DE102011078958B4 - Method for operating an electric machine coupled to an internal combustion engine in a motor vehicle - Google Patents
Method for operating an electric machine coupled to an internal combustion engine in a motor vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011078958B4 DE102011078958B4 DE102011078958.8A DE102011078958A DE102011078958B4 DE 102011078958 B4 DE102011078958 B4 DE 102011078958B4 DE 102011078958 A DE102011078958 A DE 102011078958A DE 102011078958 B4 DE102011078958 B4 DE 102011078958B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- operating mode
- battery
- mod
- excitation current
- generator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 40
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 4
- 101100457838 Caenorhabditis elegans mod-1 gene Proteins 0.000 claims description 3
- 101150110972 ME1 gene Proteins 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 5
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 3
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 210000000078 claw Anatomy 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 1
- 238000013500 data storage Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
- B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
- B60L7/10—Dynamic electric regenerative braking
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L15/00—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
- B60L15/20—Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
- B60L50/16—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines with provision for separate direct mechanical propulsion
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
- B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
- B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
- B60L58/20—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules having different nominal voltages
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
- B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
- B60W10/06—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
- B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
- B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
- B60W10/24—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means
- B60W10/26—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of energy storage means for electrical energy, e.g. batteries or capacitors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W30/00—Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
- B60W30/18—Propelling the vehicle
- B60W30/18009—Propelling the vehicle related to particular drive situations
- B60W30/18109—Braking
- B60W30/18127—Regenerative braking
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
- H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
- H02P3/08—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing a dc motor
- H02P3/14—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing a dc motor by regenerative braking
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
- H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
- H02P3/18—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an ac motor
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2210/00—Converter types
- B60L2210/40—DC to AC converters
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/40—Drive Train control parameters
- B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
- B60L2240/421—Speed
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/40—Drive Train control parameters
- B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
- B60L2240/423—Torque
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L2240/00—Control parameters of input or output; Target parameters
- B60L2240/40—Drive Train control parameters
- B60L2240/42—Drive Train control parameters related to electric machines
- B60L2240/425—Temperature
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W2510/00—Input parameters relating to a particular sub-units
- B60W2510/24—Energy storage means
- B60W2510/242—Energy storage means for electrical energy
- B60W2510/244—Charge state
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Transportation (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Verfahren zum Betreiben einer mit einer Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine (100; 201) in einem Kraftfahrzeug, wobei die elektrische Maschine eine Ständerwicklung (11), eine Läuferwicklung (12), einen der Läuferwicklung (12) zugeordneten Feldregler (15) und eine der Ständerwicklung (11) nachgeschaltete Stromrichterkomponente (20) mit ansteuerbaren Schaltelementen (21) aufweist,wobei ein Erregerstrom durch die Läuferwicklung (12) abhängig vom momentanen Betriebsmodus der elektrischen Maschine vorgegeben wird, wobei die elektrische Maschine (100; 201) in einem ersten Generatorbetriebsmodus (Mod 6) als Generator betrieben wird, um das Kraftfahrzeug abzubremsen, wobei eine dabei rückgewonnene Bremsenergie gespeichert wird,wobei in einem zweiten Generatorbetriebsmodus (Mod 3) bei einer Drehzahl der elektrischen Maschine (100; 201) unterhalb eines Drehzahlschwellenwerts der Erregerstrom in Abhängigkeit vom Ladezustand einer zu ladenden Batterie (202, 205) so vorgegeben wird, dass die Batterie nicht über einen ersten Ladeschwellenwert hinaus aufgeladen wird,wobei in einem dritten Generatorbetriebsmodus (Mod 4) bei der Drehzahl der elektrischen Maschine (100; 201) oberhalb des Drehzahlschwellenwerts der Erregerstrom in Abhängigkeit vom Ladezustand der zu ladenden Batterie (202, 205) so vorgegeben wird, dass die Batterie nicht über einen zweiten Ladeschwellenwert hinaus aufgeladen wird.Method for operating an electrical machine (100; 201) coupled to an internal combustion engine in a motor vehicle, wherein the electrical machine has a stator winding (11), a rotor winding (12), a field controller (15) associated with the rotor winding (12) and a converter component (20) connected downstream of the stator winding (11) with controllable switching elements (21), wherein an excitation current through the rotor winding (12) is predetermined depending on the current operating mode of the electrical machine, wherein the electrical machine (100; 201) is operated as a generator in a first generator operating mode (Mod 6) in order to brake the motor vehicle, wherein a braking energy recovered in the process is stored, wherein in a second generator operating mode (Mod 3) at a speed of the electrical machine (100; 201) below a speed threshold value, the excitation current is predetermined depending on the state of charge of a battery (202, 205) to be charged such that the battery does not exceed a first charging threshold value, wherein in a third generator operating mode (Mod 4) at the speed of the electric machine (100; 201) above the speed threshold value, the excitation current is predetermined depending on the state of charge of the battery to be charged (202, 205) such that the battery is not charged beyond a second charging threshold value.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mit einer Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug.The present invention relates to a method for operating an electrical machine coupled to an internal combustion engine in a motor vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Als elektrische Maschinen werden in Kraftfahrzeugen häufig Klauenpolgeneratoren mit elektrischer Erregung eingesetzt. Der Strom durch die Läuferwicklung dient als Stellgröße zur Regelung der gewünschten Ausgangsspannung und wird von einem zugeordneten Feldregler vorgegeben. Die Regelung verhindert beispielsweise, dass durch die sehr unterschiedlichen Motordrehzahlen von dem Generator stark schwankende Spannungswerte geliefert würden, die gegebenenfalls die nachgeordnete Elektrik beschädigen könnten.Claw pole generators with electrical excitation are often used as electrical machines in motor vehicles. The current through the rotor winding serves as a control variable for regulating the desired output voltage and is specified by an associated field controller. The control prevents, for example, the very different engine speeds from causing the generator to deliver strongly fluctuating voltage values, which could potentially damage the downstream electrical system.
