DE102010009681B4

DE102010009681B4 - Steuerung eines Startergenerators während einer Störungsbedingung einer Hochspannungsbatterie

Info

Publication number: DE102010009681B4
Application number: DE102010009681.4A
Authority: DE
Inventors: Keith D. Van Maanen; Sean E. Gleason; Chandra S. Namuduri; Steven V. Wybo
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-03-19
Filing date: 2010-03-01
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2030-03-02
Also published as: US20100236851A1; CN101841185B; US8020650B2; DE102010009681A1; CN101841185A

Abstract

Verfahren zum Aufrechterhalten der Erzeugung von Hilfsleistung an Bord eines Mildhybrid-Elektrofahrzeugs (HEV), das eine Maschine, eine Niederspannungshilfsbatterie (LV-Hilfsbatterie), ein Hochspannungs-Energiespeichersystem (HV-ESS) und mindestens ein von der LV-Hilfsbatterie mit Leistung versorgtes Hilfssystem aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass:eine vorbestimmte elektrische Hochspannungs-Störungsbedingung (HV-Störungsbedingung) an Bord des HEV detektiert wird;ein Betriebsstatus der Maschine ermittelt wird; undeiner eines Paars von Standard-Heimschleichmodi in Ansprechen auf die elektrische HV-Störungsbedingung automatisch ausgeführt wird;wobei jeder Modus des Paars von Standard-Heimschleichmodi einem anderen Betriebsstatus der Maschine entspricht, und wobei jeder Standard-Heimschleichmodus ferner ausgelegt ist, um eine Erzeugung von Hilfsleistung aufrechtzuerhalten, um dadurch das mindestens eine Hilfssystem während der vorbestimmten elektrischen HV-Störungsbedingung kontinuierlich zu erregen;wobei jeder der ersten und zweiten Heimschleichmodi die Erzeugung von Hilfsleistung zumindest teilweise durch ein Wiederaufladen der LV-Hilfsbatterie aufrechterhält;dadurch gekennzeichnet, dassdas HEV ein Hilfsleistungsmodul (APM) und einen Satz Kondensatoren umfasst, die in einer HV-Busschaltung des HEV positioniert sind, und wobei ein Ausführen des zweiten Heimschleichmodus umfasst, dass ein Fluss von elektrischer Leistung durch das APM selektiv gesteuert wird, um dadurch den Satz Kondensatoren auf ein Schwellenwertspannungsniveau aufzuladen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
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.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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.
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.
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 Leistungsflusssteuerungsverfahren können auf eine derartige elektrische Hochspannungsstörungsbedingung suboptimal reagieren.
Die Druckschrift DE 10 2005 032 782 A1 offenbart ein Verfahren zum Aufrechterhalten der Erzeugung von Hilfsleistung an Bord eines Mildhybrid-Elektrofahrzeugs gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 3.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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.
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) aufrechterhalten, 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.
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.
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.
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 umfassen, 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.
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.
Figurenliste

