DE102009045973A1 - Method for charging electrical storage device by permanently excited synchronous machine of vehicle, involves making storage device sided voltage supply of inverter device small for inverter sided varying of current of storage device - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden einer elektrischen Speichereinrichtung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.The invention relates to a method for charging an electrical storage device according to the closer defined in the preamble of
Aus der Praxis bekannte Parallelhybridantriebsstränge von Fahrzeugen umfassen üblicherweise eine als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Antriebsmaschine und eine elektrische Maschine, der ein elektrischer Speicher zugeordnet ist. Als elektrische Maschinen werden unter anderem permanenterregte Synchronmaschinen eingesetzt, die in Verbindung mit elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren verwendet werden. Für Wartungsarbeiten am elektrischen Teilsystem eines Parallelhybridantriebsstranges wird die Speichereinrichtung bzw. werden die Doppelschichtkondensatoren aus sicherheitstechnischen Gründen vollkommen entladen.Conventionally known parallel hybrid drive trains of vehicles usually comprise a drive machine designed as an internal combustion engine and an electric machine to which an electrical store is assigned. Among others, permanent magnet synchronous machines used in conjunction with electrochemical double layer capacitors are used as electrical machines. For maintenance work on the electrical subsystem of a parallel hybrid drive train, the memory device or the double-layer capacitors is completely discharged for safety reasons.
Wird ein mit einem Parallelhybridantriebsstrang ausgeführtes Fahrzeug nach einer solchen Wartung wieder in Betrieb genommen, ist ein hybrider Fahrbetrieb, d. h. sowohl über die Antriebsmaschine als auch über die elektrische Maschine, oder ein rein elektrischer Fahrbetrieb, insbesondere ein rein elektrischer Anfahrbetrieb, aufgrund der vollständig entladenen Speichereinrichtung nicht möglich.If a vehicle designed with a parallel hybrid powertrain is put back into service after such maintenance, then a hybrid vehicle operation, i. H. both via the drive machine and via the electric machine, or a purely electric driving operation, in particular a purely electrical starting operation, due to the completely discharged storage device not possible.
Ist ein solches Fahrzeug ohne entsprechende Anschlussmöglichkeit für eine externe Beladung der Speichereinrichtung ausgebildet, ist die Speichereinrichtung des Parallelhybridantriebsstranges ausgehend von dem vollständig entladenen Betriebszustand über eine zwischen der elektrischen Maschine und der Speichereinrichtung angeordnete Wechselrichtereinrichtung von der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine zu beladen, die wiederum von der Antriebsmaschine oder dem Abtrieb über jeweils dazwischen angeordnete Schaltelemente mit dem dafür erforderlichen Antriebsmoment beaufschlagt wird.If such a vehicle is designed for external loading of the storage device without corresponding connection possibility, the storage device of the parallel hybrid drive train is to be loaded from the regenerative electric machine starting from the completely discharged operating state via an inverter device arranged between the electrical machine and the storage device Drive machine or the output via each arranged therebetween switching elements is acted upon by the required drive torque.
Die Wechselrichtereinrichtung ist mit Transistoren sowie so genannten Freilaufdioden ausgeführt und oberhalb einer definierten speichereinrichtungsseitigen Spannungsversorgung der Transistoren in der Lage, die Höhe des Ladestroms für die Speichereinrichtung aktiv zu beeinflussen. Unterhalb des definierten Beladungsniveaus ist über die Wechselrichtereinrichtung keine aktive Beeinflussung des Ladestromes möglich. In letztgenanntem Beladungszustand der Speichereinrichtung findet mit Hilfe der Freilaufdioden im Bereich der Wechselrichtereinrichtung eine passive Gleichrichtung der Wechselrichtereinrichtung aus der von der permanenterregten Synchronmaschine generierten Spannung statt. Der sich dabei einstellende Ladestrom ist maßgeblich von der aktuell vorhandenen Spannung in der Speichereinrichtung und parasitären Widerständen sowie Induktivitäten des elektrischen Teilsystems des Parallelhybridantriebsstranges abhängig.The inverter device is designed with transistors and so-called freewheeling diodes and above a defined memory device side voltage supply of the transistors in a position to actively influence the amount of charging current for the memory device. Below the defined loading level, no active influence on the charging current is possible via the inverter device. In the last-mentioned loading state of the storage device, a passive rectification of the inverter device from the voltage generated by the permanent-magnet synchronous machine takes place with the aid of the free-wheeling diodes in the area of the inverter device. The charging current that occurs in this process is significantly dependent on the currently existing voltage in the memory device and parasitic resistances and inductances of the electrical subsystem of the parallel hybrid drive train.
