DE102012014186A1

DE102012014186A1 - Method for controlling a voltage of a high voltage network (HVN) for a motor vehicle, involves controlling voltage in two control stages by controlling components of high volt network through central energy management system

Info

Publication number: DE102012014186A1
Application number: DE201210014186
Authority: DE
Inventors: Simon Beau; Bernd-Peter Elgas; Lay Chi Thong; Lorena Vazquez-Alvite; Frederic Woller
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2014-05-15

Abstract

The method involves controlling a voltage in a first control stage by controlling the components of the high volt network (HVN) through a central energy management system (EMS), and controlling the voltage in a second control stage by automatically controlling the components of the high volt network. The individual stages and/or components of the high volt network are triggered based on a given offset voltage values of the components to the voltage limiting values of the high volt network. An independent claim is included for device for controlling a voltage of a high voltage network (HVN) for a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Spannung eines Hochvolt-Netzes, insbesondere für einen Kraftwagen mit einem Hochvoltenergiespeicher gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Regeln einer Hochvolt-Netz-Spannung gemäß Anspruch 8.The invention relates to a method for regulating a voltage of a high-voltage network, in particular for a motor vehicle with a high-voltage energy storage according to claim 1, and to a device for regulating a high-voltage network voltage according to claim 8.

Neuere Fahrzeugkonzepte wie beispielsweise die eines Parallel-Hybrids, eines seriellen Hybrids sowie die reiner Elektrofahrzeug verwenden Hochvolt-Zwischenkreise die als Teil eines Hochvolt-Bordnetzes Anwendung finden zur Speisung der unterschiedlichen Verbraucher des Kraftwagens. Dazu ist eine Einhaltung eines definierten Spannungsbereichs unbedingt erforderlich. Die Einhaltung des definierten Spannungsbereichs dient dem Schutz aller Komponenten im Hochvolt-Netz und im besonderen Maße dem Schutz von Batteriezellen einer HV-Batterie des Kraftwagens. Wenn die Spannungsgrenzen der HV-Batterie verletzt werden, führt dies zu einem Öffnen von Batterieschützen und zum „Abwurf” der HV-Batterie oder zur Schädigung der Batteriezellen.Newer vehicle concepts such as those of a parallel hybrid, a serial hybrid and the pure electric vehicle use high-voltage intermediate circuits that are used as part of a high-voltage vehicle electrical system for feeding the various consumers of the motor vehicle. For this purpose, adherence to a defined voltage range is absolutely necessary. Compliance with the defined voltage range serves to protect all components in the high-voltage network and, in particular, the protection of battery cells of a high-voltage battery of the motor vehicle. If the voltage limits of the HV battery are violated, this leads to opening of battery contactors and to "dropping" of the HV battery or damage to the battery cells.

Die HV-Batterie ist physikalisch an einen Hochvolt-Zwischenkreis angeschlossen und damit in der Regel nicht direkt steuerbar. Eine Regelung der Lade-/Entladeleistung bzw. des Lade-/Entladestroms wird indirekt durch eine Steuerung von Energiequellen/-senken vorgenommen.The HV battery is physically connected to a high-voltage DC link and thus generally not directly controllable. A control of the charge / discharge power or the charge / discharge is made indirectly by a control of energy sources / sinks.

Besonders in komplexen Hochvolt-Bordnetzen mit mehreren Energiequellen und -senken sind zur Regelung der Hochvolt-Zwischenkreise ausgeklügelte Regelkonzepte erforderlich. Ziel ist es zum einen, den Spannungsbereich der HV-Batterie möglichst voll auszunutzen und zum anderen, die Spannungsgrenzen der HV-Batterie nicht zu verletzen. Allerdings sind aktuelle Regelungskonzepte noch unausgereift und dadurch nicht effizient und effektiv genug.Particularly in complex high-voltage on-board electrical systems with multiple energy sources and sinks sophisticated control concepts are required to control the high-voltage DC link. The goal is, on the one hand, to make maximum use of the voltage range of the HV battery and, on the other hand, not to violate the voltage limits of the HV battery. However, current regulatory concepts are still immature and therefore not efficient and effective enough.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Regeln einer Spannung eines Hochvolt-Netzes vorzusehen, dass effektiv und gleichzeitig effizient genutzt wird.The object of the invention is to provide a method for regulating a voltage of a high-voltage network, which is used effectively and at the same time efficiently.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved by a method according to claim 1 and a device according to claim 8. Further embodiments are described in the subclaims.

Dabei macht sich die Erfindung ein Verfahren zum Regeln einer Spannung eines Hochvolt-Netzes, insbesondere für einen Kraftwagen mit einem Hochvoltenergiespeicher zunutze, bei welchem Verfahren in einer ersten Regelstufe eine Spannungsbegrenzung durch eine Ansteuerung von Komponenten des Hochvolt-Netzes durch ein zentrales Energiemanagementsystem erfolgt, und in einer zweiten Regelstufe die Spannungsbegrenzung durch Eigensteuerung der Komponenten des Hochvolt-Netzes erfolgt.In this case, the invention makes use of a method for regulating a voltage of a high-voltage network, in particular for a motor vehicle with a high-voltage energy storage, in which method in a first control stage, a voltage limitation by controlling components of the high-voltage network by a central energy management system, and in a second control stage, the voltage limitation is carried out by self-control of the components of the high-voltage network.

