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DE102021111590A1 - Method for operating an electric drive unit of a motor vehicle in different operating modes, control device, drive unit and motor vehicle - Google Patents

Method for operating an electric drive unit of a motor vehicle in different operating modes, control device, drive unit and motor vehicle Download PDF

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DE102021111590A1
DE102021111590A1 DE102021111590.6A DE102021111590A DE102021111590A1 DE 102021111590 A1 DE102021111590 A1 DE 102021111590A1 DE 102021111590 A DE102021111590 A DE 102021111590A DE 102021111590 A1 DE102021111590 A1 DE 102021111590A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
drive unit
power loss
pulse
motor vehicle
operating mode
Prior art date
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Pending
Application number
DE102021111590.6A
Other languages
German (de)
Inventor
Joerg Reuss
Florian Buettner
Athina Birda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit (1) eines Kraftfahrzeugs in unterschiedlichen Betriebsmodi, wobei- zum Bereitstellen eines verlustleistungsoptimalen Betriebsmodus Ausgangsspannungen (uu, uv, uw) eines Wechselrichters (3) der Antriebseinheit (1) derart moduliert werden, dass Ausgangsströme (iu, iv, iw) des Wechselrichters (3) für eine elektrische Maschine (2) der Antriebseinheit (1) einen ersten Oberwellengehalt (H1) aufweisen, und- zum Bereitstellen eines verlustleistungserhöhenden Betriebsmodus für die Beheizung zumindest einer Komponente (4) des Kraftfahrzeugs die Ausgangsspannungen (uu, uv, uw) derart moduliert werden, dass die Ausgangsströme (i*u, i*v, i*w) einen im Vergleich zum ersten Oberwellengehalt (H1) größeren zweiten Oberwellengehalt (H2) aufweisen, wobei für einen bestimmten Arbeitspunkt der elektrischen Maschine (2) mittels eines Pulsverfahrens jeweils ein zu dem verlustleistungsoptimalen Betriebsmodus korrespondierendes erstes Pulsmuster und ein zu dem verlustleistungserhöhenden Betriebsmodus korrespondierendes zweites Pulsmuster erzeugt werden, durch welche dieselben Kurzzeitmittelwerte der Ausgangsspannungen (uu, uv, uw) moduliert werden, sodass die Antriebseinheit (1) von einem Betriebsmodus in den jeweils anderen Betriebsmodus ohne Veränderung des Arbeitspunktes überführt wird.The invention relates to a method for operating an electric drive unit (1) of a motor vehicle in different operating modes, wherein - to provide an operating mode with optimal power loss, output voltages (uu, uv, uw) of an inverter (3) of the drive unit (1) are modulated in such a way that output currents (iu, iv, iw) of the inverter (3) for an electric machine (2) of the drive unit (1) have a first harmonic content (H1), and for providing an operating mode that increases power loss for heating at least one component (4) of the motor vehicle the output voltages (uu, uv, uw) are modulated in such a way that the output currents (i*u, i*v, i*w) have a second harmonic content (H2) that is greater than the first harmonic content (H1), with a specific Operating point of the electrical machine (2) by means of a pulse method in each case corresponding to the power loss-optimal operating mode a first pulse pattern and a second pulse pattern corresponding to the operating mode that increases power loss are generated, by which the same short-term average values of the output voltages (uu, uv, uw) are modulated, so that the drive unit (1) transfers from one operating mode to the other operating mode without changing the operating point becomes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs in unterschiedlichen Betriebsmodi. Zum Bereitstellen eines verlustleistungsoptimalen Betriebsmodus werden Ausgangsspannungen eines Wechselrichters der Antriebseinheit derart moduliert, dass Ausgangsströme des Wechselrichters für eine elektrische Maschine der Antriebseinheit einen ersten Oberwellengehalt aufweisen. Zum Bereitstellen eines verlustleistungserhöhenden Betriebsmodus für die Beheizung zumindest einer Komponente des Kraftfahrzeugs werden die Ausgangsspannungen derart moduliert, dass die Ausgangsströme einen im Vergleich zum ersten Oberwellengehalt größeren zweiten Oberwellengehalt aufweisen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Steuereinrichtung, eine elektrische Antriebseinheit sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for operating an electric drive unit of a motor vehicle in different operating modes. In order to provide an operating mode with optimal power loss, output voltages of an inverter of the drive unit are modulated in such a way that output currents of the inverter for an electric machine of the drive unit have a first harmonic content. To provide an operating mode that increases power loss for heating at least one component of the motor vehicle, the output voltages are modulated in such a way that the output currents have a second harmonic content that is greater than the first harmonic content. The invention also relates to a control device, an electric drive unit and a motor vehicle.

