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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Steuerung eines elektrischen
Leistungsflusses an Bord eines Hybridelektrofahrzeugs, und insbesondere
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufrechterhalten der Erzeugung
von Hilfsleistung an Bord eines Mildhybrid-Elektrofahrzeugs während einer
elektrischen Hochspannungsschwellenwert-Störungsbedingung.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Hybridelektrofahrzeuge
oder HEVs können nach
Bedarf selektiv verschiedene Energiequellen einsetzen, um einen
optimalen Kraftstoffwirkungsgrad zu erreichen. Ein HEV mit einem
Vollhybridantriebsstrang kann eine Brennkraftmaschine und/oder ein
Hochspannungs-Batteriemodul oder Energiespeichersystem (ESS) für einen
elektrischen Antrieb des HEV selektiv verwenden. Das heißt, dass
ein typisches HEV mit einem Vollhybridantriebsstrang über rein
elektrische Mittel angetrieben werden kann, gewöhnlich beim Starten des HEV,
und bis zu einer Schwellenwertgeschwindigkeit beschleunigt, wobei eine
oder mehrere Motor/Generator-Einheiten (MGU)
nach Bedarf abwechselnd Leistung aus dem ESS entnehmen und Leistung
dorthin liefern. Über der
Schwellenwertgeschwindigkeit kann die Maschine das gesamte benötigte Antriebsdrehmoment
bereitstellen. Im Gegensatz dazu fehlen einem HEV mit einem Mildhybridantriebsstrang
Mittel zum rein elektrischen Antrieb, während es einige Kraftstoff
sparende Entwurfsmerkmale der Vollhybridentwürfe enthält, z. B. eine regenerative
Bremsfähigkeit
zum Wiederaufladen des ESS über
die MGU und die Fähigkeit zum
selektiven Herunterfahren oder Ausschalten der Maschine im Leerlauf
bei Autostoppereignissen.
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Die
Fähigkeit
eines HEV zum automatischen Herunterfahren oder Ausschalten der
Maschine oder die Autostopp-Funktionalität, ermöglicht, dass Kraftstoff bei
einigen Leerlaufbedingungen gespart werden kann, der andernfalls
vergeudet würde.
Bei einem Mild-HEV mit Autostopp-Funktionalität kann die Hochspannungs-MGU
als ein riemengetriebenes Generatorstartersystem (BAS-System) anstelle
eines herkömmlichen
Generators verwendet werden. Das BAS bringt Drehmoment auf einen
Rippenkeilriemen der Maschine auf, wenn ein Fahrer die Absicht zur
Wiederaufnahme der Fahrt nach einem Autostoppereignis signalisiert.
Ein Drehmoment von der MGU kann die Maschine eine vorübergehende
Zeitspanne lang drehen, bis eine Kraftstoffströmung von der Fahrzeugkraftstoffzufuhr
wiederhergestellt sein kann. Während
eines Kaltstarts der Maschine kann ein herkömmlicher an einer Kurbelwelle
montierter Hilfs- oder 12-Volt-Startermotor
den benötigten
Betrag an Anlassdrehmoment bereitstellen.
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An
Bord eines Mild-HEV kann es sein, dass eine Hochspannungsbatterie
oder ein Hochspannungsenergiespeichersystem (ESS), die bzw. das elektrische
Hochspannungsleistung an einen Spannungsgleichrichter/Wechselrichter
im elektrischen System des HEV liefert, temporär unterbrochen oder auf andere
Weise in einen nicht verfügbaren
Zustand versetzt wird. Dies kann zu einem Verlust oder einer nicht
ausreichenden Felderregung speziell für eine MGU, die auf einer asynchronen
Maschine basiert, führen,
was wiederum zu einem Verlust einer fortgesetzten elektrischen Hilfsleistungserzeugung
an Bord des HEV führen
kann. Ein herkömmlicher
Leistungsflusscontroller und herkömmliche Leistungsflusssteue rungsverfahren
können
auf eine derartige elektrische Hochspannungsstörungsbedingung suboptimal reagieren.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Entsprechend
wird ein Verfahren für
ein Mildhybrid-Elektrofahrzeug (HEV) mit einer Hochspannungs-Motorgeneratoreinheit
oder MGU, die zur Verwendung als riemengetriebenes Generatorstartersystem
(BAS-System) ausgelegt ist, bereitgestellt. Das Verfahren hält die Erzeugung
von elektrischer Hilfsleistung an Bord des HEV aufrecht, wenn eine elektrische
Hochspannungs-Störungsbedingung (HV-Störungsbedingung)
detektiert wird, wie etwa wenn eine HV-Batterie oder ein ESS effektiv
unterbrochen oder offline ist, sei es wegen einer elektrischen Störung, Systeminstallationsproblemen
oder sonstigem. Ein Schalter oder ein Schütz kann in Ansprechen auf eine
derartige Störung
automatisch geöffnet
werden, um das ESS effektiv aus der Schaltung zu entfernen, wobei
das offene Schütz
eine Art zum Diagnostizieren des unterbrochenen ESS ist. In Abhängigkeit
vom eingeschalteten/ausgeschalteten Betriebsstatus der Maschine,
wenn die elektrische HV-Störung
auftritt, wird einer eines Paars von Standard-Heimschleichmodi automatisch ausgeführt, um das
HEV mit einer optimierten Funktionalität zu versorgen.