1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Mildhybrid-Elektrofahrzeugs (HEV) mit einer Autostoppfähigkeit und einem Paar von Standard-Heimschleichmodi gemäß der Erfindung;
2 ist ein elektrischer Schaltplan für das HEV von 1;
2A ist eine Tabelle, welche den Leistungsfluss während der Standard-Heimschleichmodi des HEV von 1 beschreibt; und
3 ist ein graphisches Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Aufrechterhalten der Erzeugung von Hilfsleistung an Bord des HEV von 1 beschreibt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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.
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.
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.
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.
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 Bedarf 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 eingetreten 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.
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.
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 Startermotor 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.
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.
In Schritt Vier oder dem Abwärtsmodus fährt die MGU 26 fort, in ihrer Eigenschaft als Generator zu arbeiten, wodurch die Ladung an den Kondensatoren 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.
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.
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.
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.
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. V_T aufgeladen werden. Dieser Wert ist kalibriert und kann mit dem Entwurf des HEV 10 schwanken. Bei einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Schwellenwertspannung V_T 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.
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.
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 V_T überprüft. Wenn V_C < V_T 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 V_C > V_T ist, dann geht der Algorithmus 100 direkt zu Schritt 110 weiter.
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.
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.
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. V_T aufgeladen. Dieser Wert ist kalibriert und kann mit dem Entwurf des HEV 10 variieren. Bei einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Schwellenwertspannung V_T 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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Verfahren zum Aufrechterhalten der Erzeugung von Hilfsleistung an Bord eines Mildhybrid-Elektrofahrzeugs (HEV), das eine Maschine, eine Niederspannungshilfsbatterie (LV-Hilfsbatterie), ein Hochspannungs-Energiespeichersystem (HV-ESS) und mindestens ein von der LV-Hilfsbatterie mit Leistung versorgtes Hilfssystem aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: eine vorbestimmte elektrische Hochspannungs-Störungsbedingung (HV-Störungsbedingung) an Bord des HEV detektiert wird; ein Betriebsstatus der Maschine ermittelt wird; und einer eines Paars von Standard-Heimschleichmodi in Ansprechen auf die elektrische HV-Störungsbedingung automatisch ausgeführt wird; wobei jeder Modus des Paars von Standard-Heimschleichmodi einem anderen Betriebsstatus der Maschine entspricht, und wobei jeder Standard-Heimschleichmodus ferner ausgelegt ist, um eine Erzeugung von Hilfsleistung aufrechtzuerhalten, um dadurch das mindestens eine Hilfssystem während der vorbestimmten elektrischen HV-Störungsbedingung kontinuierlich zu erregen; wobei jeder der ersten und zweiten Heimschleichmodi die Erzeugung von Hilfsleistung zumindest teilweise durch ein Wiederaufladen der LV-Hilfsbatterie aufrechterhält; dadurch gekennzeichnet, dass das HEV ein Hilfsleistungsmodul (APM) und einen Satz Kondensatoren umfasst, die in einer HV-Busschaltung des HEV positioniert sind, und wobei ein Ausführen des zweiten Heimschleichmodus umfasst, dass ein Fluss von elektrischer Leistung durch das APM selektiv gesteuert wird, um dadurch den Satz Kondensatoren auf ein Schwellenwertspannungsniveau aufzuladen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das HEV ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (PIM) und eine Hochspannungs-Motorgeneratoreinheit (MGU) mit Statorwicklungen umfasst, und wobei ein Ausführen des zweiten Heimschleichmodus umfasst, dass ein Fluss von elektrischer Leistung von dem APM durch das PIM selektiv gesteuert wird, um dadurch einen Magnetisierungsstrom an einen Satz von Statorwicklungen der MGU zu beziehen, das einen Hilfsstartermotor umfasst, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass die Maschine unter Verwendung des Hilfsstartermotors angelassen wird, bis ein Rotorabschnitt der MGU eine Schwellenwertdrehzahl erreicht, das umfasst, dass das PIM automatisch aktiviert wird, um ein HV-Spannungsniveau der HV-Busschaltung an Bord des HEV zu regeln, während die MGU in ihrer Eigenschaft als Generator arbeitet, das umfasst, dass es ermöglicht, dass sich das HV-Spannungsniveau der HV-Busschaltung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eines kalibrierten Einstellpunkts stabilisiert, und dann der Fluss von elektrischer Leistung durch das APM gelenkt wird, um dadurch die LV-Hilfsbatterie auf ein Schwellenwert-Hilfsspannungsniveau wiederaufzuladen.
