DE102022213255A1

DE102022213255A1 - Verfahren zur Bestimmung eines Zustands einer elektrischen Antriebsanordnung

Info

Publication number: DE102022213255A1
Application number: DE102022213255.6A
Authority: DE
Inventors: Allan Muschel
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-12-08
Filing date: 2022-12-08
Publication date: 2024-06-13

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines Zustands einer elektrischen Antriebsanordnung (1), insbesondere einer elektrischen Antriebsanordnung (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Steuerungseinrichtung (3), insbesondere einen Wechselrichter, und eine elektrische Maschine (2) wobei die Steuerungseinrichtung (3) mehrere Schaltelemente (8) aufweist und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Schaltstellung der Schaltelemente (8) einen Strom durch eine Wicklung der elektrischen Maschine (2) einzustellen, wobei eine Stromänderung basierend auf wenigstens zwei während derselben Schaltstellung erfassten Messwerten (10, 11) bestimmt wird und der Zustand der elektrischen Maschine (2) basierend auf der erfassten Stromänderung bestimmt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustands einer elektrischen Antriebsanordnung, insbesondere einer elektrischen Antriebsanordnung eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Steuerungseinrichtung, insbesondere einen Wechselrichter, und eine elektrische Maschine wobei die Steuerungseinrichtung mehrere Schaltelemente aufweist und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Schaltstellung der Schaltelemente einen Strom durch eine Wicklung der elektrischen Maschine einzustellen.
Elektrische Antriebsanordnungen für Kraftfahrzeuge, die elektrische Maschinen aufweisen, um ein Drehmoment für den Antrieb des Kraftfahrzeugs zu stellen, sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Für das Zuführen des Stroms an die elektrische Maschine sind Steuerungseinrichtungen, zum Beispiel Wechselrichter, bekannt, die eine definierte Anzahl an Schaltelementen aufweist, um in Abhängigkeit einer Schaltstellung der Schaltelemente der elektrischen Maschine Strom zuzuführen, zum Beispiel aus einem elektrischen Energiespeicher der elektrischen Antriebsanordnung bzw. des Kraftfahrzeugs.
Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass die elektrische Maschine hinsichtlich ihres Zustands, beispielsweise das Vorliegen eines Fehlerzustands oder das Überwachen eines Betriebszustands, überwacht werden muss. Zum Beispiel ist es bekannt, für die Überwachung ein Grundwellenmodell mit bekannten Parametern der elektrischen Maschine zu berechnen und dieses Grundwellenmodell mit gemessenen Strömen zu vergleichen. Basiert die Überwachung auf einem solchen Grundwellenmodell mit bekannten Parametern, können Abweichungen zwischen dem gemessenen Strom und dem modellierten Strom auftreten, da die bekannten Parameter nicht über alle Betriebszustände konstant sind. Tritt ein Fehlerfall auf, kann aus dem Grundwellenmodell üblicherweise keine Zuordnung zu einem konkreten Fehlerfall vorgenommen werden.