Die Vorteile eines solchen mehrstufigen Regelkonzeptes zur Spannungsbegrenzung in Hochvolt-Zwischenkreisen eines Hochvolt-Netzes eines Kraftwagens bestehen darin, dass in mehreren voneinander unabhängigen Regelvorgängen einzelne Komponenten des Kraftwagens mit speziell auf sie abgestimmten Spannungs-Offsets zu einer Spannungsgrenze der HV-Batterie regelbar sind. Dabei wird in einer ersten Regelstufe die Spannungsbegrenzung durch entsprechende Leistungsvorgaben eines zentralen Energiemanagementsystems an die einzelnen Komponenten des Kraftwagens realisiert. Erst in einer zweiten Regelstufe wird die Spannungsbegrenzung durch die Komponenten selbst vorgenommen. Alle Regelvorgänge haben das Ziel, einen jeweils gültigen Spannungs-Offset, das heißt einen Abstand des Spannungs-Schwellwerts zu einer Maximal- bzw. Minimalspannung der HV-Batterie – durch eine Anpassung der Leistung einzuhalten.The advantages of such a multi-stage control concept for limiting the voltage in high-voltage intermediate circuits of a high-voltage network of a motor vehicle are that in several independent control processes individual components of the motor vehicle with specially tailored to them voltage offsets to a voltage limit of the HV battery can be controlled. In this case, in a first control stage, the voltage limitation is realized by appropriate performance specifications of a central energy management system to the individual components of the motor vehicle. Only in a second control stage, the voltage limitation is made by the components themselves. All control operations have the goal to maintain a respective valid voltage offset, that is, a distance of the voltage threshold to a maximum or minimum voltage of the HV battery - by adjusting the power.

Bei einer besonders geeigneten Ausführungsform der Erfindung erfolgt das Ansteuern der einzelnen Stufen und/oder Komponenten abhängig von einem vorgegebenen Offsetspannungswert der Komponenten zu einem Spannungsgrenzwert des Hochvolt-Netzes. Dies bedeutet, dass die Ansteuerung der einzelnen Stufen und/oder Komponenten sukzessive und nicht gleichzeitig erfolgt.In a particularly suitable embodiment of the invention, the driving of the individual stages and / or components is dependent on a predetermined offset voltage value of the components to a voltage limit of the high-voltage network. This means that the control of the individual stages and / or components takes place successively and not simultaneously.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Ansteuern der einzelnen Stufen und/oder Komponenten dann, wenn die Ist-Spannung des Hochvolt-Netzes einem maximalen Spannungswert von vorbestimmten Komponenten entspricht oder die Ist-Spannung des Hochvolt-Netzes einem minimalen Spannungswert von vorbestimmten Komponenten entspricht. Auf diese Art und Weise können die Spannungsgrenzen auch abhängig von einem Zustand der Batteriezellen sowie der einzelnen Komponenten des Hochvolt-Netzes des Fahrzeugs dynamisch eingestellt werden.In a particularly preferred embodiment, the activation of the individual stages and / or components takes place when the actual voltage of the high-voltage network corresponds to a maximum voltage value of predetermined components or the actual voltage of the high-voltage network corresponds to a minimum voltage value of predetermined components. In this way, the voltage limits can also be adjusted dynamically depending on a state of the battery cells and of the individual components of the high-voltage network of the vehicle.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Ansteuern der einzelnen Stufen und/oder Komponenten dann, wenn die zur Regelung an der oberen Grenze verwendete Ist-Spannung einem Maximum eines Spannungswerts von vorbestimmten Komponenten entspricht und/oder die zur Regelung an der unteren Grenze verwendete Ist-Spannung einem Minimum eines Spannungswerts von vorbestimmten Komponenten entspricht. Damit können gleichzeitig die Offsetspannungswerte der Komponenten optimiert werden, da die verwendete Ist-Spannung als Maximum- bzw. Minimum-Verknüpfung bestimmter Ist-Spannungen von Komponenten des Hochvolt-Netzes festgelegt werden. Dann muss eine Messtoleranz der Spannungsmessung bei der Wahl der Offsets nicht mehr berücksichtigt werden. Durch optimale Wahl und logische Verknüpfungen können die Offsets verkleinert werden, wobei die Reihenfolge der Regelvorgänge aber sichergestellt bleibt.In a particularly preferred embodiment, the activation of the individual stages and / or components takes place when the actual voltage used for the regulation at the upper limit corresponds to a maximum of a voltage value of predetermined components and / or the actual value used for the regulation at the lower limit. Voltage corresponds to a minimum of a voltage value of predetermined components. In this way, the offset voltage values of the components can be optimized at the same time, since the actual voltage used is defined as a maximum or minimum combination of specific actual voltages of components of the high-voltage network. Then you have to a measuring tolerance of the voltage measurement in the choice of offsets are no longer taken into account. Optimal choice and logic operations allow the offsets to be scaled down while ensuring the order of control operations.