Vorliegend richtet sich das Interesse auf elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, welche eine elektrische Antriebseinheit mit einer elektrischen Maschine, einem Wechselrichter sowie zumindest einer zu heizenden Komponente aufweisen. Die elektrische Maschine stellt ein arbeitspunktspezifisches Drehmoment bzw. Antriebsmoment für das Kraftfahrzeug bereit. Dazu werden durch entsprechende Ansteuerung des Wechselrichters Ausgangsspannungen bzw. Phasenspannungen moduliert, durch welche Ausgangsströme zum Bestromen von Phasen der elektrischen Maschine erzeugt werden, welche wiederum ein drehmomentspezifisches Drehfeld in einem Stator der elektrischen Maschine erzeugen. Dabei ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die elektrische Antriebseinheit in unterschiedlichen Betriebsmodi zu betreiben, durch welche eine Verlustleistung der elektrischen Antriebseinheit verändert werden kann. In einem verlustleistungsoptimalen Betriebsmodus wird die elektrische Antriebseinheit derart betrieben, dass die Verlustleistung minimal ist. In einem verlustleistungserhöhenden Betriebsmodus wird die elektrische Antriebseinheit derart betrieben, dass die Verlustleistung erhöht und zum Beheizen der zumindest einen Komponente verwendet werden kann. Dazu schlägt die DE 10 2016 211 762 A1 beispielsweise vor, zum Erhöhen der Verlustleistung eine Grundwelle des erzeugten Ausgangsstromes mit parasitären Oberwellen zu überlagern. Dazu werden eine Schaltfrequenz und damit eine Schalthäufigkeit von Schaltern des Wechselrichters reduziert oder es wird ein Ansteuerverfahren des Wechselrichters verändert.In the present case, interest is directed towards electrically drivable motor vehicles which have an electric drive unit with an electric machine, an inverter and at least one component to be heated. The electric machine provides an operating point-specific torque or drive torque for the motor vehicle. For this purpose, by appropriate control of the inverter, output voltages or phase voltages are modulated, which generate output currents for energizing phases of the electrical machine, which in turn generate a torque-specific rotating field in a stator of the electrical machine. It is known from the prior art to operate the electric drive unit in different operating modes, through which a power loss of the electric drive unit can be changed. In an operating mode that is optimal in terms of power loss, the electric drive unit is operated in such a way that the power loss is minimal. In an operating mode that increases power loss, the electric drive unit is operated in such a way that the power loss is increased and can be used to heat the at least one component. To this the DE 10 2016 211 762 A1 for example, in order to increase the power loss, to superimpose a fundamental wave of the generated output current with parasitic harmonics. For this purpose, a switching frequency and thus a switching frequency of switches of the inverter are reduced or a control method of the inverter is changed.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zu dem Stand der Technik alternatives Verfahren zum Erhöhen einer zum Heizen verwendeten Verlustleistung in einem ineffizienten Betriebsmodus einer elektrischen Antriebseinheit bereitzustellen.It is the object of the present invention to provide an alternative method to the prior art for increasing a power loss used for heating in an inefficient operating mode of an electric drive unit.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, eine Steuereinrichtung, eine elektrische Antriebseinheit sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.According to the invention, this object is achieved by a method, a control device, an electric drive unit and a motor vehicle having the features according to the respective independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject matter of the dependent patent claims, the description and the figures.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs in unterschiedlichen Betriebsmodi. Zum Bereitstellen eines verlustleistungsoptimalen Betriebsmodus werden Ausgangsspannungen eines Wechselrichters der Antriebseinheit derart moduliert, dass arbeitspunktspezifische Ausgangsströme des Wechselrichters für eine elektrische Maschine der Antriebseinheit einen ersten Oberwellengehalt aufweisen. Zum Bereitstellen eines verlustleistungserhöhenden Betriebsmodus für die Beheizung zumindest einer Komponente des Kraftfahrzeugs werden die Ausgangsspannungen derart moduliert, dass die arbeitspunktspezifischen Ausgangsströme einen im Vergleich zum ersten Oberwellengehalt größeren zweiten Oberwellengehalt aufweisen. Erfindungsgemäß werden für jeden Arbeitspunkt der elektrischen Maschine mittels eines Pulsverfahrens jeweils ein zu dem verlustleistungsoptimalen Betriebsmodus korrespondierendes erstes Pulsmuster und ein zu dem verlustleistungserhöhenden Betriebsmodus korrespondierendes zweites Pulsmuster erzeugt, durch welche dieselben Kurzzeitmittelwerte der Ausgangsspannungen moduliert werden, sodass die Antriebseinheit von einem Betriebsmodus in den jeweils anderen Betriebsmodus ohne Veränderung des Arbeitspunktes überführt wird.A method according to the invention serves to operate an electric drive unit of a motor vehicle in different operating modes. In order to provide an operating mode with optimal power loss, output voltages of an inverter of the drive unit are modulated in such a way that operating point-specific output currents of the inverter for an electric machine of the drive unit have a first harmonic content. To provide an operating mode that increases power loss for heating at least one component of the motor vehicle, the output voltages are modulated in such a way that the operating-point-specific output currents have a second harmonic content that is greater than the first harmonic content. According to the invention, a first pulse pattern corresponding to the power loss-optimal operating mode and a second pulse pattern corresponding to the power loss-increasing operating mode are generated for each operating point of the electrical machine by means of a pulse method, by which the same short-term average values of the output voltages are modulated, so that the drive unit changes from one operating mode to the other Operating mode is transferred without changing the operating point.

Zur Erfindung gehören außerdem eine Steuereinrichtung für eine elektrische Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs, welche dazu ausgelegt ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, sowie eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug, welche eine elektrische Maschine zum Bereitstellen eines Drehmomentes, eine mit der elektrischen Maschine verbundene Leistungselektronik, insbesondere einen Wechselrichter, eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung sowie zumindest eine zu heizende Komponente aufweist. Die elektrische Maschine dient als Traktionsmaschine des Kraftfahrzeugs und stellt ein Antriebsdrehmoment bereit. Die zumindest eine zu heizende Komponente ist vorzugsweise ein elektrischer Energiespeicher des Kraftfahrzeugs. Der elektrische Energiespeicher kann ein Hochvoltenergiespeicher sein und als Traktionsbatterie zum Bereitstellen von elektrischer Energie für die elektrische Maschine fungieren. Die elektrische Maschine und der elektrische Energiespeicher sind über den Wechselrichter elektrisch verbunden.The invention also includes a control device for an electric drive unit of a motor vehicle, which is designed to carry out a method according to the invention, and an electric drive unit for a motor vehicle, which has an electric machine for providing a torque, power electronics connected to the electric machine, in particular a Inverter, a control device according to the invention and at least one component to be heated. The electric machine serves as a traction machine for the motor vehicle and provides a drive torque. The at least one component to be heated is preferably an electrical energy store of the motor vehicle. The electrical energy store can be a high-voltage energy store and act as a traction battery for providing electrical energy for the electric machine. The elec ric machine and the electrical energy storage device are electrically connected via the inverter.

Die Antriebseinheit weist außerdem insbesondere einen Kühlmittel führenden Kühlkreislauf auf, an welchen die elektrische Maschine, die Leistungselektronik und die zumindest eine zu heizende Komponente des Kraftfahrzeugs angeschlossen sein können, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, den verlustleistungserhöhenden, ineffizienten Betriebsmodus für die Antriebseinheit bereitzustellen, wenn die zumindest eine zu heizende Komponente ein Heizanforderungssignal bereitstellt. In dem ineffizienten Betriebsmodus ist die von der elektrischen Antriebseinheit in Form von Wärme abgegebene Verlustleistung über das Kühlmittel des Kühlkreislaufes zu der zumindest einen zu heizenden Komponente transportierbar. Die elektrische Antriebseinheit kann die in dem ineffizienten Betriebsmodus bewusst „erzeugte“ Verlustwärme also an das Kühlmittel abgeben, welches die Verlustwärme zu der zumindest einen zu heizenden Komponente transportiert.The drive unit also has, in particular, a cooling circuit that carries coolant, to which the electric machine, the power electronics and the at least one component of the motor vehicle to be heated can be connected, with the control device being designed to provide the power loss-increasing, inefficient operating mode for the drive unit if the at least one component to be heated provides a heating request signal. In the inefficient operating mode, the power loss emitted by the electric drive unit in the form of heat can be transported via the coolant of the cooling circuit to the at least one component to be heated. The electric drive unit can therefore emit the heat loss deliberately “generated” in the inefficient operating mode to the coolant, which transports the heat loss to the at least one component to be heated.