Es ist auch bekannt, elektrische Maschinen als Startergeneratoren einzusetzen, um einerseits den Verbrennungsmotor im Motorbetrieb der elektrischen Maschine zu starten („anzulassen“) und andererseits Strom für das Bordnetz und zum Laden der Kraftfahrzeugbatterie im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine zu erzeugen.It is also known to use electric machines as starter generators, on the one hand to start (“crank”) the internal combustion engine in the motor mode of the electric machine and on the other hand to generate power for the on-board electrical system and to charge the vehicle battery in the generator mode of the electric machine.
Elektrische Maschinen, die auch zum Fahrzeug-Antrieb eingesetzt werden, sind aus dem Bereich der Hybrid-Fahrzeuge bekannt. Ein Ziel hierbei ist, den Verbrennungsmotor bei niedrigen Drehzahlen, bei denen dieser noch nicht sein volles Drehmoment liefert, zu unterstützen (sog. Boostbetrieb, Turboloch-Kompensation). Mit dem Begriff „Rekuperationssystem“ werden Systeme bezeichnet, bei denen eine elektrische Maschine als Generator mit möglichst gro-ßem Drehmoment betrieben wird, um das Fahrzeug abzubremsen und die dabei rückgewonnene Bremsenergie zwischenzuspeichern. Üblicherweise werden für diese Zwecke permanenterregte Synchronmaschinen eingesetzt, die bei höheren Spannungen (üblicherweise >100V) betrieben werden. Dies führt zu einem komplexen Systemaufbau verbunden mit großen Änderungen im Triebstrang sowie aufwendigen Schutzmaßnahmen aufgrund der hohen Spannung. Neben einem hohen Integrationsaufwand führt ein derartiges System zu hohen Mehrkosten.Electric machines that are also used to drive vehicles are known from the field of hybrid vehicles. One aim here is to support the combustion engine at low speeds, at which it does not yet deliver its full torque (so-called boost mode, turbo lag compensation). The term "recuperation system" refers to systems in which an electric machine is operated as a generator with the highest possible torque in order to brake the vehicle and temporarily store the recovered braking energy. Permanently excited synchronous machines are usually used for this purpose, which are operated at higher voltages (usually >100V). This leads to a complex system structure combined with major changes in the drive train and complex protective measures due to the high voltage. In addition to a high level of integration effort, such a system leads to high additional costs.
Die
Die
Die
Die
Die
Davon ausgehend stellt sich die Aufgabe, einen Hybrid- und/oder Rekuperationsbetrieb auch mit herkömmlichen elektrischen Maschinen wirtschaftlich möglich zu machen.Based on this, the task is to make hybrid and/or recuperation operation economically possible even with conventional electric machines.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer mit einer Brennkraftmaschine gekoppelten elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.This object is achieved by a method for operating an electrical machine coupled to an internal combustion engine in a motor vehicle with the features of
Vorteile ErfindungAdvantages Invention
Die Erfindung macht es möglich, eine herkömmliche elektrische Maschine (bspw. einen Klauenpolgenerator oder riemengetriebenen Startergenerater etc.) auch für Hybrid- und/oder Rekuperationszwecke einsatzfähig zu machen, indem eine besondere Art der Erregerstromvorgabe bereitgestellt wird. Insbesondere wird der Erregerstrom in Abhängigkeit vom Betriebsmodus der elektrischen Maschine unterschiedlich bereitgestellt, wobei insbesondere mehrere Generatorbetriebsmodi und/oder mehrere Motorbetriebsmodi unterschieden werden. Der Erregerstrom wird dabei so eingestellt, dass er für den jeweiligen Betriebsmodus möglichst optimal ist. Insbesondere ist die Erregerstromvorgabe nicht für alle Betriebsmodi gleich. Der Erregerstrom wird somit in wenigstens zwei Betriebsmodi gemäß jeweils einer anderen Vorschrift bereitgestellt, bspw. in dem ersten Generatorbetriebsmodus in Abhängigkeit von einem erwünschten Bremsmoment und in einem anderen Betriebsmodus in Abhängigkeit von der erwünschten Generatorspannung.The invention makes it possible to make a conventional electrical machine (e.g. a claw pole generator or belt-driven starter generator, etc.) usable for hybrid and/or recuperation purposes by providing a special type of excitation current specification. In particular, the excitation current is provided differently depending on the operating mode of the electrical machine, with a distinction being made in particular between several generator operating modes and/or several motor operating modes. The excitation current is set so that it is as optimal as possible for the respective operating mode. In particular, the excitation current specification is not the same for all operating modes. The excitation current is thus provided in at least two operating modes in accordance with a different rule, for example in the first generator operating mode depending on a desired braking torque and in another operating mode depending on the desired generator voltage.
Durch den Einsatz herkömmlicher elektrischer Maschinen sind fast keine Modifikationen am Antriebsstrang notwendig. Der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine kann erhöht werden. Erfolgt die Vorgabe als Regelung, kann der gewünschte Erregerstrom („lErr“) besonders genau beibehalten werden.By using conventional electrical machines, almost no modifications to the drive train are necessary. The efficiency of the electrical machine can be increased. If the specification is made as a control, the desired excitation current ("lErr") can be maintained particularly precisely.
Als Betriebsmodus kann zunächst grob zwischen einem Motorbetrieb und einem Generatorbetrieb der elektrischen Maschine unterschieden werden. Daneben kann auch der Aus-Betrieb, in dem der Erregerstrom abgeschaltet ist, berücksichtigt werden.As an operating mode, a rough distinction can be made between motor operation and generator operation of the electrical machine. In addition, the off mode, in which the excitation current is switched off, can also be taken into account.
