Identifikation und Kompensation produktionsbedingter Abweichungen im elektrischen Antrieb von Elektro- und Hybridfahrzeugen / von Markus Ott, M.Sc. ; Erster Gutachter: Prof. Dr.-Ing. Joachim Böcker, Zweiter Gutachter: Prof. Dr.-Ing. habil. Dr. h. c. Kay Hameyer. Paderborn, 2019
Inhalt
- 1 Einleitung und Motivation
- 2 Elektrischer Traktionsantrieb im Automobil
- 2.1 Architektur von Hybrid- und Elektrofahrzeugen
- 2.1.1 Inverter
- 2.1.2 Permanenterregte Synchronmaschine
- 2.1.3 Sensorik
- 2.1.4 Anordnung der Komponenten im Fahrzeug
- 2.2 Elektromagnetische Modellierung
- 2.2.1 Rotororientierte Koordinaten
- 2.2.2 Sättigung
- 2.2.3 Drehmomentbildung
- 2.2.4 Gewinnung der nichtlinearen Charakteristika permanenterregter Maschinen
- 2.2.5 Zeitkontinuierliche Modellierung
- 2.3 Feldorientierte Regelung der IPMSM
- 2.3.1 Feldorientierte Stromregelung
- 2.3.2 Strategie der Sollstromgenerierung
- 2.3.3 Implementierung der Sollstromgenerierung
- 2.3.4 Aussteuerungsregler
- 2.4 Toleranzen im System
- 3 Analyse der Einflüsse von Sensorfehlern auf das Drehmoment
- 3.1 Stromsensoren
- 3.1.1 Messprinzip
- 3.1.2 Fehlerbeschreibung
- 3.1.3 Stand der Technik
- 3.1.4 Auswirkungen auf die Drehmomentgenerierung im elektrischen Antrieb
- 3.1.5 Messtechnische Validierung
- 3.2 Rotorwinkel-Sensor
- 3.2.1 Messprinzip
- 3.2.2 Fehlerbeschreibung
- 3.2.3 Stand der Technik
- 3.2.4 Auswirkungen auf Drehmomentgenerierung
- 3.2.5 Messtechnische Validierung
- 3.3 Spannungssensorik im Zwischenkreis
- 3.4 Fazit
- 4 Analyse der Einflüsse von Abweichungen in Material und Geometrie der E-Maschine
- 4.1 Toleranzen von Material und Geometrie der elektrischen Maschine
- 4.1.1 Magnetische Werkstoffe
- 4.1.2 Permanentmagnete
- 4.1.3 Blechpaket
- 4.1.4 Wicklung
- 4.1.5 Elektromagnetisch passive Teile der Maschine
- 4.1.6 Endmontage der Komponenten
- 4.2 Stand der Technik
- 4.3 Analytische Sensitivitätsanalyse
- 4.4 Sensitivitätsanalyse mittels Finite-Elemente-Analyse
- 4.5 Messtechnische Validierung
- 4.5.1 Verwendete Maschinen in dieser Arbeit
- 4.5.2 Messungen an Magnet-Grenzmustern EM01
- 4.5.3 Messungen an Magnet-Grenzmustern EM02
- 4.5.4 Messungen an Luftspalt-Grenzmustern EM02
- 4.5.5 Magnettemperatur-Einfluss
- 4.6 Fazit
- 5 Identifikation von Abweichungen eines individuellen Systems
- 5.1 Stand der Technik und Methodenauswahl
- 5.2 Identifikation signifikanter Arbeitspunkte
- 5.2.1 Arbeitspunkte im Flusskennfeld
- 5.2.2 Quantitativer Zusammenhang zwischen Messgrößen und Abweichungen
- 5.2.3 Null-Fluss-Punkt und Kurzschlussstrom
- 5.3 Auswirkung von Sensorfehlern auf die Identifikation
- 5.4 Konzept zur Vermessung im Fahrzeug
- 5.4.1 Messaufbau und Messprinzip
- 5.4.2 Leerlaufspannungsmessung im Zwischenkreis
- 5.4.3 Temperaturabhängigkeit der Messungen
- 5.5 Validierung der Vermessung im Fahrzeug
- 5.6 Fazit
- 6 Methodik der Kompensation produktionsbedingter Abweichungen
- 6.1 Stand der Technik und Methodenübersicht
- 6.2 Factor Torque Compensation (FTC)
- 6.3 Prinzip der Kompensation durch Flusskennfeld-Anpassung
- 6.4 Parallel Torque Compensation (PTC)
- 6.4.1 Simple Parallel Torque Compensation (sPTC)
- 6.4.2 Erweiterung 1: Anpassung des Soll-Drehmoments
- 6.4.3 Erweiterung 2: Anpassung der Stromgrenze in der unteren Grenz-Sollstromgenerierung
- 6.4.4 Erweiterung 3: Anpassung des Strom-Arbeitspunktes der oberen Grenz-Sollstromgenerierung
- 6.4.5 Erweiterte Parallel Torque Compensation (PTC)
- 6.4.6 2D-PTC zur Berücksichtigung zweier Einflussfaktoren
- 6.5 Iterative Torque Compensation (ITC)
- 6.5.1 Drehmomentschätzung
- 6.5.2 Drehmomentschätzung: Alternative Implementierung
- 6.5.3 Iteration
- 6.5.4 Kompensation bei maximaler Effizienz
- 6.6 Consecutive Torque Compensation (CTC)
- 6.7 Fazit
- 7 Validierung der Kompensation produktionsbedingter Abweichungen
- 7.1 Kompensation bei Abweichungen des Permanentmagnetflusses (EM01)
- 7.1.1 FTC: Drehmomentgenauigkeit
- 7.1.2 ITC: Drehmomentgenauigkeit
- 7.1.3 ITC: Dynamisches Verhalten
- 7.1.4 PTC: Drehmomentgenauigkeit
- 7.2 Temperaturkompensation (EM01)
- 7.3 Wirkungsgrad und maximales Drehmoment (EM01)
- 7.3.1 Vergleich zwischen oberem und unterem Grenzmuster bei idealer Ansteuerung
- 7.3.2 Vergleich des Betriebs mit und ohne Kompensation
- 7.3.3 Wirkungsgrad bei maximaler Drehmomentanforderung
- 7.4 Abweichungen in Luftspalt und Permanentmagnet (EM02)
- 7.5 Fazit
- 8 Fazit und Ausblick
- Literaturverzeichnis
- Abkürzungsverzeichnis
- A Erweiterung der Sensitivitätsanalyse durch FEA
- B Anwendung der Kompensation: Permanentmagnet-Temperaturbeobachter
- B.1 Funktionsprinzip des Temperaturbeobachters
- B.2 PMTB mit Kompensation der produktionsbedingten Abweichungen
- B.3 Experimentelle Validierung
- C Alternative Identifikation mit aktivem Inverter