Die elektrische Maschine weist einen Stator sowie einen gegenüber dem Stator drehbar gelagerten Rotor auf. Die elektrische Maschine kann beispielsweise eine fremderregte Synchronmaschine (SSM) sein, bei welcher der Rotor bestrombare Rotorwicklungen aufweist, oder eine permanenterregte Synchronmaschine (PSM) sein, bei welcher der Rotor Permanentmagnete aufweist. Auch kann die elektrische Maschine als eine Asynchronmaschine ausgebildet sein. Der Stator weist Statorwicklungen bzw. Phasenwicklungen auf, welchen beispielsweise zu drei Phasensträngen bzw. Wicklungssträngen u, v, w verschaltet sein können. Zum Bereitstellen eines bestimmten Arbeitspunktes, welcher durch ein vorbestimmtes, von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs angefordertes Drehmoment sowie durch eine vorbestimmte Drehzahl charakterisiert ist, werden diesen Wicklungssträngen zum Erzeugen eines arbeitspunktspezifischen Drehfeldes phasenverschobene, elektrische Phasenströme zugeführt. Dazu legt der Wechselrichter Ausgangsspannungen als Soll-Phasenspannungen an die Phasenstränge an. Die Phasenströme sind dabei Ausgangsströme des mit den Phasen des Stators verbundenen Wechselrichters. Das magnetische Drehfeld versetzt den Rotor zur Bereitstellung des arbeitspunktspezifischen Drehmoments in eine Drehbewegung.The electrical machine has a stator and a rotor which is mounted such that it can rotate with respect to the stator. The electrical machine can be, for example, an externally excited synchronous machine (SSM) in which the rotor has rotor windings that can be energized, or a permanently excited synchronous machine (PSM) in which the rotor has permanent magnets. The electrical machine can also be designed as an asynchronous machine. The stator has stator windings or phase windings, which can be connected, for example, to form three phase strands or winding strands u, v, w. To provide a specific working point, which is characterized by a predetermined torque requested by a driver of the motor vehicle and by a predetermined speed, phase-shifted electrical phase currents are fed to these winding strands to generate a rotating field specific to the working point. To do this, the inverter applies output voltages to the phase strands as target phase voltages. The phase currents are output currents of the inverter connected to the phases of the stator. The rotating magnetic field causes the rotor to rotate in order to provide the operating point-specific torque.

Zum Erzeugen bzw. Modulieren der Ausgangsspannungen wird ein Pulsverfahren, insbesondere eine Pulsweitenmodulation, verwendet. Mittels dieses Pulsverfahrens werden Pulsmuster erzeugt, basierend auf welchen Schalter des als Pulswechselrichter ausgebildeten Wechselrichters von der Steuereinrichtung geschaltet werden. Die am Ausgang des Wechselrichters bereitgestellten, pulsförmigen Ausgangsspannungen der resultieren aufgrund der Phasenwicklungen der elektrischen Maschine insbesondere in nahezu sinusförmigen Ausgangsströmen. In dem verlustleistungsoptimalen, effizienten Betriebsmodus werden die ersten Pulsmuster zum Bereitstellen der Soll-Größen so bestimmt, dass die Verlustleistung der elektrischen Maschine minimal ist. Da die Verlustleistung unter anderem von einer Welligkeit des Drehfeldes abhängt, welche wiederum von einer Welligkeit der Ausgangsströme abhängt, werden diese Welligkeiten zur Bereitstellung des effizienten Betriebsmodus minimiert. Dies bedeutet, dass die Ausgangsspannungen so moduliert werden, dass Grundwellen der Ausgangsströme, welche das nutzbare Drehmoment erzeugen, mit möglichst wenigen Oberwellen überlagert werden. Außerdem wird die Amplitude der Grundwelle insbesondere so eingestellt, dass die Verluste der Antriebseinheit minimal werden. Mittels der ersten Pulsmuster werden also Ausgangsspannungen moduliert, durch welche die zugehörigen Ausgangsströme den ersten, minimalen Oberwellengehalt aufweisen.A pulse method, in particular pulse width modulation, is used to generate or modulate the output voltages. Pulse patterns are generated by means of this pulse method, based on which switches of the inverter designed as a pulse-controlled inverter are switched by the control device. The pulsed output voltages provided at the output of the inverter result in almost sinusoidal output currents due to the phase windings of the electrical machine. In the power loss-optimized, efficient operating mode, the first pulse patterns for providing the setpoint values are determined in such a way that the power loss of the electric machine is minimal. Since the power loss depends, among other things, on a ripple in the rotary field, which in turn depends on a ripple in the output currents, these ripples are minimized in order to provide the efficient operating mode. This means that the output voltages are modulated in such a way that the fundamental waves of the output currents, which generate the usable torque, are superimposed with as few harmonics as possible. In addition, the amplitude of the fundamental wave is adjusted in particular in such a way that the losses of the drive unit are minimized. Output voltages are thus modulated by means of the first pulse pattern, as a result of which the associated output currents have the first, minimum harmonic content.

Um nun die elektrische Maschine in den ineffizienten Betriebsmodus zu überführen, werden die zweiten Pulsmuster derart bestimmt, dass der Oberwellengehalt der Ausgangsströme erhöht wird. Vorzugsweise wird der zweite Oberwellengehalt zum Erhöhen der Verlustwärme immer dann erzeugt, wenn die zumindest eine zu heizende Komponente des Kraftfahrzeugs das Heizanforderungssignal bereitstellt. Die Antriebseinheit wird also nur dann in den ineffizienten Betriebsmodus überführt, wenn die zumindest eine zu heizende Komponente geheizt werden muss. Durch die Erhöhung des Oberwellengehaltes werden zusätzlich zu Kupferverlusten Eisenverluste bzw. Ummagnetisierungsverluste in der Maschine erhöht.In order to convert the electrical machine into the inefficient operating mode, the second pulse pattern is determined in such a way that the harmonic content of the output currents is increased. The second harmonic content for increasing the heat loss is preferably always generated when the at least one component of the motor vehicle to be heated provides the heating request signal. The drive unit is therefore only switched to the inefficient operating mode when the at least one component to be heated has to be heated. In addition to copper losses, the increase in the harmonic content increases iron losses or core losses in the machine.