Im Bereich zwischen der Wechselrichtereinrichtung und der Speichereinrichtung unter Umständen vorhandene Vorladewiderstände sind aufgrund von nicht vorliegenden Zugriffsrechten oftmals nicht im gewünschten Umfang betätigbar, womit der sich während des passiven Verhaltens der Wechselrichtereinrichtung einstellende Ladestrom für die Speichereinrichtung unzulässige Werte annehmen kann. Die eingeschränkten Zugriffsrechte auf die Vorladewiderstände resultieren je nach Vorgabe eines OEMs aus einer Teilsystemverantwortung.In the area between the inverter device and the memory device under certain circumstances pre-charging resistors are often not operable to the desired extent due to non-existent access rights, which can take the permissible values during the passive behavior of the inverter device charging current for the memory device. The limited access rights to the pre-charging resistors result from subsystem responsibility depending on the specification of an OEM.
Der zeitliche Verlauf des Ladestroms der Speichereinrichtung würde ohne entsprechende parasitäre Elemente, wie dem Leitungswiderstand und der Leitungsinduktivität, im elektrischen Teilsystem eines Parallelhybridantriebsstranges das entsprechende Verhalten des Ladevorgangs eines Kondensators aufweisen, wenn die Speichereinrichtung beispielsweise als Doppelschichtkondensator ausgeführt ist. Die parasitären Elemente begrenzen dabei die am Beginn entstehende Stromspitze jedoch nur geringfügig.The time course of the charging current of the memory device would have the corresponding behavior of the charging of a capacitor without corresponding parasitic elements, such as the line resistance and the line inductance in the electrical subsystem of a parallel hybrid drive train, if the memory device is designed for example as a double-layer capacitor. However, the parasitic elements limit the current peak occurring at the beginning only slightly.
Die vorbeschriebene Problematik, dass bei zu geringer Spannung im Bereich der Speichereinrichtung unzulässig hohe Ladeströme für die Speichereinrichtung auftreten können, ist beispielsweise durch zusätzlich eingebrachte Vorladewiderstände und Schütze oder einen externen Anschluss zum externen gesteuerten Beladen der Speichereinrichtung vermeidbar. Diese Maßnahmen verursachen jedoch zusätzliche Kosten und sind daher unerwünscht.The above-described problematic that, if the voltage in the region of the memory device is too low, inadmissibly high charging currents can occur for the memory device, this can be avoided, for example, by additionally introducing precharging resistors and contactors or an external connection for externally controlled loading of the memory device. However, these measures cause additional costs and are therefore undesirable.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Laden einer elektrischen Speichereinrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels welchem die vorzugsweise vollständig entladene Speichereinrichtung ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen mit einem bestehenden System eines Parallelhybridantriebsstranges beladbar ist, ohne dass die elektrische Speichereinrichtung durch unzulässig hohe Ladeströme beschädigt wird.The present invention is therefore based on the object of providing a method for charging an electrical storage device by means of which the preferably completely discharged storage device can be loaded without additional design measures with an existing system of a parallel hybrid drive train, without the electrical storage device being damaged by unacceptably high charging currents is damaged.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.According to the invention this object is achieved by a method having the features of
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Laden einer elektrischen Speichereinrichtung über eine elektrische Maschine eines Parallelhybridantriebsstranges eines Fahrzeuges, wobei zwischen der elektrischen Maschine und der Speichereinrichtung eine von der Speichereinrichtung mit Spannung versorgbare Wechselrichtereinrichtung vorgesehen ist, über die ein Ladestrom der Speichereinrichtung oberhalb einer definierten speichereinrichtungsseitigen Spannungsversorgung betriebszustandsabhängig variierbar ist, und wobei die elektrische Maschine über ein Schaltelement mit veränderbarer Übertragungsfähigkeit mit einer Antriebsmaschine und über ein ebenfalls mit veränderbarer Übertragungsfähigkeit ausgeführtes weiteres Schaltelement mit einem Abtrieb in Wirkverbindung bringbar ist, wird die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes oder die Übertragungsfähigkeit des weiteren Schaltelementes während eines elektromaschinenseitigen Ladevorganges der Speichereinrichtung, während dem die elektrische Maschine generatorisch betrieben und von der Antriebsmaschine oder von einem am Abtrieb angreifenden Drehmoment angetrieben wird sowie eine speichereinrichtungsseitige Spannungsversorgung Wechselrichtereinrichtung zum wechselrichterseitigen Variieren des Ladestroms der Speichereinrichtung zu gering ist, in