Bezüglich der Bestimmung der Temperatur sind zusätzliche Sensoren nötig oder die Bestimmung der Temperatur wird durch ein aufwändiges Temperaturmodell vorgenommen, das zum Beispiel auf Grundlage der Energiebilanz und der Starttemperatur sowie der Umgebungstemperatur arbeitet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur Überwachung des Zustands einer elektrischen Antriebsanordnung anzugeben.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie beschrieben, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustands einer elektrischen Antriebsanordnung, die eine Steuerungseinrichtung und eine elektrische Maschine umfasst. Die Steuerungseinrichtung ist dazu ausgebildet, ihre Schaltelemente in verschiedene Schaltstellungen zu überführen, um der elektrischen Maschine einen Strom zuzuführen. Insbesondere wird in Abhängigkeit der Schaltstellung der Schaltelemente ein Strom durch jede Wicklung der elektrischen Maschine eingestellt. Beispielsweise kann basierend auf einem PWM-Verfahren in Abhängigkeit einer aktuellen Schaltstellung der Schaltelemente in dem Betriebszustand eine Spannung ausgegeben werden, die zu dem entsprechenden Stromfluss durch die Wicklung der elektrischen Maschine führt.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass eine Stromänderung basierend auf wenigstens zwei während derselben Schaltstellung erfassten Messwerten bestimmt wird und der Zustand der elektrischen Maschine basierend auf der erfassten Stromänderung bestimmt wird. Die erfassten Messwerte werden in demselben Betriebspunkt bzw. bei derselben Schaltstellung der Schaltelemente der Steuerungseinrichtung erfasst und können insbesondere in einem definierten Zeitintervall hintereinander erfasst werden. Aufgrund der bekannten aktuellen Schaltstellung der Schaltelemente ist auch die Spannung bekannt, die an dem Sternpunkt der elektrischen Maschine anliegt, d.h., die Spannung zwischen Sternpunkt und Außenklemme, also die über die Wicklung, durch die der Strom ermittelt werden soll, abfällt. Je nach Schaltstellung können sich dabei je nach elektrische Maschine bzw. je nach Steuerungseinrichtung verschiedene Spannungen bzw. Spannungswerte ergeben, beispielsweise 0V oder ein +/- ein Drittel der Versorgungsspannung. Sind somit die Schaltstellung und die DC-Spannung bzw. Zwischenkreisspannung bzw. Raumzeigerspannung bekannt, kann die aufgrund der Schaltstellung an dem Sternpunkt eingestellte Spannung bestimmt werden. In der jeweiligen Phase können mittels der in derselben Schaltstellung durchgeführten Messungen des AC-Stroms der Stromanstieg bzw. allgemein die Stromänderung ermittelt werden.
Bei der Strommessung kann beispielsweise der Strom von dem Sternpunkt zur Außenklemme oder umgekehrt gemessen werden. Die während derselben Schaltstellung aufgenommenen Messwerte werden somit zeitlich hintereinander erfasst, jedoch während derselben Schaltstellung der Schaltelemente. Das bedeutet, dass die Messung des AC-Stroms zwar zeitlichen nacheinander ausgeführt wird, während den beiden Erfassungen der Messwerte jedoch keine Veränderung der Schaltstellung der Schaltelemente in der Steuerungseinrichtung auftritt. Aufgrund der Erfassung des AC-Stroms ist somit der Strom bekannt, der durch den jeweiligen Strang, das heißt von dem Sternpunkt zur Außenklemme, fließt. Basierend auf den erfassten Messwerten kann eine Stromänderung bestimmt werden und basierend auf der Stromänderung kann der Zustand der elektrischen Maschine bestimmt werden.
Letztlich kann somit die Oberwelle bestimmt werden, die dem erfassten Strom, insbesondere durch die Erzeugung basierend auf dem PWM-Muster, aufgeprägt ist und basierend auf der durch die Oberwelle verursachten Stromänderung der Zustand der elektrischen Maschine bestimmt werden. Die nachfolgende Beschreibung kann der Einfachheit halber basierend auf der Erfassung von zwei Messwerten beschrieben werden. Grundsätzlich ist aber eine beliebige Anzahl an Messwerten möglich, solange diese während derselben Schaltstellung erfasst wurden.
Bei dem Verfahren kann insbesondere vorgesehen sein, dass ein aus der Spannungsgleichung ermittelter Wert mit einem Erwartungswert verglichen wird und der Zustand der elektrischen Maschine basierend auf dem Vergleichsergebnis bestimmt wird. Mit anderen Worten kann basierend auf den ermittelten Größen die Spannungsgleichung für den aktuellen Betriebszustand der elektrischen Maschine berechnet werden. Ergibt das Vergleichsergebnis keine oder nur eine geringfügige Abweichung, insbesondere eine Abweichung unterhalb eines definierten Grenzwerts, kann der Zustand der elektrischen Maschine als Normalzustand klassifiziert werden. Weicht das Vergleichsergebnis um mehr als den definierten Grenzwert ab, kann ein Fehlerzustand identifiziert werden.