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Wenn
insbesondere die elektrische HV-Störung auftritt, während die
Maschine noch läuft,
stellt eine elektronische Steuerungseinheit oder ein Controller
automatisch einen ersten Heimschleichmodus ein, wobei die Maschine
die benötigte
Antriebsleistung bereitstellt und der Controller die benötigten Verstärkungen
und Abtastzeiten auf Werte einstellt, die besser als diejenigen
geeignet sind, welche verwendet werden, wenn das ESS verfügbar und
online bleibt. Eine Hilfsbatterieladung wird über einen bidirektionalen Leistungsfluss
durch ein Hilfsleistungsmodul (APM) auf rechterhalten, wie hier offen
gelegt ist. Wenn die elektrische HV-Störung auftritt, während die
Maschine gestoppt ist, z. B. während
eines Autostoppereignisses, stellt der Controller automatisch einen
zweiten Heimschleichmodus ein, wobei der Controller durch eine Reihe
von Schritten oder Untermodulen geht, welche ein Neustarten der
Maschine über
einen Hilfsstartermotor und ein Bereitstellen einer bidirektionalen
Leistungsübertragungsfähigkeit
durch das APM und zwischen verschiedenen anderen Komponenten des
elektrischen HEV-Systems umfassen.
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Beim
ersten Schritt des zweiten Heimschleichmodus wird das APM automatisch
so eingestellt, dass es in einem ”Aufwärtsmodus” arbeitet, der für ein schnelles
Aufladen eines Satzes von DC-Koppelkondensatoren geeignet ist, die
innerhalb der Hochspannungs-Busschaltung (HV-Busschaltung) des HEV
positioniert sind. Die MGU wird dann auf Geschwindigkeit gebracht,
indem die Maschine unter Verwendung des Hilfsstartermotors angelassen
wird, wobei Leistung aus der LV-Hilfsbatterie entnommen wird, und
dann die MGU über
die Maschine angetrieben wird, sobald die Maschine gestartet ist.
Wenn die Maschine eine vorbestimmte Drehzahl erreicht hat, wird
ein zweiter Schritt des zweiten Heimschleichmodus ausgeführt, während welchem
ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul oder PIM automatisch aktiviert
wird. Das PIM regelt die HV-Busspannung, während die MGU fortfährt, in
ihrer Eigenschaft als Generator zu arbeiten. Wenn sich die HV-Busspannung
innerhalb eines zulässigen
Randbereichs oder Bereichs eines kalibrierten Einstellpunkts stabilisiert hat,
wird ein dritter Schritt des zweiten Heimschleichmodus ausgeführt. Bei
dem dritten Schritt wird das APM in einen ”Abwärtsmodus” geschaltet, d. h. einen Modus,
der das Aufladen der LV-Hilfsbatterie vom HV-Bus an Bord des HEV
ermöglicht.
Die Hilfsbatterie versorgt dann eines oder mehrere Hilfssysteme an
Bord des HEV während
des zweiten Heimschleichmodus mit Leistung, wenn das ESS nicht verfügbar ist.
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Insbesondere
umfasst das Verfahren, dass eine vorbestimmte elektrische HV-Störungsbedingung
an Bord des HEV detektiert wird, dass ein Betriebsstatus der Maschine
ermittelt wird, und dass automatisch einer eines Paars von Standard-Heimschleichmodi
ausgeführt
wird, um dadurch die Erzeugung von Hilfsleistung aufrechtzuerhalten,
wobei der spezielle Heimschleichmodus in Abhängigkeit vom Betriebsstatus
der Maschine zu dem Zeitpunkt, an dem die elektrische HV-Störung detektiert
wird, gewählt
wird.