Je nachdem, wie nahe ein gemessener Ist-Wert der Hochvolt-Netz-Spannung der Komponenten an die Spannungsgrenze herankommt, können mehrere Regelvorgänge aktiviert werden. Besonders zweckmäßig ist es, das Ansteuern der einzelnen Komponenten in einer vorgegebenen Reihenfolge vorzunehmen. Dabei wird die Reihenfolge der Regelstufen so gewählt, dass frühe Regeleingriffe das Fahrverhalten nicht beeinflussen und erst in letzter Instanz fahrrelevante Funktionen eingeschränkt werden, beispielsweise das Abregeln der Fahrantriebe.Depending on how close a measured actual value of the high-voltage network voltage of the components comes to the voltage limit, several control operations can be activated. It is particularly useful to make the driving of the individual components in a predetermined order. The order of the control stages is chosen so that early control interventions do not influence the driving behavior and only in the last instance are driving-related functions restricted, for example the deceleration of the traction drives.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Reihenfolge der Ansteuerung der Komponenten abhängig von dem vorgegebenen Offsetspannungswert der Komponenten zu dem Spannungsgrenzwert des Hochvolt-Netzes. Durch eine durch eine Wahl der einzelnen Offsetspannungswerte vorgegebene Reihenfolge der Ansteuerung der Komponenten kann eine gezielte Anpassung der Leistung in dem Hochvolt-Netz besonders effizient umgesetzt werden. Dabei wird zum einen gewährleistet, dass eine Zuverlässigkeit des Fahrverhaltens nicht eingeschränkt wird und zum anderen Einsparpotentiale zur Effizienzsteigerung des Kraftwagens optimal ausgenutzt werden.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the sequence of the control of the components is dependent on the predetermined offset voltage value of the components to the voltage limit of the high-voltage network. By a predetermined by a choice of the individual offset voltage sequence sequence of the control of the components, a targeted adjustment of the power in the high-voltage network can be implemented particularly efficiently. This ensures, on the one hand, that reliability of the driving behavior is not restricted and, on the other, savings potentials for increasing the efficiency of the motor vehicle are optimally utilized.

Eine besonders geeignete Ausführungsform sieht vor, dass das Ansteuern in der ersten Regelstufe vor dem Ansteuern in der zweiten Regelstufe erfolgt. Da das Energiemanagement eine übergeordnete Steuerung ist, kann es Regelvorgänge aufeinander abstimmen. Dabei werden beispielsweise an der oberen Spannungsgrenze steuerbare Energiesenken hoch geregelt, bevor die Fahrantriebe im Rekuperationsbetrieb abgeregelt werden müssen.A particularly suitable embodiment provides that the driving in the first control stage takes place before the control in the second control stage. Since energy management is a higher-level control system, it can coordinate control processes. In this case, for example, controllable energy sinks are highly regulated at the upper voltage limit before the travel drives have to be stopped in recuperation operation.

Da das Energiemanagementsystem jedoch größere Regelkreise – mit Datenverbindungen im Regelkreis aufweist, kann es nicht jederzeit so dynamisch eingreifen, wie das die einzelnen Komponenten des Hochvolt-Netzes selbst können. Deshalb werden solche Regelvorgänge des Energiemanagementsystems, die nicht zum Erfolg führen, in einer zweiten Regelstufe von Regelvorgängen der Komponenten selbst übernommen.However, since the energy management system has larger control circuits - with data connections in the control loop, it can not always intervene as dynamically as the individual components of the high-voltage network itself can. Therefore, such control processes of the energy management system, which do not lead to success, are adopted in a second control stage of control operations of the components themselves.

Demgemäß ist in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die Eigensteuerung der Komponenten in der zweiten Regelstufe vor dem Ansteuern in der ersten Regelstufe erfolgt, wenn eine Spannungsmessung der jeweiligen Komponente den unteren oder oberen Spannungsgrenzwert erreicht. Dies ist besonders dann nützlich oder sogar notwendig, wenn das Energiemanagementsystem aufgrund von Latenzen nicht rechtzeitig eingreifen kann und eine Überschreitung der Spannungsgrenzwerte des Hochvolt-Netzes den Hochvoltenergiespeicher zu beschädigen droht. Demnach erfolgt die Ansteuerung der einzelnen Komponenten in einer ”logischen”-Abfolge, wobei die Prioritäten des Eingriffs in Abhängigkeit des gemessenen Ist-Wertes der Spannung im Hochvolt-Netz sowie an den einzelnen Komponenten durch das Energiemanagementsystem und/oder von der Komponente selbst getroffen werden.Accordingly, it is provided in a further advantageous embodiment that the self-control of the components in the second control stage before the control in the first control stage takes place when a voltage measurement of the respective component reaches the lower or upper voltage limit. This is particularly useful or even necessary if the energy management system can not intervene in time due to latencies and if exceeding the voltage limits of the high-voltage network threatens to damage the high-voltage energy storage. Accordingly, the control of the individual components in a "logical" sequence, wherein the priorities of the intervention in dependence on the measured actual value of the voltage in the high-voltage network and to the individual components are made by the energy management system and / or by the component itself ,

