DE102014007311A1 - Method for operating a drive train - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (10) für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher (16) als eine erste Komponente, einem Wechselrichter (14) als eine zweite Komponente und einer elektrischen Maschine (12) als eine dritte Komponente, wobei der elektrische Energiespeicher (16) die elektrische Maschine (12) über den Wechselrichter (14) mit Energie versorgt und wobei eine Auswerteeinrichtung mindestens einen Betriebsparameter (20) jeder der drei Komponenten ermittelt, wobei die Auswerteeinrichtung aus dem zumindest einen ermittelten Betriebsparameter (20) jeder Komponenten eine Abweichung eines jeweiligen Ist-Zustandswertes von einem vorgegebenen Zielwert für jede Komponente berechnet und in Abhängigkeit der berechneten Abweichung einen Sollwert für den mindestens einen Betriebsparameter (20) jeder Komponente vorgibt.The invention relates to a method for operating a drive train (10) for a motor vehicle with an electrical energy store (16) as a first component, an inverter (14) as a second component and an electric machine (12) as a third component, wherein the electrical energy store (16) supplies the electrical machine (12) with energy via the inverter (14) and wherein an evaluation device determines at least one operating parameter (20) of each of the three components, wherein the evaluation device from the at least one determined operating parameter (20) of each component calculates a deviation of a respective actual state value from a predetermined target value for each component and, depending on the calculated deviation, specifies a desired value for the at least one operating parameter (20) of each component.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher als eine erste Komponente, einem Wechselrichter als eine zweite Komponente und einer elektrischen Maschine als eine dritte Komponente, wobei der elektrische Energiespeicher die elektrische Maschine über den Wechselrichter mit Energie versorgt. Eine Auswerteeinrichtung ermittelt mindestens einen Betriebsparameter jeder der drei Komponenten. Zur Erfindung gehört außerdem ein Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for operating a drive train for a motor vehicle having an electrical energy store as a first component, an inverter as a second component and an electrical machine as a third component, wherein the electrical energy store supplies the electrical machine with energy via the inverter. An evaluation device determines at least one operating parameter of each of the three components. The invention also includes a drive train for a motor vehicle and a motor vehicle.

Ein elektrischer Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs, umfasst in der Regel einen Energiespeicher, beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie. Eine Batterie besteht in der Regel aus einer Batteriezelle oder aus einer Verschaltung mehrerer Batteriezellen. Außerdem umfasst der Antriebsstrang einen Wechselrichter, beispielsweise einen Dreiphaseninverter, welcher aus einer Schaltungsanordnung aus Schaltelementen, beispielsweise IGBTs, Dioden und MOSFETs besteht, und eine elektrische Maschine, beispielsweise eine permanent erregte Synchronmaschine mit einem konstant magnetisiertem Läufer (Rotor), der synchron von einem bewegten magnetischen Drehfeld in einem Stator mitgenommen wird. Der elektrische Energiespeicher stellt die Energie bereit, die über den Wechselrichter der elektrischen Maschine zugeführt wird.An electric drive train of a motor vehicle, in particular of an electric vehicle or a hybrid vehicle, generally comprises an energy store, for example a lithium-ion battery. A battery usually consists of a battery cell or an interconnection of several battery cells. In addition, the drive train comprises an inverter, for example a three-phase inverter, which consists of a circuit arrangement of switching elements, such as IGBTs, diodes and MOSFETs, and an electric machine, such as a permanent magnet synchronous machine with a constant magnetized rotor (rotor) synchronously from a moving magnetic rotating field is taken in a stator. The electrical energy storage provides the energy that is supplied via the inverter of the electric machine.

Ist die elektrische Maschine beispielsweise als Antriebsmotor in einem Elektrofahrzeug zum Antreiben des Elektrofahrzeugs ausgeführt, so wird von dem elektrischen Energiespeicher eine Hochvoltspannung bereitgestellt, die über den Wechselrichter zur elektrischen Maschine übertragen wird. Unter Hochvoltspannung ist hier eine Spannung größer als 60 Volt, insbesondere größer als 100 Volt, zu verstehen. Die Komponenten sind hierbei als Hochvolt-Komponenten ausgeführt. Ist die elektrische Maschine als Hilfsmotor, beispielsweise zur Unterstützung eines Antriebsmotors in einem Hybridfahrzeug ausgeführt, so werden von dem elektrischen Energiespeicher Niedervoltspannungen bereitgestellt, die über den Wechselrichter der elektrischen Maschine zugeführt werden. Unter Niedervoltspannungen sind hier Spannungen kleiner als 60 Volt zu verstehen. Die Komponenten sind hierbei als Niedervolt-Komponenten ausgeführt.If the electric machine is designed, for example, as a drive motor in an electric vehicle for driving the electric vehicle, then a high-voltage voltage is provided by the electrical energy store, which voltage is transmitted to the electric machine via the inverter. Under high voltage is here a voltage greater than 60 volts, in particular greater than 100 volts to understand. The components are designed as high-voltage components. If the electric machine is designed as an auxiliary motor, for example to support a drive motor in a hybrid vehicle, then low-voltage voltages are supplied by the electrical energy store, which are supplied via the inverter to the electric machine. Low-voltage voltages are to be understood as voltages of less than 60 volts. The components are designed as low-voltage components.

