DE102012215980A1 - Electric control unit network device for driving electric drive of e.g. hybrid vehicles, sets drive output voltage of electric drive to lower voltage threshold value, during communication failure between battery and drive control unit - Google Patents

Electric control unit network device for driving electric drive of e.g. hybrid vehicles, sets drive output voltage of electric drive to lower voltage threshold value, during communication failure between battery and drive control unit Download PDF

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Abstract

A drive control unit (11) controls an electric drive (4), and a battery control unit (13) controls a high-voltage battery (6) of a high-voltage network (1). The drive control unit detects the failure of communication between battery and drive control unit. In case of failure, the drive output voltage of electric drive is set to lower voltage threshold value, according to the state of charge discharged from battery, while limiting the drive output current for charging the battery depending on maximum power consumption at the power output ports (3,5). Independent claims are included for the following: (1) an electric drive system; and (2) a method for controlling electric drive in high-voltage network.

Description

Die Erfindung betrifft einen Steuergeräteverbund und ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Antriebs sowie ein elektrisches Antriebssystem, insbesondere in elektrisch betriebenen Fahrzeugen wie Elektroautos und Hybridfahrzeugen.The invention relates to a control unit network and a method for controlling an electric drive and an electric drive system, in particular in electrically powered vehicles such as electric cars and hybrid vehicles.

Stand der TechnikState of the art

Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie z.B. Windkraftanlagen oder Solaranlagen, wie auch in Fahrzeugen, wie Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, vermehrt elektronische Systeme zum Einsatz kommen, die neue Energiespeichertechnologien mit elektrischer Antriebstechnik kombinieren.It is becoming apparent that in the future both stationary applications, e.g. Wind turbines or solar systems, as well as in vehicles such as hybrid or electric vehicles, increasingly electronic systems are used that combine new energy storage technologies with electric drive technology.

In Antriebssystemen für Hybridfahrzeuge werden elektrische Maschinen eingesetzt, die im generatorischen Betrieb zur Rekuperation von beim Bremsen oder bei Bergabfahrten frei werdender mechanischer Energie genutzt werden. Diese zusätzliche elektrische Energie kann beispielsweise zur Unterstützung des Bordnetzes eingesetzt werden, um den Kraftstoffverbrauch des Hybridfahrzeugs zu reduzieren.Drive systems for hybrid vehicles use electrical machines that are used in regenerative operation for recuperation of mechanical energy released during braking or when driving downhill. This additional electrical energy can be used, for example, to support the vehicle electrical system in order to reduce the fuel consumption of the hybrid vehicle.

Ermöglicht die elektrische Maschine durch einen Wechselrichter auch einen motorischen Betrieb, kann das Antriebsmoment des Verbrennungsmotors durch ein zusätzlich durch die elektrische Maschine erzeugtes elektrisches Moment temporär erhöht werden, beispielsweise in einem sogenannten „Boost“-Betrieb. Weiterhin kann bei entsprechender Rekuperationsleistung das Antriebsmoment des Verbrennungsmotors auch dauerhaft gezielt gesenkt und durch ein kontinuierliches elektrisches Moment kompensiert werden.Enables the electric machine by an inverter and a motor operation, the drive torque of the internal combustion engine can be temporarily increased by an additionally generated by the electric machine electrical torque, for example in a so-called "boost" operation. Furthermore, with appropriate recuperation power, the drive torque of the internal combustion engine can also be deliberately lowered and compensated for by a continuous electrical torque.

In durch eine derartige elektrische Maschine im generatorischen Betrieb gespeisten Hochvoltnetzen sind häufig wiederaufladbare Batterien wie Lithium-Ionen-Akkumulatoren vorgesehen, welche als Energiepuffer für die rekuperierte Energie dienen. Besonders in Hochvoltnetzen, insbesondere in Hochvoltnetzen in Hybridfahrzeugen mit beispielsweise 42 Volt oder 48 Volt Hochvoltspannung, werden aus Kostengründen Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit verhältnismäßig geringer Kapazität eingesetzt. Um diese Batterien vor Überladung durch den Generator zu schützen, ist es notwendig, entsprechende Ladestrategien im Rekuperationsbetrieb einzusetzen.Rechargeable batteries, such as lithium-ion batteries, which serve as energy buffers for the recuperated energy, are frequently provided in high-voltage networks fed by such an electrical machine in generator mode. Especially in high-voltage networks, especially in high-voltage networks in hybrid vehicles with, for example, 42 volts or 48 volts high voltage, lithium-ion batteries are used with relatively low capacity for cost reasons. To protect these batteries against overcharging by the generator, it is necessary to use appropriate charging strategies in recuperation.

Die Druckschrift DE 10 2006 001 201 A1 offenbart ein Verfahren zum sicheren Laden einer wiederaufladbaren Batterie eines Hybridfahrzeugs im Rekuperationsbetrieb eines Generators, bei dem die Generatorspannung an den Ladungszustand der Batterie dynamisch angepasst wird. Dazu werden Batterieparameter wie Ladestrom und aufgenommene Ladungsmenge durch ein Batteriemanagementsystem erfasst und überwacht.The publication DE 10 2006 001 201 A1 discloses a method for safely charging a rechargeable battery of a hybrid vehicle in the recuperation operation of a generator in which the generator voltage is dynamically adjusted to the charge state of the battery. For this purpose, battery parameters such as charging current and absorbed charge quantity are detected and monitored by a battery management system.

Wenn die Batterieparameter durch das Batteriemanagementsystem jedoch nicht oder in nicht ausreichendem Maße erfasst werden können, beispielsweise bei einem Kommunikationsausfall des Batteriemanagementsystems mit der Batterie, besteht ein Bedarf an alternativen Möglichkeiten zum sicheren Betreiben des elektrischen Antriebssystems, ohne dass die Batterie zu ihrem eigenen Schutz gegen Überladung durch den Generator abgeschaltet werden muss.However, if the battery parameters can not be or are not sufficiently detected by the battery management system, for example, a communication failure of the battery management system with the battery, there is a need for alternative ways to safely operate the electric drive system without the battery being overcharged for its own protection must be shut down by the generator.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung schafft gemäß einem Aspekt einen Steuergeräteverbund zum Ansteuern eines elektrischen Antriebs in einem Hochvoltnetz, mit einem Antriebssteuergerät, welches dazu ausgelegt ist, den elektrischen Antrieb anzusteuern, und einem Batteriesteuergerät, welches dazu ausgelegt ist, eine Hochvoltbatterie des Hochvoltnetzes anzusteuern, wobei das Antriebssteuergerät dazu ausgelegt ist, einen Ausfall oder Defekt der Steuergerätekommunikation zwischen dem Batteriesteuergerät und dem Antriebssteuergerät zu erfassen, und bei einem erfassten Ausfall oder Defekt der Steuergerätekommunikation die Antriebsausgangsspannung des elektrischen Antriebs auf einen Spannungsschwellwert zu begrenzen, welcher einer Ruhespannung der bis zu einem unteren Schwellwert des Ladezustands entladenen Hochvoltbatterie entspricht, sowie den Antriebsausgangsstrom auf einen Stromschwellwert zu begrenzen, welcher von einem für ein Laden der Hochvoltbatterie minimal notwendigen Ladestrom und einer maximalen Stromaufnahme eines oder mehrerer Leistungsaufnehmer des Hochvoltnetzes abhängig ist.The present invention provides according to one aspect a control unit network for controlling an electric drive in a high-voltage network, with a drive control unit, which is designed to control the electric drive, and a battery control device which is adapted to drive a high-voltage battery of the high-voltage network, wherein the drive control device is configured to detect a failure or defect of the ECU communication between the battery control device and the drive control device, and to limit the drive output voltage of the electric drive to a voltage threshold, which corresponds to a rest voltage of up to a lower threshold state of charge upon a detected failure or defect of the ECU communication discharged high-voltage battery, as well as to limit the drive output current to a current threshold, which of a minimum charge for charging the high-voltage battery charging current and a maximum power consumption of one or more power sensors of the high-voltage network is dependent.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein elektrisches Antriebssystem, mit einem Hochvoltnetz, einem Niedervoltnetz, einer Hochvoltbatterie in dem Hochvoltnetz, einem elektrischen Antrieb, welcher einen Wechselrichter und eine elektrische Maschine aufweist und welcher das Hochvoltnetz mit einer Antriebsausgangsspannung speist, einem oder mehreren Leistungsaufnehmern in dem Hochvoltnetz und einem erfindungsgemäßen Steuergeräteverbund zum Ansteuern des elektrischen Antriebs, dessen Antriebssteuergerät mit dem elektrischen Antrieb und dessen Batteriesteuergerät mit der Hochvoltbatterie gekoppelt sind.According to a further aspect, the present invention provides an electric drive system comprising a high voltage network, a low voltage network, a high voltage battery in the high voltage network, an electric drive having an inverter and an electrical machine and which supplies the high voltage network with a drive output voltage to one or more power sensors in the high-voltage network and a control unit network according to the invention for driving the electric drive, the drive control unit are coupled to the electric drive and its battery control unit with the high-voltage battery.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ansteuern eines elektrischen Antriebs, insbesondere bei einem Ausfall der Steuergerätekommunikation des elektrischen Antriebs, beispielsweise mit einem Steuergerät einer an den elektrischen Antrieb angeschlossenen Hochvoltbatterie, mit den Schritten des Erfassens eines Ausfalls oder Defekts der Steuergerätekommunikation mit einem Batteriesteuergerät einer Hochvoltbatterie des Hochvoltnetzes. Bei einem erfassten Ausfall oder Defekt der Steuergerätekommunikation erfolgt ein Begrenzen der Antriebsausgangsspannung des elektrischen Antriebs auf einen Spannungsschwellwert, welcher einer Ruhespannung der bis zu einem unteren Schwellwert des Ladezustands entladenen Hochvoltbatterie entspricht, und ein Begrenzen des Antriebsausgangsstroms auf einen Stromschwellwert zu begrenzen, welcher von einem für ein Laden der Hochvoltbatterie minimal notwendigen Ladestrom und einer maximalen Stromaufnahme eines oder mehrerer Leistungsaufnehmer des Hochvoltnetzes abhängig ist.According to a further aspect, the present invention provides a method for driving an electric drive, in particular in a Failure of the control unit communication of the electric drive, for example, with a control unit of a high-voltage battery connected to the electric drive, with the steps of detecting a failure or defect of the control unit communication with a battery control unit of a high-voltage battery of the high-voltage network. Upon a detected failure or failure of the controller communication, limiting the drive output voltage of the electric drive to a voltage threshold corresponding to a standby voltage of the high voltage battery discharged to a lower threshold state of charge, and limiting limiting the drive output current to a current threshold that is dependent on a current threshold charging the high-voltage battery minimally necessary charging current and a maximum power consumption of one or more power sensors of the high-voltage network is dependent.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Ausfall der Steuergerätekommunikation mit einem Batteriesteuergerät einer Hochvoltbatterie eines Hochvoltnetzes, welches durch eine elektrische Maschine im generatorischen Betrieb gespeist wird, eine Notlaufstrategie zu implementieren, die durch eine geeignete Kommunikation zwischen elektrischem Antrieb und Hochvoltbatterie über das Hochvoltnetz Betriebsparameter der Batterie an den elektrischen Antrieb übermitteln kann. Mithilfe der derart ermittelten Betriebsparameter der Batterie können entsprechende Betriebsparameter des elektrischen Antriebs bzw. der elektrischen Maschine angepasst werden, um die Sicherheit der Batterie gegenüber einem Überladen zu gewährleisten.One idea of the present invention is to implement an emergency running strategy in the event of a failure of the control unit communication with a battery control device of a high-voltage battery of a high-voltage network, which is fed by an electric machine in generator operation, through a suitable communication between electric drive and high-voltage battery via the high-voltage network Operating parameters of the battery can transmit to the electric drive. By means of the operating parameters of the battery determined in this way, corresponding operating parameters of the electric drive or of the electrical machine can be adapted in order to ensure the safety of the battery against overcharging.

Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Batterie bei einem Kommunikationsausfall nicht abgeschaltet werden muss und eine Gefährdung durch kritische oder unzulässige Betriebszustände der Batterie trotzdem vermieden werden kann. Infolgedessen kann die Notlaufstrategie temporär aufrechterhalten werden, bis es möglich ist, mit dem Fahrzeug eine Werkstatt aufzusuchen.This results in the advantage that the battery does not have to be switched off in the event of a communication failure, and a hazard due to critical or impermissible operating states of the battery can nevertheless be avoided. As a result, the runflat strategy can be temporarily maintained until it is possible to visit a workshop with the vehicle.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann auch einem Ausfall oder Defekt des Batteriemanagementsystems ein stabiler Betrieb des Hochvoltnetzes ermöglicht werden, wodurch „Liegenbleiber“, das heißt, die Fahruntüchtigkeit des Hybridfahrzeugs mit einem derartigen elektrischen Antriebssystem vermieden werden kann. Eine sichere Weiterfahrt sowie eine Erhöhung der Verfügbarkeit des elektrischen Antriebssystems können über eine Stabilisierung des Hochvoltnetzes gewährleistet werden.The inventive measures also a failure or defect of the battery management system, a stable operation of the high-voltage network are made possible, whereby "lying down", that is, the inability to drive the hybrid vehicle can be avoided with such an electric drive system. A safe onward journey and an increase in the availability of the electric drive system can be ensured by stabilizing the high-voltage network.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuergeräteverbunds können die Leistungsaufnehmer des Hochvoltnetzes einen Gleichspannungswandler, welcher das Hochvoltnetz mit dem Niedervoltnetz koppelt, und welcher dazu ausgelegt ist, eine momentane Spannung des Hochvoltnetzes in eine Betriebsspannung des Niedervoltnetzes zu wandeln, und/oder Hochvoltverbraucher des Hochvoltnetzes umfassen.According to one embodiment of the control unit network according to the invention, the power sensors of the high-voltage network can include a DC-DC converter which couples the high-voltage network to the low-voltage network and which is designed to convert an instantaneous voltage of the high-voltage network into an operating voltage of the low-voltage network and / or high-voltage consumers of the high-voltage network.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuergeräteverbunds können ein oder mehrere Steuergeräte des Steuergeräteverbunds, beispielsweise ein Wandlersteuergerät und/oder ein Hochvoltverbrauchersteuergerät, dazu ausgelegt sein, die maximale Stromaufnahme des einen oder mehreren Leistungsaufnehmers auf einen maximalen Aufnahmeschwellwert zu begrenzen.According to a further embodiment of the control unit network according to the invention, one or more control units of the control unit network, for example a converter control unit and / or a high-voltage consumer control unit, can be designed to limit the maximum power consumption of the one or more power sensors to a maximum recording threshold value.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebssystems kann der Steuergeräteverbund weiterhin ein Niedervoltverbrauchersteuergerät aufweisen, welches dazu ausgelegt sein, bei einem erfassten Ausfall oder Defekt der Steuergerätekommunikation eine Leistungsaufnahme von Niedervoltverbrauchern in dem Niedervoltnetz zu begrenzen. Dadurch wird die maximale Leistungsaufnahme und damit die maximale Stromaufnahme des Gleichspannungswandlers begrenzt, so dass der gesamte Ausgangsstrom, welcher durch den elektrischen Antrieb erzeugt wird, stets so niedrig bleibt, dass der Ladestrom der Hochvoltbatterie immer im unkritischen Bereich bleibt.According to one embodiment of the drive system according to the invention, the control unit group may further comprise a low-voltage consumer control unit, which is designed to limit a power consumption of low-voltage consumers in the low-voltage network in the event of a detected or defective control unit communication. As a result, the maximum power consumption and thus the maximum current consumption of the DC-DC converter is limited, so that the total output current, which is generated by the electric drive, always remains so low that the charging current of the high-voltage battery always remains in the uncritical range.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Leistungsaufnehmer des Hochvoltnetzes einen Gleichspannungswandler, welcher das Hochvoltnetz mit dem Niedervoltnetz koppelt, und welcher dazu ausgelegt ist, eine momentane Spannung des Hochvoltnetzes in eine Betriebsspannung des Niedervoltnetzes zu wandeln, und/oder Hochvoltverbraucher des Hochvoltnetzes umfassen.According to one embodiment of the method according to the invention, the power sensors of the high-voltage network can include a DC-DC converter which couples the high-voltage network to the low-voltage network and which is designed to convert an instantaneous voltage of the high-voltage network into an operating voltage of the low-voltage network and / or high-voltage consumers of the high-voltage network.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Verfahren weiterhin den Schritt des Begrenzens der maximalen Stromaufnahme des einen oder mehreren Leistungsaufnehmers auf einen maximalen Aufnahmeschwellwert umfassen. Dadurch kann der maximale Strom des elektrischen Antriebs so niedrig gewählt werden, dass gewährleistet wird, dass der gesamte Ausgangsstrom, welcher durch den elektrischen Antrieb erzeugt wird, stets so niedrig bleibt, dass der Ladestrom der Hochvoltbatterie immer im unkritischen Bereich bleibt.According to a further embodiment of the method according to the invention, the method may further comprise the step of limiting the maximum current consumption of the one or more power sensors to a maximum recording threshold value. Thereby, the maximum current of the electric drive can be chosen so low that it is ensured that the total output current, which is generated by the electric drive, always remains so low that the charging current of the high-voltage battery always remains in the non-critical range.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Antriebssystems eines Hybridfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic representation of an electric drive system of a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention;

2 eine schematische Darstellung eines Signaldiagramms mit Ansteuersignalverläufen für ein elektrisches Antriebssystem nach 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 a schematic representation of a signal diagram with Ansteuersignalverläufen for an electric drive system according to 1 according to another embodiment of the present invention;

3 eine schematische Darstellung eines ersten Verfahrens zum Ansteuern eines elektrischen Antriebs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 3 a schematic representation of a first method for driving an electric drive according to another embodiment of the present invention; and

4 eine schematische Darstellung eines weiteren Verfahrens zum Ansteuern eines elektrischen Antriebs gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 a schematic representation of another method for driving an electric drive according to another embodiment of the present invention.