Ein Motorbetrieb umfasst zweckmäßigerweise einen Startvorgang („Anlassen“), einen Start/Stopp-Betrieb und/oder einen elektrisch unterstützten Fahrbetrieb (sog. Boostmodus).Engine operation conveniently includes a starting process (“cranking”), a start/stop operation and/or an electrically assisted driving operation (so-called boost mode).
Die Art des Generatorbetriebs wird im Wesentlichen durch entsprechende Ansteuerung der Schaltelemente der Stromrichterkomponente gesteuert. Der Generatorbetrieb umfasst zweckmäßigerweise den Betrieb als Hochsetzsteller (HSS) mit Laden der Batterie, als Aktiver Gleichrichter (AGLR; hierbei werden die Schaltelemente im natürlichen Kommutierungszeitpunkt geschaltet, es ergibt sich ein ähnliches Verhalten wie beim konventionellen Dioden-Gleichrichter) mit Laden der Batterie, AGLR mit elektrischem Nullmoment und/oder AGLR mit elektrischem Bremsen.The type of generator operation is essentially controlled by appropriate control of the switching elements of the power converter component. Generator operation conveniently includes operation as a boost converter (HSS) with charging of the battery, as an active rectifier (AGLR; here the switching elements are switched at the natural commutation time, resulting in a similar behavior to that of a conventional diode rectifier) with charging of the battery, AGLR with electrical zero torque and/or AGLR with electrical braking.
Die Vorgabe des Erregerstroms erfolgt in einer Ausgestaltung vorzugsweise in Abhängigkeit von der I-U-Charakteristik der Kraftfahrzeugbatterie. Hierbei wird die Batterie zunächst mit einem definierten Sollstrom und anschließend mit einer definierten Sollspannung geladen. Die Vorgabe des Erregerstroms (IErr) erfolgt ebenso vorzugsweise in Abhängigkeit von Drehzahl (nG) und gefordertem Drehmoment (MWunsch). Sie kann von weiteren Größen abhängen, wie z.B. Temperatur (T), Ständerspannung (UG) und/oder Ständerstrom (IG). Die Vorgabe des Erregerstroms erfolgt ebenso vorzugsweise in Abhängigkeit von Verbraucherspannungen und -strömen, die in das Bordnetz abgegeben werden.In one embodiment, the excitation current is preferably specified as a function of the I-U characteristics of the motor vehicle battery. The battery is first charged with a defined target current and then with a defined target voltage. The excitation current (IErr) is also preferably specified as a function of the speed (nG) and the required torque (MWunsch). It can depend on other variables, such as temperature (T), stator voltage (UG) and/or stator current (IG). The excitation current is also preferably specified as a function of consumer voltages and currents that are fed into the vehicle electrical system.
Bevorzugterweise erfolgt die Vorgabe des Erregerstroms in Abhängigkeit von einem oder mehreren der nachfolgend erläuterten Betriebsmodi. Die hier gewählte Drehzahlschwelle von 3.000 rpm (=U/min) ist rein beispielhaft und abhängig von der sog. Angehdrehzahl der elektrischen Maschine.Preferably, the excitation current is specified depending on one or more of the operating modes explained below. The speed threshold of 3,000 rpm (=rpm) selected here is purely exemplary and depends on the so-called starting speed of the electrical machine.
0. Modus (1. Motorbetriebsmodus): Verbrennungsmotor starten0. Mode (1. Engine operating mode): Start combustion engine
Der Erregerstrom wird hier zweckmäßigerweise auf seinen maximal zulässigen Wert (IErr_Grenz) eingestellt, um einen möglichst großen magnetischen Fluss zu erhalten, so dass die elektrische Maschine dem Verbrennungsmotor ein maximales Startmoment bei minimalem Phasenstrom zur Verfügung stellt. Es wird der maximale Phasenstrom (IPhase_Max) geregelt.The excitation current is set to its maximum permissible value (IErr_Grenz) in order to obtain the greatest possible magnetic flux so that the electric machine provides the combustion engine with maximum starting torque at minimum phase current. The maximum phase current (IPhase_Max) is regulated.
1. Modus (1. Motorbetriebsmodus): Verbrennungsmotor starten (Start/Stopp)1. Mode (1st engine operating mode): Start combustion engine (start/stop)
Der Erregerstrom wird hier zweckmäßigerweise auf seinen maximal zulässigen Wert (IErr_Grenz) eingestellt, um einen möglichst großen magnetischen Fluss zu erhalten, so dass die elektrische Maschine dem Verbrennungsmotor ein maximales Startmoment bei minimalem Phasenstrom zur Verfügung stellt. Es wird der maximale Phasenstrom (IPhase_Max) geregelt. Im Start-/Stopp-Betrieb kann während der Stopp-Phase ein kleiner Erregerstrom gehalten werden. Die hat den Vorteil, dass der darauf folgende Motorstart verzögerungsfrei erfolgen kann.The excitation current is set to its maximum permissible value (IErr_Grenz) in order to obtain the greatest possible magnetic flux, so that the electric machine provides the combustion engine with maximum starting torque at minimum phase current. The maximum phase current (IPhase_Max) is regulated. In start/stop operation, a small excitation current can be maintained during the stop phase. This has the advantage that the subsequent engine start can take place without delay.