Sofern die Spannungsgrenzwerte des Hochvolt-Netzes verletzt werden, ist es sinnvoll wenn jeweils ein volles Zuschalten von steuerbaren Energiesenken beim Erreichen eines maximalen Spannungsgrenzwerts des Hochvolt-Netzes bzw. ein volles Zuschalten der steuerbaren Energiequellen beim Erreichen eines minimalen Spannungsgrenzwerts erfolgt. Damit kann die Sicherheit beim Einhalten der Spannungsgrenzen im Hochvolt-Netz erhöht werden.If the voltage limits of the high-voltage network are violated, it makes sense if in each case a full connection of controllable energy sinks when reaching a maximum voltage limit of the high-voltage network or a full connection of the controllable energy sources when reaching a minimum voltage limit occurs. Thus, the safety can be increased when maintaining the voltage limits in the high-voltage network.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine Vorrichtung zum Regeln einer Hochvolt-Netz-Spannung vor, insbesondere für einen Kraftwagen mit einem Hochvoltenergiespeicher, wobei die Vorrichtung eine Messeinrichtung von Komponenten umfasst, mittels welchen über ein zentrales Energiemanagementsystem eine erste Regelstufe einer Spannungsbegrenzung ansteuerbar ist, und/oder mittels den Messeinrichtungen eine zweite Regelstufe der Spannungsbegrenzung von den Komponenten selbstständig ansteuerbar ist. Eine solche Vorrichtung bietet maximale Sicherheit beim Einhalten der Spannungsgrenzen durch den Einsatz verschiedener, gestufter Regelvorgänge. Darüber hinaus erhöht es die Flexibilität beim Einsatz des Kraftwagens.A further aspect of the invention provides a device for regulating a high-voltage network voltage, in particular for a motor vehicle with a high-voltage energy storage, wherein the device comprises a measuring device of components, by means of which a first control level of a voltage limitation can be controlled via a central energy management system, and / or by means of the measuring devices, a second control stage of the voltage limitation of the components can be independently controlled. Such a device provides maximum security in meeting the voltage limits through the use of different, gradual control operations. In addition, it increases the flexibility in the use of the motor vehicle.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungen. Die daraus hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausführungsformen beschränkt, sondern können mit weiter oben beschriebenen einzelnen Merkmalen und/oder mit einzelnen Merkmalen anderer Ausführungsformen verbunden werden. Die Einzelheiten in den Zeichnungen sind nur erläuternd, nicht aber beschränkend auszulegen. Die in den Ansprüchen enthaltenen Bezugszeichen sollen den Schutzbereich der Erfindung in keiner Weise beschränken, sondern verweisen lediglich auf die in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsformen.Embodiments of the invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. However, the individual features resulting therefrom are not limited to the individual embodiments, but can be combined with individual features described above and / or with individual features of other embodiments. The details in the drawings are to be interpreted as illustrative, but not restrictive. The reference signs contained in the claims are not intended to limit the scope of the invention in any way, but merely refer to the embodiments shown in the drawings.

Die Zeichnungen zeigen in:The drawings show in:

1 schematisch ein Hochvolt-Netz mit einzelnen Komponenten gemäß einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Regeln einer Hochvolt-Netz-Spannung, 1 schematically a high-voltage network with individual components according to one embodiment a device for regulating a high-voltage network voltage,

2 einzelne Regelstufen und deren Spannungs-Offsets gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Regeln einer Spannung eines Hochvolt-Netzes. 2 individual control stages and their voltage offsets according to a preferred embodiment of a method for regulating a voltage of a high-voltage network.

In 1 werden die einzelnen Komponenten eines Hochvolt-Netzes HVN, insbesondere für einen Kraftwagen mit einem Hochvoltenergiespeicher dargestellt. Zum Schutz einzelner Batteriezellen der HV-Batterie HVB müssen in dem Hochvolt-Netz Spannungsgrenzen beispielsweise Umin = 250 V und Umax = 400 V eingehalten werden.In 1 the individual components of a high-voltage network HVN, in particular for a motor vehicle with a high-voltage energy storage are shown. In order to protect individual battery cells of HV battery HVB, voltage limits, for example Umin = 250 V and Umax = 400 V, must be maintained in the high-voltage network.