Je nach Höhe der Spannung und somit der Leistung, die in dem Antriebsstrang übertragen wird, werden die einzelnen Komponenten elektrisch spezifiziert und entwickelt. Ziel der Entwicklung ist es, eine möglichst hohe Lebensdauer sowie einen niedrigen Verschleiß der einzelnen Komponenten zu gewährleisten. Je nach Spezifikation werden jeder Komponente eine Soll-Lebensdauer sowie ein Soll-Verschleißwert zugeordnet.Depending on the level of voltage and thus the power transmitted in the powertrain, the individual components are electrically specified and developed. The aim of the development is to ensure the longest possible service life and low wear of the individual components. Depending on the specification, each component is assigned a set life and a set wear value.

Jede Komponente enthält Materialien und Eigenschaften, welche die Lebensdauer der einzelnen Komponenten parametrisieren. Mechanische und elektrische Belastung, aber auch das Temperaturniveau und der Temperaturgradient innerhalb der Komponente können sich negativ auf die Lebensdauer oder den Verschleiß auswirken. Sowohl zu hohe Temperaturen, als auch zu niedrige Temperaturen erhöhen den Fortschritt der Alterung und des Verschleißes. Dadurch wird die Lebensdauer verkürzt.Each component contains materials and properties that parameterize the lifetime of the individual components. Mechanical and electrical stress, but also the temperature level and the temperature gradient within the component can negatively affect the service life or the wear. Both too high temperatures and too low temperatures increase the progress of aging and wear. This will shorten the life.

So ist beispielsweise aus der DE 10 2011 108 648 A1 bekannt, dass die Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Batteriesätzen nicht nur eine Funktion der Temperatur, sondern auch des Ladezustandes und des Alters der Batterie ist. Aus diesem Grund werden ein Verfahren und ein System zur Steuerung der Temperatur in einem Batteriesatz eines Elektrofahrzeugs beschrieben, wobei eine minimal zulässige Temperatur in dem Batteriesatz als eine Funktion des Ladezustands und der verbleibenden Nutzungslebensdauer des Batteriesatzes vorgeschrieben wird.For example, from the DE 10 2011 108 648 A1 It is known that the performance of lithium-ion battery packs is not only a function of the temperature but also of the state of charge and the age of the battery. For this reason, a method and system for controlling the temperature in a battery pack of an electric vehicle is described, wherein a minimum allowable temperature in the battery pack is prescribed as a function of the state of charge and the remaining useful life of the battery pack.

Aus der US 2009/0198396 A1 ist ein Hybridfahrzeug mit einem Elektromotor, einer Batterie und einem Verbrennungsmotor bekannt, das eine Leistungskontrolleinheit aufweist, die adaptiv den Elektromotor, die Batterie und den Verbrennungsmotor basierend auf vorgegebenen Sollwerten steuert, um den Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen zu minimieren.From the US 2009/0198396 A1 For example, there is known a hybrid vehicle having an electric motor, a battery, and an internal combustion engine that includes a power control unit that adaptively controls the electric motor, the battery, and the engine based on predetermined setpoints to minimize fuel consumption and CO 2 emissions.