Hochvoltnetze im Sinne der vorliegenden Erfindung können Netzbereiche sein, in denen eine im Vergleich zu einer Bordnetzspannung hohe Nennspannung vorherrscht. Insbesondere können Hochvoltnetze Hochvoltspannung von mehr als 100 Volt aufweisen. Für elektrische Antriebssysteme mit Einstiegshybridisierung kann die Hochvoltspannung auch weniger als 100 Volt, insbesondere weniger als 60 Volt, beispielsweise 42 oder 48 Volt betragen. In diesen Hochvoltnetzen ist ein geringerer Aufwand zur Sicherung des Systems gegenüber versehentlichen Berührungen durch Nutzer des Hybridfahrzeugs notwendig.High-voltage networks in the sense of the present invention may be network areas in which a nominal voltage that is high in comparison to a vehicle electrical system voltage prevails. In particular, high-voltage networks can have high-voltage voltages of more than 100 volts. For electric drive systems with entry hybridization, the high voltage can also be less than 100 volts, in particular less than 60 volts, for example 42 or 48 volts. In these high-voltage networks a lesser effort to secure the system against accidental touches by users of the hybrid vehicle is necessary.

Demgegenüber können Niedervoltnetze im Sinne der vorliegenden Erfindung beispielsweise Bordnetze elektrisch betriebener Fahrzeuge aufweisen, welche in einem niedrigeren Spannungsbereich als die Hochvoltnetze betrieben werden, beispielsweise 12 Volt oder 14 Volt.In contrast, low-voltage networks in the sense of the present invention may comprise, for example, electrical systems of electrically operated vehicles, which are operated in a lower voltage range than the high-voltage networks, for example 12 volts or 14 volts.

Unter einem elektrischen Antrieb im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Einheit aus einer elektrischen Maschine und einem Wechselrichter verstanden. Dabei kann die elektrische Maschine in einem generatorischen Betrieb den Wechselrichter speisen, der die entsprechende Ausgangsspannung der elektrischen Maschine in eine gewünschte Ausgangsspannung des elektrischen Antriebs, das heißt eine Antriebsausgangsspannung umrichtet. Für den motorischen Betrieb kann der Wechselrichter eine entsprechende Eingangsspannung für die Spannungsversorgung der elektrischen Maschine bereitstellen.An electric drive in the sense of the present invention is understood to be a unit comprising an electrical machine and an inverter. In this case, the electric machine can feed the inverter in a generator operation, which converts the corresponding output voltage of the electrical machine into a desired output voltage of the electrical drive, that is, a drive output voltage. For motor operation, the inverter can provide a corresponding input voltage for the power supply of the electrical machine.

1 zeigt ein System 100, welches ein Hochvoltnetz 1 aufweist, das über einen Gleichspannungswandler 3 mit einem Niedervoltnetz 2 gekoppelt ist. Das Niedervoltnetz 2 kann beispielsweise mit 14 Volt Betriebsspannung betrieben werden, das Hochvoltnetz 1 mit 48 Volt Hochvoltspannung. Das Hochvoltnetz 1 kann einen elektrischen Antrieb 4 aufweisen. Der elektrische Antrieb 4 kann beispielsweise eine Einheit aus einem Wechselrichter 4a und einer elektrischen Maschine 4b sein. Der Wechselrichter 4a kann beispielsweise auch durch einen passiven Gleichrichter ersetzt werden. Mit Hilfe eines Wechselrichters 4a kann die elektrische Maschine 4b in einem motorischen Betrieb betrieben werden, das heißt, die elektrische Maschine 4b kann dazu eingesetzt werden, elektrische Leistung zur Unterstützung des Verbrennungsmotors des Hybridfahrzeugs abzugeben. 1 shows a system 100 which is a high voltage network 1 has that via a DC-DC converter 3 with a low voltage network 2 is coupled. The low voltage network 2 can be operated with 14 volts operating voltage, for example, the high-voltage network 1 with 48 volts high voltage. The high voltage network 1 can be an electric drive 4 exhibit. The electric drive 4 For example, a unit from an inverter 4a and an electric machine 4b be. The inverter 4a For example, it can also be replaced by a passive rectifier. With the help of an inverter 4a can the electric machine 4b be operated in a motor operation, that is, the electric machine 4b can be used to deliver electrical power to assist the internal combustion engine of the hybrid vehicle.

Die elektrische Maschine 4b kann eine elektrisch erregte Synchronmaschine, beispielsweise eine Klauenpolmaschine, umfassen. Es kann jedoch auch möglich sein, andere elektrische Maschinen 4b wie beispielsweise permanenterregte Maschinen oder Reluktanzmaschinen im elektrischen Antrieb 4 einzusetzen. Im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 4b kann die Leistung des Generators bei einer elektrisch erregten Maschine über das Erregerfeld und dieses wiederum durch den Erregerstrom eingestellt werden. Der Generatorregler regelt dabei den Erregerstrom derart, dass die gewünschte Ausgangsspannung des Generators in das Hochvoltnetz eingespeist wird. Im generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine 4b wird bei dieser Art der aktiven Gleichrichtung für eine Erhöhung der entnommenen Leistung der elektrischen Maschine 4b eine Erhöhung des Erregerfeldes, das heißt des Erregerstroms, notwendig. Aufgrund der Induktivität des Läufers der Synchronmaschine unterliegt die Änderungsgeschwindigkeit des Erregerstroms jedoch einer inhärenten oberen Änderungsgrenze. Damit ist die Regeldynamik des Generators bei einer Laständerung, und insbesondere bei Lastsprüngen begrenzt.The electric machine 4b may comprise an electrically excited synchronous machine, for example a claw-pole machine. However, it may also be possible to use other electrical machines 4b such as permanent-magnet machines or reluctance machines in the electric drive 4 use. In generator operation of the electric machine 4b For example, the power of the generator in an electrically excited machine can be set via the excitation field and this in turn by the exciting current. The generator controller controls the excitation current such that the desired output voltage of the generator is fed into the high-voltage network. In generator operation of the electric machine 4b In this type of active rectification, an increase in the extracted power of the electric machine is achieved 4b an increase of the excitation field, that is the excitation current, necessary. However, due to the inductance of the rotor of the synchronous machine, the rate of change of the exciting current is subject to an inherent upper limit of variation. Thus, the control dynamics of the generator is limited to a load change, and in particular load jumps.

Das Hochvoltnetz 1 umfasst weiterhin Hochvoltverbraucher 5, welche parallel oder in Reihe geschaltet sein können. Die Hochvoltverbraucher 5 können beispielsweise Heizverbraucher 5a oder elektronische Lenkhilfen 5k sein. Die Anzahl der Hochvoltverbraucher 5 ist in 1 mit zwei dargestellt, wobei jedoch jede andere Anzahl ebenso möglich ist. Zudem können die Hochvoltverbraucher 5 auch selektiv in das Hochvoltnetz 1 zugeschaltet oder abgeschaltet werden. Die Hochvoltverbraucher 5 stellen damit lastvariable Leistungsaufnehmer des Hochvoltnetzes 1 dar.The high voltage network 1 also includes high-voltage consumers 5 which may be connected in parallel or in series. The high-voltage consumers 5 For example, heating consumers 5a or electronic power steering 5k be. The number of high-voltage consumers 5 is in 1 shown with two, but any other number is also possible. In addition, the high-voltage consumers 5 also selective in the high-voltage network 1 be switched on or off. The high-voltage consumers 5 thus provide load-variable power sensors of the high-voltage network 1 represents.

Das Hochvoltnetz 1 kann weiterhin eine Hochvoltbatterie 6 aufweisen, beispielsweise einen Lithium-Ionen-Akkumulator. Die Hochvoltbatterie 6 kann im Regelbetrieb des Systems 100 Spannungsspitzen oder Spannungseinbrüche im Hochvoltnetz 1 temporär ausgleichen bzw. aufnehmen. Die Hochvoltbatterie 6 kann beispielsweise über ein Batteriesteuergerät 13 verfügen, über welches Batterieparameter wie zum Beispiel Ladezustand (SOC, „state of charge“), momentaner Ladestrom, Klemmenspannung oder ähnliche Parameter erfasst werden können. Das Batteriesteuergerät 13 kann beispielsweise in einem in 1 dargestellten Steuergeräteverbund 10 umfasst sein. Dabei kann das Batteriesteuergerät 13 beispielsweise auch in der Hochvoltbatterie 6 als eine elektronische Komponente integriert sein.The high voltage network 1 can continue a high-voltage battery 6 have, for example, a lithium-ion battery. The high-voltage battery 6 can in normal operation of the system 100 Voltage peaks or voltage dips in the high-voltage network 1 temporarily compensate or record. The high-voltage battery 6 For example, via a battery control unit 13 which battery parameters such as state of charge (SOC), instantaneous charging current, terminal voltage or similar parameters can be detected. The battery control unit 13 For example, in an in 1 illustrated control unit network 10 includes his. The battery control unit can do this 13 for example, in the high-voltage battery 6 be integrated as an electronic component.