2. Modus (2. Motorbetriebsmodus): Momenten-Unterstützung des Verbrennungsmotors (Hybridbetrieb, Boostbetrieb)2nd mode (2nd engine operating mode): torque support of the combustion engine (hybrid operation, boost operation)
In diesem Betriebsmodus erfolgt die Regelung sowohl über den Ständer- als auch den Erregerstrom als Steuergrößen, um ein gewünschtes Sollmoment einzustellen. Der Ständerstrom wird wie in der Literatur bekannt im läuferfesten dq-Koordinatensystem beschrieben, so dass sich die drei Steuergrößen Id, Iq und IErr ergeben. Es wird der maximale Ständerstrom (IG_Max) geregelt. Bei höheren Drehzahlen erreicht die elektrische Maschine ihre Spannungsgrenze und wird in der Feldschwächung betrieben. Diese Feldschwächung lässt sich bei der vorliegenden fremderregten Maschine sowohl über die Ständerstromkomponenete Id (Vorkommutierungswinkel alpha =Verschiebungswinkel zwischen Läufer- und Ständerfeld) als auch über den Erregerstrom im Läufer einstellen. Die Feldschwächung wird dabei betriebspunktabhängig so gewählt, dass das gewünschte Sollmoment mit dem optimalen Wirkungsgrad eingestellt werden kann. Der Zusammenhang zwischen den Steuergrößen und dem gewünschten Sollmoment (MWunsch) wird vorzugsweise in Form eines Kennfeldes hinterlegt:
Eine Abhängigkeit von der Temperatur (T) und/oder der Generatordrehzahl (nG) und/oder der Ständerspannung (UG) kann vorgesehen sein.A dependency on the temperature (T) and/or the generator speed (nG) and/or the stator voltage (UG) can be provided.
Um einen maximal zulässige Batteriestrom nicht zu überschreiten, können die Steuergrößen zusätzlich noch vom Batteriestrom abhängig sein.In order not to exceed the maximum permissible battery current, the control variables can also depend on the battery current.
3. Modus (2. Generatorbetriebsmodus): Generatorischer Betrieb unterhalb einer Drehzahlschwelle von bspw. 3000 U/min (rpm)3. Mode (2nd generator operating mode): Generator operation below a speed threshold of e.g. 3000 rpm
Da der Generator in diesem Drehzahlbereich bei konventioneller Gleichrichtung keine Leistung abgeben kann, wird die Stromrichterkomponente in diesem Betriebsmodus als Hochsetzsteller betrieben. Als Steuergrößen dienen wie im Modus 2 die Größen Id, Iq und IErr. Der Erregerstrom (IErr) wird dabei wie im Modus 1 vorzugsweise auf seinen maximal zulässigen Wert eingestellt, die Regelung erfolgt über Id und Iq. Es werden der maximale Phasenstrom (IPhase_Max), der Ständerstrom (IG) und die Ständerspannung (UG) geregelt.Since the generator cannot deliver any power in this speed range with conventional rectification, the converter component is operated as a boost converter in this operating mode. As in
In einer weiteren Ausführungsform können geringe Teillasten auch mit einem geringeren Erregerstrom angesteuert werden. Die Steuergrößen werden wiederum zweckmäßigerweise in Form eines Kennfeldes hinterlegt:
Auch hier sollten eine maximale Ladespannung bzw. ein maximaler Ladestrom der Batterie nicht überschritten werden, so dass die Steuergrößen auch von diesen Batterieparametern abhängen können. Vorzugsweise erfolgt das Laden der Batterie nur bis zu einem ersten Ladeschwellenwert (state of charge - SOC).Here, too, a maximum charging voltage or a maximum charging current of the battery should not be exceeded, so that the control variables can also depend on these battery parameters. Preferably, the battery is only charged up to a first charging threshold value (state of charge - SOC).
4. Modus (3. Generatorbetriebsmodus): Generatorischer Betrieb oberhalb der Drehzahlschwelle von bspw. 3000 U/min4th mode (3rd generator operating mode): Generator operation above the speed threshold of e.g. 3000 rpm
In diesem Drehzahlbereich wird die Maschine mit aktiver Gleichrichtung (AGLR) betrieben. Steuergröße ist hier ausschließlich der Erregerstrom, da die Ansteuerung des Ständers über die natürliche Kommutierung vorgegeben ist. Eine Abhängigkeit von der Temperatur (T) und/oder der Generatordrehzahl (nG) und/oder dem Ständerstrom (IG) und/oder der Ständerspannung (UG) kann vorgesehen sein. Es werden Ständerstrom (IG) und Ständerspannung (UG) geregelt.In this speed range, the machine is operated with active rectification (AGLR). The control variable here is exclusively the excitation current, since the control of the stator is predetermined via natural commutation. A dependency on the temperature (T) and/or the generator speed (nG) and/or the stator current (IG) and/or the stator voltage (UG) can be provided. The stator current (IG) and stator voltage (UG) are regulated.
Um die Batterie nach einer bestimmten Kennlinie zu laden, ist es möglich, Batteriestrom und/oder Batteriespannung als Sollgrößen vorzugeben:
Vorzugsweise erfolgt das Laden der Batterie nur bis zu einem zweiten Ladeschwellenwert. Weiter vorzugsweise ist der zweite Ladeschwellenwert höher als der erste Ladeschwellenwert.Preferably, the battery is only charged up to a second charging threshold. Further preferably, the second charging threshold is higher than the first charging threshold.
5. Modus (4. Generatorbetriebsmodus): Leerlauf5. Mode (4th generator operating mode): Idle
In diesem Zustand wird kein Generatorstrom angefordert und der Erregerstrom wird so vorgegeben, dass der Ständerstrom Null ist. Dies ist insbesondere der Fall bei IErr = 0. Dieser Modus wird beispielsweise genutzt, um den Verbrennungsmotor beim Starten oder Beschleunigen vom Generatormoment zu entlasten oder nach einer Rekuperationsphase die rückgewonnene Energie an das Bordnetz abzugeben. Dieser Zustand wird zweckmäßigerweise beibehalten, bis ein dritter Ladeschwellenwert erreicht oder unterschritten wird.In this state, no generator current is requested and the excitation current is set so that the stator current is zero. This is particularly the case when IErr = 0. This mode is used, for example, to relieve the combustion engine of the generator torque when starting or accelerating or to supply the recovered energy to the vehicle electrical system after a recuperation phase. This state is expediently maintained until a third charging threshold is reached or undercut.