Weiterhin ist bekannt, dass eine Schädigung der Komponenten vermieden werden kann und eine Soll-Lebensdauer nach Herstellerangaben gewährleistet werden kann, wenn eine Temperiereinrichtung, beispielsweise ein Kühlsystem, bereitgestellt wird. Ein Kühlsystem kühlt eine Komponente beispielsweise mit Hilfe eines Kühlmediums, insbesondere Wasser und/oder Luft, indem das Kühlmedium der zu kühlenden Komponente zu- und/oder an ihr vorbeigeführt wird. Dabei können der Massenstrom und die Temperatur des Kühlmediums vorgegeben und gesteuert werden. In der Regel werden der Massenstrom und die Temperatur nach maximalen Anforderungen, beispielsweise maximale Belastung oder maximaler Kühlungsbedarf der Komponente, konstant vorgegeben.Furthermore, it is known that damage to the components can be avoided and a desired service life can be ensured according to the manufacturer's instructions if a tempering device, for example a cooling system, is provided. A cooling system cools a component, for example by means of a cooling medium, in particular water and / or air, by the cooling medium of the component to be cooled and / or is guided past her. In this case, the mass flow and the temperature of the cooling medium can be predetermined and controlled. As a rule, the mass flow and the temperature are preset to the maximum requirements, for example maximum load or maximum cooling requirement of the component.

Außerdem kann einer Schädigung der Komponenten entgegengewirkt werden, indem elektrische und thermische Parameter jeder Komponente, beispielsweise Eingangsspannung und Eingangsstrom sowie die Temperatur, innerhalb vorgegebener Grenzen gehalten werden. Dazu überwacht beispielsweise ein Energiemanagementsystem die Einhaltung der vorgegebenen Temperatur-, Strom- und Spannungsgrenzen und regelt gegebenenfalls Temperatur, Spannung und Strom an der jeweiligen Komponente nach.In addition, damage to the components can be counteracted by maintaining electrical and thermal parameters of each component, such as input voltage and input current, and temperature within predetermined limits. Monitored for this For example, an energy management system compliance with the specified temperature, current and voltage limits and regulates if necessary temperature, voltage and current to the respective component.

Der Stand der Technik besitzt den Nachteil, dass die Ansteuerung der Kühlung und des Energiemanagementsystems nach vorgegebenen Werten erfolgt. Die Werte werden nach maximalen Anforderungen definiert. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Komponenten unter besonders schlechten Bedingungen, wie beispielsweise sehr hohen Temperaturen oder unter voller Last, betrieben werden. Insbesondere werden keine Ist-Werte, die der aktuellen Belastung und dem aktuellen Betriebszustand entsprechen, berücksichtigt.The prior art has the disadvantage that the control of the cooling and the energy management system takes place according to predetermined values. The values are defined according to maximum requirements. It is assumed that the components are operated under particularly bad conditions, such as very high temperatures or under full load. In particular, no actual values that correspond to the current load and the current operating state are taken into account.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Lebensdauer der Komponenten zu verlängern und deren Verschleiß zu reduzieren.It is an object of the present invention to extend the life of the components and to reduce their wear.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren, durch einen Antriebsstrang sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.This object is achieved by a method by a drive train and by a motor vehicle having the features according to the respective independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims, the description and the figures.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug. Der Antriebsstrang weist einen elektrischen Energiespeicher als eine erste Komponente, einen Wechselrichter als eine zweite Komponente und eine elektrische Maschine als eine dritte Komponente auf. Der elektrische Energiespeicher versorgt die elektrische Maschine über den Wechselrichter mit Energie. Es ist eine Auswerteeinrichtung bereitgestellt, welche mindestens einen Betriebsparameter jeder der drei Komponenten ermittelt.An inventive method is used to operate a drive train for a motor vehicle. The powertrain has an electrical energy storage as a first component, an inverter as a second component and an electric machine as a third component. The electrical energy store supplies the electrical machine with energy via the inverter. An evaluation device is provided which determines at least one operating parameter of each of the three components.