In dem in 1 dargestellten Hochvolt-Netz HVN sind des Weiteren steuerbare Energiequellen EQ, steuerbare Energiesenken ES und Fahrantriebe FA vorgesehen. Die steuerbare Energiequelle EQ umfasst beispielsweise einen Wechselrichter für Dieselgeneratoren DMG, die steuerbare Energiesenke ES beispielsweise einen Bremswiderstand und einen Heizwiderstand R und der Fahrantrieb FA mehrere Wechselrichter für radnahe Elektromotoren EM1, EM2. Die einzelnen Komponenten des Hochvolt-Netzes HVN sind über ein weiteres Netz CAN an ein Energiemanagementsystem EMS gekoppelt. Über das Netz, beispielsweise ein CAN-Bus, werden einzelne Ist-Werte der Spannung UHVB, UEQ, UES, UFA bzw. Ist-Werte der Leistung PEQ, PES, PFA der einzelnen Komponenten an das Energiemanagementsystem EMS übermittelt.In the in 1 Furthermore, controllable energy sources EQ, controllable energy sinks ES and travel drives FA are provided. The controllable energy source EQ includes, for example, an inverter for diesel generators DMG, the controllable energy sink ES, for example, a braking resistor and a heating resistor R and the drive FA several inverters for radnahe electric motors EM1, EM2. The individual components of the high-voltage network HVN are coupled via an additional network CAN to an energy management system EMS. Via the network, for example a CAN bus, individual actual values of the voltage UHVB, UEQ, UES, UFA or actual values of the power PEQ, PES, PFA of the individual components are transmitted to the energy management system EMS.

Abhängig von vorbestimmten Offsets a1, a2, b1, ..., b4, d. h. Abständen eines Spannungs-Schwellwerts eines Ist-Werts der Spannung einer Komponente zu einer Maximal- bzw. Minimalspannung Umax bzw. Umin. der HV-Batterie HVB regelt das Energiemanagementsystem EMS einen Betrag der Leistung PsollEQ, PsollES bzw. PmaxFA mit dem Ziel eine jeweilige Zwischenkreisspannungs-Grenze des Hochvolt-Netzes HVN einzuhalten. Dazu gehört das gezielte Ein- bzw. Abschalten der steuerbaren Energiequellen EQ oder -senken ES.Depending on predetermined offsets a1, a2, b1, ..., b4, d. H. Distances of a voltage threshold value of an actual value of the voltage of a component to a maximum or minimum voltage Umax or Umin. the HV battery HVB controls the energy management system EMS an amount of power PsollEQ, PsollES or PmaxFA with the aim to maintain a respective intermediate circuit voltage limit of the high-voltage network HVN. This includes the targeted switching on and off of the controllable energy sources EQ or sink ES.

Bei weiteren hier nicht dargestellten Konfigurationsbeispielen umfassen steuerbare Energiequellen EQ beispielsweise Hochvolt-Generatoren, ein Brennstoffzellen-System sowie externe Ladevorrichtungen. Des Weiteren sind bei steuerbaren Energiesenken ES Hochvolt-Generatoren im motorischen Betrieb, HV-Bremswiderstände und HV-Nebenaggregate und elektrische Fahrantriebe zu berücksichtigen. Die einzelnen Konfigurationsbeispiele finden ihre Anwendungen bei den unterschiedlichen Fahrzeug-Konzepten beispielsweise dem Parallel-Hybrid, dem seriellen Hybrid sowie dem reinen Elektrofahrzeug.In further configuration examples not shown here, controllable energy sources EQ include, for example, high-voltage generators, a fuel cell system and external charging devices. Furthermore, in the case of controllable energy sinks ES, high-voltage generators in motor operation, HV braking resistors and HV ancillary units and electric travel drives must be taken into account. The individual configuration examples find their applications in the different vehicle concepts such as the parallel hybrid, the serial hybrid and the pure electric vehicle.

In 2 wird die Wirkungsweise eines Verfahrens zum Regeln einer Spannung eines Hochvolt-Netzes, beispielhaft anhand einzelner Regelstufen und deren Spannungs-Offsets veranschaulicht.In 2 the operation of a method for controlling a voltage of a high-voltage network, exemplified by individual control stages and their voltage offsets is illustrated.

Allgemein gilt, dass wenn eine Regelstufe nicht zum Erfolg führt, steigt die Spannung im Hochvolt-Netz HVN an und die jeweils nächste Regelstufe wird aktiviert. Das Energiemanagementsystem EMS verwendet dazu die an der HV-Batterie HVB gemessene Ist-Spannung UHVN, um einen eventuellen Regelbedarf zu erkennen.In general, if a control stage does not lead to success, the voltage in the high-voltage network HVN increases and the next control stage is activated. For this purpose, the energy management system EMS uses the actual voltage UHVN measured at the HV battery HVB in order to detect a possible need for control.