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Ein
Mildhybrid-Elektrofahrzeug (HEV) umfasst eine Maschine und eine
Motorgeneratoreinheit (MGU), die mit der Maschine verbunden ist
und zur Verwendung als riemengetriebenes Generatorsystem (BAS) zum
selektiven Neustarten der Maschine nach einem Autostoppereignis
ausgelegt ist. Das HEV umfasst auch einen Hochspannungsbus (HV-Bus)
und einen Niederspannungsbus (LV-Bus), ein elektrisches HV-Speichersystem
(ESS), das mit dem HV-Bus elektrisch verbunden ist, einen Startermotor,
eine Niederspannungs-Hilfsbatterie (LV-Hilfsbatterie), einen Satz
DC-Koppelkondensatoren, die mit dem HV-Bus elektrisch verbunden
sind, und ein Hilfsleistungsmodul (APM). Das APM ist ausgestaltet,
um Leistung zwischen dem HV-Bus und dem LV-Bus selektiv zu übertragen
und um den Kondensatorsatz über
dem HV-Bus selektiv auf ein Schwellenwertspannungsniveau aufzuladen.
Ein Controller detektiert eine vorbestimmte elektrische HV-Störungsbedingung
und hält
die Erzeugung von Hilfsleistung zum Wiederaufladen der Hilfsbatterie
auf ein Schwellenwertspannungsniveau über das APM während der
vorbestimmten elektrischen HV-Störungsbedingung
aufrecht. Unter Verwendung des Algorithmus wird einer eines Paars
von Standard-Heimschleichmodi in Ansprechen auf die vorbestimmte elektrische
HV-Störungsbedingung
ausgeführt,
welche einen Standardheimschleichmodus bei ausgeschalteter Maschine
umfas sen, bei dem eine bidirektionale Leistungsflusssteuerung durch
das APM einen Kondensatorsatz auflädt, um einen Anfangserregungsstrom
an die MGU bereitzustellen, während der
Startermotor die Maschine neu startet, wodurch es der MGU ermöglicht wird,
als Generator zu wirken. Die Hilfsbatterie kann dann durch das APM
von dem HV-Bus wieder aufgeladen werden, der von der MGU über das
Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (PIM) aufrechterhalten wird.
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Die
vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden
genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Erfindung, wenn sie
in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Veranschaulichung eines Mildhybrid-Elektrofahrzeugs
(HEV) mit einer Autostoppfähigkeit
und einem Paar von Standard-Heimschleichmodi gemäß der Erfindung;
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2 ist
ein elektrischer Schaltplan für
das HEV von 1;
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2A ist
eine Tabelle, welche den Leistungsfluss während der Standard-Heimschleichmodi des
HEV von 1 beschreibt; und
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3 ist
ein graphisches Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Aufrechterhalten
der Erzeugung von Hilfsleistung an Bord des HEV von 1 beschreibt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen
Figuren gleichen oder ähnlichen
Komponenten entsprechen und mit 1 beginnend,
umfasst ein Mildhybrid-Elektrofahrzeug (HEV) 10 eine Brennkraftmaschine
(E) 12 mit einem Hilfsstartermotor (M) 11, der durch
einen (nicht gezeigten) Rädersatz
mit einer Kurbelwelle 13 der Maschine 12 allgemein
verbunden ist. Der Startermotor 11 dient zur Entnahme von elektrischer
Leistung aus einer Niederspannungs-Hilfsbatterie (LV-Hilfsbatterie)
(AUX) 41 zum Anlassen und Starten der Maschine 12 nach
Bedarf, wie etwa während
eines anfänglichen
Startens des HEV 10 während
eines Kaltstarts, sowie während
einer vorbestimmten elektrischen Hochspannungs-Störungsbedingung
(HV-Störungsbedingung), wie
nachstehend erläutert
wird.
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Das
HEV 10 umfasst auch ein Ausgangselement 20 und
ein Getriebe (T) 14 mit einem Eingangselement 22.
Das Ausgangselement 20 der Maschine 12 kann über eine
Drehmomentübertragungsvorrichtung
oder eine Kupplungseinrichtung 18, einen hydrodynamischen
Drehmomentwandler oder ein anderes geeignetes Mittel mit dem Eingangselement 22 des
Getriebes 14 selektiv verbunden sein. Das Getriebe 14 kann
ein elektrisch verstellbares Getriebe oder EVT oder ein beliebiger
anderer geeigneter Getriebeentwurf sein, der zum Übertragen
von Antriebsdrehmoment über
ein Getriebeausgangselement 24 an einen Satz von Straßenrädern 16 in
der Lage ist.
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Das
HEV 10 umfasst eine HV-Elektromotor/Generatoreinheit (MGU) 26,
die mit einer HV-Batterie oder einem Energiespeichersystem (ESS) 25 über einen
HV-DC-Bus 29 elektrisch verbunden ist, einen Spannungsinverter
oder ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (PIM) 27 und
einen HV-AC- Bus 29a.