Um nun eine Lebensdauer der Komponenten zu verlängern sowie einen Verschleiß zu reduzieren, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Auswerteeinrichtung aus dem zumindest einen ermittelten Betriebsparameter jeder Komponente ein Ist-Zustandswert und daraus eine Abweichung von einem vorgegebenen Zielwert für jede Komponente berechnet und in Abhängigkeit der berechneten Abweichung einen Sollwert für den mindestens einen Betriebsparameter vorgibt. Der vorgegebene Zielwert jeder Komponente ist beispielweise eine Soll-Lebensdauer oder ein Soll-Verschleißwert der Komponente. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass für jede der drei Komponenten zumindest einer ihrer Betriebsparameter ermittelt wird und aus diesem Betriebsparameter beispielsweise als ein Ist-Zustandswert ein Ist-Verschleißwert jeder Komponente berechnet wird. Die Berechnung kann analytisch oder mit Hilfe von Simulationen und Ersatzschaltbildern erfolgen. Dieser Ist-Verschleißwert wird mit dem vorgegebenen Soll-Verschleißwert verglichen. Bei einer Abweichung zwischen Ist-Verschleißwert und Soll-Verschleißwert wird von der Auswerteeinrichtung ein Sollwert für den zumindest einen ermittelten Betriebsparameter vorgegeben, der die Abweichung zwischen dem Ist-Verschleißwert und dem Sollverschleißwert minimiert, bestenfalls kompensiert. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass aufgrund der permanenten Überwachung des Verschleißzustandes stets Maßnahmen eingeleitet werden können, die die Lebensdauer der Komponente verlängern sowie deren Verschleiß reduzieren.In order to extend a service life of the components and to reduce wear, it is provided according to the invention that the evaluation device calculates an actual state value from the at least one determined operating parameter of each component and from this a deviation from a predetermined target value for each component calculated deviation specifies a target value for the at least one operating parameter. The predetermined target value of each component is, for example, a desired service life or a desired wear value of the component. In other words, this means that at least one of its operating parameters is determined for each of the three components, and from this operating parameter, for example, an actual wear value of each component is calculated as an actual state value. The calculation can be done analytically or by means of simulations and equivalent circuit diagrams. This actual wear value is compared with the specified target wear value. In the event of a deviation between the actual wear value and the desired wear value, the evaluation device predefines a desired value for the at least one determined operating parameter, which minimizes, at best, compensates for the deviation between the actual wear value and the target wear value. This results in the advantage that due to the permanent monitoring of the state of wear always measures can be initiated, which extend the life of the component and reduce their wear.

Besonders bevorzugt sind ein Energiemanagementsystem und eine Kühlungssteuerung dazu ausgelegt, den mindestens einen Betriebsparameter jeder Komponente an den in Abhängigkeit der berechneten Abweichung vom Zielwert vorgegebenen Sollwert anzupassen. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass beispielsweise die Temperatur, sowie Strom- und Spannungsgrenzen jeder Komponente bedarfsgerecht nachgeregelt werden, um den mindestens einen Betriebsparameter der Komponente so zu verändern, dass die Abweichung zwischen dem Zielwert und dem Ist-Wert minimiert wird. So werden beispielsweise für die Kühlungssteuerung ein Temperaturwert und ein Massenstromwert zur Kühlung einer Komponente in Abhängigkeit eines aktuellen Verschleißwertes bereitgestellt. Diese Werte für die Temperatur und den Massenstrom für die Kühlungssteuerung können insbesondere von den vorgegebenen Werten abweichen, die basierend auf maximalen Anforderungen vordefiniert wurden. Somit ist die Sollwertanpassung besonders energieeffizient gestaltet.Particularly preferably, an energy management system and a cooling control are designed to adapt the at least one operating parameter of each component to the desired value predefined as a function of the calculated deviation from the target value. In other words, this means that, for example, the temperature, as well as current and voltage limits of each component are readjusted as needed to change the at least one operating parameter of the component so that the deviation between the target value and the actual value is minimized. For example, a temperature value and a mass flow value for cooling a component as a function of a current wear value are provided for the cooling control. Specifically, these values for the temperature and mass flow for the cooling control may differ from the predetermined values predefined based on maximum requirements. Thus, the setpoint adjustment is designed particularly energy efficient.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein ermittelter Betriebsparameter des elektrischen Energiespeichers mindestens einer der folgenden Parameter ist: State of Health, Innenwiderstand, Kapazität, Zelltemperatur. Diese Parameter werden mittels aus dem Stand der Technik bekannter Verfahren ermittelt.In one embodiment, it is provided that a determined operating parameter of the electrical energy store is at least one of the following parameters: state of health, internal resistance, capacitance, cell temperature. These parameters are determined by methods known in the art.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass ein ermittelter Betriebsparameter der elektrischen Maschine mindestens einer der folgenden Parameter ist: Temperatur eines Rotors, Temperatur eines Stators. Diese Temperaturen werden mittels eines Ersatzschaltbildes beispielsweise durch eine Software der elektrischen Maschine berechnet. Aus diesen Temperaturen kann eine mechanische Ausdehnung verschiedener Komponenten der elektrischen Maschine, beispielsweise von Isolierungen und Kupferdrähten, sowie die Temperatur der Magnete des Rotors und daraus der Verschleiß der elektrischen Maschine berechnet werden.Furthermore, it is preferably provided that a determined operating parameter of the electrical machine is at least one of the following parameters: temperature of a rotor, temperature of a stator. These temperatures are calculated by means of an equivalent circuit diagram, for example by software of the electric machine. From these temperatures, a mechanical expansion of various components of the electrical machine, such as insulation and copper wires, and the temperature of the magnets of the rotor and therefrom the wear of the electrical machine can be calculated.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein ermittelter Betriebsparameter des Wechselrichters mindestens einer der folgenden Parameter: Ausfallwahrscheinlichkeit, Konfidenzniveau, Temperatur der Schaltelemente, wie beispielsweise der IGBTs, Dioden und MOSFETs. Die Ausfallwahrscheinlichkeit und das Konfidenzniveau sind statistische Größen, deren Herleitung aus dem Stand der Technik bekannt ist.In a preferred embodiment, at least one determined operating parameter of Inverter of at least one of the following parameters: probability of failure, confidence level, temperature of the switching elements, such as the IGBTs, diodes and MOSFETs. The probability of default and the confidence level are statistical quantities whose derivation from the prior art is known.