Zum Bereitstellen der unterschiedlichen Betriebsmodi werden also für jeden Arbeitspunkt zwei Pulsmuster bereitgestellt. Mittels des ersten Pulsmusters wird der erste, minimale Oberwellengehalt erzeugt und mittels des zweiten Pulsmusters wird der zweite, höhere Oberwellengehalt erzeugt. Es wird also für jeden Arbeitspunkt je nach bereitzustellendem Betriebsmodus das erste oder das zweite Pulsmuster ausgewählt. Beide Pulsmuster erzeugen dabei denselben Kurzzeitmittelwert der Ausgangsspannung, sodass bei beiden Pulsmustern dieselben Stromgrundwellen erzeugt werden. Der Kurzzeitmittelwert ist der Mittelwert der Ausgangsspannung über eine Schaltperiode. Außerdem werden die zwei, zu einem Arbeitspunkt korrespondierenden Pulsmuster mittels desselben Pulsverfahrens erzeugt. Es findet also kein Wechsel des Pulsverfahrens beim Wechsel der Betriebsmodi statt. Auch wird die Schaltfrequenz der Schalter des Wechselrichters beim Wechsel der Betriebsmodi insbesondere nicht verändert. Es wird lediglich eine durch die Pulsmuster vorgegebene Signalform der Ansteuerung der Schalter verändert.In order to provide the different operating modes, two pulse patterns are provided for each operating point. The first, minimum harmonic content is generated by means of the first pulse pattern, and the second, higher harmonic content is generated by means of the second pulse pattern. Depending on the operating mode to be provided, the first or the second pulse pattern is therefore selected for each operating point. Both pulse patterns generate the same short-term mean value of the output voltage, so that the same current fundamentals are generated for both pulse patterns. The short-term average is the average of the output voltage over a switching period. In addition, the two pulse patterns corresponding to an operating point are generated using the same pulse method. There is therefore no change in the pulse method when changing the operating modes. Also, the switching frequency of the inverter switches in particular not changed when changing the operating modes. Only a signal form of the activation of the switches, which is predetermined by the pulse pattern, is changed.

In einer ersten Ausführungsform werden die Pulsmuster mittels eines als Raumzeigermodulation ausgebildeten Pulsverfahrens erzeugt. Dabei werden die ersten Pulsmuster mittels Grundspannungszeiger und Nullspannungsraumzeiger erzeugt. Bei den jeweiligen zu demselben Arbeitspunkt korrespondierenden zweiten Pulsmustern wird zumindest ein Teil der Nullspannungsraumzeiger des zugehörigen ersten Pulsmusters durch zumindest zwei Grundspannungsraumzeiger unterschiedlicher Vorzeichen ersetzt. Vorzugsweise wird zum Einstellen einer Höhe der Verlustleistung eine Zeitdauer und/oder ein Anteil der Grundspannungsraumzeiger unterschiedlicher Vorzeichen vorgegeben. Bei der Raumzeigermodulation werden zum Erzeugen einer Ausgangsspannung, welche durch einen Spannungsraumzeiger mit einem bestimmten Phasenwinkel und einer bestimmten Amplitude repräsentiert wird, Grundspannungsraumzeiger bzw. aktive Spannungsvektoren sowie Nullspannungsraumzeiger bzw. passive Spannungsvektoren verwendet. Im Falle eines 2-Level-Inverters werden zum Erzeugen der Ausgangsspannungen sechs Grundspannungszeiger und zwei Nullspannungszeiger verwendet. Im Falle eines 3-Level-Inverters werden zum Erzeugen der Ausgangsspannungen 18 Grundspannungszeiger und drei Nullspannungszeiger verwendet Die Grundspannungsraumzeiger und die Nullspannungszeiger werden dabei jeweils für eine vorbestimmte Zeitdauer in einem vorbestimmten Zeitverhältnis angezeigt, wobei die Zeitdauer von der Schaltfrequenz abhängt. Dabei wird für einen bestimmten Arbeitspunkt zum Bereitstellen eines ersten Pulsmusters eine erste, arbeitspunktspezifische Sequenz von Grundspannungsraumzeigern und Nullspannungsraumzeigern vorgegeben.In a first embodiment, the pulse patterns are generated by means of a pulse method in the form of space vector modulation. The first pulse patterns are generated by means of a basic voltage vector and a zero voltage space vector. In the respective second pulse patterns corresponding to the same operating point, at least part of the zero voltage space vector of the associated first pulse pattern is replaced by at least two basic voltage space vectors of different signs. A time duration and/or a proportion of the basic voltage space vectors of different signs is preferably specified for setting a level of the power loss. In space vector modulation, basic voltage space vectors or active voltage vectors and zero voltage space vectors or passive voltage vectors are used to generate an output voltage which is represented by a voltage space vector with a specific phase angle and a specific amplitude. In the case of a 2-level inverter, six basic voltage vectors and two zero voltage vectors are used to generate the output voltages. In the case of a 3-level inverter, 18 basic voltage vectors and three zero voltage vectors are used to generate the output voltages. In this case, a first, operating-point-specific sequence of basic voltage space vectors and zero-voltage space vectors is specified for a specific operating point in order to provide a first pulse pattern.

Zum Bereitstellen des zu diesem Arbeitspunkt korrespondierenden zweiten Pulsmusters wird eine zweite Sequenz bereitgestellt, welche sich von der ersten Sequenz hinsichtlich ihres Anteils an Nullspannungsraumzeigern unterscheidet. Zum Erzeugen der zweiten Sequenz wird dazu zumindest ein Teil der Nullspannungsraumzeiger der ersten Sequenz durch zumindest zwei aktive Spannungsvektoren mit entgegengesetzter Spannung, also entgegengesetztem Vorzeichen, ersetzt. Hierbei werden die Zeitdauer und die Richtung der neuen Spannungsvektoren so gewählt, dass die geometrische Addition dieser Spannungsvektoren Null ergibt. Somit ist zu jeder Zeit sichergestellt, dass der Kurzeitmittelwert der Spannung an der elektrischen Maschine und somit ihr Arbeitspunkt unverändert bleibt. Durch eine Größe des Anteils des Ersatzes der Nullvektoren und/oder eine Zeitdauer kann die zusätzliche Verlustleistung linear verstellt und somit geregelt werden.To provide the second pulse pattern that corresponds to this operating point, a second sequence is provided, which differs from the first sequence in terms of its proportion of zero-voltage space vectors. To generate the second sequence, at least part of the zero voltage space vector of the first sequence is replaced by at least two active voltage vectors with opposite voltages, ie opposite signs. The duration and the direction of the new voltage vectors are selected in such a way that the geometric addition of these voltage vectors results in zero. This ensures at all times that the short-term mean value of the voltage at the electrical machine and thus its operating point remain unchanged. The additional power loss can be linearly adjusted and thus regulated by a size of the proportion of the replacement of the zero vectors and/or a period of time.

