DE102014210283A1 - Method for operating a vehicle electrical system and vehicle electrical system - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugbordnetzes mit mindestens zwei Spannungsebenen, welche unterschiedliche Nennspannungen aufweisen, und mindestens einem Spannungswandler, welcher zwischen den Spannungsebenen angeordnet ist, mit den Schritten Erfassen der elektrischen Leistungen in dem mindestens einen Spannungswandler und/oder den Spannungsebenen, Berechnen eines optimalen Betriebspunktes für den mindestens einen Spannungswandler zumindest basierend auf den berechneten elektrischen Leistungen, Ansteuern des mindestens einen Spannungswandlers derart, dass dieser in dem optimalen Betriebspunkt betrieben wird, wobei bei einem Betrieb des mindestens einen Spannungswandlers in dem optimalen Betriebspunkt die elektrischen Verluste in dem Fahrzeugbordnetz minimiert werden.The present invention discloses a method for operating a vehicle electrical system having at least two voltage levels, which have different rated voltages, and at least one voltage converter, which is arranged between the voltage levels, with the steps of detecting the electrical powers in the at least one voltage converter and / or the voltage levels, Calculating an optimum operating point for the at least one voltage converter based at least on the calculated electrical powers, driving the at least one voltage converter such that it is operated at the optimum operating point, wherein when operating the at least one voltage converter at the optimum operating point, the electrical losses in the Vehicle electrical system can be minimized.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugbordnetzes mit mindestens zwei Spannungsebenen, welche unterschiedliche Nennspannungen aufweisen, und mit mindestens einem Spannungswandler, welcher zwischen den Spannungsebenen angeordnet ist. Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein entsprechendes Fahrzeugbordnetz.The present invention relates to methods for operating a vehicle electrical system with at least two voltage levels, which have different nominal voltages, and with at least one voltage converter, which is arranged between the voltage levels. Furthermore, the present invention relates to a corresponding vehicle electrical system.
Stand der TechnikState of the art
Das Bordnetz z. B. eines Elektrofahrzeugs weist üblicherweise ein Hochvoltnetz und ein Niedervoltnetz auf. Das Hochvoltnetz besteht dabei üblicherweise aus einer Hochvoltbatterie und einem Elektromotor. Weitere Verbraucher mit hoher Leistungsaufnahme können ebenfalls in dem Hochvoltnetz angeordnet sein, diese können z. B. Klimatisierungs- und Heizungsverbraucher sein. Das Niedervoltnetz weist üblicherweise ebenfalls eine Batterie und eine Vielzahl von Verbrauchern wie Beleuchtung, Steuergeräte, Brems- und Lenkaktuatoren sowie Komfortfunktionen auf.The electrical system z. B. an electric vehicle usually has a high-voltage network and a low-voltage network. The high-voltage network usually consists of a high-voltage battery and an electric motor. Other consumers with high power consumption can also be arranged in the high-voltage network, these can, for. B. air conditioning and heating consumers. The low-voltage network usually also has a battery and a variety of consumers such as lighting, control units, brake and steering actuators and comfort features.
Ein Gleichspannungswandler zwischen beiden Ebenen hat dabei die Aufgabe, die Niedervoltseite mit Energie zu versorgen. Diese wird der Hochvoltbatterie entnommen, da deren Kapazität deutlich größer als die der Niedervoltbatterie ist. Die Leistungen des Niedervoltbordnetzes hängt dabei sehr stark von der Anzahl der verbauten Verbraucher auf der Niedervoltebene und den durch den Fahrer in der jeweiligen Fahrsituation genutzten Verbrauchern auf der Niedervoltebene ab.A DC-DC converter between the two levels has the task of supplying the low-voltage side with energy. This is taken from the high-voltage battery, since its capacity is significantly greater than that of the low-voltage battery. The performance of the low-voltage on-board electrical system very much depends on the number of consumers installed at the low-voltage level and the loads used by the driver in the respective driving situation at the low-voltage level.