Es kann vorgesehen sein, dass der Wert der Abweichung vom Zielwert, beispielsweise dem Soll-Verschleißwert, für jede Komponente in Klassen eingeteilt wird. Jeder dieser Klassen können die Sollwerte für die Temperatur des Kühlmediums, den Massenstrom und die maximal erlaubten Strom- und Spannungswerte am Eingang jeder Komponente zugewiesen werden. Somit kann eine einfache und effiziente Steuerung für das Kühlsystem und das Energiemanagementsystem bereitgestellt werden.It can be provided that the value of the deviation from the target value, for example the target wear value, for each component is divided into classes. Each of these classes can be assigned the cooling medium temperature set point, mass flow and maximum allowable current and voltage values at the input of each component. Thus, a simple and efficient control for the cooling system and the energy management system can be provided.

Die Erfindung beinhaltet außerdem einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher als eine erste Komponente, einem Wechselrichter als eine zweite Komponente und einer elektrischen Maschine als eine dritte Komponente, wobei der elektrische Energiespeicher die elektrische Maschine über den Wechselrichter mit Energie versorgt. Eine Auswerteeinrichtung ist dazu ausgelegt, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.The invention also includes a powertrain for a motor vehicle having an electrical energy store as a first component, an inverter as a second component, and an electrical machine as a third component, wherein the electrical energy store powers the electrical machine via the inverter. An evaluation device is designed to carry out a method according to the invention.

Außerdem ist ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang Teil der Erfindung.In addition, a motor vehicle with a drive train according to the invention is part of the invention.

Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für den erfindungsgemäßen Antriebsstrang sowie das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.The preferred embodiments presented with reference to the method according to the invention and their advantages apply correspondingly to the drive train according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.

Im Folgenden wird die Erfindung nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, näher erläutert.In the following, the invention will now be explained in more detail with reference to a preferred embodiment, as well as with reference to the accompanying drawings.

Es zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem erfindungsgemäßen Antriebsstrang.The single FIGURE shows a schematic representation of an embodiment of the method according to the invention with a drive train according to the invention.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention. In the exemplary embodiment, however, the described components of the embodiment each represent individual features of the invention, which are to be considered independently of each other, which also develop the invention independently of one another and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention already described.

Die Figur zeigt einen Antriebsstrang 10 mit einer elektrischen Maschine 12, einem Wechselrichter 14, einem elektrischen Energiespeicher 16 sowie einem DC/DC-Wandler 18. Die elektrische Maschine 12 kann beispielsweise als Synchronmotor mit einem konstant magnetisierten Rotor, der von einem bewegten magnetischen Feld eines Stators mitgenommen wird, ausgeführt sein. Die Energie für die elektrische Maschine 12 wird von einem elektrischen Energiespeicher 16, beispielsweise einer Lithium-Ionen-Batterie, welche aus Verschaltung einzelner Batteriezellen besteht, in Form einer Gleichspannung bereitgestellt. Der Wechselrichter 14, der in der Regel eine Schaltungsanordnung aus Schaltelementen, beispielsweise IGBTs, Dioden und MOSFETs aufweist, wandelt die von dem elektrischen Energiespeicher 16 bereitgestellte Gleichspannung in eine Wechselspannung für die elektrische Maschine 12 um. Die elektrische Maschine 12 kann dazu ausgebildet sein, das Kraftfahrzeug anzutreiben. Dann ist der elektrische Energiespeicher 16 als Hochvolt-Batterie ausgeführt, die eine Hochvoltspannung bereitstellt.The figure shows a drive train 10 with an electric machine 12 , an inverter 14 , an electrical energy storage 16 and a DC / DC converter 18 , The electric machine 12 For example, it can be designed as a synchronous motor with a constantly magnetized rotor, which is carried along by a moving magnetic field of a stator. The energy for the electric machine 12 is from an electrical energy store 16 , For example, a lithium-ion battery, which consists of interconnecting individual battery cells, provided in the form of a DC voltage. The inverter 14 , which usually has a circuit arrangement of switching elements, such as IGBTs, diodes and MOSFETs, converts the electrical energy storage 16 provided DC voltage in an AC voltage for the electric machine 12 around. The electric machine 12 may be configured to drive the motor vehicle. Then the electrical energy storage 16 designed as a high-voltage battery, which provides a high voltage.