6. Modus (1. Generatorbetriebsmodus): Elektrisches Bremsen6. Mode (1st generator operating mode): Electric braking
Hierbei wird abhängig vom gewünschten Bremsmoment des Motormanagements der Erregerstrom so vorgegeben, dass die maximale Bremsenergie eingesammelt wird. Diese wird gespeichert, insbesondere zum Laden der Batterie verwendet. Dabei wird die Batterie bis zu einem oberen Ladeschwellenwert aufgeladen. Der einzustellende Erregerstrom ergibt sich dann über ein Kennfeld der Form: IErr = f (MSoll, Drehzahl). Eine Abhängigkeit von der Temperatur (T) und/oder der Generatordrehzahl (nG) und/oder dem Ständerstrom (IG) und/oder der Ständerspannung (UG) kann vorgesehen sein.Depending on the desired braking torque of the engine management, the excitation current is set so that the maximum braking energy is collected. This is stored and used in particular to charge the battery. The battery is charged up to an upper charging threshold. The excitation current to be set is then determined using a characteristic map of the form: IErr = f (MSoll, speed). A dependency on the temperature (T) and/or the generator speed (nG) and/or the stator current (IG) and/or the stator voltage (UG) can be provided.
Es werden Ständerstrom (IG) und Ständerspannung (UG) geregelt.Stator current (IG) and stator voltage (UG) are regulated.
7. Modus: „Motor Aus“7. Mode: “Engine Off”
Optional kann in diesem Betriebsmodus der Erregerstrom ausgeschaltet werden. Auch dieser Zustand wird zweckmäßigerweise nur beibehalten, solange der dritte oder ein vierter Ladeschwellenwert überschritten wird.Optionally, the excitation current can be switched off in this operating mode. This state is also only maintained as long as the third or fourth charging threshold is exceeded.
Eine bevorzugte Auswahl der in einem jeweiligen Betriebsmodus relevanten Parameter ist in der Tabelle in
In der Zeile „Anforderung“ ist aufgelistet, welches System den Modus anfordert und welche Bedingungen vorherrschen müssen. Werden unterschiedliche Modi angefordert, wird der Modus mit dem niedrigsten Zahlenwert im Feld „Priorität“ ausgewählt.The "Requirement" line lists which system is requesting the mode and which conditions must prevail. If different modes are requested, the mode with the lowest numerical value in the "Priority" field is selected.
Vom Motormanagement(system) wird die Regelung bzw. Steuerung des Fahrerwunschmoments bzgl. Antriebs- und Bremsmoment und die Koordination von Motorstillstandsanforderungen durchgeführt.The engine management system regulates or controls the driver's desired torque with regard to drive and braking torque and coordinates engine standstill requests.
Das Lademanagement(system) sorgt dafür, dass die Batterie über eine Ul-Charakteristik geladen wird (I-Charakteristik: konstantes Bremsmoment, konstanter Ladestrom U-Charakteristik: konstante Spannung). Darüber hinaus ist das Ziel, möglichst viel Bremsenergie einzusammeln und die Start/Stopp- und Segeln-Anforderungen bei genügend Restenergie zu ermöglichen. Dazu werden die Anforderung entsprechend Priorität und Ladezustand der Batterie über die einzelnen Betriebsmodi gesteuert.The charging management system ensures that the battery is charged using a Ul characteristic (I characteristic: constant braking torque, constant charging current U characteristic: constant voltage). In addition, the aim is to collect as much braking energy as possible and to enable the start/stop and sailing requests when there is enough remaining energy. To do this, the request is controlled according to the priority and charge level of the battery via the individual operating modes.
Wird die elektrische Maschine im motorischen Betrieb mit einer Spannung betrieben, die oberhalb der üblichen Bordnetzspannung von 12 V, jedoch unterhalb einer zulässigen Berührspannung von 60 V liegt, wird das von der Maschine abgegebene Drehmoment erhöht, ohne dass besonders aufwendige zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen notwendig würden. Dadurch, dass die Spannung deutlich höher ist als 12V, wird der zusätzliche (bei konventionellen Generatoren nicht vorgesehene) Modus 3 (Hochsetzsteller) verwendet. Dadurch, dass die Spannung deutlich geringer ist als bei bekannten Hybrid-Systemen, erreicht die Maschine bereits bei deutlich geringeren Drehzahlen ihre Spannungsgrenze und wird in Feldschwächung (Modus 2) betrieben.If the electric machine is operated in motor mode with a voltage that is above the usual on-board voltage of 12 V, but below a permissible contact voltage of 60 V, the torque delivered by the machine is increased without particularly complex additional safety measures being necessary. Because the voltage is significantly higher than 12 V, the additional mode 3 (boost converter) (not provided for in conventional generators) is used. Because the voltage is significantly lower than in known hybrid systems, the machine reaches its voltage limit at significantly lower speeds and is operated in field weakening (mode 2).