Die MGU 26 kann zur Verwendung in einem riemengetriebenen
Generatorstartersystem (BAS-System) wie vorstehend beschrieben ausgelegt
sein. Wenn die MGU 26 auf diese Weise konfiguriert ist,
kann sie während
eines Normalbetriebs des HEV 10 einen Rippenkeilriemen 23 oder
einen anderen geeigneten Abschnitt der Maschine 12 selektiv drehen,
um dadurch die Maschine 12 nach Bedarf nach einem Autostoppereignis
anzulassen. Das ESS 25 kann über die MGU 26 selektiv
wieder aufgeladen werden, wenn die MGU 26 in ihrer Eigenschaft
als Generator betrieben wird, indem sie beispielsweise während eines
regenerativen Bremsereignisses Energie auffängt.
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Das
HEV 10 umfasst ferner ein Hilfsleistungsmodul oder APM 28,
das über
den HV-DC-Bus 29 mit dem ESS 25 elektrisch verbunden
ist. Das APM 28 ist über
einen LV-Bus 19 auch mit der Hilfsbatterie 41 elektrisch
verbunden. Die Hilfsbatterie 41 ist eine Energiespeichereinrichtung
mit einer relativ niedrigen Spannung, wie etwa eine 12-Volt-Batterie, und
ist zum Versorgen des Startermotors 11 und einer oder mehrerer
Zubehöreinrichtungen
oder eines oder mehrerer Hilfssysteme 45 an Bord des HEV 10 mit
Leistung geeignet, z. B. Scheinwerfer und/oder Innenbeleuchtungen 46,
ein Radio oder Audiosystem 48, elektrische Sitze 50,
und ein elektrisches Servolenkungssystem (EPS-System) 52,
usw.
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Das
APM 28 ist als DC-DC-Leistungswandler ausgestaltet, der
zum Umsetzen einer DC-Leistungsversorgung von einem Hochspannungsniveau in
ein Niederspannungsniveau und umgekehrt ausgelegt ist, wie von einer
elektronischen Steuerungseinheit oder einem Controller (C) 37 bestimmt
wird. Das heißt,
dass das APM 28 zum Umsetzen eines relativ hohen Spannungsniveaus
von dem ESS 25 auf ein niedrigeres Spannungsniveau dient,
das zum Aufladen der Hilfsbatterie 41 und/oder zur direkten Versorgung
mit Leistung eines oder mehrerer der Hilfssysteme 45 nach
Be darf geeignet ist. Der Controller 37 steuert einen Leistungsfluss
an Bord des HEV 10 von dem ESS 25 und der Hilfsbatterie 41,
um die benötigte
elektrische Funktionalität
bereitzustellen.
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Immer
noch mit Bezug auf 1 ist der Controller 37 elektrisch
verbunden mit oder steht anderweitig in einer fest verdrahteten
oder drahtlosen Verbindung mit der Maschine 12, dem Startermotor 11, der
MGU 26, dem ESS 25, dem APM 28, dem PIM 27 und über einen
Steuerungskanal 51 mit der Hilfsbatterie 41, wie
durch gestrichelte Linien zur Darstellung von Übertragungsleitungen veranschaulicht
ist, z. B. eine fest verdrahtete oder drahtlose Steuerungskopplung
oder ein Pfad, die bzw. der zum Übertragen und
Empfangen der notwendigen elektrischen Steuerungssignale geeignet
ist, welche für
eine korrekte Leistungsflusssteuerung oder -koordination an Bord des
HEV 10 benötigt
werden. Der Controller 37 kann als ein verteiltes oder
ein zentrales Steuerungsmodul ausgestaltet sein, das Steuerungsmodule
und Fähigkeiten
dergestalt aufweist, wie sie zur Ausführung jeglicher erforderlicher
Leistungsflusssteuerungsfunktionalität an Bord des HEV 10 auf
die gewünschte
Weise notwendig sein können.
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Zudem
kann der Controller 37 als ein universeller digitaler Computer
ausgestaltet sein, der allgemein einen Mikroprozessor oder eine
zentrale Verarbeitungseinheit, einen Festwertspeicher (ROM), einen
Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen elektrisch programmierbaren
Festwertspeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Analog/Digital-(A/D)- und Digital/Analog-(D/A)-Schaltungen
und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen
und Einrichtungen (E/A) sowie geeignete Signalaufbereitungs- und
Pufferschaltungen umfasst. Beliebige Algorithmen, die im Controller 37 vorhanden
sind oder für
diesen zugänglich
sind, welche einen Leistungsflusssteuerungsalgorithmus 100 gemäß der Erfindung
wie nachstehend beschrieben umfassen, können im ROM gespeichert sein
und ausgeführt
werden, um die jeweilige Funktionalität bereitzustellen.