Der Steuergeräteverbund 10 umfasst eine Vielzahl von Steuergeräten 11, 12, 13, 14 und 15 für jeweilige Komponenten im Niedervoltnetz 2 und/oder im Hochvoltnetz 1. Beispielsweise kann der elektrische Antrieb 4 über ein Antriebssteuergerät 11, die Hochvoltverbraucher 5 über ein Hochvoltverbrauchersteuergerät 12, die Hochvoltbatterie 6 über das Batteriesteuergerät 13, der Gleichspannungswandler 3 über ein Wandlersteuergerät 14 und Niedervoltverbraucher 8 des Niedervoltnetzes 2 über ein Niedervoltverbrauchersteuergerät 15 verfügen. Dabei kann es für jedes der Steuergeräte 11 bis 15 möglich sein, in der jeweils zugeordneten Komponente des Systems 100 integriert zu sein. Die Steuergeräte 11 bis 15 können mit den jeweils zugeordneten Komponenten kommunizieren. Dabei sind die Steuergeräte 11 bis 15 dazu ausgelegt, gegebenenfalls in Abhängigkeit von Steuerdaten, die von anderen der Steuergeräte 11 bis 15 über ein gemeinsames Bussystem 10a empfangen werden können, die jeweils zugeordneten Komponenten anzusteuern. Beispielsweise kann das Steuergerät 11 die Leistungselektronik des Wechselrichters 4a zum Einstellen einer Ausgangsspannung ansteuern.The control unit network 10 includes a variety of control devices 11 . 12 . 13 . 14 and 15 for respective components in the low-voltage network 2 and / or in the high-voltage network 1 , For example, the electric drive 4 via a drive control unit 11 , the high-voltage consumers 5 via a high-voltage consumer control unit 12 , the high-voltage battery 6 via the battery control unit 13 , the DC-DC converter 3 via a converter control unit 14 and low-voltage consumers 8th of the low voltage network 2 via a low-voltage consumer control unit 15 feature. It can do this for any of the controllers 11 to 15 be possible in the respectively assigned component of the system 100 to be integrated. The controllers 11 to 15 can communicate with the respectively assigned components. Here are the controllers 11 to 15 designed, as appropriate, depending on control data provided by other of the control units 11 to 15 via a common bus system 10a can be received to control the respective associated components. For example, the controller 11 the power electronics of the inverter 4a to control the setting of an output voltage.

Die Steuergeräte 11 bis 15 betreiben untereinander über das Bussystem 10a eine Steuergerätekommunikation, beispielsweise über einen CAN-Bus („controller area network“), einen LIN-Bus („local interconnect network“) oder eine serielle periphere Schnittstelle (SPI, „serial peripheral interface“). Diese Kommunikation kann ausfallen oder gestört sein, beispielsweise bei einem Ausfall des Bussystemtreibers oder einer Störung der Kommunikationsfunktionalität innerhalb eines oder mehrerer Steuergeräte 11 bis 15.The controllers 11 to 15 operate with each other via the bus system 10a a control unit communication, for example via a CAN bus ("controller area network"), a LIN bus ("local interconnect network") or a serial peripheral interface (SPI, "serial peripheral interface"). This communication can fail or be disturbed, for example in the event of a bus system driver failure or a malfunction of the communication functionality within one or more control devices 11 to 15 ,

Das Niedervoltnetz 2 umfasst beispielsweise eine Niedervoltbatterie 9, zum Beispiel eine 14-Volt-Bleibatterie, Niedervoltverbraucher 8, wie beispielsweise Fahrzeugelektronik 8a, ein Radio 8k oder dergleichen, und gegebenenfalls einen Starter 7. Die Anzahl der Niedervoltverbraucher 8 ist in 1 mit zwei dargestellt, wobei jedoch jede andere Anzahl ebenso möglich ist. Zudem können die Niedervoltverbraucher 8 auch selektiv in das Niedervoltnetz 2 zugeschaltet oder abgeschaltet werden. Die Niedervoltverbraucher 8 stellen damit lastvariable Leistungsaufnehmer des Niedervoltnetzes 2 dar.The low voltage network 2 includes, for example, a low-voltage battery 9 , for example, a 14-volt lead-acid battery, low-voltage consumer 8th , such as vehicle electronics 8a , a radio 8k or the like, and optionally a starter 7 , The number of low-voltage consumers 8th is in 1 shown with two, but any other number is also possible. In addition, the low-voltage consumers 8th also selective in the low-voltage network 2 be switched on or off. The low-voltage consumers 8th thus provide load-variable power sensors of the low-voltage network 2 represents.

Das Hochvoltnetz 1 ist mit dem Niedervoltnetz 2 über einen Gleichspannungswandler 3 gekoppelt, welcher dazu ausgelegt ist, das Niedervoltnetz 2 mit einer Niedervoltspannung, beispielsweise 14 Volt, aus dem Hochvoltnetz 1 zu versorgen. Dazu kann dem Gleichspannungswandler 3 eine Sollspannung vorgegeben werden, welche er einregelt. Der Strom Iout auf der Niedervoltseite ergibt sich dabei aus der momentanen Last des Niedervoltnetzes 2, das heißt aus der Anzahl und dem Betriebszustand der zugeschalteten Niedervoltverbraucher 8 sowie dem Ladezustand der Niedervoltbatterie 9. Bei konstanter Last hängt der Wert des Eingangsstroms Iin daher invers proportional von der Eingangsspannung am Eingang des Gleichspannungswandlers 3 ab.The high voltage network 1 is with the low voltage network 2 via a DC-DC converter 3 coupled, which is designed to the low-voltage network 2 with a low-voltage, for example, 14 volts, from the high-voltage network 1 to supply. For this purpose, the DC-DC converter 3 a target voltage can be specified, which he adjusts. The current I out on the low-voltage side results from the current load of the low-voltage network 2 , that is, from the number and the operating state of the connected low-voltage consumers 8th and the state of charge of the low-voltage battery 9 , At constant load the value of the input current I depends therefore inversely proportional to the input voltage at the input of the DC-DC converter 3 from.

Für ein Laden der Hochvoltbatterie 6 hängt der erforderliche Ladestrom I von der Klemmenspannung UK, das heißt der an den Ausgangsanschlüssen anliegenden Spannung, einerseits, und von der Ruhespannung U0, das heißt der Spannung, die sich in der Batterie bei langer Stromlosigkeit einstellt, andererseits ab. Dabei ergibt sich in Abhängigkeit von dem Innenwiderstand R der Hochvoltbatterie 6 folgender Zusammenhang: I = (UK – U0)/R.For charging the high-voltage battery 6 depends the required charging current I of the terminal voltage U K , that is, the voltage applied to the output terminals, on the one hand, and the rest voltage U 0 , that is, the voltage that occurs in the battery at long power loss, on the other hand from. This results in dependence on the internal resistance R of the high-voltage battery 6 the following relationship: I = (U K - U 0 ) / R.

Die Ruhespannung U0 wiederum hängt dabei vom Ladezustand der Hochvoltbatterie 6 ab. Wenn die Hochvoltbatterie 6 aus mehreren in Serie geschalteten Einzelzellen besteht, beispielsweise aus Nickel-Cobalt-Mangan-Zellen, Eisenphosphat-Zellen, Nickel-Cobalt-Aluminium-Zellen oder ähnlicher Zellchemie, nimmt die Ruhespannung U0 monoton mit dem Ladezustand zu. Bei einer vollständig entladenen Hochvoltbatterie 6 beispielsweise kann die Ruhespannung U0 lediglich etwa 60% der Ruhespannung U0 im vollgeladenen Zustand betragen.The quiescent voltage U 0, in turn, depends on the state of charge of the high-voltage battery 6 from. If the high-voltage battery 6 consists of several series-connected single cells, such as nickel-cobalt-manganese cells, iron phosphate cells, nickel-cobalt-aluminum cells or similar cell chemistry, the quiescent voltage U 0 increases monotonically with the state of charge. For a fully discharged high-voltage battery 6 For example, the rest voltage U 0 can be only about 60% of the rest voltage U 0 in the fully charged state.