In einer zweiten Ausführungsform werden die Pulsmuster mittels eines auf offline-optimierten Pulsmustern basierenden Pulsverfahrens erzeugt. Insbesondere werden für die ersten Pulsmuster erste Schaltwinkel für Schalter des Wechselrichters bestimmt, welche hinsichtlich einer ersten, insbesondere minimalen, Oberwelligkeit optimiert sind, und für die jeweiligen zu demselben Arbeitspunkt korrespondierenden zweiten Pulsmuster werden zweite Schaltwinkel bestimmt, welche hinsichtlich einer zweiten, insbesondere maximalen, Oberwelligkeit optimiert sind. Diese offline-optimierten Pulsmuster werden abhängig von dem bereitzustellenden Arbeitspunkt vorbestimmt und, beispielsweise in Tabellen hinterlegt. Dabei können in der Steuereinrichtung zwei oder mehr Tabellen mit Pulsmustern gespeichert werden, welche auf unterschiedliche Oberwellengehalte optimiert sind. Eine dieser Tabellen enthält die ersten Pulsmuster, welche für den geringsten, ersten Oberwellengehalt optimierten sind und welche für den verlustleistungsoptimalen, effizienten Betriebsmodus verwendet werden. Mindestens eine weitere Tabelle enthält die zweiten Pulsmuster, welche für den zweiten, maximalen bzw. maximal gewünschten Oberwellengehalt optimiert sind und welche für den verlustleistungserhöhenden, ineffizienten Betriebsmodus verwendet werden. Dabei kann für jeden gewünschten Oberwellengehalt, durch welchen eine bestimmte gewünschte Verlustleistung erzeugt wird, eine Tabelle mit einem jeweiligen zweiten Pulsmuster vorgegeben werden. Je nach gewünschter Höhe der Verlustleistung kann dann die Tabelle mit dem entsprechenden zweiten Pulsmuster ausgewählt werden.In a second embodiment, the pulse patterns are generated using a pulse method based on offline-optimized pulse patterns. In particular, first switching angles for switches of the inverter are determined for the first pulse pattern, which are optimized with regard to a first, in particular minimum, harmonic, and second switching angles are determined for the respective second pulse patterns corresponding to the same operating point, which are optimized with regard to a second, in particular maximum, harmonic are optimized. These offline-optimized pulse patterns are predetermined depending on the working point to be provided and stored in tables, for example. In this case, two or more tables with pulse patterns which are optimized for different harmonic content can be stored in the control device. One of these tables contains the first pulse patterns, which are optimized for the lowest, first harmonic content and which are used for the power loss-optimal, efficient operating mode. At least one further table contains the second pulse patterns, which are optimized for the second, maximum or maximum desired harmonic content and which are used for the power loss-increasing, inefficient operating mode. In this case, a table with a respective second pulse pattern can be specified for each desired harmonic content that generates a certain desired power loss. Depending on the desired level of power loss, the table with the corresponding second pulse pattern can then be selected.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass zum Einstellen einer Höhe der Verlustleistung eine Pulsfolgesteuerung aus zumindest einem ersten Pulsmuster und zumindest einem zweiten Pulsmuster durchgeführt wird, wobei ein Zeitverhältnis des zumindest einen ersten Pulsmusters und des zumindest einen zweiten Pulsmusters in Abhängigkeit von der Höhe der Verlustleistung bestimmt wird. Es wird also für einen jeweiligen Arbeitspunkt zum Bereitstellen des ineffizienten Betriebsmodus zwischen dem ersten und dem zweiten Pulsmuster hin und her geschaltet, sodass über einen Tastgrad die Höhe der Verlustleistung je nach geforderter Heizleistung eingestellt werden kann.However, it can also be provided that, in order to set the level of the power loss, a pulse sequence control is carried out from at least one first pulse pattern and at least one second pulse pattern, with a time ratio of the at least one first pulse pattern and the at least one second pulse pattern depending on the level of the power loss is determined. It is therefore switched back and forth between the first and the second pulse pattern for a respective operating point to provide the inefficient operating mode, so that the level of the power loss can be set via a duty cycle, depending on the required heating power.

Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und weist die elektrische Maschine als Traktionsmaschine auf.The invention also includes a motor vehicle with a drive unit according to the invention. The motor vehicle is in particular an electric or hybrid vehicle and has the electric machine as a traction machine.

Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Steuereinrichtung, die erfindungsgemäße Antriebseinheit sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.The embodiments presented with reference to the method according to the invention and their advantages apply correspondingly to the control device according to the invention, the drive unit according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer elektrischen Antriebseinheit;
  • 2 eine schematische Darstellung von Ausgangsströmen mit jeweils unterschiedlichem Oberwellengehalt,
  • 3 eine Darstellung eines Raumzeigerdiagramms;
  • 4 eine Darstellung zweier offline-optimierter Pulsmuster mit unterschiedlichen Schaltwinkeln.
The invention will now be explained in more detail using a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawings. Show it:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of an electric drive unit;
  • 2 a schematic representation of output currents with different harmonic content,
  • 3 a representation of a space vector diagram;
  • 4 a representation of two offline-optimized pulse patterns with different switching angles.

In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt eine elektrische Antriebseinheit 1 mit einer elektrischen Maschine 2, einem Wechselrichter 3 und zumindest einer zu heizenden Komponente 4. Die zu heizende Komponente 4 ist hier ein elektrischer Energiespeicher in Form von einem Hochvoltenergiespeicher. Die zu heizende Komponente 4 kann aber auch eine Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs sein. Die zu heizende Komponente 4 und die elektrische Maschine 2 sind über einen Kühlmittel führenden Kühlkreislauf 6, welcher hier nur schematisch angedeutet ist, thermisch gekoppelt. Der Wechselrichter 3 wird von einer Steuereinrichtung 7 der elektrischen Antriebseinheit 1 angesteuert, um die elektrische Maschine 2 in unterschiedlichen Betriebsmodi zu betreiben. 1 shows an electric drive unit 1 with an electric machine 2, an inverter 3 and at least one component 4 to be heated. The component 4 to be heated is here an electrical energy store in the form of a high-voltage energy store. However, the component 4 to be heated can also be a passenger compartment of the motor vehicle. The component 4 to be heated and the electric machine 2 are thermally coupled via a coolant-carrying cooling circuit 6, which is only indicated schematically here. The inverter 3 is controlled by a control device 7 of the electric drive unit 1 in order to operate the electric machine 2 in different operating modes.

Die elektrische Maschine 2 kann in einem verlustleistungsoptimalen, effizienten Betriebsmodus betrieben werden, in welchem die elektrische Maschine 2 eine minimale Verlustleistung und damit Verlustwärme abgibt. Der effiziente Betriebsmodus wird immer dann bereitgestellt, wenn die zu heizende Komponente 4 keinen Heizbedarf aufweist. Auch kann die elektrische Maschine 2 in einem verlustleistungserhöhenden, ineffizienten Betriebsmodus betrieben werden, in welchem die elektrische Maschine 2 eine im Vergleich zum effizienten Betriebsmodus höhere Verlustleistung bzw. Verlustwärme abgibt. Der ineffiziente Betriebsmodus wird immer dann bereitgestellt, wenn die Komponente 4 einen Heizbedarf aufweist. Dann wird der Komponente 4 über das Kühlmittel des Kühlkreislaufes 6 die von der elektrischen Maschine 2 bereitgestellte Verlustwärme zugeführt. Der Wechseltrichter 3 kann ebenfalls in den Kühlkreislauf 6 eingebunden sein, sodass zusätzlich eine Verlustwärme des Wechselrichters 3 zu der zu heizenden Komponente 4 transportiert werden kann.The electrical machine 2 can be operated in an efficient operating mode that is optimal in terms of power loss, in which the electrical machine 2 emits minimal power loss and thus heat loss. The efficient operating mode is always provided when the component 4 to be heated has no heating requirement. The electrical machine 2 can also be operated in an inefficient operating mode that increases the power loss, in which the electrical machine 2 emits a higher power loss or heat loss compared to the efficient operating mode. The inefficient operating mode is provided whenever component 4 has a heating requirement. The heat loss provided by the electrical machine 2 is then supplied to the component 4 via the coolant of the cooling circuit 6 . The inverter funnel 3 can also be integrated into the cooling circuit 6 so that heat loss from the inverter 3 can also be transported to the component 4 to be heated.