Abhängigkeit eines angeforderten Ladestroms eingestellt.In the method according to the invention for charging an electrical storage device via an electric machine of a parallel hybrid drive train of a vehicle, wherein between the electric machine and the memory device provided by the storage device with voltage supplyable inverter device is over which a charging current of the memory device above a defined memory device side voltage supply operating state dependent variable, and wherein the electric machine via a switching element with variable transmission capability with a prime mover and also with variable transmissibility running another switching element with an output in operative connection can be brought is the transmission capability of the switching element or the transmission capability of the further switching element during an electromachine charging of the memory device, during which the electric machine is operated as a generator and driven by the prime mover or by a torque acting on the output and a memory device side power supply inverter means for inverter-side varying the charging current of the memory device is low, depending on e Ines requested charging current set.
Damit besteht auf einfache Art und Weise die Möglichkeit, den Ladestrom der elektrischen Speichereinrichtung durch einen in Abhängigkeit des angeforderten Ladestromes durchgeführten Schließvorgang des Schaltelementes bzw. des weiteren Schaltelementes auf einfache und kostengünstige Art und Weise ohne zusätzliche konstruktive Maßnahmen auf zulässige Werte zu begrenzen, zu welchen eine Beladung der elektrischen Speichereinrichtung in gewünschtem Umfang durchführbar ist und zu den eine Beschädigung oder zumindest eine eine Lebensdauer herabsetzende Beeinflussung der elektrischen Speichereinrichtung vermieden wird.This makes it possible in a simple manner to limit the charging current of the electrical storage device to admissible values by means of a closing operation of the switching element or of the further switching element in a simple and cost-effective manner without additional constructive measures, which are dependent on the charging current required a loading of the electrical storage device to the desired extent is feasible and to the damage or at least a life-reducing influence on the electrical storage device is avoided.
Eine durch einen geringen Steuer- und Regelaufwand gekennzeichnete Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes oder des weiteren Schaltelementes im Wesentlichen auf Null eingestellt wird, wenn die Übertragungsfähigkeit des weiteren Schaltelementes oder des Schaltelementes in Abhängigkeit des angeforderten Ladestroms eingestellt wird.A marked by a small control and regulation cost variant of the method according to the invention provides that the transmission capability of the switching element or the further switching element is set to substantially zero, when the transmission capability of the other switching element or the switching element is set in dependence of the requested charging current.
Damit wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass das von der Antriebsmaschine zum Antreiben der elektrischen Maschine zur Verfügung stehende Antriebsmoment in Abhängigkeit der Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes der elektrischen Maschine zugeführt wird und der über das weitere Schaltelement zuschaltbare Abtrieb das für den Antrieb der elektrischen Maschine zur Verfügung stehende Antriebsmoment nicht reduziert bzw. beeinflusst.This is achieved in a simple manner that the available from the prime mover for driving the electric machine drive torque is supplied depending on the transmission capability of the switching element of the electric machine and the switchable via the further switching element output for the drive of the electric machine for Available drive torque is not reduced or influenced.
Wird die elektrische Maschine während eines Schubbetriebes des Parallelhybridantriebsstranges ausgehend vom Abtrieb und in Abhängigkeit der Übertragungsfähigkeit des weiteren Schaltelementes mit einem Antriebsmoment angetrieben, wird das in Abhängigkeit der Übertragungsfähigkeit des weiteren Schaltelementes stehende Antriebsmoment der elektrischen Maschine durch die im Bereich des Schaltelementes abgekoppelte Antriebsmaschine nicht in unerwünschten Umfang beeinflusst, womit der Steuer- und Regelaufwand auch während derartigen Betriebszustandsverläufen eines Parallelhybridantriebsstranges gering ist.If the electric machine is driven by a drive torque during a pushing operation of the parallel hybrid drive train starting from the output and depending on the transmission capability of the further switching element, the drive torque of the electric machine depending on the transmission capability of the further switching element is not undesirable due to the drive machine uncoupled in the region of the switching element Scope influences, so that the control and regulation effort is low even during such operating state progressions of a parallel hybrid drive train.
