mechanische Perioden der elektrischen Maschine umfasst, erfasst.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, dass Mittelwerte der Parameterwerte über die Dauer des Erfassungsdurchgangs zur Ermittlung der Betriebsparameter berechnet werden. Dazu können im ersten Prozess akkumulierte Abtastwerte als Parameter- werte ermittelt und gespeichert werden. Das Berechnen der Mittelwerte, insbeson- dere aus den akkumulierten Abtastwerten, erfolgt zweckmäßigerweise durch den zweiten Prozess oder durch einen in einer Zeitscheibe, die seltener als die erste Zeitscheibe aufgerufen wird, durchgeführten Prozess. Die Verwendung von Mittelwerten zur Ermittlung der Betriebsparameter oder als Betriebsparameter hat den Vorteil, dass dadurch Harmonische und Unterharmoni- sche, die beispielsweise durch Statornutungen oder magnetische Sättigung ent- stehen, eliminiert werden. Normalerweise müssten diese Harmonischen durch la- geabhängige Modellparameter im Beobachter berücksichtigt werden, weswegen rechenintensive trigonometrische Funktionen in Abhängigkeit von Vielfachen des aktuellen Rotorlagewinkels, beispielsweise der sechsten Harmonischen bezogen auf dq-Koordinaten, ausgeführt werden müssten. Herkömmliche Verfahren behel- fen sich damit, eine sehr langsame Dynamik des Beobachters zu verwenden, was jedoch zu unerwünschten Oszillationen der geschätzten Temperatur führen kann, wenn die Dynamik nicht langsam genug ist. Die Mittelwertbildung ermöglicht es hingegen, die Harmonischen bereits auf der Ebene der Betriebsparameterermitt- lung zu eliminieren und verbessert das erfindungsgemäße Verfahren damit weiter.

Mit besonderem Vorteil kann vorgesehen sein, dass die Parameterwerte nur dann zur Ermittlung der Betriebsparameter verwendet werden, wenn ein Validierungskri- terium, das das Vorliegen eines quasistationären Betriebs der elektrischen Ma- schine beschreibt, erfüllt ist und bei Nichterfüllung des Validierungskriteriums ein neuer Erfassungsdurchgang durchgeführt wird. Dadurch wird insbesondere sicher- gestellt werden, dass die Bedingung des quasistationären Betriebs für die Gültig keit der Berücksichtigung von Mittelwerten erfüllt ist. Ein quasistationärer Betrieb kann angenommen werden, weil die thermische Zeitkonstante eines Rotors der elektrischen Maschine typischerweise in der Größenordnung von Minuten liegt und daher sehr langsam im Vergleich zur elektrischen Dynamik des Stromrichters ist. Es ist daher ausreichend, die Schätzung vergleichsweise langsam unter quasi- stationären Bedingungen durchzuführen.

Das Validierungskriterium kann eine Bedingung, dass eine Änderung von Soll- Strömen des Stromrichters innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, und/oder eine Bedingung, dass eine Änderung einer Drehzahl der elektrischen Maschine in einem vorgegebenen Bereich liegt, umfassen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass keine Mittelwerte verwendet werden, die auf Parameterwerten beru- hen, die während einer relevanten Änderung der Soll-Ströme bzw. der Drehzahl erfasst wurden. Eine solche Situation ist beispielsweise das unerwartete Be- schleunigen eines Fahrzeugs, das von der elektrischen Maschine angetrieben wird, durch einen Fahrer. Um das Validierungskriterium bzw. seine Bedingungen auszuwerten, kann durch den ersten Prozess zusätzlich ein Minimalwert und/oder ein Maximalwert der Parameterwerte ermittelt und gespeichert werden, was - wie die zuvor erwähnte Akkumulierung der Parameterwerte - keine nennenswerte zu- sätzliche Belastung der Rechenressourcen darstellt. Das Auswerten des Validie rungskriteriums erfolgt bevorzugt durch den zweiten Prozess oder durch einen in einer Zeitscheibe, die seltener als die erste Zeitscheibe aufgerufen wird, durchge- führten Prozess.