Der Wechselrichter 3 ist mit drei Phasenwicklungen u, v, w eines Stators der elektrischen Maschine 2 verbunden. Um ein angefordertes, arbeitspunktspezifisches Drehmoment M bereitstellen zu können, wird der Wechselrichter 3 von der Steuereinrichtung 7 zum Modulieren von Ausgangsspannungen bzw. Soll-Phasenspannungen uu, uv, uw angesteuert, welche an die drei Phasenwicklungen u, v, w der elektrischen Maschine 2 angelegt werden und durch welche die Phasenwicklungen u, v, w mit Ausgangsströmen bzw. Phasenströmen iu, iv, iw bestromt werden. Diese Phasenströme iu, iv, iw erzeugen ein Drehfeld, welches einen Rotor der elektrischen Maschine 2 zur Bereitstellung des arbeitspunktspezifischen Drehmomentes M in Rotation versetzt.The inverter 3 is connected to three phase windings u, v, w of a stator of the electrical machine 2 . In order to be able to provide a required, operating point-specific torque M, the inverter 3 is controlled by the control device 7 for modulating output voltages or target phase voltages u u , u v , u w , which are applied to the three phase windings u, v, w of the electrical Machine 2 are created and through which the phase windings u, v , w are energized with output currents or phase currents i u , iv, i w . These phase currents i u , iv , i w generate a rotating field which causes a rotor of the electrical machine 2 to rotate in order to provide the torque M specific to the operating point.

Eine Höhe der Verlustleistung ist dabei auch abhängig von einem Oberwellengehalt der Ausgangsströme iu, iv, iw, i*u, i*v, i*w. Solche Oberwellen bzw. Oberschwingungen, welche eine jeweilige Grundwelle der Ausgangsströme iu, iv, iw überlagern, generieren Kupferverluste und Eisenverluste und damit eine erhöhte Verlustwärme. In dem effizienten Betriebsmodus werden die Ausgangsspannungen uu, uv, uw dabei derart moduliert, dass der Oberwellengehalt der zugehörigen Ausgangsströme iu, iv, iw, i*u, i*v, i*w möglichst gering ist. In dem ineffizienten Betriebsmodus wird die Ansteuerung des Wechselrichters 3 derart verändert, dass zusätzliche höhere Frequenzanteile und damit eine höherer Oberwellengehalt der Ausgangsströme iu, iv, iw, i*u, i*v, i*w entstehen. Dabei ist die Ansteuerung so gestaltet, dass der Kurzzeitmittelwert der Ansteuerung beim ineffizienten Betriebsmodus im Vergleich zum effizienten Betriebsmodus unverändert bleibt. Diese Randbedingung führt dazu, dass der Arbeitspunkt der elektrischen Maschine 2, der zu Erzeugung des gewünschten Antriebsdrehmomentes M führt, unverändert bleibt. Der Oberwellengehalt beeinflusst dabei eine Glattheit der Ausgangsströme iu, iv, iw, i*u, i*v, i*w. Je geringer der Oberwellengehalt ist, umso eher ist der tatsächliche Ausgangsstrom einer gewünschten Form, beispielsweise einer Sinusform, angenähert. In 2 sind Ausgangsströme i, i* gezeigt, welche jeweils dieselbe sinusförmige Grundwelle, jedoch unterschiedliche Oberwellengehalte H1, H2 aufweisen. Der Ausgangsstrom i weist einen ersten, minimalen Oberwellengehalt H1 auf und der zugehörige Ausgangsstrom i* weist einen zweiten, höheren Oberwellengehalt H2 auf. Beide Ausgangsströme i, i* wirken zur Erzeugen desselben Drehmoments M mit, korrespondieren also zu demselben Arbeitspunkt.A level of the power loss is also dependent on a harmonic content of the output currents i u , iv , i w , i* u , i* v , i* w . Such harmonics or harmonics, which are superimposed on a respective fundamental wave of the output currents i u , i v , i w , generate copper losses and iron losses and thus increased heat loss. In the efficient operating mode, the output voltages uu , uv, uw are modulated in such a way that the harmonic content of the associated output currents iu, iv, iw, i*u, i*v , i * w is as low as possible. In the inefficient operating mode, the control of the inverter 3 is changed in such a way that additional higher frequency components and thus a higher harmonic content of the output currents i u , i v , i w , i* u , i* v , i* w arise. The control is designed in such a way that the short-term average value of the control remains unchanged in the inefficient operating mode compared to the efficient operating mode. This boundary condition means that the operating point of the electrical machine 2, which leads to the generation of the desired drive torque M, remains unchanged. The harmonic content influences the smoothness of the output currents i u , i v , i w , i* u , i* v , i* w . The lower the harmonic content, the closer the actual output current is to a desired shape, such as a sinusoidal shape. In 2 output currents i, i* are shown, each of which has the same sinusoidal fundamental wave but different harmonic content H1, H2. The output current i has a first, minimum harmonic content H1 and the associated output current i* has a second, higher harmonic content H2. Both output currents i, i* contribute to the generation of the same torque M, ie they correspond to the same operating point.