Mit anderen Worten kann überprüft werden, ob die Berechnung der Spannungsgleichung eine Abweichung ergibt, d.h., dass der ermittelte Wert von dem Erwartungswert um mehr als den Grenzwert abweicht. Entspricht der Erwartungswert näherungsweise dem ermittelten Wert, kann somit davon ausgegangen werden, dass die elektrische Maschine in einem Normalzustand betrieben wird, d.h., dass kein signifikanter Fehler vorliegt. Tritt jedoch ein Fehler vor, der zu einer Abweichung führt, kann dies basierend auf der berechnen Spannungsgleichung ermittelt werden. In diesem Fall wird der ermittelte Wert um mehr als den definierten Grenzwert von dem Erwartungswert abweichen. Als Spannungsgleichung kann beispielsweise die Gleichung berechnet werden: $U = R * I + \frac{d I}{d t} * L + ω * ψ * cos φ$
Dabei bezeichnet U die Spannung, R den Widerstand, I den Strom, $\frac{d I}{d t}$
die gemessene Stromänderung, L die Induktivität, ω die Drehzahl bzw. die Kreisfrequenz der elektrischen Maschine, ψ den Polradfluss bzw. den Maximalbetrag des Polradflusses und cos φ den Rotorwinkel gegenüber der Phase. Für die Spannung kann somit in Abhängigkeit der Schaltstellung der Schaltelemente der Steuerungseinrichtung ein Erwartungswert vorgegeben werden. Die übrigen Terme können anschließend berechnet werden. Entspricht der berechnete Wert dem Erwartungswert liegt der Normalzustand vor bzw. kann der Zustand der elektrischen Antriebsanordnung als klassifiziert werden. Bei einer Abweichung zwischen Erwartungswert und bestimmtem Wert, kann der Zustand elektrischen Maschine bzw. der elektrischen Antriebsanordnung als Fehlerzustand klassifiziert werden.
Wurde ein Fehlerzustand der elektrischen Antriebsanordnung erfasst bzw. klassifiziert, besteht die Möglichkeit, den Fehlerzustand genauer zu identifizieren. Hierzu kann in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis ein Fehlerzustand der elektrischen Maschine basierend auf wenigstens einem Fehlermodell identifiziert werden. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit beliebige Fehlermodelle bzw. eine Vielzahl von verschiedenen Fehlermodellen zur Identifizierung des Fehlers zu verwenden. Beispielsweise kann die Annahme getroffen werden, dass es sich bei dem erfassten Fehler um einen einzelnen Fehler handelt, der zum Beispiel basierend auf einer falschen Temperaturmessung oder Temperaturermittlung oder einer abweichenden aktuellen Temperatur, einem Kurzschluss, einem Phasenabriss, einem fehlerhaft bestimmten Ohm'schen Widerstand und dergleichen basieren kann. Je nach verwendetem Fehlermodell kann wenigstens eine Korrektur vorgenommen werden und gegebenenfalls eine Neuberechnung erfolgen. Liegt der Fehlerzustand nach der Neuberechnung bzw. bei Berücksichtigung der Korrektur immer noch vor, kann der Fehler bzw. Fehlerzustand plausibilisiert und somit verifiziert werden. Ergibt die Korrektur eine Verbesserung, sodass anschließend kein Fehler mehr erfasst wird, kann die Korrektur übernommen werden.
Eine Weiterbildung des zuvor beschriebenen Verfahrens kann vorsehen, dass der Vergleich oder das Vergleichsergebnis für wenigstens einen weiteren Strang bestimmt und mit dem vorhergehenden Strang verglichen wird. Wie eingangs beschrieben, kann das Verfahren grundsätzlich individuell für wenigstens einen Strang oder für alle Stränge durchgeführt werden. Ergibt das Vergleichsergebnis eines ersten Strangs eine Abweichung, wie zuvor beschrieben, sodass für diesen Strang ein Fehler identifiziert wird, kann das Verfahren für wenigstens einen weiteren Strang durchgeführt werden und dort das Vergleichsergebnis bestimmt werden. Dadurch kann ermittelt werden, ob eine in einem ersten Strang auftretende Abweichung auch in wenigstens einem weiteren Strang vorliegt. Dies kann beispielsweise der Plausibilisierung des Fehlerzustands dienen.