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, e.g. a control unit of a motor vehicle, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.Implementing the process in the form of software is also advantageous, as this is particularly cost-effective, particularly if an executing control unit is used for other tasks and is therefore already available. Suitable data storage devices for providing the computer program are in particular floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs, etc. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawings.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically in the drawing using an embodiment and is described in detail below with reference to the drawing.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
-
1 zeigt eine Ausführungsform einer elektrischen Maschine mit einer Generatorkomponente und einer Stromrichterkomponente mit ansteuerbaren Schaltelementen, wie sie der Erfindung zugrunde liegen kann.1 shows an embodiment of an electrical machine with a generator component and a power converter component with controllable switching elements, as can form the basis of the invention. -
2 zeigt eine Ausführungsform eines Rekuperationssystems eines Kraftfahrzeugs mit einer elektrischen Maschine, insbesondere gemäß1 .2 shows an embodiment of a recuperation system of a motor vehicle with an electric machine, in particular according to1 . -
3 zeigt einen Zusammenhang zwischen Betriebsmodus und Batterieladezustand gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.3 shows a relationship between operating mode and battery charge state according to a preferred embodiment of the invention. -
4 zeigt eine bevorzugte Auswahl der in einem jeweiligen Betriebsmodus relevanten Parameter für die oben beschriebenen acht Betriebsmodi.4 shows a preferred selection of the parameters relevant in a particular operating mode for the eight operating modes described above.
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment(s) of the invention
In
Die Generatorkomponente 10 ist lediglich schematisch in Form von sternförmig verschalteten Ständerwicklungen 11 und einer zu einer Diode parallel geschalteten Erreger- bzw. Läuferwicklung 12 dargestellt. Die Läuferwicklung wird durch einen Leistungsschalter 13, der mit einem Anschluss 24 der Stromrichterkomponente 20 verbunden ist, getaktet geschaltet. Die Ansteuerung des Leistungsschalters 13 erfolgt nach Maßgabe eines Feldreglers 15, wobei der Leistungsschalter 13 ebenso wie die zur Läuferwicklung 12 parallel geschaltete Diode in der Regel in einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) des Feldreglers integriert sind.The
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist ein dreiphasiger Generator dargestellt. Im Prinzip ist die vorliegende Erfindung jedoch auch bei weniger- oder mehrphasigen Generatoren, beispielsweise fünfphasigen Generatoren einsetzbar.In the context of the present application, a three-phase generator is shown. In principle, however, the present invention can also be used with fewer or more phase generators, for example five-phase generators.
Die Stromrichterkomponente 20 ist hier als B6-Schaltung ausgeführt und weist Schaltelemente 21 auf, die beispielsweise als MOSFET 21 ausgeführt sein können. Die MOSFET 21 sind, beispielsweise über Stromschienen, mit den jeweiligen Ständerwicklungen 11 des Generators verbunden. Ferner sind die MOSFET mit Anschlüssen 24, 24' verbunden und stellen bei entsprechender Ansteuerung bei generatorischem Betrieb der elektrischen Maschine einen Gleichstrom für ein Bordnetz inkl. Batterie 30 eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung. Die Ansteuerung der Schaltelemente 21 erfolgt durch eine Ansteuereinrichtung 25 über Ansteuerkanäle 26, von denen aus Gründen der Übersicht nicht alle mit Bezugszeichen versehen sind. Die Ansteuereinrichtung 25 erhält über einen oder mehrere Phasenkanäle 27 jeweils die Phasenspannung der einzelnen Ständerwicklungen. Zur Bereitstellung dieser Phasenspannungen können weitere Einrichtungen vorgesehen sein, die jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt sind.The
Die Ansteuereinrichtung 25 nimmt im (Synchron-)Gleichrichterbetrieb eine Auswertung der über die Phasenkanäle 27 bereitgestellten Phasenspannungen vor und bestimmt hieraus einen jeweiligen Ein- und Ausschaltzeitpunkt eines einzelnen MOSFET 21. Die Steuerung über Ansteuerkanäle 26 wirkt sich auf die Gate-Anschlüsse der MOSFET 21 aus.In (synchronous) rectifier operation, the
Bekannte Feldregler, wie der im Rahmen dieser Ausführungsform vorgesehene Feldregler 15, weisen einen sogenannten Klemme-V-Anschluss 19 auf, der mit einer Phase der Ständerwicklung des Generators verbunden ist. Die Frequenz des Klemme-V-Signals bzw. des Phaseneingangssignals wird im Regler 15 ausgewertet und dient in Abhängigkeit von den Kenngrößen dieses Signals zur Aktivierung oder Deaktivierung des Reglerbetriebs und letztlich zur Ansteuerung des Leistungsschalters 13 über eine Ansteuerleitung 14. Das Phasensignal für den Phasensignaleingang 19 kann, wie dargestellt, auch durch die Ansteuereinrichtung 25 geführt werden.Known field controllers, such as the
Im Motorbetrieb wird die elektrische Maschine 100 verwendet, um allein oder in Kombination mit einem Verbrennungsmotor das Kraftfahrzeug anzutreiben. Vorzugsweise wird als Spannungsversorgung eine Batterie verwendet, die eine höhere Spannung (z.B. 40 V) aufweist als die übliche Bordnetzspannung von 12 V. Im Generatorbetrieb wird die elektrische Maschine 100 verwendet, um Energie zu erzeugen und ggf. das Kraftfahrzeug abzubremsen.In engine mode, the
In
Das Rekuperationssystem 200 weist einen Bereich A mit höherer Spannung (z.B. 40 V) als die übliche Bordnetzspannung und einen Bereich B mit üblicher Bordnetzspannung (z.B. 12 V) auf. Die höhere Spannung liegt jedenfalls unter einer zulässigen Berührspannung (ca. 60 V), so dass keine aufwendigen Schutzmaßnahmen notwendig sind, die elektrische Maschine 201 jedoch ein erhöhtes Drehmoment abgeben kann. Die Bereiche A und B sind über einen DC/DC-Wandler 204 gekoppelt.The
Im Bereich A ist eine erste als „Hochspannungs“-Batterie 202 ausgebildete Batterie angeordnet, die bspw. die Maschine 201 im Motorbetrieb versorgt. Mögliche Hochspannungsverbraucher 203 sind ebenfalls im Bereich A angeordnet.In area A, a first battery designed as a “high-voltage”
Im Bereich B ist eine zweite als „Normalspannungs“-Batterie 205 ausgebildete Batterie angeordnet, die zur Versorgung des Bereichs B in Phasen dient, in denen die Maschine 201 nicht als Generator betrieben wird. Mögliche Verbraucher 206, 207 sind ebenfalls im Bereich B angeordnet.In area B, a second battery designed as a “normal voltage”
Im Generatorbetrieb versorgt die Maschine 201 die Bereiche A und B und lädt die Batterien 202 und 205.In generator mode,
In Abhängigkeit vom Betriebsmodus der elektrischen Maschine erfolgt im Rahmen der Erfindung die Vorgabe des Erregerstroms.Depending on the operating mode of the electrical machine, the excitation current is specified within the scope of the invention.