Verfahren zum Aufrechterhalten der Erzeugung von Hilfsleistung an Bord eines Mildhybrid-Elektrofahrzeugs (HEV), das eine Maschine, eine Niederspannungs-Hilfsbatterie (LV-Hilfsbatterie), ein Hochspannungs-Energiespeichersystem (HV-ESS), eine Hochspannungs-Motorgeneratoreinheit (MGU) und mindestens ein Hilfssystem, das von der LV-Hilfsbatterie mit Leistung versorgt wird, aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein unterbrochenes ESS detektiert wird; ein erster Standard-Heimschleichmodus ausgeführt wird, wenn die Maschine zu dem Zeitpunkt läuft, an dem das unterbrochene ESS detektiert wird, wodurch die LV-Hilfsbatterie auf eine Weise aufgeladen wird; ein zweiter Standard-Heimschleichmodus ausgeführt wird, wenn zu dem Zeitpunkt, an dem das unterbrochene ESS detektiert wird, die Maschine nicht läuft oder die MGU keine Leistung erzeugt, wodurch die LV-Hilfsbatterie auf eine andere Weise aufgeladen wird, während das ESS unterbrochen ist; dadurch gekennzeichnet, dass das HEV ein Hilfsleistungsmodul (APM) und einen Satz Kondensatoren umfasst, die in einer HV-Busschaltung des HEV positioniert sind, und wobei ein Ausführen des zweiten Standard-Heimschleichmodus umfasst, dass ein Fluss von elektrischer Leistung durch das APM selektiv gesteuert wird, um dadurch den Satz Kondensatoren auf eine Schwellenwertspannung aufzuladen.
Verfahren nach Anspruch 3, das ferner umfasst, dass: eine Drehzahl der Maschine sowohl während des ersten als auch des zweiten Heimschleichmodus auf weniger als eine Schwellenwertdrehzahl begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Schwellenwertdrehzahl der Maschine weniger als etwa 4000 U/min beträgt, wobei die Schwellenwertkondensatorspannung größer als etwa 70 Volt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Ausführen des zweiten Standard-Heimschleichmodus jeweils umfasst, dass: der Satz Kondensatoren in der HV-Busschaltung des HEV auf die Schwellenwertkondensatorspannung aufgeladen wird, indem ein Fluss von elektrischer Leistung durch das APM von der LV-Hilfsbatterie gesteuert wird; die Maschine unter Verwendung des Hilfsstartermotors gestartet wird, um dadurch einen Rotorabschnitt der MGU zu drehen; das PIM gesteuert wird, um dadurch ein Fließen von elektrischer Leistung an die und von der MGU durch das PIM zu regeln; und die LV-Hilfsbatterie aufgeladen wird, indem ein Fluss von elektrischer Leistung durch das APM gesteuert wird, sobald die Schwellenwertkondensatorspannung erreicht ist, das ferner umfasst, dass: ein Ausgabefluss elektrischer Leistung von dem PIM nur aktiviert wird, wenn die Maschine eine kalibrierte Schwellenwertdrehzahl überschreitet.
Mildhybrid-Elektrofahrzeug (HEV), das umfasst: eine Maschine; eine Motorgeneratoreinheit (MGU), die mit der Maschine funktional verbunden ist, wobei die MGU zur Verwendung als riemengetriebenes Generatorsystem (BAS) ausgelegt ist, das zum selektiven Neustarten der Maschine nach einem Autostoppereignis dient; einen Hochspannungsbus (HV-Bus); ein elektrisches HV-Speichersystem (ESS), das mit dem HV-Bus elektrisch verbunden ist; einen Niederspannungsbus (LV-Bus); einen Hilfsstartermotor; eine Hilfsbatterie, die mit dem Hilfsstartermotor über den LV-Bus elektrisch verbunden ist; einen Satz Kondensatoren, die mit dem HV-Bus elektrisch verbunden sind; ein Hilfsleistungsmodul (APM), das zum selektiven Übertragen von elektrischer Leistung zwischen dem HV-Bus und dem LV-Bus und zum selektiven Aufladen des Satzes Kondensatoren auf ein Schwellenwertspannungsniveau ausgestaltet ist; und einen Controller mit einem Algorithmus zum Detektieren einer vorbestimmten elektrischen HV-Störung und zum Aufrechterhalten der Erzeugung von Hilfsleistung an Bord des HEV während der elektrischen HV-Störung; wobei der Algorithmus ausgelegt ist, um die Leistungsausgabe des APM zu steuern, um dadurch einen eines Paars von Standard-Heimschleichmodi in Ansprechen auf die vorbestimmte elektrische HV-Störung automatisch auszuführen, welche mindestens einen Standard-Heimschleichmodus, bei welchem das APM die LV-Hilfsbatterie wieder auflädt, und mindestens einen Standard-Heimschleichmodus umfassen, bei welchem das APM über den Satz Kondensatoren einen anfänglichen Erregungsstrom an die MGU bereitstellt, während der Hilfsstartermotor die Maschine nach dem Autostoppereignis neu startet.
HEV nach Anspruch 7, das ferner ein Gleichrichter/Wechselrichter-Modul (PIM) umfasst, wobei der Controller ferner ausgelegt ist, um das PIM zum Regeln der Spannung des HV-Busses zu aktivieren, wenn die MGU in ihrer Eigenschaft als Generator arbeitet, und/oder wobei der Controller ausgelegt ist, um die Drehzahl der Maschine während eines jeden Modus des Paars von Heimschleichmodi zu begrenzen, und/oder wobei die MGU eine asynchrone Maschine ist.