Je nach Vergleichsergebnis können sich in den einzelnen Strängen gleiche Vergleichsergebnisse ergeben bzw. gleiche Abweichungen, da der vorliegende Fehler nicht nur einen einzelnen Strang, sondern wenigstens zwei bzw. alle Stränge betrifft. Beispielsweise kann ein Windungsschluss oder ein Phasenabriss nur eine einzelne Phase bzw. einen einzelnen Strang betreffen. Temperatureinflüsse, zum Beispiel eine erhöhte Temperatur der elektrischen Maschine, betreffen dagegen alle Stränge. Somit ist es möglich, durch den Vergleich mehrerer Stränge die Systematik des Fehlerzustands zu erkennen. Ebenso können zuvor beschriebenen Korrekturen vorgenommen werden und die Auswirkungen auf wenigstens zwei Stränge betrachtet werden. Führt die vorgenommene Korrektur beispielsweise zwar in einem ersten Strang zu einer Verbesserung, in einem zweiten Strang jedoch zu einer Verschlechterung, kann ebenfalls von einem Fehlerzustand ausgegangen werden.
Wie beschrieben, können für die Bestimmung des Zustands der elektrischen Antriebsanordnung verschiedene Parameter erfasst bzw. bestimmt oder definiert werden. Der Zustand der elektrischen Maschine bzw. allgemein der elektrischen Antriebsanordnung kann wenigstens basierend auf folgenden Parametern bestimmt werden:

- die Drehzahl der elektrischen Maschine und/oder
- die Phasenströme der elektrischen Maschine und/oder
- der Winkel des Polradflusses.

Beispielsweise werden die Drehzahl, die Ströme sowie die Stromänderungen und der Winkel des Polradflusses bestimmt. Ferner können induzierte Spannung in dem jeweiligen Strang aus Drehzahl und Winkel und Polradfluss bestimmt werden. Verschiedene Parameter können kalibriert werden, insbesondere im Wege einer sogenannten end-of-line-Kalibrierung. Weiterhin lässt sich der Ohm`sche Widerstand wenigstens eines Strangs, der Polradfluss der Magnete, Induktivitäten sowie der Sättigungseinfluss bestimmen.
Wie beschrieben, können verschiedene Parameter definiert oder kalibriert sein, wohingegen andere Parameter gemessen werden. Insbesondere die gemessenen Parameter verändern sich je nach Betriebszustand der elektrischen Antriebsanordnung in Abhängigkeit wenigstens eines weiteren Parameters, beispielsweise abhängig von der Temperatur. Hierzu kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein Parameter, insbesondere ein Sättigungseinfluss, in wenigstens zwei verschiedenen Betriebspunkten nachgeführt wird oder ein Bestimmen des Zustands der elektrischen Maschine in wenigstens einem Betriebspunkt ausgeschlossen ist. Demnach können verschiedene Parameter über die verschiedenen Betriebspunkte der elektrischen Maschine nachgeführt werden, d.h. für bestimmte Betriebspunkte angelernt und bei Einnehmen verschiedene Betriebspunkte entsprechend eingestellt oder in diesen gemessen und aktualisiert werden. Im Speziellen kann die Nachführung basierend auf zuvor angelernten Referenzbetriebspunkten durchgeführt werden. Kann eine solche Nachführung in einem Betriebspunkt nicht ausreichend gewährleistet werden, kann alternativ vorgesehen sein, dass das Bestimmen oder Überwachen des Zustands der elektrischen Maschine in einem solchen Betriebspunkt ausgeschlossen ist. Dadurch wird verhindert, dass fehlerhafte Bestimmungen des Zustands der elektrischen Antriebsanordnung bzw. der elektrischen Maschine vorgenommen werden.
Zur Bestimmung des Zustands der elektrischen Maschine kann weiterhin ein definierter Betriebspunkt ausgewählt oder eingenommen werden, insbesondere ein Betriebspunkt, der einen potenziellen Fehlereffekt gegenüber wenigstens einem weiteren Betriebspunkt verstärkt. Die beschriebene Ausgestaltung schlägt insbesondere vor, einen Betriebspunkt zur Bestimmung des Zustands der elektrischen Antriebsanordnung zu verwenden, der einen bestimmten Term in der Spannungsgleichung dominieren lässt. Liegt beispielsweise ein Verdacht für das Vorliegen eines bestimmten Fehlerfalls vor, kann durch geeignete Auswahl des Betriebspunkts, in dem der Zustand der elektrischen Antriebsanordnung bestimmt werden soll, eine Verstärkung des Fehlers erreicht werden, sodass der Fehlereffekt stärker auftritt und somit vereinfacht identifiziert werden kann.