In
Die Auswahl des zu verwendenden Betriebsmodus erfolgt zweckmäßigerweise so, dass die maximale Bremsenergie eingesammelt werden kann. Die Auswahl des zu verwendenden Betriebsmodus erfolgt insbesondere entsprechend Priorität und definierten Schwellenwerten von Maschinendrehzahl, Wunschmoment, Temperatur und SOC. Der Erregerstrom wird dann dem ausgewählten Betriebsmodus entsprechend vorgegeben.The operating mode to be used is selected in such a way that the maximum braking energy can be collected. The operating mode to be used is selected in particular according to priority and defined threshold values of machine speed, desired torque, temperature and SOC. The excitation current is then specified according to the selected operating mode.
Aus
Claims (14)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011078958.8A DE102011078958B4 (en) | 2011-06-30 | 2011-07-11 | Method for operating an electric machine coupled to an internal combustion engine in a motor vehicle |
PCT/EP2012/060731 WO2013000676A2 (en) | 2011-06-30 | 2012-06-06 | Method for operating an electric machine coupled to an internal combustion engine in a motor vehicle |
CN201280031962.2A CN103635349B (en) | 2011-06-30 | 2012-06-06 | Method for operating an electric machine coupled to an internal combustion engine in a motor vehicle and arithmetic unit |
FR1256188A FR2977220B1 (en) | 2011-06-30 | 2012-06-28 | METHOD FOR MANAGING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE COUPLED WITH AN ELECTRIC MACHINE IN A MOTOR VEHICLE |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102011078379.2 | 2011-06-30 | ||
DE102011078379 | 2011-06-30 | ||
DE102011078958.8A DE102011078958B4 (en) | 2011-06-30 | 2011-07-11 | Method for operating an electric machine coupled to an internal combustion engine in a motor vehicle |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102011078958A1 DE102011078958A1 (en) | 2013-01-03 |
DE102011078958B4 true DE102011078958B4 (en) | 2024-05-29 |
Family
ID=47355057
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102011078958.8A Active DE102011078958B4 (en) | 2011-06-30 | 2011-07-11 | Method for operating an electric machine coupled to an internal combustion engine in a motor vehicle |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103635349B (en) |
DE (1) | DE102011078958B4 (en) |
FR (1) | FR2977220B1 (en) |
WO (1) | WO2013000676A2 (en) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013204239A1 (en) * | 2013-03-12 | 2014-09-18 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Vehicle with electric drive machine |
DE102013204200A1 (en) | 2013-03-12 | 2014-09-18 | Robert Bosch Gmbh | Electric machine in a motor vehicle with speed signal input |
TWI607925B (en) * | 2013-08-06 | 2017-12-11 | Mobiletron Electronics Co Ltd | Hybrid system and its operation method |
DE112015000788A5 (en) * | 2014-02-14 | 2016-10-20 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Method for determining a thermal state of an electric motor in a hybrid drive of a motor vehicle |
US9628011B2 (en) * | 2015-02-05 | 2017-04-18 | Ford Global Technologies, Llc | Engine speed control via alternator load shedding |
DE102015209014A1 (en) * | 2015-05-18 | 2016-11-24 | Robert Bosch Gmbh | Method for controlling a separately excited electrical machine to support a regeneration of a NOx storage catalytic converter |
DE102016201960A1 (en) * | 2016-02-10 | 2017-08-10 | Robert Bosch Gmbh | Determining an operating state of an electric machine coupled to an internal combustion engine |
US11177747B2 (en) * | 2017-04-19 | 2021-11-16 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device and power conversion method |
FR3078215B1 (en) * | 2018-02-22 | 2020-03-20 | Valeo Equipements Electriques Moteur | METHOD FOR ASSISTING THE SETTING OF A HEAT ENGINE BY A ROTATING ELECTRIC MACHINE |
FR3078214B1 (en) * | 2018-02-22 | 2020-03-20 | Valeo Equipements Electriques Moteur | METHOD FOR ASSISTING THE SETTING OF A HEAT ENGINE BY A ROTATING ELECTRIC MACHINE |
FR3092209A1 (en) * | 2019-01-29 | 2020-07-31 | Psa Automobiles Sa | PROCESS AND SYSTEM FOR MANAGING THE POWER SUPPLY OF AN ON-BOARD NETWORK OF A MOTOR VEHICLE |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4430670A1 (en) | 1993-09-02 | 1995-03-09 | Nippon Denso Co | Control device for an electric generator/motor for an internal combustion engine |
DE69922221T2 (en) | 1998-09-14 | 2006-03-02 | Paice Llc | HYBRID VEHICLE |
AT9756U1 (en) | 2006-12-11 | 2008-03-15 | Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag | METHOD FOR CONTROLLING THE HYBRID DRIVE OF A MOTOR VEHICLE AND CONTROL SYSTEM |
DE602004012838T2 (en) | 2003-01-27 | 2009-05-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi | CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
DE102010029299A1 (en) | 2010-05-26 | 2011-12-01 | Robert Bosch Gmbh | Method for operating a system, system, controller and computer program product |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2745444B1 (en) * | 1996-02-28 | 1998-05-07 | Valeo Electronique | AUTOMOTIVE VEHICLE ALTERNATOR OPERATING AS A GENERATOR AND AN ELECTRIC MOTOR AND METHOD FOR CONTROLLING SUCH AN ALTERNATOR |