Es kann aber auch vorgesehen sein, dass mit der Energie des elektrischen Energiespeichers 16 weitere elektrische Verbraucher (hier nicht dargestellt) versorgt werden. Dazu wandelt der DC/DC-Wandler 18, welcher eine Verschaltung von Schaltelementen, beispielsweise MOSFETs, aufweist, die von dem elektrischen Energiespeicher 16 bereitgestellte elektrische Spannung in eine für einen elektrischen Verbraucher geeignete Spannung um.But it can also be provided that with the energy of the electrical energy storage 16 other electrical consumers (not shown here) are supplied. This is done by the DC / DC converter 18 , which has an interconnection of switching elements, for example MOSFETs, that of the electrical energy storage 16 provided electrical voltage in a suitable voltage for an electrical consumer.

Jeder Komponente des Antriebsstrangs 10 weist Betriebsparameter 20 auf. Die Parameter 22 der elektrischen Maschine 12 sind beispielsweise die Temperaturen des Rotors und des Stators. Die Parameter 24 des Wechselrichters 14 sind die Temperaturen der Schaltelemente sowie statistische Parameter, beispielsweise die Ausfallwahrscheinlichkeit der Schaltelemente, das Konfidenzniveau und ein Faktor, der die Beschleunigung der Alterung gegenüber einem vorgegebenen Alterungsvorgang angibt. Die Parameter 26 des elektrischen Energiespeichers 16 sind beispielsweise der State of Health, der Innenwiderstand, die Kapazität sowie die Temperatur der einzelnen Zellen. Die Parameter 28 des DC/DC-Wandlers sind beispielsweise die Temperaturen der MOSFETs. Die Betriebsparameter 20 sind beispielsweise Messgrößen, statistische Größen und Größen, die aus Simulationen, Modellen und Ersatzschaltbildern gewonnen werden können. Die Ermittelung dieser Betriebsparameter ist aus dem Stand der Technik bekannt. Die angegebenen Parameter stellen nur eine beispielhafte Auswahl dar.Every component of the powertrain 10 has operating parameters 20 on. The parameters 22 the electric machine 12 are, for example, the temperatures of the rotor and the stator. The parameters 24 of the inverter 14 are the temperatures of the switching elements and statistical parameters, such as the failure probability of the switching elements, the confidence level and a factor that indicates the acceleration of aging compared to a given aging process. The parameters 26 of the electrical energy storage 16 are, for example, the state of health, the internal resistance, the capacity and the temperature of the individual cells. The parameters 28 of the DC / DC converter, for example, the temperatures of the MOSFETs. The operating parameters 20 are, for example, measured quantities, statistical quantities and quantities that can be obtained from simulations, models and equivalent circuit diagrams. The determination of these operating parameters is known from the prior art. The specified parameters are only an example selection.

Aus den Parametern 22 der elektrischen Maschine 12 wird beispielsweise ein Ist-Verschleißwert der elektrischen Maschine 12, aus den Parametern 24 des Wechselrichters 14 wird beispielsweise ein Ist-Verschleißwert des Wechselrichters 14, aus den Parametern 26 des elektrischen Energiespeichers 16 wird beispielsweise ein Ist-Verschleißwert des elektrischen Energiespeichers 16 und aus den Parametern 28 des DC/DC-Wandlers 18 wird beispielsweise ein Ist-Verschleiß des DC/DC-Wandlers 18 berechnet. Jede Komponente weist außerdem einen Zielwert, beispielsweise einen Soll-Verschleißwert auf, der durch den Hersteller vorgegeben sein kann. Als Ist-Werte können aber auch eine Alterung oder eine Restlebensdauer jeder Komponente berechnet werden und mit einem entsprechenden Zielwert verglichen werden. From the parameters 22 the electric machine 12 For example, an actual wear value of the electric machine 12 , from the parameters 24 of the inverter 14 For example, this is an actual wear value of the inverter 14 , from the parameters 26 of the electrical energy storage 16 For example, an actual wear value of the electrical energy storage 16 and from the parameters 28 of the DC / DC converter 18 For example, an actual wear of the DC / DC converter 18 calculated. Each component also has a target value, such as a desired wear value, which may be dictated by the manufacturer. As actual values, however, an aging or a remaining lifetime of each component can also be calculated and compared with a corresponding target value.