Über das Antriebssteuergerät 11 kann die Ausgangsspannung des elektrischen Antriebs 4 im generatorischen Betrieb gemäß einer Sollspannungsvorgabe eingestellt werden, um die Hochvoltbatterie 6 zu laden. Dazu ist es notwendig, die Sollspannung in Abhängigkeit von durch das Batteriesteuergerät 13 zu übermittelnden Randbedingungen oder Betriebsparametern zu ermitteln. Bei einem Ausfall der Kommunikation mit dem Batteriesteuergerät 13, beispielsweise bei einer Fehlfunktion eines Softwaremoduls des Batteriesteuergeräts 13, bei einem Ausfall des Bussystems 10a oder anderer Steuergeräte innerhalb des Steuergeräteverbunds 10 oder bei einem abgefallenen Verbindungskabel, ist diese Form der Regelung des elektrischen Antriebs 4 nicht mehr möglich.Via the drive control unit 11 can be the output voltage of the electric drive 4 be set in generator mode according to a target voltage specification to the high-voltage battery 6 to load. For this purpose, it is necessary to set the target voltage as a function of the battery control unit 13 to determine the boundary conditions or operating parameters to be transmitted. In case of communication failure with the battery control unit 13 For example, in case of malfunction of a software module of the battery control unit 13 , in case of failure of the bus system 10a or other control devices within the ECU network 10 or in a dropped connection cable, this form of regulation of the electric drive 4 not possible anymore.

Um nun die Hochvoltbatterie 6 nicht vom Hochvoltnetz 1 trennen zu müssen und dennoch einen sicheren Betrieb des elektrischen Antriebssystems 100 zu ermöglichen, ist es notwendig, den elektrischen Antrieb 4 anderweitig zu regeln, um ein Überladen und damit das Auftreten von sicherheitsgefährdenden oder kritischen Betriebszuständen der Hochvoltbatterie 6 zu vermeiden. Insbesondere für Lithium-Ionen-Batterien mit verhältnismäßig geringer Kapazität kann in dem Hochvoltnetz 1 ein maximaler Generatorstrom durch den elektrischen Antrieb erzeugt werden, der binnen kurzer Zeit zu einem Überladen der Batterie führen kann. Bei Batterien ist eine das Laden kennzeichnende Größe die sogenannte C-Rate, die das Verhältnis zwischen Strom in Ampere und Kapazität in Amperestunden bezeichnet. Die C-Rate begrenzt den zulässigen Ladestrom. Zum Beispiel bedeutet eine maximale C-Rate von 4, dass eine Batterie mit 5 Ah Kapazität mit maximal 20 Ampere Ladestrom geladen werden darf. To now the high-voltage battery 6 not from the high-voltage network 1 to have to separate and yet safe operation of the electric drive system 100 To enable it, it is necessary to use the electric drive 4 otherwise to regulate, overcharging and thus the occurrence of safety-critical or critical operating conditions of the high-voltage battery 6 to avoid. In particular, for lithium-ion batteries with relatively low capacity can in the high-voltage network 1 a maximum generator current can be generated by the electric drive, which can lead to overcharging of the battery within a short time. In the case of batteries, a characteristic quantity is the so-called C rate, which denotes the ratio between current in amperes and capacity in ampere-hours. The C-rate limits the permissible charging current. For example, a maximum C rate of 4 means that a 5 Ah battery can be charged with a maximum of 20 A charge current.

In Hochvoltnetzen kann es aufgrund der Auslegung von elektrischer Maschine 4b und der Hochvoltbatterie 6 zu C-Raten kommen, die zwischen 20 und 60 liegen, das heißt, einem Ladestrom, der nur kurzfristig an eine Hochvoltbatterie 6 niedriger Kapazität angelegt werden darf, um starke Erwärmungen und Schädigungen der Batterie zu vermeiden. Um derartig hohe C-Raten zu vermeiden, ist es vorteilhaft eine Ladespannung an die aktuelle Batteriespannung anzupassen.In high-voltage networks, it may be due to the design of electrical machine 4b and the high-voltage battery 6 come to C-rates that are between 20 and 60, that is, a charging current, the short-term to a high-voltage battery 6 low capacity may be applied to prevent severe heating and damage to the battery. In order to avoid such high C-rates, it is advantageous to adapt a charging voltage to the current battery voltage.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Verfahrens 30 zum Ansteuern eines elektrischen Antriebs, mit welchem eine Notlaufstrategie in einem elektrischen Antriebssystem, insbesondere dem elektrischen Antriebssystem 100, wie im Zusammenhang mit den 1 erläutert, implementiert werden kann. Zur Implementierung des Verfahrens 30 kann beispielsweise der Steuergeräteverbund 10 in 1 genutzt werden. 3 shows a schematic representation of an exemplary method 30 for driving an electric drive, with which an emergency running strategy in an electric drive system, in particular the electric drive system 100 , as related to the 1 explained, can be implemented. To implement the procedure 30 For example, the ECU network 10 in 1 be used.

In einem ersten Schritt 31 erfolgt ein Erfassen eines Ausfalls oder Defekts einer Steuergerätekommunikation der Hochvoltbatterie 6 eines Hochvoltnetzes 1. Bei einem erfassten Ausfall oder Defekt der Steuergerätekommunikation kann in einem Schritt 32 dann ein Begrenzen der Antriebsausgangsspannung des elektrischen Antriebs 4 auf einen Spannungsschwellwert erfolgen, welcher einer Ruhespannung der bis zu einem unteren Schwellwert des Ladezustands entladenen Hochvoltbatterie 6 entspricht. Der Spannungsschwellwert kann dabei so gewählt werden, dass unabhängig vom Ladezustand der Hochvoltbatterie 6 keine unzulässig hohen Ladeströme IB in die Batterie fließen. Beispielsweise kann der untere Schwellwert des Ladezustands 30% des maximal möglichen Ladezustands betragen, unterhalb dessen sich die Hochvoltbatterie 6 nicht entladen sollte, um Schäden an der Hochvoltbatterie 6 vorzubeugen. Mit einem derartigen unteren Schwellwert ist eine Ruhespannung verbunden, die mindestens an den Klemmen der Hochvoltbatterie 6 anliegen sollte, um ein weiteres Entladen unterhalb des unteren Schwellwerts zu vermeiden. Wenn die Antriebsausgangsspannung auf einen Wert eingestellt wird, der dieser Ruhespannung entspricht, kann gewährleistet werden, dass der Ladezustand der Hochvoltbatterie 6 zumindest konstant auf dem unteren Schwellwert gehalten wird.In a first step 31 there is a detection of a failure or defect of a control unit communication of the high-voltage battery 6 a high-voltage network 1 , In case of detected failure or defect of the ECU communication can in one step 32 then limiting the drive output voltage of the electric drive 4 carried out to a voltage threshold, which a rest voltage of the discharged to a lower threshold of the state of charge high-voltage battery 6 equivalent. The voltage threshold can be selected so that regardless of the state of charge of the high-voltage battery 6 no inadmissibly high charging currents I B flow into the battery. For example, the lower threshold of the state of charge can be 30% of the maximum possible state of charge, below which the high-voltage battery 6 should not discharge to damage the high-voltage battery 6 submissions. With such a lower threshold, a quiescent voltage is connected, at least at the terminals of the high-voltage battery 6 should be present in order to avoid further unloading below the lower threshold. If the drive output voltage is set to a value that corresponds to this open circuit voltage, it can be ensured that the state of charge of the high-voltage battery 6 at least kept constant at the lower threshold.