Hierzu bieten sich verschiedene Betriebspunkte an, beispielsweise ein Stromnulldurchgang, ein Betriebspunkt mit hoher Drehzahl oder ein Betriebspunkt mit niedriger Drehzahl. Besteht beispielsweise der Verdacht, dass die Bestimmung des Ohm'schen Widerstands fehlerhaft durchgeführt wurde, kann ein Betriebspunkt mit möglichst hohem Strom gewählt werden, sodass der entsprechende Term, zum Beispiel R * I, in diesem Betriebspunkt besonders groß, insbesondere dominant, wird, und so bei Vorliegen des Fehlers bei der Bestimmung des Ohm'schen Widerstands stärker auftritt und dadurch leichter bestimmt werden kann. Das Beispiel ist selbstständig auf jedwede andere Fehlerfälle, die durch andere Terme beschrieben bzw. dominiert werden, übertragbar.
Wie beschrieben, kann die Spannung an dem Sternpunkt der elektrischen Maschine grundsätzlich aus der Schaltstellung des Betriebspunkts, d.h. der Schaltstellung der Schaltelemente in dem aktuellen Betriebspunkt bestimmt werden. Die bestimmte Sternpunktspannung kann anschließend mit einer Zwischenkreisspannung verglichen werden, wobei ein Fehlerzustand basierend auf einer Abweichung in dem Vergleichsergebnis bestimmt werden kann. Mit anderen Worten geht die beschriebene Ausgestaltung davon aus, dass in einem Normalzustand der elektrischen Antriebsanordnung die Spannungsgleichung erfüllt sein muss. Ergibt sich eine Abweichung in der Spannungsgleichung ist dies ein Anzeichen dafür, dass ein Fehlerzustand der elektrischen Antriebsanordnung auftritt.
Neben der zuvor beschriebenen Möglichkeit, die Sternpunktspannung aus der Schaltstellung zu bestimmen, kann zusätzlich dazu die Sternpunktspannung über wenigstens einen Strang gemessen werden und mit der Zwischenkreisspannung verglichen werden, wobei ein Fehlerzustand basierend auf einer Abweichung im Vergleichsergebnis bestimmt wird. Statt die Sternpunktspannung ausschließlich durch Kenntnis der aktuellen Schaltstellung bzw. Schaltstellung zu bestimmen, ist eine aktive Messung der Sternpunktspannung ebenso möglich, um gegebenenfalls Fehlerzustände, die durch eine abweichende Schaltstellung hervorgerufen werden, zu eliminieren. Das direkte Messen der Sternpunktspannung kann das Verfahren weiter bezüglich der Genauigkeit des Verfahrens verbessern.
Das Verfahren kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass in Abhängigkeit der Konfiguration der elektrischen Maschine eine Transformation der Sternpunktspannung, insbesondere eine Stern-Dreieck-Transformation, ausgeführt wird. Dadurch ist es möglich, von dem angenommenen Sternmodell bzw. der Sternform auf ein Dreiecksmodell zu transformieren. In dem beschriebenen Dreiecksmodell ist gegebenenfalls eine Identifizierung bzw. eine exakte Auflösung eines aufgetretenen Fehlerzustands nicht möglich. Es ist zumindest nur noch eine eingeschränkte Erfassung möglich, die einen aufgetretenen Fehlerzustand erfassen kann, jedoch gegebenenfalls eine exakte Identifizierung nicht mehr zulässt.
Neben dem Verfahren betrifft die Erfindung eine elektrische Antriebsanordnung, umfassend eine Steuerungseinrichtung, insbesondere einen Wechselrichter, und eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, wobei die Steuerungseinrichtung mehrere Schaltelemente aufweist und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Schaltstellung der Schaltelemente einen Strom durch eine Wicklung der elektrischen Maschine einzustellen, wobei die elektrische Antriebsanordnung eine Diagnoseeinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine Stromänderung basierend auf wenigstens zwei während derselben Schaltstellung erfassten Messwerten zu bestimmen und ein Zustand der elektrischen Maschine basierend auf der erfassten Stromänderung zu bestimmen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine solche elektrische Antriebsanordnung.
Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, sind vollständig auf die elektrische Antriebsanordnung und das Kraftfahrzeug übertragbar. Das beschriebene Verfahren ist insbesondere mittels der Diagnoseeinrichtung der elektrischen Antriebsanordnung durchführbar. Die Diagnoseeinrichtung ist somit dazu ausgebildet, das Verfahren in den hierin beschriebenen Einzelheiten auszuführen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellung und zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts einer elektrischen Antriebsanordnung; und
2 ein schematisches Diagramm eines Betriebszustands der elektrischen Antriebsanordnung von 1.

1 zeigt eine elektrische Antriebsanordnung 1, insbesondere eine elektrische Antriebsanordnung 1 für ein Kraftfahrzeug, das der übersichtlicher halber nicht näher dargestellt ist. Die elektrische Antriebsanordnung 1 weist eine elektrische Maschine 2 auf, deren Rotor schematisch anhand von Strängen 4-6 dargestellt ist, die zum Beispiel von einem Sternpunkt 7 zu einer Außenklemme verlaufen.
Die Steuerungseinrichtung 3 weist mehrere Schaltelemente 8 auf, beispielsweise für jede Phase der elektrischen Maschine 2 jeweils zwei Schaltelemente 8, die auch als „Highside“-Schaltelement und „Lowside“-Schaltelement für die einzelnen Phasen U, V, W bezeichnet werden können. Die Anzahl der Phasen und somit die Anzahl der Schaltelemente 8 richtet sich nach der elektrischen Maschine 2 und ist hierin lediglich beispielhaft mit drei Phasen U,V,W gezeigt. Die Schaltelemente 8 werden je nach Betriebszustand in entsprechende Schaltstellungen verbracht, um, insbesondere im PWM-Verfahren, eine Spannung auszugeben, um einen Stromfluss durch den jeweiligen Strang 4-6 einzustellen.
In Kenntnis der Zwischenkreisspannung U_DC und der aktuellen Schaltstellung im aktuellen Betriebszustand, lässt sich die Spannung bestimmen, die an dem Sternpunkt 7 abfällt, diese kann beispielsweise im aktuellen Fall 0V bzw. +/- U_DC betragen. Um den Zustand der elektrischen Antriebsanordnung 1 zu erfassen bzw. zu überwachen ist der elektrischen Antriebsanordnung 1 eine Diagnoseeinrichtung 8 zugeordnet. Die Diagnoseeinrichtung 8 ist dazu ausgebildet, das zuvor beschriebene Verfahren auszuführen. Mittels der Diagnoseeinrichtung 9 kann zum Beispiel die an dem Sternpunkt 7 abfallende Spannung U_RMZ bestimmt werden, zum Beispiel basierend auf der aktuellen Schaltstellung der Schaltelemente 8 der Steuerungseinrichtung 3. Ebenso ist es möglich, dass die Diagnoseeinrichtung 9 eine direkte Messung der Spannung an dem Sternpunkt 7 bzw. zwischen Sternpunkt 7 und einer Außenklemme vornimmt bzw. ein entsprechendes Messergebnis zugeführt bekommt.
Mit der Diagnoseeinrichtung 9 kann ferner eine Stromänderung gemessen werden, wie diese in 2 beispielhaft für die Phase U dargestellt ist. Üblicherweise wird im Stand der Technik eine Erfassung des Stroms I_A mittig in der Periode durchgeführt, um den Nulldurchgang der Oberwelle des Stroms I_A zu treffen, welche Oberwelle üblicherweise ein Resultat der PWM-Ansteuerung ist und für den Betrieb der elektrischen Antriebsanordnung 1 grundsätzlich unerwünscht ist. Das hierin beschriebene Verfahren schlägt vor, die Oberwelle zur Bestimmung der Stromänderung zu verwenden. 2 zeigt dabei die Schaltstellung der Schaltelemente 8 der Phase U, einmal U_HS für den „Highside“-Schalter und einmal für U_LS den „Lowside“-Schalter. Bekanntermaßen wird bei einem Wechsel des Schaltzustands wie gezeigt eine Totzeit eingehalten.