Eine Auswerteeinrichtung 30, beispielsweise eine thermisch-elektrische Abregelung, vergleicht den Ist-Verschleißwert jeder Komponente mit ihrem Soll-Verschleißwert und kann eine Abweichung des Ist-Verschleißwerts von dem Soll-Verschleißwert feststellen. Aus einer Abweichung ermittelt die Auswerteeinrichtung 30 einen Sollwert für den oder die ermittelten Betriebsparameter jeder Komponente. So können Temperaturwerte für den Rotor oder den Stator des Synchronmotors vorgegeben werden, die eine Abweichung zwischen dem Ist-Verschleißwert und dem Soll-Verschleißwert der elektrischen Maschine 12 minimieren. Auch können maximal erlaubte Strom- und Spannungswerte am Eingang des elektrischen Energiespeichers 16 vorgegeben werden, die eine Abweichung zwischen dem Ist-Verschleißwert und Soll-Verschleißwert des elektrischen Energiespeichers 16 minimieren.An evaluation device 30 For example, a thermal-electrical Abregelung, comparing the actual wear value of each component with its desired wear value and can determine a deviation of the actual wear value of the target wear value. The evaluation device determines from a deviation 30 a setpoint for the one or more determined operating parameters of each component. Thus, temperature values for the rotor or the stator of the synchronous motor can be specified, which is a deviation between the actual wear value and the desired wear value of the electric machine 12 minimize. Also, maximum allowable current and voltage values at the input of the electrical energy storage 16 are given, which is a deviation between the actual wear value and the target wear value of the electrical energy storage 16 minimize.

Diese thermischen und elektrischen Sollwerte für jede Komponente werden einem Energiemanagementsystem 32 und einer Kühlungssteuerung 34 als Eingangsgrößen bereitgestellt. Das Energiemanagementsystem 32 reagiert auf vorgegebene Temperatur-, Strom- oder Spannungsgrenzen und regelt gegebenenfalls an der jeweiligen Komponente Eingangsstrom oder Eingangsspannung im Derating ab. Die Kühlungssteuerung 34, die beispielweise mittels Powertrain Control angesteuert werden kann, stellt ein Kühlmedium bereit, das einer Komponente, deren Temperatur geregelt werden soll, zugeführt wird, um die Temperatur der Komponente auf den vorgegebenen Sollwert zu regeln. Durch diese Maßnahme kann der Soll-Verschleißwert, also die angestrebte Lebensdauer, erreicht werden.These thermal and electrical setpoints for each component become an energy management system 32 and a cooling controller 34 provided as input variables. The energy management system 32 responds to specified temperature, current or voltage limits and optionally regulates input current or input voltage in derating at the respective component. The cooling control 34 , which can be controlled by means of Powertrain Control, for example, provides a cooling medium which is supplied to a component whose temperature is to be regulated in order to regulate the temperature of the component to the predetermined desired value. By this measure, the target wear value, ie the desired life can be achieved.

Somit ist durch das Beispiel einer Ansteuerung der Kühlung, des Energiemanagements und der Betriebsstrategie in Abhängigkeit der Alterungseffekte eines Hochvoltsystems gezeigt.Thus, it is shown by the example of a control of the cooling, the energy management and the operating strategy depending on the aging effects of a high-voltage system.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Antriebsstrangpowertrain
1212
elektrische Maschineelectric machine
1414
Wechselrichterinverter
1616
elektrischer Energiespeicherelectrical energy storage
1818
DC/DC-WandlerDC / DC converter
2020
Betriebsparameteroperating parameters
2222
Parameterparameter
2424
Parameterparameter
2626
Parameterparameter
2828
Parameterparameter
3030
Auswerteeinrichtungevaluation
3232
EnergiemanagementsystemEnergy Management System
3434
Kühlungssteuerungcooling control