Zusätzlich kann in einem Schritt 33 ein Begrenzen des Antriebsausgangsstroms IG auf einen Stromschwellwert erfolgen, welcher von einem für ein Laden der Hochvoltbatterie 6 minimal notwendigen Ladestrom IB und einer maximalen Stromaufnahme eines oder mehrerer Leistungsaufnehmer, das heißt, des Gleichspannungswandlers 3 bzw. der Hochvoltverbraucher 5 des Hochvoltnetzes 1 abhängig ist. Die Begrenzung der maximalen Stromaufnahme kann durch ein oder mehrere Steuergeräte des Steuergeräteverbunds 10, beispielsweise das Wandlersteuergerät 14 und/oder das Hochvoltverbrauchersteuergerät 12, erfolgen. Dabei kann das Wandlersteuergerät 14 die maximale Stromaufnahme des Gleichspannungswandlers 3 auf einen maximalen Aufnahmeschwellwert begrenzen. Gleichermaßen kann das Hochvoltverbrauchersteuergerät 12 die maximale Stromaufnahme eines oder mehrerer Hochvoltverbraucher 5 auf einen maximalen Aufnahmeschwellwert begrenzen. Da der Antriebsausgangsstrom IG des elektrischen Antriebs 4 zu jedem Zeitpunkt bekannt ist bzw. gemessen werden kann, kann der maximale Antriebsausgangsstrom IG für den elektrischen Antrieb 4 eingestellt werden. Dieser maximale Antriebsausgangsstrom IG kann beispielsweise als die Summe der maximal möglichen Stromaufnahme des Gleichspannungswandlers 3, der maximal möglichen Stromaufnahme der Hochvoltverbraucher 5 sowie der minimal notwendigen Stromaufnahme der Hochvoltbatterie 6 gebildet werden. Dabei kann es beispielsweise möglich sein, die Stromaufnahme der Hochvoltverbraucher 5 auf Null zu beschränken, um den maximalen Antriebsausgangsstrom IG des elektrischen Antriebs 4 möglichst gering zu halten. Die maximal mögliche Stromaufnahme des Gleichspannungswandlers 3 kann beispielsweise dadurch gesenkt werden, dass die maximale Leistungs- bzw. Stromaufnahme IN der Niedervoltverbraucher 8 im Niedervoltnetz 2 auf einen maximalen Aufnahmeschwellwert begrenzt wird. Das bedeutet, dass nicht sicherheitsrelevante Verbraucher, wie beispielsweise PTC-Heizelemente oder Sitzheizungen bei einem Ausfall oder Defekt der Steuergerätekommunikation zumindest temporär abgeschaltet bleiben. Außerdem kann der Gleichspannungswandler 3 prinzipiell in seiner maximalen Leistungsaufnahme aus dem Hochvoltnetz 1 begrenzt werden. Auch im schlechtesten Fall, das heißt, wenn die Stromaufnahme des Gleichspannungswandlers 3 minimal ist, kann der maximale Ladestrom IB der aus dem elektrischen Antrieb 4 in die Hochvoltbatterie 6 fließt, auf einem möglichst niedrigem Niveau limitiert werden.In addition, in one step 33 limiting the drive output current I G to a current threshold, which is one of charging the high-voltage battery 6 minimally necessary charging current I B and a maximum power consumption of one or more power sensors, that is, the DC-DC converter 3 or the high-voltage consumer 5 the high-voltage network 1 is dependent. The limitation of the maximum power consumption can be achieved by one or more control units of the control unit network 10 For example, the converter control unit 14 and / or the high-voltage consumer control unit 12 , respectively. In this case, the converter control unit 14 the maximum current consumption of the DC-DC converter 3 limit to a maximum pickup threshold. Similarly, the high-voltage consumer control unit 12 the maximum power consumption of one or more high-voltage consumers 5 limit to a maximum pickup threshold. Since the drive output current I G of the electric drive 4 is known or can be measured at any time, the maximum drive output current I G for the electric drive 4 be set. This maximum drive output current I G , for example, as the sum of the maximum possible power consumption of the DC-DC converter 3 , the maximum possible power consumption of high-voltage consumers 5 as well as the minimum necessary current consumption of the high-voltage battery 6 be formed. It may be possible, for example, the current consumption of high-voltage consumers 5 to zero to the maximum drive output current I G of the electric drive 4 keep as low as possible. The maximum possible current consumption of the DC-DC converter 3 can be lowered, for example, that the maximum power or current consumption I N of low-voltage consumers 8th in the low voltage network 2 is limited to a maximum absorption threshold value. This means that non-safety-relevant consumers, such as PTC heating elements or seat heaters remain switched off at least temporarily in case of failure or defect of the control unit communication. In addition, the DC-DC converter 3 in principle, in its maximum power consumption from the high-voltage network 1 be limited. Even in the worst case, that is, when the current consumption of the DC-DC converter 3 is minimal, the maximum charging current I B from the electric drive 4 in the high-voltage battery 6 flows are limited to as low a level as possible.

Dieses Verfahren 30 hat den Vorteil, dass auch im Notlauf bei Defekten der Steuergerätekommunikation die Hochvoltbatterie 6 auf einem sicheren Ladezustandsniveau gehalten werden kann, ohne dass ein Überladen der Hochvoltbatterie 6 droht.This method 30 has the advantage that even in emergency operation in case of defects of the ECU communication, the high-voltage battery 6 can be maintained at a safe state of charge level without overcharging the high voltage battery 6 threatening.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren beispielhaften Verfahrens 40 zum Ansteuern eines elektrischen Antriebs, mit welchem eine Notlaufstrategie in einem elektrischen Antriebssystem, insbesondere dem elektrischen Antriebssystem 100, wie im Zusammenhang mit den 1 erläutert, implementiert werden kann. Zur Implementierung des Verfahrens 40 kann ebenfalls der Steuergeräteverbund 10 in 1 genutzt werden. 4 shows a schematic representation of another exemplary method 40 for driving an electric drive, with which an emergency running strategy in an electric drive system, in particular the electric drive system 100 , as related to the 1 explained, can be implemented. To implement the procedure 40 can also be the ECU network 10 in 1 be used.

Das Verfahren 40 wird im Folgenden im Zusammenhang mit dem in 2 schematisch dargestellten Signaldiagramm 20 mit den Ansteuersignalverläufen 21, 22 und 23 erläutert. Der Ansteuersignalverlauf 21 zeigt ein beispielhaftes Spannungsansteuersignal für den elektrischen Antrieb 4 aus dem Antriebssystem 100 in 1. Der Ansteuersignalverlauf 22 zeigt ein beispielhaftes Stromansteuersignal für Leistungsaufnehmer aus dem Hochvoltnetz 1, das heißt, für den Gleichspannungswandler 3 und die Hochvoltverbraucher 5 aus dem Antriebssystem 100 in 1. Der Ansteuersignalverlauf 23 schließlich zeigt ein beispielhaftes Spannungsansteuersignal für die Hochvoltbatterie 6 aus dem Antriebssystem 100 in 1. Es sollte dabei klar sein, dass die jeweiligen Ansteuersignalverläufe 21, 22 und 23 nur beispielhaften Charakter haben, und andersartige Implementierung ebenso möglich sein können.The procedure 40 is described below in connection with the in 2 schematically illustrated signal diagram 20 with the Ansteuersignalverläufen 21 . 22 and 23 explained. The drive signal course 21 shows an exemplary voltage drive signal for the electric drive 4 from the drive system 100 in 1 , The drive signal course 22 shows an exemplary current control signal for power sensors from the high-voltage network 1 , that is, for the DC-DC converter 3 and the high-voltage consumers 5 from the drive system 100 in 1 , The drive signal course 23 Finally, an exemplary voltage drive signal for the high-voltage battery is shown 6 from the drive system 100 in 1 , It should be clear that the respective Ansteuersignalverläufe 21 . 22 and 23 have only exemplary character, and different implementation may also be possible.

In einem ersten Schritt 41 des Verfahrens 40 erfolgt zunächst ein Erfassen eines Ausfalls oder Defekts einer Steuergerätekommunikation der Hochvoltbatterie 6 eines Hochvoltnetzes 1. Bei einem erfassten Ausfall oder Defekt der Steuergerätekommunikation kann in einem Schritt 42 dann ein Erzeugen eines Pulsmusters auf das Hochvoltnetz 1 durch den elektrischen Antrieb 4 erfolgen. Das Pulsmuster kann beispielsweise dem in 2 beispielhaft gezeigten Pulsmuster 21a des Ansteuersignalverlaufs 21 entsprechen. Dabei erzeugt der elektrische Antrieb 4 ein oder mehrere Spannungs- oder Strompulse in Rechteckform mit vorgegebener Pulsdauer, beispielsweise 2 Sekunden, und vorgegebenem zeitlichen Abstand, beispielsweise ebenfalls 2 Sekunden. Der Gleichspannungswandler 3 sowie gegebenenfalls die Hochvoltverbraucher 5 erkennen dieses Pulsmuster und schalten sich im Schritt 42 des Verfahrens 40 ab, wie im Ansteuersignalverlauf 22 beispielhaft gezeigt. Die Abschaltzeitdauer, während der sich der Gleichspannungswandler 3 sowie gegebenenfalls die Hochvoltverbraucher 5 abgeschaltet halten, kann eingestellt werden und beispielsweise etwa 15 Sekunden betragen.In a first step 41 of the procedure 40 Initially, a failure or defect of a control unit communication of the high-voltage battery is detected 6 a high-voltage network 1 , In case of detected failure or defect of the ECU communication can in one step 42 then generating a pulse pattern on the high voltage network 1 through the electric drive 4 respectively. The pulse pattern, for example, the in 2 exemplified pulse pattern 21a the Ansteuersignalverlaufs 21 correspond. The electric drive generates this 4 one or more voltage or current pulses in a rectangular shape with a predetermined pulse duration, for example 2 seconds, and a predetermined time interval, for example also 2 seconds. The DC-DC converter 3 and optionally the high-voltage consumers 5 recognize this pulse pattern and switch in step 42 of the procedure 40 as in the Ansteuersignalverlauf 22 shown by way of example. The turn-off period during which the DC-DC converter 3 and optionally the high-voltage consumers 5 shut off, can be set and for example be about 15 seconds.

