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
Content
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