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Bei
der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”Autostopp” die Fähigkeit des HEV 10,
die Maschine 12 selektiv immer dann herunterzufahren oder
auszuschalten, wenn sich das HEV 10 im Leerlauf oder in
einem Stillstand befindet, etwa während an einer Kreuzung gewartet
wird, im Verkehr, oder wenn es sonstwie vom Controller 37 bestimmt
wird. Auf diese Weise ist das HEV 10 in der Lage, einen Kraftstoffverbrauch
im Leerlauf zu minimieren. Nach einem Autostoppereignis handelt
die MGU 26 anstelle des Startermotors 11, um die
Maschine 12 schnell neu zu starten. Die Leistungsausgabe
des APM 28 kann überwacht
werden, um vielfältige
elektrische Leistungsflussanforderungen an Bord des HEV zu ermitteln.
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Im
Umfang der Erfindung umfasst der Controller 37 den Algorithmus 100,
der vorstehend kurz erwähnt
wurde und der nachstehend mit Bezug auf 3 im Detail
beschrieben ist, oder hat auf diesen Zugriff. Der Controller 37 setzt
den Algorithmus 100 ein, um nach einer Detektion oder Ermittlung
einer vorbestimmten elektrischen HV-Störungsbedingung einen fortgesetzten
Leistungsfluss im HEV 10 bereitzustellen, z. B. wenn das
ESS 25 offline, unterbrochen oder anderweitig nicht verfügbar ist,
indem teilweise ein elektrischer Leistungsfluss durch das APM 28 auf
bidirektionale Weise gesteuert wird, wie nachstehend beschrieben
ist.
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Mit
Bezug auf 2 umfasst eine elektrische Schaltung 30 des
HEV 10 von 1 die Hilfsbatterie (AUX) 41,
wobei die Hilfsbatterie 41 über den LV-Bus 19 mit
dem APM 28 elektrisch verbunden ist. Das APM 28 ist
wiederum über
den HV-DC-Bus 29 mit dem PIM 27 elektrisch verbunden.
Die MGU 26, welche einen Stator 141 und einen
Rotor 43 umfasst, ist wie gezeigt mit dem PIM 27 elektrisch
verbunden. Ein um Spulen oder Wicklungen 85 des Stators 141 herum
erzeugtes Feld induziert letztendlich in Spulen oder Wicklungen 47 des
Rotors 43 ein entgegengesetzt gerichtetes Feld, wodurch
der Rotor 43 gedreht wird, wie in 2 durch
den Pfeil A angezeigt ist. Ein Satz von DC-Koppelkondensatoren 17 ist über den HV-DC-Bus 29 positioniert
und ein Hochspannungsschalter, -relais oder -schütz 40, z. B. eine
einpolige Version, wie in 2 gezeigt
ist, ist derart positioniert, um eine oder beide Leitungen des ESS 25 von den
entsprechenden Leitungen des HV-DC-Busses 29 zu trennen,
wobei die entsprechenden Leitungen des HV-DC-Busses 29 in 2 der
Klarheit halber als HV+ und HV– bezeichnet
sind.
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Der
Controller 37 von 1 ist unter
Verwendung des nachstehend mit Bezug auf 3 beschriebenen
Algorithmus 100 ausgestaltet, um in Ansprechen auf die
elektrische HV-Störungsbedingung an
Bord des HEV 10 von 1 selektiv
zu arbeiten. Das heißt,
dass der Controller 37 einen von zwei verschiedenen Standard-Heimschleichmodi
für das HEV 10 bereitstellt,
wobei die Modi eine stabile Steuerung der HV-Busspannung über das
PIM 27 und einen Abwärtsmodus
zum Wiederaufladen der Hilfsbatterie 41 über das
APM 28 bereitstellen und wobei einer der Modi einen Aufwärtsmodus
zum Aufladen eines oder mehrerer Hochspannungs-DC-Koppelkondensatoren 17 über dem
HV-DC-Bus 29 zur Verwendung beim Erregen der MGU 26 beim
Maschinenstart bereitstellt, wobei jeder nun mit Bezug auf 2A beschrieben
wird.