EP1932704B1 (en) * | 1998-09-14 | 2011-10-26 | Paice LLC | Engine start and shutdown control in hybrid vehicles |
DE102008000904A1 (en) * | 2008-04-01 | 2009-10-08 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for controlling an electric machine of a hybrid drive with increased availability |
CN102119096A (en) * | 2008-12-24 | 2011-07-06 | 爱信艾达株式会社 | Motor controller and drive device for hybrid vehicle |
-
2011
- 2011-07-11 DE DE102011078958.8A patent/DE102011078958B4/en active Active
-
2012
- 2012-06-06 WO PCT/EP2012/060731 patent/WO2013000676A2/en active Application Filing
- 2012-06-06 CN CN201280031962.2A patent/CN103635349B/en active Active
- 2012-06-28 FR FR1256188A patent/FR2977220B1/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4430670A1 (en) | 1993-09-02 | 1995-03-09 | Nippon Denso Co | Control device for an electric generator/motor for an internal combustion engine |
DE69922221T2 (en) | 1998-09-14 | 2006-03-02 | Paice Llc | HYBRID VEHICLE |
DE602004012838T2 (en) | 2003-01-27 | 2009-05-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha, Toyota-shi | CONTROL DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
AT9756U1 (en) | 2006-12-11 | 2008-03-15 | Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag | METHOD FOR CONTROLLING THE HYBRID DRIVE OF A MOTOR VEHICLE AND CONTROL SYSTEM |
DE102010029299A1 (en) | 2010-05-26 | 2011-12-01 | Robert Bosch Gmbh | Method for operating a system, system, controller and computer program product |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102011078958A1 (en) | 2013-01-03 |
FR2977220A1 (en) | 2013-01-04 |
WO2013000676A3 (en) | 2013-12-12 |
WO2013000676A2 (en) | 2013-01-03 |
CN103635349A (en) | 2014-03-12 |
FR2977220B1 (en) | 2015-12-04 |
CN103635349B (en) | 2017-04-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102011078958B4 (en) | Method for operating an electric machine coupled to an internal combustion engine in a motor vehicle | |
DE102010010124B4 (en) | Electrical circuit for a hybrid powertrain system and method of operating such | |
DE102012208336B4 (en) | METHOD AND APPARATUS FOR OPERATING A POWER TRAIN SYSTEM INCLUDING AN ELECTRICAL MACHINE WITH AN DISCONNECTED HIGH VOLTAGE BATTERY | |
DE102010026653B4 (en) | METHOD OF USING A CRUISE CONTROL SYSTEM IN A VEHICLE WITH AN ELECTRIC DRIVE | |
EP2625059B1 (en) | Hybrid drive device | |
EP2476155B1 (en) | Method for cold starting a fuel cell system and fuel cell system of a motor vehicle | |
DE102005002376B4 (en) | Electric rotary machine for a motor vehicle | |
DE102011086937B4 (en) | Vehicle power supply device | |
DE102012005993A1 (en) | Power supply control device for a vehicle | |
WO2013068158A2 (en) | Method and apparatus for controlling an electrical machine | |
EP2678184B1 (en) | Assembly and method for supplying electrical energy to electrical traction motors in a rail vehicle, in particular in a train set | |
DE10231379B3 (en) | Drive system for a motor vehicle with an internal combustion engine and an electric machine | |
DE102016100871A1 (en) | Optimization of a power generation mode | |
DE102011007874A1 (en) | Device and method for starting an internal combustion engine arranged in a vehicle | |
DE112011104650T5 (en) | System and method for cranking internal combustion engines in off-highway vehicles | |
WO2012152780A2 (en) | Power electronics apparatus and control method for an electric machine and for electrical energy stores | |
EP3172828A1 (en) | Electric machine for supplying energy to a vehicle on-board network | |
DE102017116350A1 (en) | VEHICLE CHARGER | |
DE102013205969B4 (en) | Vehicle with an electrical machine with two voltage levels and method for operating this | |
WO2012107330A2 (en) | Method for adjusting an actual torque delivered by an electric motor in a motor vehicle to a target torque | |
DE102010019151B4 (en) | Method and device for energy transmission in a motor vehicle | |
DE102018211662A1 (en) | Method of operating a drive train | |
DE102011087523A1 (en) | Method for operating a separately excited electrical machine in a motor vehicle | |
DE102011086734B4 (en) | Method for operating an energy supply unit for an on-board electrical system of a motor vehicle | |
AT510865B1 (en) | Chain-driven snow groomer with a serial hybrid drive |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SEG AUTOMOTIVE GERMANY GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: ROBERT BOSCH GMBH, 70469 STUTTGART, DE Owner name: ROBERT BOSCH GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: ROBERT BOSCH GMBH, 70469 STUTTGART, DE |
|
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B60W0020000000 Ipc: B60W0020140000 |
|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: DEHNSGERMANY PARTNERSCHAFT VON PATENTANWAELTEN, DE Representative=s name: DEHNS GERMANY, DE |
|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: DEHNSGERMANY PARTNERSCHAFT VON PATENTANWAELTEN, DE Representative=s name: DEHNS GERMANY PARTNERSCHAFT MBB, DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SEG AUTOMOTIVE GERMANY GMBH, DE Free format text: FORMER OWNERS: ROBERT BOSCH GMBH, 70469 STUTTGART, DE; SEG AUTOMOTIVE GERMANY GMBH, 70499 STUTTGART, DE |