Bei einer weiteren vorteilhaften Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Ladestrom für die Speichereinrichtung oberhalb der definierten speichereinrichtungsseitigen Spannungsversorgung der Wechselrichtereinrichtung über Transistoren der Wechselrichtereinrichtung variiert, womit unzulässig hohe und die Speichereinrichtung gegebenenfalls beschädigende Ladeströme auf einfache und kostengünstige Weise vermeidbar sind.In a further advantageous variant of the method according to the invention, the charging current for the storage device is varied above the defined storage device side voltage supply of the inverter device via transistors of the inverter device, which unacceptably high and the storage device optionally damaging charging currents in a simple and cost-effective manner can be avoided.
Weist die Wechselrichtereinrichtung antiparallel zu den Transistoren angeordnete Freilaufdioden auf, wird bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens unterhalb der definierten speichereinrichtungsseitigen Spannungsversorgung über die Freilaufdioden eine passive Gleichrichtung der Wechselrichtereinrichtung aus der von der elektrischen Maschine generierten Spannung vorgenommen und der Ladestrom in Abhängigkeit der Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes oder der Übertragungsfähigkeit des weiteren Schaltelementes eingestellt.If the inverter device has freewheeling diodes arranged in antiparallel to the transistors, a passive rectification of the inverter device from the voltage generated by the electrical machine is undertaken below the defined memory device-side voltage supply via the free-wheeling diodes and the charging current as a function of the transfer capability of the switching element or the transmission capacity of the further switching element set.
Ist die elektrische Maschine als eine permanenterregte Synchronmaschine ausgebildet, in deren Bereich bei Vorliegen eines niederohmigen Kurzschlusses an Klemmen der elektrischen Maschine über der Wechselrichtereinrichtung und der Speichereinrichtung ein einem antriebsmaschinenseitigen Antriebsmoment oder einem abtriebsseitigen Antriebsmoment der generatorisch betriebenen elektrischen Maschine entgegenwirkendes Kurzschlussmoment wirkt, wird bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ein die elektrische Maschine antreibendes antriebsmaschinenseitiges Antriebsmoment oder ein die elektrische Maschine antreibendes abtriebsseitiges Antriebsmoment durch Einstellen einer in Abhängigkeit eines zulässigen Ladestromes der Speichereinrichtung stehenden Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes oder des weiteren Schaltelementes begrenzt.If the electrical machine is designed as a permanent-magnet synchronous machine in whose region a short-circuit torque counteracts a driving machine-side drive torque or an output-side drive torque of the generator-operated electric machine in the presence of a low-resistance short circuit at terminals of the electric machine via the inverter device and the storage device, a further short-circuit torque acts Variant of the method according to the invention, a driving machine-side drive torque driving the electric machine or a drive-side drive torque driving the electric machine by setting a transmission capability of the switching element or the further switching element that is dependent on a permissible charging current of the memory device.
Um eine Verlustleistung im Bereich des Schaltelementes oder des weiteren Schaltelementes während des Ladevorganges der elektrischen Speichereinrichtung des Parallelhybridantriebsstranges möglichst gering zu halten, wird die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes oder des weiteren Schaltelementes bei Vorliegen einer Drehzahlgleichheit zwischen der Drehzahl der antriebsmaschinenseitigen Schaltelementhälfte und der elektromaschinenseitigen Schaltelementhälfte des Schaltelementes oder zwischen der Drehzahl der abtriebsseitigen Schaltelementhälfte und der elektromaschinenseitigen Schaltelementhälfte des weiteren Schaltelementes bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils auf die volle Übertragungsfähigkeit angehoben.In order to keep a power loss in the region of the switching element or the further switching element as low as possible during the charging process of the electrical storage device of the parallel hybrid drive train, the transfer capability of the switching element or the further switching element in the presence of a Speed equality between the speed of the drive machine-side switching element half and the electric machine side switching element half of the switching element or raised between the rotational speed of the output side switching element half and the electrical machine side switching element half of the other switching element in a further variant of the method in each case to the full transmission capacity.