Es ist zweckmäßigerweise im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorge- sehen, dass das Erfassen der Parameterwerte durch eine Triggerinformation ge- startet wird, die nur dann bereitgestellt wird, wenn eine Startinformation vorliegt, die anzeigt, dass eine Drehzahl der elektrische Maschine größer oder gleich ei- nem vorgegebenen Schwellwert ist, und/oder das Ermitteln der Betriebsparameter durch eine Triggerinformation gestartet wird, die nur dann bereitgestellt wird, wenn der erste Prozess eine Fertig Information bereitstellt, und/oder das Ermitteln der Temperaturinformation durch eine Triggerinformation gestartet wird, die nur dann bereitgestellt wird, wenn der Prozess, durch den die Betriebsparameter berechnet werden, eine Validierungsinformation bereitstellt.

Eine besonders effiziente Implementierung dieser übergeordneten Prozesssteue- rung wird erreicht, wenn der die Triggerinformation oder die Triggerinformationen erzeugende Prozess einen Zustandsautomaten realisiert, der die Startinformation und/oder die Fertiginformation und/oder die Validierungsinformation als Eingangs- aktion erhält. Vorteilhafterweise wird das Erzeugen der Triggerinformation oder der Triggerinformationen durch den zweiten Prozess oder durch einen in einer Zeitscheibe, die seltener als die erste Zeitscheibe aufgerufen wird, durchgeführten Prozess gesteuert. Um eine Veränderung von Induktivitäten während des Betriebs der elektrischen Maschine zu berücksichtigen, kann ferner beim Ermitteln der Temperaturinforma- tion eine zu einer Referenztemperatur zu addierende Temperaturdifferenz in Ab- hängigkeit eines Betriebsparameters, insbesondere von Ist-Ausgangsströmen des Stromrichters, aus einer magnetischen Flussdifferenz ermittelt werden. Da eine durch eine Temperaturänderung hervorgerufene Flussänderung, die ihrerseits eine Veränderung der Induktivitäten bewirkt, den Arbeitspunkt der elektrischen Maschine verändert, kann durch die Berücksichtigung des Betriebsparameters eine im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren höhere Genauigkeit der Tempera- turschätzung erfolgen. Dies gilt insbesondere bei hochgesättigten elektrischen Ma- schinen für automobile Anwendungen. Die Temperaturdifferenz kann dabei ein Glied erster Ordnung einer Taylorreihenentwicklung der geschätzten Temperatur der Permanentmagneten beschreiben. Bevorzugt wird die Temperaturdifferenz mittels einer Lookup-Tabelle, welche Werten des Betriebsparameters Temperatur- differenzwerte zuordnet, oder mittels einer mathematischen Rechenvorschrift, be- vorzugt eines Polynoms, welche den Betriebsparameter als Veränderliche auf- weist, ermittelt.

Daneben betrifft die Erfindung einen Stromrichter für eine permanenterregte elekt- rische Maschine, umfassend eine Recheneinrichtung, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug, umfassend eine permanenterregte elektrische Maschine zum Antreiben des Fahrzeugs und den erfindungsgemäßen Stromrichter, der zum Versorgen der elektrischen Maschine eingerichtet ist.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Computerprogramm zum Laden in einen Spei- cher einer Recheneinrichtung, umfassend Softwarecode, mit dem das erfindungs- gemäße Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf der Re- cheneinrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann insbesondere in die Recheneinrichtung des erfindungsgemäßen Stromrichters ge- laden sein.

Alle Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich analog auf den erfindungsgemäßen Stromrichter, das erfindungsgemäße Fahrzeug und das erfin- dungsgemäße Computerprogramm übertragen, sodass die vorgenannten Vorteile auch mit diesen erzielt werden können.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Zeichnungen. Diese sind schematische Darstel- lungen und zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen

Fahrzeugs mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Strom- richters;

Fig. 2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 3 ein Prozessdiagramm von während des Verfahrens ausführten Prozessen; und

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines während des Verfahrens verwendeten Beobach- ters.