In einem Schritt 43 des Verfahrens 40 kann der elektrische Antrieb 4 dann während der Abschaltzeitdauer des Gleichspannungswandlers 3 sowie gegebenenfalls der Hochvoltverbraucher 5 – zumindest näherungsweise – die Batterieleerlaufspannung bzw. die Batterieruhespannung der Hochvoltbatterie 6 messen und daraus einen Spannungsschwellwert ermitteln, auf den die Antriebsausgangsspannung des elektrischen Antriebs 4 begrenzt wird. Der Spannungsschwellwert kann beispielsweise einer Ruhespannung der bis zu einem unteren Schwellwert des Ladezustands entladenen Hochvoltbatterie 6 entsprechen, wie im Zusammenhang mit dem Verfahren 30 weiter oben erläutert. Zusätzlich dazu kann der elektrische Antrieb 4 gezielt eine Antriebsausgangsspannung einstellen und den tatsächlichen Ladestrom IB in die Hochvoltbatterie 6 bestimmen. Insbesondere kann der Spannungsschwellwert verwendet werden, um einen Spannungssollwert abzuleiten, auf den die Antriebsausgangsspannung begrenzt werden kann.In one step 43 of the procedure 40 can the electric drive 4 then during the turn-off period of the DC-DC converter 3 and optionally the high-voltage consumer 5 - At least approximately - the battery break-in voltage or the Batterieruhespannung the high-voltage battery 6 measure and therefrom determine a voltage threshold to which the drive output voltage of the electric drive 4 is limited. The voltage threshold value can be, for example, a quiescent voltage of the high-voltage battery discharged to a lower threshold state of charge 6 as in the context of the procedure 30 explained above. In addition to this, the electric drive 4 specifically set a drive output voltage and the actual charging current I B in the high-voltage battery 6 determine. In particular, the voltage threshold may be used to derive a voltage setpoint to which the drive output voltage may be limited.

Die Schritte 41 bis 43 können dabei durch den elektrischen Antrieb 4 in periodischen Abständen, beispielsweise alle 5 Minuten, wiederholt werden, um die Batterieleerlaufspannung bzw. die Batterieruhespannung der Hochvoltbatterie 6 zu aktualisieren. Damit kann sichergestellt werden, dass der Spannungsschwellwert an den aktuellen Ladezustand der Hochvoltbatterie 6 angepasst bleibt.The steps 41 to 43 can thereby by the electric drive 4 be repeated at periodic intervals, for example every 5 minutes, to the battery break-in voltage or the Batterieruhespannung the high-voltage battery 6 to update. This can ensure that the voltage threshold to the current state of charge of the high-voltage battery 6 remains adjusted.

Optional kann in den Schritten 44a und 44b jeweils ein Antwortpulsmuster auf das durch den elektrischen Antrieb 4 erzeugte Pulsmuster 21a durch die Hochvoltbatterie 6 ausgegeben werden. Wie beispielhaft im Ansteuersignalverlauf 23 gezeigt, kann sich die Hochvoltbatterie in einem Schritt 44a nach einem Erkennen, dass der Gleichspannungswandlers 3 sowie gegebenenfalls die Hochvoltverbraucher 5 ordnungsgemäß abgeschaltet sind, für eine vorbestimmte (kurze) erste Batterieabschaltdauer selbst abschalten, um zu bestätigen, dass der Gleichspannungswandler 3 sowie gegebenenfalls die Hochvoltverbraucher 5 tatsächlich abgeschaltet sind. Dadurch kann der elektrische Antrieb 4 erkennen, dass während der ersten Batterieabschaltdauer der Batteriestrom IB kurzzeitig Null beträgt und die Messung der Batterieleerlaufspannung bzw. die Batterieruhespannung der Hochvoltbatterie 6 ordnungsgemäß erfolgen kann.Optionally, in the steps 44a and 44b in each case an answer pulse pattern to that by the electric drive 4 generated pulse pattern 21a through the high-voltage battery 6 be issued. As an example in the control signal waveform 23 shown, the high-voltage battery can in one step 44a after detecting that the DC-DC converter 3 and optionally the high-voltage consumers 5 properly shut down for a predetermined (short) first battery shutdown period, to confirm that the DC-DC converter 3 and optionally the high-voltage consumers 5 are actually turned off. This allows the electric drive 4 recognize that during the first battery shutdown of the battery current I B is momentarily zero and the measurement of the battery run-in voltage or the battery booster voltage of the high-voltage battery 6 can be done properly.

In einem Schritt 44b kann die Hochvoltbatterie 6 nach der Abschaltzeitdauer wiederum ein Antwortpulsmuster ausgeben, beispielsweise indem sich die Hochvoltbatterie 6 für eine vorbestimmte (kurze) zweite Batterieabschaltdauer selbst abschaltet, um zu bestätigen, dass der Gleichspannungswandler 3 sowie die Hochvoltverbraucher 5 während der Abschaltzeitdauer tatsächlich ordnungsgemäß abgeschaltet waren, das heißt, ob der Batteriestrom während dem Intervall zwischen der ersten und zweiten Batterieabschaltdauer tatsächlich Null war. Dadurch kann der elektrische Antrieb die Gültigkeit der gewonnenen Erfassungsergebnisse für die Batterieleerlaufspannung bzw. die Batterieruhespannung sowie gegebenenfalls den Ladestrom IB in die Hochvoltbatterie 6 verifizieren.In one step 44b can the high-voltage battery 6 after the turn-off period again spend a response pulse pattern, for example, by the high-voltage battery 6 itself for a predetermined (short) second battery shutdown time to confirm that the DC-DC converter 3 as well as the high-voltage consumers 5 in fact, were properly shut down during the shutdown period, that is, whether the battery current was actually zero during the interval between the first and second battery shutdown periods. As a result, the electric drive, the validity of the obtained detection results for the battery interlocking voltage or the Batterieruhespannung and optionally the charging current I B in the high-voltage battery 6 to verify.

Durch den hohen Hub der Batterieruhespannung in Abhängigkeit des Ladezustands kann aus der Batterieleerlaufspannung auf den Ladezustand der Hochvoltbatterie 6 geschlossen werden. Durch die regelmäßige bzw. periodische Messung der Batterieleerlaufspannung kann der elektrische Antrieb 4 den Schwellwert für die Antriebsausgangsspannung besser anpassen, um einen vorbestimmten Zielladezustand der Hochvoltbatterie 6 zuverlässig und ohne Gefährdung oder Schädigung der Hochvoltbatterie 6 zu erreichen. Das Verfahren 40 hat den Vorteil, dass die variablen Lastaufnahmen des Gleichspannungswandlers 3 sowie gegebenenfalls der Hochvoltverbraucher 5 bei der Bestimmung des Ladezustands der Hochvoltbatterie 6 unberücksichtigt bleiben. Dies ermöglicht einen sicheren Betrieb der Hochvoltbatterie 6 auch bei einem Ausfall, einer Störung oder einem Defekt der Kommunikation des Batteriesteuergeräts 13 mit anderen Steuergeräten 11, 12, 14 oder 15 des Steuergeräteverbunds 10, ohne dass die Hochvoltbatterie 6 aufgrund des Risikos zu hoher Ladeströme abgeschaltet werden müsste.Due to the high lift of the battery booster voltage as a function of the state of charge can from the battery supply voltage to the state of charge of the high-voltage battery 6 getting closed. By the regular or periodic measurement of the battery line voltage, the electric drive 4 adjust the threshold for the drive output voltage better to a predetermined Zielladezustand the high-voltage battery 6 reliable and without danger or damage to the high-voltage battery 6 to reach. The procedure 40 has the advantage that the variable load capacity of the DC-DC converter 3 and optionally the high-voltage consumer 5 in determining the state of charge of the high-voltage battery 6 disregarded. This enables safe operation of the high-voltage battery 6 even in the event of a failure, malfunction or defect in the communication of the battery control unit 13 with other controllers 11 . 12 . 14 or 15 of the control unit network 10 without the high-voltage battery 6 due to the risk of high charging currents would have to be turned off.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006001201 A1 [0006] DE 102006001201 A1 [0006]

Claims (9)