Zur Erfassung der Stromänderung wird der Strom I_A an wenigstens zwei Messpunkten 10, 11 gemessen, welche zwei Messpunkte 10, 11, während der gleichen Schaltstellung der Schaltelemente der Steuerungseinrichtung 3 gemessen werden. Aus den Werten des Stroms I_A an den wenigstens zwei Messpunkten 10, 11 lässt sich die Stromänderung bestimmen. Anschließend kann der Zustand der elektrischen Antriebsanordnung 1 basierend auf der Spannungsgleichung bestimmt werden. Zum Beispiel kann als Spannungsgleichung folgende Gleichung verwendet werden: $U = R * I + \frac{d I}{d t} * L + ω * ψ * cos φ$
Dabei bezeichnet U die Spannung, R den Widerstand, I den Strom, $\frac{d I}{d t}$
die gemessene Stromänderung, L Induktivität, ω die Drehzahl bzw. die Kreisfrequenz der elektrischen Maschine 2, ψ den Polradfluss bzw. den Maximalbetrag des Polradflusses und cos φ den Rotorwinkel gegenüber der Phase. Für die Spannung kann somit in Abhängigkeit der Schaltstellung der Schaltelemente 8 der Steuerungseinrichtung 3 ein Erwartungswert vorgegeben werden.
Entspricht der berechnete Wert dem Erwartungswert, kann der aktuelle Zustand der elektrischen Antriebsanordnung 1 als Normalzustand klassifiziert werden. Tritt eine Abweichung zwischen dem Erwartungswert und dem berechneten Wert auf, kann der Zustand als Fehlerzustand klassifiziert werden. Wie beschrieben, zeigt 2 lediglich beispielhaft die Messung bzw. Ermittlung der Stromänderung für eine der Phasen, d.h. für einen Strang 4-6, beispielsweise den Strang 6. Dasselbe Verfahren kann individuell für die anderen Stränge 4-6 durchgeführt werden. Entsprechend kann auch dort ein Vergleichsergebnis zwischen dem berechneten Wert und dem Erwartungswert ermittelt werden. Die einzelnen Vergleichsergebnisse der Stränge 4-6 können anschließend miteinander verglichen werden, um festzustellen, ob ein gegebenenfalls auftretender Fehlerzustand jeden Strang 4-6 oder nur einen einzelnen Strang 4-6 betrifft.
Ebenso ist es möglich, eine Abweichung der Spannungsgleichung von ihrem Erwartungswert mittels einer Korrektur zu beheben. Hierzu kann einer der Terme der Spannungsgleichung korrigiert werden, beispielsweise unter der Annahme, dass der Ohm`sche Widerstand der elektrischen Antriebsanordnung 1 fehlerhaft bestimmt wurde. Gleiches gilt für die Induktivität, die Temperatur oder den Polradfluss. Führt die vorgenommene Korrektur dazu, dass die Abweichung beseitigt wird und gegebenenfalls auch in jedem der Stränge 4-6 keine zusätzliche Abweichung einbringt, kann die Korrektur übernommen werden. Ist dies nicht der Fall, führt die Korrektur also zu keiner Verbesserung oder nur zu einer Verbesserung in einem der Stränge 4-6, kann der Fehler zusätzlich plausibilisiert werden. Hierbei kann insbesondere zwischen Fehlern unterschieden werden, die nur einen einzelnen Strang 4-6 oder die gesamte elektrische Antriebsanordnung 1 betreffen.
Bei dem Verfahren kann ferner vorgesehen sein, dass zur Identifizierung eines Fehlers ein Betriebspunkt der elektrischen Antriebsanordnung 1 gezielt gewählt oder die Diagnose in einem solchen Betriebspunkt durchgeführt wird. Hierzu kann ein Betriebspunkt gewählt werden, der einen der Terme der Spannungsgleichung dominieren lässt. Ist beispielsweise ein potenzieller Fehler bei der Bestimmung des Ohm'schen Widerstands, kann ein Betriebspunkt gewählt werden, in dem der Strom möglichst groß wird, sodass der erste Term R*I, der den elektrischen Widerstand betrifft, ebenfalls möglichst groß wird, sodass ein Fehlereffekt einfacher zu identifizieren ist.