Fig. 1 ist eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 1 , bei spielsweise eines Flybridfahrzeugs oder eines Elektrofahrzeugs, umfassend eine permanenterregte elektrische Maschine 2 zum Antreiben des Fahrzeugs 1 , ein Ausführungsbeispiel eines Stromrichters 3, der zum Versorgen der elektrischen Maschine eingerichtet ist, und eine Hochvoltbatterie 4. Die elektrische Maschine umfasst einen Stator 5 und einen einen oder mehrere Permanentmagneten 6 auf- weisenden Rotor 7. Der Stromrichter 3 weist eine Leistungseinheit 8 auf, die dazu eingerichtet ist, eine von der Hochvoltbatterie 4 bereitgestellte Gleichspannung in eine mehrphasige Wechselspannung, die der elektrischen Maschine 2 zugeführt wird, zu wandeln. Die Leistungseinheit 8 wird von einer Recheneinrichtung 9 gesteuert, die bei spielsweise durch einen Mikrocontroller realisiert ist. Die Recheneinrichtung 9 weist eine zentrale Recheneinheit 10, die mit einem Echtzeitbetriebssystem betrie- ben wird, und einen Speicher 11 auf. Die Recheneinrichtung 9 verarbeitet Pro- zesse eines in den Speicher 11 geladenen Computerprogramms in mehreren Zeit- scheiben verschiedener Aufruffrequenz bzw. -häufigkeit. Dadurch ist die Rechen- einrichtung 9 dazu eingerichtet, ein Verfahren zum Betreiben des Stromrichters 3 nach einem der folgenden Ausführungsbeispiele durchzuführen:

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des Verfahrens zum Be- treiben des Stromrichters 3. Im Rahmen des Verfahrens erfolgt eine Steuerung mehrerer Rechenanweisung bzw. Teilprozesse 12, 13, 14 durch einen übergeord- neten Teilprozess 15, welche in dem in Fig. 3 gezeigten Prozessdiagramm darge- stellt sind.

Das Verfahren dient dazu, eine Temperaturinformation 16, die einen Mittelwert der Temperaturverteilung der Permanentmagnete 6 beschreibt, zu ermitteln und den Stromrichter 3 in Abhängigkeit der Temperaturinformation 16 zu steuern. Diese Steuerung erfolgt in einem weiteren Teilprozess 17. Nur die Teilprozesse 12, 17 werden durch einen ersten Prozess 18 in einer ersten Zeitscheibe, deren Auf- ruffrequenz der Taktfrequenz des Stromrichters 3 entspricht, durchgeführt. Bei ei- ner Taktfrequenz von 10 kHz wird der erste Prozess 18 beispielsweise alle 100 ps aufgerufen. Die Teilprozesse 13, 14, 15 werden hingegen in durch einen zweiten Prozess 19 in einer zweiten Zeitscheibe, die seltener als die erste Zeitscheibe, z.

B. alle 10 ms, aufgerufen wird, durchgeführt.

In einem Schritt S1 erhält der übergeordnete Teilprozess 15 eine Startinformatio- nen 20 als Eingangsaktion, die anzeigt, dass eine Drehzahl der elektrischen Maschine 2 größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellwert ist, und gibt da- raufhin eine Triggerinformation 21 aus. Erst mit dem Erreichen oder Überschreiten dieses Schwellwert lässt sich die Temperaturinformation sinnvoll ermitteln. Dazu realisiert der Teilprozess 15 einen Zustandsautomaten.

In einem anschließenden Schritt S2 wird durch das Vorliegen der Triggerinforma- tion 21 der Teilprozess 12 zum Erfassen von Parameterwerten 22 gestartet, der in der ersten Zeitscheibe durchgeführt wird. Die Erfassung erfolgt dabei über die Dauer eines Erfassungsdurchgangs, der eine oder mehrere elektrische oder me- chanische Perioden der elektrischen Maschine 2 umfasst. Während dieses Erfas- sungsdurchgangs akkumuliert der Teilprozess 12 Abtastwerte als Parameterwerte 22 für die Ermittlung von Betriebsparametern, die eine Drehzahl der elektrischen Maschine 2, einen Ist-Ausgangsstrom des Stromrichters 3, einen zur Steuerung des Stromrichters 3 vorgegebenen Soll-Strom und eine Ausgangsspannung des Stromrichters 3 beschreiben. Daneben ermittelt der Teilprozess 12 Minimal- und Maximalwerte der Parameterwerte 22 für die Ermittlung eines jeweiligen Betriebs- parameters. Die akkumulierten Abtast- bzw. Parameterwerte 22 sowie die Mini- mal- und Maximalwerte werden im Speicher 11 gespeichert.