Zum Bereitstellen der unterschiedlichen Oberwellengehalte H1, H2 werden unterschiedliche Pulsmuster erzeugt. Die Pulsmuster können beispielsweise mittels Raumzeigermodulation erzeugt werden. Bei der Raumzeigermodulation werden die Ausgangsspannungen uu, uv, uw mittels Spannungsraumzeigern U 0 , U 1 , U 2 , U 7

Figure DE102021111590A1_0001
erzeugt, wie sind in dem Raumzeigerdiagramm gemäß 3 in der komplexen Ebene a, jβ dargestellt sind. Die Spannungsraumzeiger U 0 , U 7
Figure DE102021111590A1_0002
sind dabei passive Nullspannungsraumzeiger und die Spannungsraumzeiger U 1 , U 2 , U 3 , U 4 , U 5 , U 6
Figure DE102021111590A1_0003
sind aktive Grundspannungsraumzeiger. Zur Erzeugung einer bestimmten Ausgangsspannung uu, uv, uw wird dabei eine Abfolge von Spannungsraumzeiger bestimmt, welche nacheinander ausgegeben werden. Für den effizienten Betriebsmodus beinhaltet die Abfolge die Nullspannungsraumzeiger U 0 , U 7 .
Figure DE102021111590A1_0004
Für den ineffizienten Betriebsmodus sind die Nullspannungsraumzeiger U 0 , U 7 .
Figure DE102021111590A1_0005
zumindest teilweise durch die Grundspannungsraumzeiger U 1 , U 2 , U 3 , U 4 , U 5 , U 6
Figure DE102021111590A1_0006
ersetzt, indem ein Nullspannungszeiger U 0 , U 7
Figure DE102021111590A1_0007
durch zumindest zwei Grundspannungszeiger U 1 , U 2 , U 3 , U 4 , U 5 , U 6
Figure DE102021111590A1_0008
 
Figure DE102021111590A1_0009
unterschiedlicher Vorzeichen repräsentiert wird. Beispielsweise kann ein Nullspannungszeiger U 0 , U 7
Figure DE102021111590A1_0010
durch die Grundspannungsraumzeiger U 2 , U 5 ,
Figure DE102021111590A1_0011
ersetzt werden. Durch diese entgegengesetzten Grundspannungszeiger U 2 , U 5
Figure DE102021111590A1_0012
wird ein Stromfluss aufgebaut und wieder abgebaut, welcher den Kurzzeitmittelwert nicht beeinflusst, jedoch eine Oberwelle ausbildet.Different pulse patterns are generated to provide the different harmonic contents H1, H2. The pulse patterns can be generated, for example, by means of space vector modulation. With space vector modulation, the output voltages u u , uv , u w are generated using voltage space vectors u 0 , u 1 , u 2 , ... u 7
Figure DE102021111590A1_0001
generated as shown in the space vector diagram 3 are shown in the complex plane a, jβ. The stress space vector u 0 , u 7
Figure DE102021111590A1_0002
are passive zero-stress space vectors and the stress space vectors u 1 , u 2 , u 3 , u 4 , u 5 , u 6
Figure DE102021111590A1_0003
are active basic stress space vectors. To generate a specific output voltage u u , u v , u w , a sequence of voltage space vectors is determined, which are output one after the other. For the efficient mode of operation, the sequence includes the zero voltage space vectors u 0 , u 7 .
Figure DE102021111590A1_0004
For the inefficient mode of operation are the zero voltage space vectors u 0 , u 7 .
Figure DE102021111590A1_0005
at least in part by the fundamental stress space vector u 1 , u 2 , u 3 , u 4 , u 5 , u 6
Figure DE102021111590A1_0006
replaced by a zero voltage pointer u 0 , u 7
Figure DE102021111590A1_0007
by at least two basic voltage vectors u 1 , u 2 , u 3 , u 4 , u 5 , u 6
Figure DE102021111590A1_0008
Figure DE102021111590A1_0009
of different signs is represented. For example, a zero voltage pointer u 0 , u 7
Figure DE102021111590A1_0010
through the fundamental stress space vector u 2 , u 5 ,
Figure DE102021111590A1_0011
be replaced. Through these opposing fundamental voltage phasors u 2 , u 5
Figure DE102021111590A1_0012
a current flow is built up and then dissipated again, which does not affect the short-term mean value, but forms a harmonic.

Alternativ dazu können die Pulsmuster offline-optimierte Pulsmuster sein. Zu jedem Arbeitspunkt werden also offline jeweils ein verlustoptimales Pulsmuster P1 und zumindest ein verlustleistungserhöhendes Pulsmuster P2 bestimmt. Die Steuereinrichtung 7 kann dann in Abhängigkeit von dem Heizbedarf der Komponente 4 das verlustoptimale, offline-optimierte Pulsmuster P1 oder das verlustleistungserhöhende, offline-optimierte Pulsmuster P2 zum Ansteuern des Wechselrichters 3 auswählen. Zwei zu einer der Phasen u, v, w korrespondierenden offline-optimierte Pulsmuster P1, P2, welche die Ausgangsströme i, i* mit derselben Grundwelle, jedoch unterschiedlichen Oberwellengehalten H1, H2 erzeugen, sind in 4 dargestellt. Die Pulsmuster P1, P2 unterscheiden sich beispielsweise hinsichtlich ihrer Schaltwinkel φ1, φ1, φ2, φ2*. Die Schaltwinkel φ1, φ2 definieren das erste Pulsmuster P1 und erzeugen beispielsweise den mit geringen Oberwellen behafteten Strom i. Die Schaltwinkel φ1*, φ2* definieren das zweite Pulsmuster P2 und erzeugen den mit erhöhten Oberwellen behafteten Strom i*.Alternatively, the pulse patterns can be off-line optimized pulse patterns. A loss-optimal pulse pattern P1 and at least one power-loss-increasing pulse pattern P2 are thus determined offline for each operating point. The control device 7 can then select the loss-optimal, offline-optimized pulse pattern P1 or the power loss-increasing, offline-optimized pulse pattern P2 for driving the inverter 3 depending on the heating requirement of the component 4 . In 4 shown. The pulse patterns P1, P2 differ, for example, with regard to their switching angles φ 1 , φ 1 , φ 2 , φ 2 * . The switching angles φ 1 , φ 2 define the first pulse pattern P1 and generate, for example, the current i, which has low harmonics. The switching angles φ 1 * , φ 2 * define the second pulse pattern P2 and generate the current i*, which is afflicted with increased harmonics.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • DE 102016211762 A1 [0002]DE 102016211762 A1 [0002]