Das in 2 veranschaulichte Ausführungsbeispiel zeigt eine sukzessive Regelung zur Einhaltung einer oberen Spannungsgrenze Umax der HV-Batterie HVB, um ein Überladen der HV-Batterie HVN zu vermeiden. In dem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Maximalspannung Umax beispielsweise auf einen Wert von 400 V begrenzt. Das bedeutet, dass beim Überschreiten dieser Spannung Umax einzelne Batteriezellen in der HV-Batterie BAT beschädigt werden könnten. Wenn das Energiemanagementsystem EMS in dem Hochvolt-Netz HVN bzw. an seinen einzelnen Komponenten, d. h., den Energiequellen EQ, den Energiesenken ES und den Fahrantrieben FA, Ist-Werte der Spannungen auswertet, die im Abstand eines bestimmten Offsets von beispielsweise 5 bis 25 Volt von Umax = 400 V liegen, dann greift das Energiemanagementsystem EMS zum Einhalten der oberen Spannungsgrenze Umax der HV-Batterie HVB regelnd ein. Dieser Eingriff erfolgt in zwei Stufen. Die Reihenfolge ist dabei so gewählt, dass die einzelnen Regeleingriffe das Fahrverhalten nicht beeinflussen und erst in letzter Instanz die Fahrrelevanten Funktionen einschränkt, wie das durch ein Abregeln der Fahrantriebe FA der Fall wäre. Dabei erfolgt das Ansteuern der einzelnen Komponenten abhängig von einem vorgegebenen Offsetsspannungswert a1, a2, b1, ..., b4 zu einem Spannungsgrenzwert Umax des Hochvolt-Netzes HVN. In einem Ausführungsbeispiel beträgt dieser Spannungsgrenzwert Umax beispielsweise 400 V. In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht der für die Ansteuerung verwendete Ist-Wert der Spannung des Hochvolt-Netzes HVN einem Maximum aus den vorhandenen Ist-Werten der Spannungen UHVB, UFA, UES, UEQ der einzelnen Komponenten des Hochvolt-Netzes HVN. Dadurch muss man einzelne Offsets a1, a2, b1, ..., b4 nicht aufgrund von Messtoleranzen einer Spannungsmessung vergrößern. Auf diese Weise wird eine maximale Ausnutzung eines zulässigen Spannungsbereichs der HV-Batterie HVB gewährleistet. Dies bewirkt darüber hinaus eine maximale Verfügbarkeit der Komponenten im Hochvolt-Netz HVN.This in 2 illustrated embodiment shows a successive scheme for maintaining an upper voltage limit Umax the HV battery HVB to avoid overcharging the HV battery HVN. In the exemplary embodiment of the invention, the maximum voltage Umax is limited to a value of 400 V, for example. This means that if this voltage Umax individual battery cells in the HV battery BAT could be damaged. When the energy management system EMS in the high-voltage network HVN or at its individual components, ie the energy sources EQ, the energy sinks ES and the traction drives FA, evaluates actual values of the voltages which are at a distance of a specific offset of, for example, 5 to 25 volts of Umax = 400 V, then the energy management system EMS intervenes to maintain the upper voltage limit Umax of the HV battery HVB. This procedure takes place in two stages. The order is chosen so that the individual control interventions do not affect the driving behavior and only in the last instance limits the driving-relevant functions, as would be the case by a Abregeln the travel drives FA. In this case, the driving of the individual components takes place as a function of a predetermined offset voltage value a1, a2, b1,..., B4 to a voltage limit Umax of the high-voltage network HVN. In one exemplary embodiment, this voltage limit Umax is, for example, 400 V. In a further preferred exemplary embodiment, the actual value of the voltage of the high-voltage network HVN used for the activation corresponds to a maximum of the existing actual values of the voltages UHVB, UFA, UES, UEQ individual components of the high-voltage network HVN. As a result, it is not necessary to increase individual offsets a1, a2, b1,..., B4 on the basis of measurement tolerances of a voltage measurement. In this way, a maximum utilization of a permissible voltage range of the HV battery HVB is ensured. In addition, this results in maximum availability of the components in the high-voltage network HVN.

Durch eine optimale Wahl von Verknüpfungen einzelner Komponenten des Hochvolt-Netzes HVN können die einzelnen Offsets minimiert werden; a1, a2 für die Energiequellen EQ und b1, ..., b4 für die Energiesenken ES und die Fahrantriebe FA. Eine Reihenfolge der Regelschritte wird je nach Konfiguration des Kraftwagens vorbestimmt. Dies bewirkt des Weiteren eine Steigerung der erzielbaren Effizienz des Gesamtfahrzeugs, wodurch zum einen die elektrischen Fahrantriebe FA spät abgeregelt und zum anderen mehr Bremsenergie rekuperiert werden kann, die dem Fahrzeug dann zum Fahren zur Verfügung steht.By optimally selecting links of individual components of the high-voltage network HVN, the individual offsets can be minimized become; a1, a2 for the energy sources EQ and b1,..., b4 for the energy sinks ES and the travel drives FA. A sequence of control steps is predetermined depending on the configuration of the motor vehicle. This also causes an increase in the achievable efficiency of the entire vehicle, whereby on the one hand, the electric traction drives FA can be reduced late and, on the other hand, more braking energy can be recuperated, which is then available to the vehicle for driving.

In 2 wird beispielhaft ein sukzessives Abregeln oder aber Abschalten einzelner Komponenten des Hochvolt-Netzes HVN anhand einzelner Regelstufen für Energiequellen EQ und Energiesenken ES eines Kraftfahrzeugs gezeigt.In 2 By way of example, a successive reduction or shutdown of individual components of the high-voltage network HVN is shown on the basis of individual control stages for energy sources EQ and energy sinks ES of a motor vehicle.