In einem anschließenden Schritt S3 gibt der Teilprozess 12 eine Fertiginformation 23, die eine Eingangsaktion des Zustandsautomaten bildet, an den Teilprozess 15 aus. Bei Vorliegen der Fertiginformation 23 gibt der Teilprozess 15 eine weitere Triggerinformation 24 aus.

Durch das Vorliegen der Triggerinformation 24 wird der Teilprozess 13 zum Ermit- teln der Betriebsparameter, der in der zweiten Zeitscheibe ausgeführt wird, in ei- nem Schritt S4 gestartet. Zum Ermitteln der Betriebsparameter wird zunächst ein Mittelwert der Parameterwerte 22 über die Dauer des Erfassungsdurchgangs be- rechnet, indem die aus dem Speicher 11 abgerufenen akkumulierten Parameter- werte 22 durch die Anzahl von Abtastungen geteilt werden. In einem anschließenden Schritt S5 wertet der Teilprozess 13 ein Validierungskri- terium aus, das einen quasistationären Betrieb der elektrischen Maschine 2 be- schreibt. Das Validierungskriterium umfasst eine Bedingung, dass eine Änderung der Soll-Ströme des Stromrichters 3 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, und eine Bedingung, dass eine Änderung der Drehzahl der elektrischen Maschine in einem vorgegebenen Bereich liegt. Dazu vergleicht der Teilprozess 13 die ebenfalls aus dem Speicher 1 1 abgerufenen Minimal- und Maximalwerte mit vor- gegebenen Schwellwerten.

In einem Schritt S6 prüft der Teilprozess 13, ob das Validierungskriterium erfüllt ist. Ist dies nicht der Fall, wird eine negative Validierungsinformation 25 als Ein- gangsaktion für den Zustandsautomaten ausgegeben. Dieser erzeugt daraufhin - gegebenenfalls verzögert - eine neue Triggerinformation 21 , die einen erneuten Erfassungsdurchgang durch den Teilprozess 12 auslöst. Das Verfahren weist ei- nen entsprechenden Rücksprung in den Schritt S2 auf.

Ergibt die Prüfung im Teilprozess 13 hingegen, dass das Validierungskriterium er- füllt ist, so werden die Mittelwerte als Betriebsparameter im Speicher 1 1 gespei- chert und eine positives Validierungsinformation 26 als Eingangsaktion an den übergeordneten Teilprozess 15 ausgegeben. Dieser erzeugt daraufhin in einem Schritt S7 eine weitere Triggerinformation 27 für den Teilprozess 14.

Bei Vorliegen der Triggerinformation 27 wird in einem Schritt S8 der Teilprozess 14 zum Ermitteln der Temperaturinformation 16, welcher in der zweiten Zeit scheibe durchgeführt wird, gestartet. Der Prozess 14 realisiert einen Beobachter, der in Fig. 4 im Detail gezeigt ist.

Dazu umfasst der Teilprozess 14 einen Unterprozess 28, der die Betriebsparame- ter, welche eine gemittelte Drehzahl COel.mean, eine gemittelte q-Komponente der Soll- oder Ausgangsspannung u q , m ean und eine gemittelte q-Komponente des Ist- Ausgangsstroms iq. mean umfassen, aus dem Speicher 1 1 abruft. Basierend auf der stationären Spannungsgleichung der elektrischen Maschine 2 ermittelt der Unterprozess 28 eine d-Komponente des geschätzten magnetischen Flusses j ji u q,mean Rq ' l q,mean

* d,est ~

wei,mean

Dabei beschreibt R q einen in der q-Achse wirksamen mittleren Wicklungswider- stand, welcher sich im Allgemeinen aus einer ohmschen Gleichspannungskompo- nente und einer zusätzlichen frequenzabhängigen Komponente, welche Zusatz- verluste durch den Skineffekt und den Proximityeffekt beschreibt, zusammensetzt. Die Gleichspannungskomponente wird über einen Temperaturkoeffizienten des Leitermaterials und eine gemessene Wicklungstemperatur adaptiert.