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Mit
Bezug auf 2A in Verbindung mit der Schaltung 30 von 2 beschreiben
verschiedene Leistungsflusspfeile 60, 61, 63, 70, 71, 72 und 73 die Richtung
eines elektrischen Leistungsflusses in der Schaltung 30 von 2 während eines
Paars von Standard-Heimschleichmodi, d. h. Heimschleichen I und
II. In die Standard-Heimschleichmodi kann einge treten werden, wenn
die elektrische Schwellenwert-HV-Störungsbedingung an Bord des
HEV 10 von 1 vorhanden ist. Die Schwellenwertstörungsbedingung
ist hier bei einer Ausführungsform durch
ein unterbrochenes oder anderweitig nicht verfügbares oder sich offline befindendes
ESS 25 beispielhaft dargestellt, wie in 2 durch
das ”!”-Symbol
und ein offenes Schütz 40 angezeigt
ist. Das heißt,
dass das Schütz 40 in
Ansprechen auf eine detektierte HV-Störungsbedingung automatisch
geöffnet
wird, um dadurch das ESS 25 aus der Schaltung 30 effektiv
zu entfernen. Die Standard-Heimschleichmodi werden dann vom Controller 37 in
Abhängigkeit von
dem Betriebsstatus der Maschine 12 und der MGU 26 zu
dem Zeitpunkt bestimmt, an dem eine derartige elektrische HV-Störung detektiert
wird.
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Wenn
die Maschine 12 läuft
und die MGU 26 als Generator arbeitet, wenn die elektrische
HV-Störungsbedingung
auftritt, wird ein erster Standard-Heimschleichmodus, Heimschleichen I
ausgeführt,
bei dem die Maschine 12 mechanische Leistung an die MGU 26 liefert,
was ermöglicht,
dass die MGU 26 in ihrer Eigenschaft als Generator arbeitet. Somit
wird elektrische Leistung von der MGU 26 erzeugt und an
das PIM 27 und nach der Umsetzung als DC-Leistung an das
APM 28 geliefert, wie durch die jeweiligen Leistungsflussrichtungspfeile 60 und 70 angezeigt
ist. Da die Maschine 12 das HEV 10 antreibt, wird
ein Leistungsfluss an die Hilfsbatterie 41 bereitgestellt,
was ermöglicht,
dass die Hilfssysteme 45 von 1 erregt
bleiben.
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Wenn
die Maschine 12 jedoch nicht läuft oder die MGU 26 nicht
als Generator arbeitet, wenn die elektrische HV-Störungsbedingung
auftritt, wird ein zweiter Standard-Heimschleichmodus (Heimschleichen
II) ausgeführt.
Der zweite Standard-Heimschleichmodus kann in einer Folge von Schritten
ausgeführt
werden. Bei Schritt eins muss der Controller 37 den Star termotor 11 verwenden,
um die Maschine 12 über
die Hilfsbatterie 41 anzulassen, um dadurch die Maschine 12 zu
starten, wenn die Maschine nicht bereits läuft. Im nächsten Schritt oder dem Aufwärtsmodus,
und nachdem die Maschine 12 läuft, signalisiert der Controller 37 dem
APM 28, elektrischen Strom von der Hilfsbatterie 41 durch
das APM 28 zu leiten, wie durch die Richtung des Leistungsflusspfeils 61 in 2A angezeigt
ist, um dadurch die DC-Koppelkondensatoren 17 auf eine
vorbestimmte Spannung aufzuladen (VC in
der nachstehend beschriebenen 3). Die
Maschine 12 stellt das notwendige Drehmoment zum Drehen
des Rotors 43 der MGU 26 bereit. Im Aufwärtsmodus
bezieht das PIM 27 auch einen Magnetisierungsstrom, der
für eine MGU
benötigt
wird, die auf einer asynchronen Maschine basiert, von dem APM 28 an
die Wicklungen 85 des Stators 141, wie durch die
Richtung des Leistungsflusspfeils 71 angezeigt ist.
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In
Schritt Drei, d. h. einem Regelungsmodus steuert das PIM 27 die
MGU 26 derart, dass die MGU 26 in ihrer Eigenschaft
als Generator arbeitet, mit einer DC-Spannung, die höher als
die Spannung ist, die vom APM 28 im Aufwärtsmodus
bereitgestellt wird. Das PIM 27 liefert einen Magnetisierungsstrom (Leistungsflusspfeil 72A)
an den Stator 141 unter Verwendung der Kondensatoren 17 und
trägt zur
Beibehaltung der Ladung an den Kondensatoren 17 (Leistungsflusspfeil 72B)
unter Verwendung von Drehmoment von der MGU 26 bei. Im
Regelungsmodus beendet das APM 28 das Liefern von Leistung
an die Kondensatoren 17, sobald die Spannung der Kondensatoren 17 einen
kalibrierten Einstellpunkt überschreitet,
bei einer beispielhaften Ausführungsform
beispielsweise etwa 70 V oder mehr.
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In
Schritt Vier oder dem Abwärtsmodus
fährt die
MGU 26 fort, in ihrer Eigenschaft als Generator zu arbeiten,
wodurch die Ladung an den Kon densatoren 17 beibehalten
wird, wie durch den Leistungsflusspfeil 73 angezeigt ist.