Damit ein oberer Spannungsgrenzwert Umax des Hochvolt-Netzes HVN bzw. der HV-Batterie HVN nicht überschritten wird, reduziert das Energiemanagement EMS in einem ersten Schritt die Sollleistung PsollEQ für einen Diesel-Generator DMG bis auf Null. Dadurch wird von der Energiequelle EQ bzw. dem Diesel-Generator DMG kein Strom mehr erzeugt, der in das Hochvolt-Netzwerk eingespeist wird. Ein solcher Regelschritt wird von dem Energiemanagementsystem EMS beispielsweise bei einem Spannungs-Offset a1 von 25 V zum Spannungsgrenzwert Umax des Hochvolt-Netzes HVN in diesem Fall also bei 375 V eingeleitet.So that an upper voltage limit Umax of the high-voltage network HVN or the HV battery HVN is not exceeded, the energy management EMS reduces in a first step, the target power PsollEQ for a diesel generator DMG to zero. As a result, no more power is generated by the energy source EQ or the diesel generator DMG, which is fed into the high-voltage network. Such a control step is initiated by the energy management system EMS, for example at a voltage offset a1 of 25 V to the voltage limit Umax of the high-voltage network HVN in this case at 375 V.

Sofern trotz Reduzierung der Leistung im Hochvolt-Netz HVN die Gefahr besteht, dass trotz ausgeschaltetem Diesel-Generator DMG die Spannung ansteigt, veranlasst das Energiemanagementsystem EMS in einem weiteren Schritt eine Abregelung einer weiteren Komponenten des Hochvolt-Netzes HVN. Bei einem Spannungs-Offset a2 = 20 V. D. h. beispielsweise, wenn die Spannung im Hochvolt-Netz HVN einen Wert von 380 V erreicht, dann reduziert ein Wechselrichter für den Diesel-Generator DMG selbständig seine Ist-Leistung PEQ bis auf Null. Die Regelung in diesem Schritt kann zugleich mit der Regelung im vorausgehenden Schritt erfolgen.If, despite the reduction of the power in the high-voltage network HVN, there is the danger that the voltage will rise despite the diesel generator DMG switched off, the energy management system EMS causes a further step in a reduction of a further components of the high-voltage network HVN. At a voltage offset a2 = 20 V. D. h. For example, if the voltage in the high-voltage network HVN reaches a value of 380 V, then an inverter for the diesel generator DMG automatically reduces its actual power PEQ to zero. The regulation in this step can take place at the same time as the regulation in the previous step.

In einem weiteren Schritt, bei einem Spannungs-Offset b1 = 15 V erhöht das Energiemanagementsystem EMS beispielsweise die Soll-Leistung PsollES einer Energiesenke ES, beispielsweise die Soll-Leistung eines Bremswiderstands R des Kraftfahrzeugs.In a further step, with a voltage offset b1 = 15 V, the energy management system EMS increases, for example, the setpoint power PsollES of an energy sink ES, for example the setpoint power of a braking resistor R of the motor vehicle.

In einem weiteren nachfolgenden Schritt, bei einem Spannungs-Offset von b2 = 10 V, begrenzt das Energiemanagementsystem EMS beispielsweise die Bremsleistung der Fahrantriebe FA, um ein weiteres Anwachsen der Spannung im Hochvolt-Netz HVN zu vermeiden.In a further subsequent step, with a voltage offset of b2 = 10 V, the energy management system EMS, for example, limits the braking power of the travel drives FA, in order to avoid a further increase in the voltage in the high-voltage network HVN.

In einem alternativen oder zusätzlichen Schritt können die Fahrantriebe FA ihre Leistung PFA selbständig bei einem Spannungs-Offset von b3 = 5 V reduzieren.In an alternative or additional step, the travel drives FA can independently reduce their power PFA at a voltage offset of b3 = 5V.

Als eine weitere alternative kann zusätzlich zu den oben genannten Regelschritten im Falle eines Spannungs-Offsets von ”b4 = 0 V”, d. h., dass der kritische Schwellwert der Spannung Umax = 400 V erreicht wird, sich ein Bremswiderstand selbständig zuschalten, um weitere Energie zu ”verheizen”.As a further alternative, in addition to the above-mentioned regulating steps, in the case of a voltage offset of "b4 = 0V", that is, a value of? h., That the critical threshold of the voltage Umax = 400 V is reached, a braking resistor automatically turn on to "burn" more energy.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann eine Verbesserung erreicht werden, wenn die Regelvorgänge des Energiemanagements EMS als Ist-Spannung eine Maximum-Verknüpfung MAX(UHVB, UFA, UES, UEQ) und/oder MAX(UHVB, UFA, UES) und/oder MAX(UHVB, UFA) aus definierten Spannungen an der oberen Spannungsgrenze bilden. Analog ist eine Minimum-Verknüpfung aus definierten Spannungen an der unteren Spannungsgrenze zu verwenden – hier nicht gezeigt. Abgesehen davon, dass Messtoleranzen der Spannungsmessungen bei der Wahl des Spannungs-Offsetwerte a1, a2, b1, ..., b4 nicht mehr berücksichtigt werden müssen, können durch optimale Wahl der Verknüpfungen die Spannungs-Offsetwerte a1, a2, b1, ..., b4 verkleinert werden.In a particularly preferred embodiment, an improvement can be achieved if the control processes of the energy management EMS as the actual voltage a maximum link MAX (UHVB, UFA, UES, UEQ) and / or MAX (UHVB, UFA, UES) and / or MAX (UHVB, UFA) from defined voltages at the upper voltage limit. Similarly, a minimum combination of defined voltages at the lower voltage limit should be used - not shown here. Apart from the fact that measurement tolerances of the voltage measurements in the selection of the voltage offset values a1, a2, b1, ..., b4 no longer need to be taken into account, the voltage offset values a1, a2, b1, ... can be selected by optimal selection of the connections. , b4 be scaled down.