Ein weiterer Unterprozess 29 des Teilprozesses 14 ermittelt mithilfe einer Lookup- Tabelle eine d-Komponente eines magnetischen Referenzfluss M^ ref aus gemittel- ten dq-Komponenten des Ist-Ausgangsstroms i dq.mean für eine vorgegebene Refe- renztemperatur Tp M.ref der Permanentmagneten 6. Dabei ergibt sich aus der Diffe- renz der d-Komponenten des geschätzten magnetischen Flusses M^.est und des magnetisches Referenzfluss M^ ref eine d-Komponente einer magnetischen Fluss- differenz DYά.

Ein nächster Unterprozess 30 des Teilprozesses 14 ermittelt mithilfe einer Lookup- Tabelle aus der magnetischen Flussdifferenz DM^ und den gemittelten dq-Kompo- nenten des Ist-Ausgangsstroms idq.mean eine Temperaturdifferenz DTRM, die addiert zur Referenztemperatur TpM.ref die geschätzte Temperatur TpM.est des Permanent- magneten 6 als Temperaturinformation 16 ergibt.

Die Ermittlung der geschätzten Temperatur Tp M .est basiert auf folgender Taylorrei- henentwicklung:

Die d-Komponente des magnetisches Referenzfluss M^ ref beschreibt mithin die Grundwelle des Flusses bei der Referenztemperatur Tp M.ref . Für die hier beschrie- bene Implementierung ist es grundsätzlich ausreichend, nur die Ableitung erster Ordnung für die Schätzung zu berücksichtigen. Die Ableitung erster Ordnung ist grundsätzlich eine Funktion der dq-Komponenten des Ist-Ausgangsstroms idq, was besonders für hochgesättigte Traktionsmaschinen in automobilen Anwendungen gilt. Die Ableitung erster Ordnung kann folglich - wie zuvor beschrieben - als Lookup-Tabelle gespeichert sein oder durch ein Polynom in Abhängigkeit der ge- mittelten dq-Komponenten des Ist-Ausgangsstroms i dq.mean beschrieben werden.

Durch die Berücksichtigung der aktuellen gemittelten dq-Komponenten des Ist- Ausgangsstroms i dq.mean können so auch Änderungen der Induktivitäten, die bei herkömmlichen Verfahren vernachlässigt werden, berücksichtigt werden. Gerade bei hochgesättigten Maschinen hat eine von der Temperatur der Pemnanentmag- neten 6 abhängige Veränderung der d-Komponente des magnetisches Flusses ei- nen starke Abhängigkeit von den dq-Komponenten des Ist-Ausgangsstroms, so dass deren Berücksichtigung zu einer signifikanten Erhöhung der Genauigkeit der Schätzung führt.

In einem letzten Schritt S9 wird der Stromrichter 3 in Abhängigkeit der Temperatu- rinformation 16 durch den in der ersten Zeitscheibe ausgeführten Teilprozess 17 gesteuert. Dabei werden die getakteten Schaltsignale für Schaltelemente der Leis- tungseinheit 8 in Abhängigkeit der Temperaturinformation 16 ermittelt, wobei bei einer hohen Temperatur der Permanentmagneten 6 eine Leistungsreduktion (De- rating) erfolgt. Ist diese Leistungsreduktion nicht ausreichend, wird ein Schutz der Permanentmagneten 6 durch eine Absenkung der Drehzahl der elektrisch Ma- schine 2 eingeleitet. Dazu wird eine Meldung an ein übergelagertes Steuergerät (nicht gezeigt) des Fahrzeugs 1 ausgegeben. Das Steuergerät setzt dann eine An- triebsstranglimitierung (Drehzahlbegrenzung) um. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahren werden nur einer oder ein Teil die Teilprozesse 13, 14, 15 im ersten Prozess 19 und die anderen Teilpro- zesse als separate Prozesse durchgeführt. Ebenso können die Teilprozesse 12, 17 als separate Prozesse durchgeführt werden. Wesentlich ist dabei nur, dass die

Zeitscheiben, in denen den Teilprozessen 12, 17 entsprechende Prozesse durch- geführt werden, häufiger aufgerufen werden als die Zeitscheiben, in denen den Teilprozessen 13, 14, 15 entsprechende Prozesse durchgeführt werden.