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit (1) eines Kraftfahrzeugs in unterschiedlichen Betriebsmodi, wobei - zum Bereitstellen eines verlustleistungsoptimalen Betriebsmodus Ausgangsspannungen (uu, uv, uw) eines Wechselrichters (3) der Antriebseinheit (1) derart moduliert werden, dass Ausgangsströme (iu, iv, iw) des Wechselrichters (3) für eine elektrische Maschine (2) der Antriebseinheit (1) einen ersten Oberwellengehalt (H1) aufweisen, und - zum Bereitstellen eines verlustleistungserhöhenden Betriebsmodus für die Beheizung zumindest einer Komponente (4) des Kraftfahrzeugs die Ausgangsspannungen (uu, uv, uw) derart moduliert werden, dass die Ausgangsströme (i*u, i*v, i*w) einen im Vergleich zum ersten Oberwellengehalt (H1) größeren zweiten Oberwellengehalt (H2) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass für einen bestimmten Arbeitspunkt der elektrischen Maschine (2) mittels eines Pulsverfahrens jeweils ein zu dem verlustleistungsoptimalen Betriebsmodus korrespondierendes erstes Pulsmuster und ein zu dem verlustleistungserhöhenden Betriebsmodus korrespondierendes zweites Pulsmuster erzeugt werden, durch welche dieselben Kurzzeitmittelwerte der Ausgangsspannungen (uu, uv, uw) moduliert werden, sodass die Antriebseinheit (1) von einem Betriebsmodus in den jeweils anderen Betriebsmodus ohne Veränderung des Arbeitspunktes überführt wird.Method for operating an electric drive unit (1) of a motor vehicle in different operating modes, wherein - to provide an operating mode with optimal power loss, output voltages (u u , u v , u w ) of an inverter (3) of the drive unit (1) are modulated in such a way that output currents ( i u , i v , i w ) of the inverter (3) for an electrical machine (2) of the drive unit (1) have a first harmonic content (H1), and - for providing an operating mode that increases power loss for heating at least one component (4) of the motor vehicle, the output voltages (u u , u v , u w ) are modulated in such a way that the output currents (i* u , i* v , i* w ) have a second harmonic content (H2) that is greater than the first harmonic content (H1). , characterized in that for a specific operating point of the electrical machine (2) by means of a pulse method in each case to the power loss-optimal operation s mode corresponding first pulse pattern and a second pulse pattern corresponding to the operating mode that increases power loss are generated, by which the same short-term average values of the output voltages ( u u , uv , u w ) are modulated, so that the drive unit (1) changes from one operating mode to the other operating mode without Change in the operating point is transferred. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verlustleistungserhöhende Betriebsmodus der Antriebseinheit (1) dann bereitgestellt wird, wenn die zumindest eine Komponente (4) des Kraftfahrzeugs ein Heizanforderungssignal sendet.procedure after claim 1 , characterized in that the power loss-increasing operating mode of the drive unit (1) is provided when the at least one component (4) of the motor vehicle sends a heating request signal. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsmuster mittels eines als Raumzeigermodulation ausgebildeten Pulsverfahrens erzeugt werden, wobei die ersten Pulsmuster Nullspannungsraumzeiger ( U 0 ,   U 7 )
Figure DE102021111590A1_0013
aufweisen und die jeweiligen zu demselben Arbeitspunkt korrespondierenden zweiten Pulsmuster zumindest zwei Grundspannungsraumzeiger ( U 1 ,   U 2 ,   U 3 ,   U 4 ,   U 5 ,   U 6 )
Figure DE102021111590A1_0014
unterschiedlicher Vorzeichen aufweisen, welche zumindest einen Teil der Nullspannungsraumzeiger ( U 0 ,   U 7 )
Figure DE102021111590A1_0015
des zugehörigen ersten Pulsmusters ersetzen.
procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the pulse patterns are generated by means of a pulse method designed as space vector modulation, the first pulse patterns being zero-voltage space vectors ( u 0 , u 7 )
Figure DE102021111590A1_0013
and the respective second pulse patterns corresponding to the same operating point have at least two basic voltage space vectors ( u 1 , u 2 , u 3 , u 4 , u 5 , u 6 )
Figure DE102021111590A1_0014
have different signs, which at least a part of the zero voltage space vector ( u 0 , u 7 )
Figure DE102021111590A1_0015
of the associated first pulse pattern.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen einer Höhe der Verlustleistung ein Anteil und/oder eine Zeitdauer der Grundspannungsraumzeiger ( U 1 ,   U 2 ,   U 3 ,   U 4 ,   U 5 ,   U 6 )
Figure DE102021111590A1_0016
unterschiedlicher Vorzeichen vorgegeben wird.
procedure after claim 3 , characterized in that for setting a level of the power loss, a proportion and/or a period of time of the basic voltage space vector ( u 1 , u 2 , u 3 , u 4 , u 5 , u 6 )
Figure DE102021111590A1_0016
different signs is specified.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsmuster mittels eines auf offline-optimierten Pulsmustern (P1, P2) basierenden Pulsverfahrens erzeugt werden.procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the pulse patterns are generated by means of a pulse method based on offline-optimized pulse patterns (P1, P2). Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Pulsmuster (P1) erste Schaltwinkel (φ1, φ2) für Schalter des Wechselrichters (3) aufweisen, welche hinsichtlich einer ersten, insbesondere minimalen, Verlustleistung optimiert sind, und die jeweiligen zu demselben Arbeitspunkt korrespondierenden zweiten Pulsmuster (P2) zweite Schaltwinkel (φ1*, φ2*) aufweisen, welche hinsichtlich einer zweiten, insbesondere maximalen, Verlustleistung optimiert sind.procedure after claim 5 , characterized in that the first pulse patterns (P1) have first switching angles (φ 1 , φ 2 ) for switches of the inverter (3), which are optimized with regard to a first, in particular minimal, power loss, and the respective second pulse patterns corresponding to the same operating point (P2) have second switching angles (φ 1 * , φ 2 * ), which are optimized with regard to a second, in particular maximum, power loss. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen einer Höhe der Verlustleistung eine Pulsfolgesteuerung aus zumindest einem ersten offline-optimieren Pulsmuster (P1) und zumindest einem zweiten offline-optimierten Pulsmuster (P2) durchgeführt wird, wobei ein Zeitverhältnis des zumindest einen ersten Pulsmusters (P1) und des zumindest einen zweiten Pulsmusters (P2) in Abhängigkeit von der Höhe der Verlustleistung bestimmt wird.procedure after claim 5 or 6 , characterized in that to set the level of the power loss, a pulse sequence control is carried out from at least a first offline-optimized pulse pattern (P1) and at least a second offline-optimized pulse pattern (P2), with a time ratio of the at least one first pulse pattern (P1) and of the at least one second pulse pattern (P2) is determined as a function of the amount of power loss. Steuereinrichtung (7) für eine elektrische Antriebseinheit (1) eines Kraftfahrzeugs, welche dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.Control device (7) for an electric drive unit (1) of a motor vehicle, which is designed to carry out a method according to one of the preceding claims. Elektrische Antriebseinheit (1) für ein Kraftfahrzeug aufweisend: - eine elektrische Maschine (2) zum Bereitstellen eines Drehmomentes (M), - einen mit der elektrischen Maschine (2) verbundenen Wechselrichter (3), - zumindest eine zu heizende Komponente (4), und - eine Steuereinrichtung (7) nach Anspruch 8.Electrical drive unit (1) for a motor vehicle, comprising: - an electrical machine (2) for providing a torque (M), - an inverter (3) connected to the electrical machine (2), - at least one component (4) to be heated, and - a control device (7). claim 8 . Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinheit (1) nach Anspruch 9.Motor vehicle with an electric drive unit (1). claim 9 .
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