Die Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes oder die Übertragungsfähigkeit des weiteren Schaltelementes wird bei einer weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens nach der Erfindung derart eingestellt, dass die Beladung der Speichereinrichtung innerhalb einer vordefinierten Ladezeit zumindest dem vordefinierten Beladungszustand der Speichereinrichtung entspricht, zu der der Ladestrom über die Wechselrichtereinrichtung aktiv veränderbar ist. Damit wird auf einfache Art und Weise erreicht, dass eine Reibbelastung durch einen Schlupfbetrieb im Bereich des Schaltelementes oder des weiteren Schaltelementes begrenzt ist und eine gewünschte Lebensdauer des Schaltelementes und/oder des weiteren Schaltelementes gewährleistbar ist.The transmission capability of the switching element or the transmission capability of the further switching element is set in a further advantageous variant of the method according to the invention such that the loading of the memory device within a predefined charging time at least the predefined loading state of the memory device corresponds to the charge current via the inverter device actively changeable is. This is achieved in a simple manner that a friction load is limited by a slip operation in the region of the switching element or the further switching element and a desired life of the switching element and / or the further switching element can be ensured.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstandes ergeben sich aus den Patentansprüchen und dem nachfolgend anhand der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel.Further advantages and advantageous embodiments of the subject invention emerge from the claims and the embodiment described below with reference to the drawing.
Sowohl die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale als auch die im nachfolgende Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gegenstandes angegebenen Merkmale sind jeweils für sich allein oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.Both the features specified in the subclaims and the features specified in the following exemplary embodiment of the article according to the invention are in each case suitable, either alone or in any combination with each other, to further develop the object according to the invention. The respective feature combinations represent no limitation with respect to the development of the subject matter according to the invention, but essentially have only an exemplary character.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt eine stark schematisierte Darstellung eines Parallelhybridantriebsstranges eines Fahrzeuges.The sole figure of the drawing shows a highly schematic representation of a parallel hybrid drive train of a vehicle.
In der Figur ist eine stark vereinfachte Darstellung eines Parallelhybridantriebsstranges
Die Vorladewiderstände sind derart ausgelegt, dass in geschaltetem Zustand der Voradewiderstände im Bereich zwischen der Wechselrichtereinrichtung
Die elektrische Maschine
Die Getriebeeinrichtung
Der Abtrieb
Das weitere Schaltelement
Die Wechselrichtereinrichtung
Der Leistungsteil
Die von der elektrischen Maschine
Der Ladestrom für die elektrische Speichereinrichtung
Aufgrund des passiven Verhaltens der Wechselrichtereinrichtung
Ausgehend von einem antriebsmaschinenseitigen Antrieb der elektrischen Maschine
Wird das Reibmoment im Bereich des Schaltelementes
Die als permanenterregte Synchronmaschine ausgeführte elektrische Maschine
Das Reibmoment im Bereich des Schaltelementes
Anschließend wird das Schaltelement
Die sich in Abhängigkeit der Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes
Durch das gezielte Einstellen der Übertragungsfähigkeit des Schaltelementes
Bei Überschreiten des vordefinierten Beladungszustandes der elektrischen Speichereinrichtung
Die vorbeschriebene Betätigung des Schaltelementes
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- ParallelhybridantriebsstrangParallel hybrid powertrain
- 22
- Antriebsmaschineprime mover
- 33
- Schaltelementswitching element
- 44
- elektrische Maschineelectric machine
- 5A bis 5C5A to 5C
- Phasephase
- 66
- WechselrichtereinrichtungInverter means
- 7A, 7B7A, 7B
- Leitungmanagement
- 88th
- elektrische Speichereinrichtungelectrical storage device
- 99
- weiteres Schaltelementanother switching element
- 1010
- Abtrieboutput
- 1111
- Getriebeeinrichtungtransmission device
- 1212
- DifferenzialgetriebeeinheitDifferential gear unit
- 13, 1413, 14
- Antriebsraddrive wheel
- 1515
- Fahrzeugachsevehicle axle
- 1616
- Leistungsteilpower unit
- 1717
- Ansteuerungcontrol
- 1818
- Verbindungsleitungconnecting line
- 1919
- Steuerleitungencontrol lines
- 2020
- Welle der elektrischen MaschineWave of the electric machine
Claims (7)
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