Steuergeräteverbund (10) zum Ansteuern eines elektrischen Antriebs (4) in einem Hochvoltnetz (1), mit: einem Antriebssteuergerät (11), welches dazu ausgelegt ist, den elektrischen Antrieb (4) anzusteuern; und einem Batteriesteuergerät (13), welches dazu ausgelegt ist, eine Hochvoltbatterie (6) des Hochvoltnetzes (1) anzusteuern, wobei das Antriebssteuergerät (11) dazu ausgelegt ist, einen Ausfall oder Defekt der Steuergerätekommunikation zwischen dem Batteriesteuergerät (13) und dem Antriebssteuergerät (11) zu erfassen, und bei einem erfassten Ausfall oder Defekt der Steuergerätekommunikation die Antriebsausgangsspannung des elektrischen Antriebs (4) auf einen Spannungsschwellwert zu begrenzen, welcher einer Ruhespannung der bis zu einem unteren Schwellwert des Ladezustands entladenen Hochvoltbatterie (6) entspricht, sowie den Antriebsausgangsstrom auf einen Stromschwellwert zu begrenzen, welcher von einem für ein Laden der Hochvoltbatterie (6) minimal notwendigen Ladestrom und einer maximalen Stromaufnahme eines oder mehrerer Leistungsaufnehmer (3; 5) des Hochvoltnetzes (1) abhängig ist.ECU network ( 10 ) for driving an electric drive ( 4 ) in a high-voltage network ( 1 ), comprising: a drive control device ( 11 ), which is adapted to the electric drive ( 4 ) head for; and a battery control device ( 13 ), which is designed to be a high-voltage battery ( 6 ) of the high-voltage network ( 1 ), wherein the drive control device ( 11 ) is designed to prevent a failure or defect of the ECU communication between the battery control device ( 13 ) and the drive control unit ( 11 ) and, in the event of a detected failure or defect of the control unit communication, the drive output voltage of the electric drive ( 4 ) to a voltage threshold, which corresponds to a rest voltage of the high-voltage battery discharged to a lower threshold state of charge ( 6 ), as well as limiting the drive output current to a current threshold, which depends on one for charging the high-voltage battery ( 6 ) minimally necessary charging current and a maximum current consumption of one or more power sensors ( 3 ; 5 ) of the high-voltage network ( 1 ) is dependent. Steuergeräteverbund (10) nach Anspruch 1, wobei die Leistungsaufnehmer (3; 5) des Hochvoltnetzes (1) einen Gleichspannungswandler (3), welcher das Hochvoltnetz (1) mit dem Niedervoltnetz (2) koppelt, und welcher dazu ausgelegt ist, eine momentane Spannung des Hochvoltnetzes (1) in eine Betriebsspannung des Niedervoltnetzes (2) zu wandeln, und/oder Hochvoltverbraucher (5) des Hochvoltnetzes (1) umfassen.ECU network ( 10 ) according to claim 1, wherein the power sensors ( 3 ; 5 ) of the high-voltage network ( 1 ) a DC-DC converter ( 3 ), which the high-voltage network ( 1 ) with the low-voltage network ( 2 ), and which is adapted to a current voltage of the high-voltage network ( 1 ) in an operating voltage of the low-voltage network ( 2 ), and / or high-voltage consumers ( 5 ) of the high-voltage network ( 1 ). Steuergeräteverbund (10) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei ein oder mehrere Steuergeräte (12; 14) des Steuergeräteverbunds (10) dazu ausgelegt sind, die maximale Stromaufnahme (Iin; IH) des einen oder mehreren Leistungsaufnehmers (3; 5) auf einen maximalen Aufnahmeschwellwert zu begrenzen.ECU network ( 10 ) according to one of claims 1 and 2, wherein one or more control devices ( 12 ; 14 ) of the control unit network ( 10 ) are designed to determine the maximum current consumption (I in ; I H ) of the one or more power sensors ( 3 ; 5 ) to limit to a maximum pickup threshold. Elektrisches Antriebssystem (100), mit: einem Hochvoltnetz (1); einem Niedervoltnetz (2); einer Hochvoltbatterie (6) in dem Hochvoltnetz (1); einem elektrischen Antrieb (4), welcher einen Wechselrichter (4a) und eine elektrische Maschine (4b) aufweist, und welcher dazu ausgelegt ist, im generatorischen Betrieb das Hochvoltnetz (1) mit einer Antriebsausgangsspannung zu speisen; einem oder mehreren Leistungsaufnehmern (3; 5) in dem Hochvoltnetz (1); und einem Steuergeräteverbund (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Antriebssteuergerät (11) mit dem elektrischen Antrieb (4) und dessen Batteriesteuergerät (13) mit der Hochvoltbatterie (6) gekoppelt sind.Electric drive system ( 100 ), with: a high-voltage network ( 1 ); a low-voltage network ( 2 ); a high-voltage battery ( 6 ) in the high-voltage network ( 1 ); an electric drive ( 4 ), which is an inverter ( 4a ) and an electric machine ( 4b ), and which is designed, in generator operation, the high-voltage network ( 1 ) with a drive output voltage to feed; one or more beneficiaries ( 3 ; 5 ) in the high-voltage network ( 1 ); and a control unit network ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, whose drive control device ( 11 ) with the electric drive ( 4 ) and its battery control device ( 13 ) with the high-voltage battery ( 6 ) are coupled. Elektrisches Antriebssystem (100) nach Anspruch 4, wobei die Leistungsaufnehmer (3; 5) des Hochvoltnetzes (1) einen Gleichspannungswandler (3), welcher das Hochvoltnetz (1) mit dem Niedervoltnetz (2) koppelt, und welcher dazu ausgelegt ist, eine momentane Spannung des Hochvoltnetzes (1) in eine Betriebsspannung des Niedervoltnetzes (2) zu wandeln, und/oder Hochvoltverbraucher (5) des Hochvoltnetzes (1) umfassen.Electric drive system ( 100 ) according to claim 4, wherein the power sensors ( 3 ; 5 ) of the high-voltage network ( 1 ) a DC-DC converter ( 3 ), which the high-voltage network ( 1 ) with the low-voltage network ( 2 ), and which is adapted to a current voltage of the high-voltage network ( 1 ) in an operating voltage of the low-voltage network ( 2 ), and / or high-voltage consumers ( 5 ) of the high-voltage network ( 1 ). Elektrisches Antriebssystem (100) nach Anspruch 5, wobei der Steuergeräteverbund (10) weiterhin ein Niedervoltsteuergerät (15) aufweist, welches dazu ausgelegt ist, bei einem erfassten Ausfall oder Defekt der Steuergerätekommunikation eine Leistungsaufnahme von Niedervoltverbrauchern (8) in dem Niedervoltnetz (2) zu begrenzen.Electric drive system ( 100 ) according to claim 5, wherein the control unit network ( 10 ), a low-voltage control unit ( 15 ), which is designed, in the case of a detected failure or defect of the control unit communication, a power consumption of low-voltage consumers ( 8th ) in the low-voltage network ( 2 ) to limit. Verfahren (30) zum Ansteuern eines elektrischen Antriebs (4) in einem Hochvoltnetz (1), mit den Schritten: Erfassen (31) eines Ausfalls oder Defekts der Steuergerätekommunikation mit einem Batteriesteuergerät (13) einer Hochvoltbatterie (6) des Hochvoltnetzes (1); und bei einem erfassten Ausfall oder Defekt der Steuergerätekommunikation: Begrenzen (32) der Antriebsausgangsspannung des elektrischen Antriebs (4) auf einen Spannungsschwellwert, welcher einer Ruhespannung der bis zu einem unteren Schwellwert des Ladezustands entladenen Hochvoltbatterie (6) entspricht; und Begrenzen (33) des Antriebsausgangsstroms auf einen Stromschwellwert, welcher von einem für ein Laden der Hochvoltbatterie (6) minimal notwendigen Ladestrom und einer maximalen Stromaufnahme eines oder mehrerer Leistungsaufnehmer (3; 5) des Hochvoltnetzes (1) abhängig ist.Procedure ( 30 ) for driving an electric drive ( 4 ) in a high-voltage network ( 1 ), with the steps: Capture ( 31 ) a failure or defect of the ECU communication with a battery control device ( 13 ) of a high-voltage battery ( 6 ) of the high-voltage network ( 1 ); and in the event of a detected or defective ECU communication: limiting ( 32 ) of the drive output voltage of the electric drive ( 4 ) to a voltage threshold which corresponds to a rest voltage of the high-voltage battery discharged to a lower threshold state of charge ( 6 ) corresponds; and limiting ( 33 ) of the drive output current to a current threshold, which of one for charging the high-voltage battery ( 6 ) minimally necessary charging current and a maximum current consumption of one or more power sensors ( 3 ; 5 ) of the high-voltage network ( 1 ) is dependent. Verfahren (30) nach Anspruch 7, wobei die Leistungsaufnehmer (3; 5) des Hochvoltnetzes (1) einen Gleichspannungswandler (3), welcher das Hochvoltnetz (1) mit dem Niedervoltnetz (2) koppelt, und welcher dazu ausgelegt ist, eine momentane Spannung des Hochvoltnetzes (1) in eine Betriebsspannung des Niedervoltnetzes (2) zu wandeln, und/oder Hochvoltverbraucher (5) des Hochvoltnetzes (1) umfassen.Procedure ( 30 ) according to claim 7, wherein the power sensors ( 3 ; 5 ) of the high-voltage network ( 1 ) a DC-DC converter ( 3 ), which the high-voltage network ( 1 ) with the low-voltage network ( 2 ), and which is adapted to a current voltage of the high-voltage network ( 1 ) in an operating voltage of the low-voltage network ( 2 ), and / or high-voltage consumers ( 5 ) of the high-voltage network ( 1 ). Verfahren (30) nach einem der Ansprüche 7 und 8, weiterhin mit dem Schritt: Begrenzen der maximalen Stromaufnahme (Iin; IH) des einen oder mehreren Leistungsaufnehmers (3; 5) auf einen maximalen Aufnahmeschwellwert.Procedure ( 30 ) according to one of claims 7 and 8, further comprising the step of limiting the maximum current consumption (I in ; I H ) of the one or more power sensors ( 3 ; 5 ) to a maximum pickup threshold.
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