Bezugszeichen

1: elektrische Antriebsanordnung
2: elektrische Maschine
3: Steuerungseinrichtung
4-6: Strang
7: Sternpunkt
8: Schaltelement
9: Diagnoseeinrichtung
10, 11: Messpunkt
UHS: Schaltsignal
ULS: Schaltsignal
IA: Strom
UOUT: Ausgangsspannung

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Zustands einer elektrischen Antriebsanordnung (1), insbesondere einer elektrischen Antriebsanordnung (1) eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Steuerungseinrichtung (3), insbesondere einen Wechselrichter, und eine elektrische Maschine (2) wobei die Steuerungseinrichtung (3) mehrere Schaltelemente (8) aufweist und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Schaltstellung der Schaltelemente (8) einen Strom durch eine Wicklung der elektrischen Maschine (2) einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromänderung basierend auf wenigstens zwei während derselben Schaltstellung erfassten Messwerten (10, 11) bestimmt wird und der Zustand der elektrischen Maschine (2) basierend auf der erfassten Stromänderung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus der Spannungsgleichung ermittelter Wert mit einem Erwartungswert verglichen wird und der Zustand der elektrischen Maschine (2) basierend auf dem Vergleichsergebnis bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis ein Fehlerzustand der elektrischen Maschine (2) basierend auf wenigstens einem Fehlermodell identifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich oder das Vergleichsergebnis für wenigstens einen weiteren Strang (4-6) bestimmt und mit dem vorhergehenden Strang (4-6) verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand der elektrischen Antriebsanordnung (1) wenigstens basierend auf den folgenden Parametern bestimmt wird: - die Drehzahl der elektrischen Maschine (2) und/oder - die Phasenströme der elektrischen Maschine (2) und/oder - der Winkel des Polradflusses.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Parameter, insbesondere ein Sättigungseinfluss, in wenigstens zwei verschiedenen Betriebspunkten nachgeführt wird oder ein Bestimmen des Zustands der elektrischen Maschine (2) in wenigstens einem Betriebspunkt ausgeschlossen ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Zustands der elektrischen Maschine (2) ein definierter Betriebspunkt ausgewählt oder eingenommen wird, insbesondere ein Betriebspunkt, der einen potenziellen Fehlereffekt gegenüber wenigstens einem weiteren Betriebspunkt verstärkt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sternpunktspannung aus einer Schaltstellung des Betriebspunkts bestimmt wird und mit einer Zwischenkreisspannung verglichen wird, wobei ein Fehlerzustand basierend auf einer Abweichung im Vergleichsergebnis bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sternpunktspannung über wenigstens einen Strang ermittelt wird und mit einer Zwischenkreisspannung verglichen wird, wobei ein Fehlerzustand basierend auf einer Abweichung im Vergleichsergebnis bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Konfiguration der elektrischen Maschine (2) eine Transformation der Sternpunktspannung, insbesondere eine Stern-Dreieck-Transformation, ausgeführt wird.
Elektrische Antriebsanordnung (1), umfassend eine Steuerungseinrichtung (3), insbesondere einen Wechselrichter, und eine elektrische Maschine (2), insbesondere eine elektrische Maschine (2) eines Kraftfahrzeugs, wobei die Steuerungseinrichtung (3) mehrere Schaltelemente aufweist und dazu ausgebildet ist, in Abhängigkeit einer Schaltstellung der Schaltelemente einen Strom durch eine Wicklung der elektrischen Maschine (2) einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsanordnung (1) eine Diagnoseeinrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine Stromänderung basierend auf wenigstens zwei während derselben Schaltstellung erfassten Messwerten (10, 11) zu bestimmen und ein Zustand der elektrischen Maschine (2) basierend auf der erfassten Stromänderung zu bestimmen.
Kraftfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebsanordnung (1) nach dem vorangehenden Anspruch.