Das APM 28, das die Kondensatoren 17 nicht länger auflädt, schaltet
zum Aufladen der Hilfsbatterie 41 um, wie durch den Leistungsflusspfeil 63 in 2A angezeigt
ist. Während
aller dieser Modi kann die Drehzahl der Maschine 12 auf weniger
als ein vorbestimmtes Niveau begrenzt werden, bei einer beispielhaften
Ausführungsform
z. B. etwa 4000 U/min oder weniger, um eine genauere oder optimalere
Steuerung der Spannungsniveaus des HV-DC-Busses 29 bereitzustellen.
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Mit
Bezug auf 3 beginnt der Algorithmus 100 mit
Schritt 101, bei dem ermittelt wird, ob eine vorbestimmte
elektrische Hochspannungsstörungsbedingung
(HV-Störungsbedingung)
vorhanden ist, was zu einem getrennten ESS 25 führt. Eine
Detektion der elektrischen HV-Störungsbedingung,
ob sie nun separat erreicht wurde oder in Verbindung mit dem Algorithmus 100, öffnet das
Schütz 40 von 2 und
daher können
die Position des Schützes 40 und/oder
beliebige Werte, die erfasst wurden, um das Schütz 40 zu öffnen, bei
Schritt 101 verwendet werden, um das Vorhandensein oder
das Fehlen der vorbestimmten elektrischen HV-Störungsbedingung zu
ermitteln. Wenn die vorbestimmte elektrische HV-Störungsbedingung
vorhanden ist, welche zu einem offenen Schütz 40 führt, geht
der Algorithmus 100 zu Schritt 102 weiter, andernfalls
ist der Algorithmus 100 beendet.
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Bei
Schritt 102 wird ermittelt, ob die Maschine 12 bereits
läuft.
Wenn die Maschine 12 zum Zeitpunkt der vorbestimmten elektrischen
HV-Störungsbedingung
läuft,
geht der Algorithmus zu Schritt 103 weiter. Wenn die Maschine 12 zu
diesem Zeitpunkt nicht läuft,
geht der Algorithmus 100 zu Schritt 104 weiter.
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Bei
Schritt 103 ermittelt der Algorithmus 100, ob
die MGU 26 aktiv Leistung erzeugt. Wenn dem so ist, geht
der Algorithmus 100 zu Schritt 105 weiter. Andernfalls
geht der Algorithmus 100 zu Schritt 106 weiter.
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Bei
Schritt 104 wird, nachdem bei Schritt 102 ermittelt
wurde, dass die Maschine 12 während der vorbestimmten elektrischen
HV-Störung
nicht läuft, das
APM 28 so eingestellt, dass es im ”Aufwärtsmodus” des zweiten Heimschleichmodus,
d. h. Heimschleichen II von 2A, arbeitet,
wobei ein oder mehrere über
den HV-DC-Bus 29 verbundene Kondensatoren 17 schnell
auf ein vorbestimmtes Spannungsniveau, d. h. VT aufgeladen
werden. Dieser Wert ist kalibriert und kann mit dem Entwurf des
HEV 10 schwanken. Bei einer beispielhaften Ausführungsform
beträgt
die Schwellenwertspannung VT etwa 75–80 Volt
oder mehr, obwohl andere Werte gewählt werden können, ohne
den beabsichtigten Umfang der Erfindung zu verlassen. Nach dem Aufladen
des Kondensators bzw. der Kondensatoren 17 geht der Algorithmus 100 zu
Schritt 107 weiter.
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Bei
Schritt 105 führt
der Algorithmus 100 einen ersten ”Heimschleich”-Steuerungsmodus aus,
d. h. Heimschleichen I von 2A, wobei
die verschiedenen Verstärkungen
und Abtastzeiten auf besser geeignete Werte relativ zu denjenigen
gesetzt werden, die verwendet werden, wenn das ESS 25 verfügbar ist.
Im ersten Heimschleichmodus betreibt die Maschine 12 die
MGU 26 als Generator, wobei das PIM 27 eine stabile
Steuerung der Spannung des HV-DC-Busses 29 bereitstellt,
bis das ESS 25 wieder online ist. Bei Heimschleichen I
wird die vorstehend beschriebene Funktionalität des Abwärtsmodus bereitgestellt, wobei
sich Heimschleichen I von Heimschleichen II durch das Fehlen eines
Aufwärtsmodus und
eines Regelungsmodus unterscheidet, welche aufgrund des Laufstatus
der Maschine 12 und der MGU 26 nicht benötigt werden.
Der Algorithmus 100 ist dann beendet.