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011108648 A1 [0006] DE 102011108648 A1 [0006]
  • US 2009/0198396 A1 [0007] US 2009/0198396 A1 [0007]

Claims (8)

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (10) für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher (16) als eine erste Komponente, einem Wechselrichter (14) als eine zweite Komponente und einer elektrischen Maschine (12) als eine dritte Komponente, wobei der elektrische Energiespeicher (16) die elektrische Maschine (12) über den Wechselrichter (14) mit Energie versorgt und wobei eine Auswerteeinrichtung mindestens einen Betriebsparameter (20) jeder der drei Komponenten ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung aus dem zumindest einen ermittelten Betriebsparameter (20) jeder Komponenten eine Abweichung eines jeweiligen Ist-Zustandswertes von einem Zielwert für jede Komponente berechnet und in Abhängigkeit der berechneten Abweichung einen Sollwert für den mindestens einen Betriebsparameter (20) jeder Komponente vorgibt.Method for operating a drive train ( 10 ) for a motor vehicle having an electrical energy store ( 16 ) as a first component, an inverter ( 14 ) as a second component and an electric machine ( 12 ) as a third component, wherein the electrical energy storage ( 16 ) the electric machine ( 12 ) via the inverter ( 14 ) and wherein an evaluation device has at least one operating parameter ( 20 ) determines each of the three components, characterized in that the evaluation device from the at least one determined operating parameters ( 20 ) each component calculates a deviation of a respective actual state value from a target value for each component and, depending on the calculated deviation, a desired value for the at least one operating parameter ( 20 ) of each component. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energiemanagementsystem (32) und eine Kühlungssteuerung (34) dazu ausgelegt sind, den mindestens einen Betriebsparameter (20) an den in Abhängigkeit der berechneten Abweichung vom Zielwert vorgegebenen Sollwert anzupassen.Method according to claim 1, characterized in that an energy management system ( 32 ) and a cooling control ( 34 ) are adapted to the at least one operating parameter ( 20 ) to be adjusted to the setpoint value depending on the calculated deviation from the target value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein ermittelter Betriebsparameter (26) des elektrischen Energiespeichers (16) mindestens einer der folgenden Parameter ist: State of Health, Innenwiderstand, Kapazität, Zelltemperatur.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a determined operating parameter ( 26 ) of the electrical energy store ( 16 ) is at least one of the following parameters: state of health, internal resistance, capacity, cell temperature. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein ermittelter Betriebsparameter (22) der elektrischen Maschine (12) mindestens einer der folgenden Parameter ist: Temperatur eines Rotors, Temperatur eines Stators.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a determined operating parameter ( 22 ) of the electric machine ( 12 ) is at least one of the following parameters: temperature of a rotor, temperature of a stator. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein ermittelter Betriebsparameter (24) des Wechselrichters (14) mindestens einer der folgenden Parameter ist: Ausfallwahrscheinlichkeit, Beschleunigungsfaktor der Alterung gegenüber einer vorgegebenen Norm-Alterung, Konfidenzniveau, Temperatur der Schaltelemente.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a determined operating parameter ( 24 ) of the inverter ( 14 ) is at least one of the following parameters: probability of failure, acceleration factor of the aging compared to a given standard aging, confidence level, temperature of the switching elements. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der Abweichung vom Zielwert für jede Komponente in Klassen eingeteilt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the value of the deviation from the target value for each component is divided into classes. Antriebsstrang (10) für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher (16) als eine erste Komponente, einem Wechselrichter (14) als eine zweite Komponente und einer elektrischen Maschine (12) als eine dritte Komponente, wobei der elektrische Energiespeicher (16) die elektrische Maschine (12) über den Wechselrichter (14) mit Energie versorgt und wobei mindestens ein Betriebsparameter (20) jeder der drei Komponente ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.Powertrain ( 10 ) for a motor vehicle having an electrical energy store ( 16 ) as a first component, an inverter ( 14 ) as a second component and an electric machine ( 12 ) as a third component, wherein the electrical energy storage ( 16 ) the electric machine ( 12 ) via the inverter ( 14 ) and at least one operating parameter ( 20 ) Each of the three components is determined, characterized in that an evaluation device is adapted to perform a method according to any one of the preceding claims. Kraftfahrzeug mit einem Antriebsstrang (10) nach Anspruch 7.Motor vehicle with a drive train ( 10 ) according to claim 7.
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