Alle oben genannten Spannungs-Offsetwerte a1, a2, b1, ..., b4 der Komponenten sind Beispielhaft gewählt worden – sie dienen nur der Veranschaulichung der Funktionsweise des Verfahrens. Die einzelnen Schritte können alternativ oder gemeinsam wirken – innerhalb der logischen Rahmenbedingungen bzw. der Reihenfolge, die von dem Energiemanagementsystem EMS vorgegeben werden.All of the above-mentioned voltage offset values a1, a2, b1,..., B4 of the components have been chosen by way of example - they serve only to illustrate the mode of operation of the method. The individual steps can act alternatively or together - within the logical framework or the order specified by the energy management system EMS.

Im Falle der Einhaltung einer unteren Spannungsgrenze Umin der HV-Batterie HVN – beim Entladen der HV-Batterie HVN – werden ähnliche Regelschritte analog zu zur Einhaltung der oberen Spannungsgrenze Umax von dem Energiemanagementsystem EMS sowie der Eigenregelung der Komponenten vollzogen.In the case of compliance with a lower voltage limit Umin the HV battery HVN - when unloading the HV battery HVN - similar control steps are carried out analogous to compliance with the upper voltage limit Umax of the energy management system EMS and the self-regulation of the components.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

a1, a2, b1, ..., b4

Voltage offsets

CAN

CAN bus

DMG

Diesel-engine generator

EM1, EM2

electric motors

EMS

Energy Management System

EQ

energy

IT

energy sink

FA

Traction drive (s)

HVB

High-voltage battery

HVN

High-voltage network

MAX (UHVB, UFA)

Maximum voltage reading

MAX (UHVB, UFA, UES)

Maximum voltage reading

MAX (UHVB, UFA, UES, UEQ)

Maximum voltage reading

PEQ, PES, PFA

Actual performance of the components

PsollEQ, PsollES, PmaxFA

Target performance of the components

R

Resistor, braking resistor, heating resistor

UHVB, UFA, UES, UEQ

Actual voltages of the components

Umax

upper voltage limit

Umin

lower voltage limit

Claims

Method for regulating a voltage of a high-voltage network (HVN), in particular for a motor vehicle with a high-voltage energy storage, in which method in one the first control stage is a voltage limitation by driving components of the high-voltage network (HVN) by a central energy management system (EMS), and in a second control stage, the voltage limitation by self-control of the components of the high-voltage network (HVN) takes place.

A method according to claim 1, characterized in that the driving of the individual stages and / or components depending on a predetermined offset voltage value (a1, a2, b1, ..., b4) of the components to a voltage limit (Umin, Umax) of the high-voltage network (HVN).

A method according to claim 1 or 2, characterized in that for controlling at least the voltage limit (Umin, Umax) and an actual value of the voltage of the high-voltage network (HVN) of a predetermined component is used and / or a maximum or a minimum of the actual Values of the voltages (UHVB, UFA, UES, UEQ) of the individual components of the high-voltage network (HVN) is used.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the driving of the individual components takes place in a predetermined order.

A method according to claim 4, characterized in that the sequence of the control of the components depending on the predetermined offset voltage value (a1, a2, b1, ..., b4) of the components to the voltage limit (Umin, Umax) of the high-voltage network (HVN) is.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the driving takes place in the first control stage before driving in the second control stage.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the self-control takes place in the second control stage prior to driving in the first control stage, when a voltage measurement of the respective component reaches the lower or upper voltage limit (Umin, Umax).

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that when violating the voltage limits (Umin, Umax) of the high-voltage network (HVN) each a full connection of controllable energy sinks (ES) when reaching a maximum voltage limit (Umax) of the high voltage -Netzes (HVN) or in each case a full connection of controllable energy sources (EQ) when a minimum voltage limit (Umin) is reached.

Device for regulating a high-voltage network voltage, in particular for a motor vehicle with a high-voltage energy storage, comprising: Measuring devices of components by means of which a first control stage of a voltage limitation can be controlled via a central energy management system (EMS), and / or by means of which a second control stage of the voltage limitation of the components can be independently controlled.