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Bei
Schritt 106 wird, nachdem bei Schritt 103 ermittelt
wurde, dass die Maschine 12 läuft, aber die MGU 26 keine
Leistung erzeugt, die DC-Bus-Kondensatorspannung
VC mit einem vorbestimmten Schwellenwert
VT überprüft. Wenn
VC < VT ist, wird das APM 28 so eingestellt,
dass es im Aufwärtsmodus
des zweiten Heimschleichmodus arbeitet, d. h. Heimschleichen II
von 2A, und der Algorithmus 100 geht zu Schritt 109 weiter.
Wenn VC > VT ist, dann geht der Algorithmus 100 direkt
zu Schritt 110 weiter.
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Bei
Schritt 107 wird die Maschine 12 über den
Startermotor 11 unter Verwendung der Hilfsbatterie 41 angelassen
und gestartet und die MGU 26 wird über die Spannung (VC) erregt, die in den Kondensatoren 17 gespeichert
ist. Die Drehzahl der MGU 26 wird erhöht. Wenn die Drehzahl zunimmt, geht
der Algorithmus 100 zu Schritt 108 weiter.
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Bei
Schritt 108 vergleicht der Algorithmus die gegenwärtige Drehzahl
der Maschine 12, die ERPM abgekürzt ist, mit einem kalibrierten
Drehzahlschwellenwert. Der Algorithmus 100 wiederholt die
Schritte 108 und 107 in einer Schleife, bis der
Wert der Maschinendrehzahl ERPM den kalibrierten Schwellenwert erreicht
oder überschreitet,
wobei der Algorithmus 100 zu diesem Zeitpunkt zu Schritt 110 weitergeht.
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Bei
Schritt 109 werden ein oder mehrere Kondensatoren 17,
die über
den HV-DC-Bus 29 verbunden sind, über das APM 28 schnell
auf ein vorbestimmtes Spannungsniveau, d. h. VT aufgeladen. Dieser
Wert ist kalibriert und kann mit dem Entwurf des HEV 10 variieren.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform
beträgt
die Schwellenwertspannung VT etwa 75–80 Volt
oder mehr, obwohl andere Werte gewählt werden können, ohne
den beabsichtigten Umfang der Erfindung zu verlassen. Nach dem Aufladen des oder
der Kondensatoren 17 geht der Algorithmus 100 zu
Schritt 110 weiter.
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Bei
Schritt 110 tritt der Controller 37 in den Regelungsmodus
oder den mit Bezug auf 2A vorstehend beschriebenen
Schritt ein, bei dem der Controller 37 dem PIM 27 ermöglicht,
die Spannung des HV-DC-Busses 29 mit der MGU 26,
die in ihrer Eigenschaft als Generator arbeitet, zu regeln. Während das
PIM 27 diese Spannung regelt, geht der Algorithmus 100 zu
Schritt 112 weiter.
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Bei
Schritt 112 ermittelt der Algorithmus 100, ob
sich die Spannung des HV-DC-Busses 29 innerhalb eines vorbestimmten
Grenzbereichs oder Bereichs eines kalibrierten Einstellpunkts stabilisiert hat.
Schritt 112 wird in einer Schleife mit Schritt 110 wiederholt,
bis der Algorithmus 100 ermittelt, dass die Spannung des
HV-DC-Busses 29 stabil ist, und geht dann zu Schritt 114 weiter.
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Bei
Schritt 114 schaltet der Algorithmus 100 in den
Abwärtsmodus,
d. h. Schritt Drei des zweiten Heimschleichmodus (Heimschleichen
II), bei dem das APM 28 Leistung an die Hilfsbatterie 41 leitet, wodurch
die Hilfsbatterie 41 wieder aufgeladen wird.
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Unter
Verwendung des vorstehend in Verbindung mit dem HEV 10 von 1 beschriebenen
Algorithmus 100 wird eine verbesserte Heimschleichfähigkeit
für ein
HEV mit einem Hochspannungs-BAS-System bereitgestellt. Ein Leistungsfluss an
einige elektrische Hilfssysteme an Bord des Fahrzeugs wird aufrechterhalten,
wie etwa an eine elektrische Servolenkung (EPS), die vorstehend
beispielhaft dargestellten Hilfssysteme 45 und/oder andere Hilfseinrichtungen,
wenn die Hochspannungsbatterie oder das ESS 25 unterbrochen
oder anderweitig nicht verfügbar
ist.
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Obwohl
die besten Arten zum Ausführen
der Erfindung im Detail beschrieben wurde, werden Fachleute auf
dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative
Entwürfe
und Ausführungsformen
zum Umsetzen der Erfindung in die Praxis im Umfang der beigefügten Ansprüche erkennen.