Die Leistungsabgabe des Gleichspannungswandlers kann deshalb im kleinsten Fall nur 5–10% der Nennleistung des Gleichspannungswandlers betragen. Es gibt jedoch auch Situationen, in denen die gesamte Nennleistung oder jede Leistung dazwischen abgerufen wird. Je nach verwendeter Wandlertechnologie und -Topologie hängt die Effizienz der Spannungswandlung von der Höhe der Wandlerausgangsleistung PWA im Verhältnis zur Nennleistung PN ab, wie
Wie in der
Eine bekannte Möglichkeit zur Wirkungsgradsteigerung ist es, mehrphasige Wandler einzusetzen, bei denen die Anzahl der aktiven Phasen in Abhängigkeit der Last erfolgt. Solche Wandler sind aber sehr komplex und erfordern eine aufwändige Steuerung.A known possibility for increasing the efficiency is to use multiphase converters, in which the number of active phases is a function of the load. Such transducers are very complex and require a complex control.
Heute wird die Wandlerleistung so geregelt, dass entweder die Niedervoltbatterie auf einem konstanten Ladungsniveau, State of Charge oder SoC, eingeregelt wird oder andererseits die Bordnetz-Spannung auf einem bestimmten Wert eingestellt wird, was wiederum auch Auswirkungen auf den SoC der Niedervoltbatterie hat. Diese Regelstrategien sind wenig flexibel.Today, the converter power is controlled so that either the low-voltage battery at a constant charge level, state of charge or SoC, adjusted or on the other hand, the electrical system voltage is set to a certain value, which in turn has an impact on the SoC of the low-voltage battery. These control strategies are not very flexible.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Fahrzeugbordnetz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7.The present invention discloses a method with the features of
Demgemäß ist vorgesehen:Accordingly, it is provided:
Ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugbordnetzes mit mindestens zwei Spannungsebenen, welche unterschiedliche Nennspannungen aufweisen, und mindestens einem Spannungswandler, welcher zwischen den Spannungsebenen angeordnet ist, mit den Schritten Erfassen der elektrischen Leistungen in dem mindestens einen Spannungswandler und/oder den Spannungsebenen, Berechnen eines optimalen Betriebspunktes für den mindestens einen Spannungswandler zumindest basierend auf den erfassten elektrischen Leistungen, Ansteuern des mindestens einen Spannungswandlers derart, dass dieser in dem optimalen Betriebspunkt betrieben wird, wobei bei einem Betrieb des mindestens einen Spannungswandlers in dem optimalen Betriebspunkt die elektrischen Verluste in dem Fahrzeugbordnetz minimiert werden.A method for operating a vehicle electrical system having at least two voltage levels, which have different nominal voltages, and at least one voltage converter, which is arranged between the voltage levels, with the steps of detecting the electrical powers in the at least one voltage converter and / or the voltage levels, calculating an optimum operating point for the at least one voltage converter based at least on the detected electrical powers, driving the at least one voltage converter such that it is in the optimum Operating point is operated, wherein in an operation of the at least one voltage converter in the optimum operating point, the electrical losses are minimized in the vehicle electrical system.
Ferner ist vorgesehen:It is also provided:
Ein Fahrzeugbordnetz mit mindestens zwei Spannungsebenen, welche unterschiedliche Nennspannungen aufweisen, und mindestens einem Spannungswandler, welcher zwischen den Spannungsebenen angeordnet ist, und mit einer Steuereinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, den Spannungswandler basierend auf einem erfindungsgemäßen Verfahren zu steuern.A vehicle electrical system with at least two voltage levels, which have different nominal voltages, and at least one voltage converter, which is arranged between the voltage levels, and with a control device, which is designed to control the voltage converter based on a method according to the invention.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass die heutigen Ansätze, den Wirkungsgrad des Spannungswandlers über einen breiten Leistungsbereich zu erhöhen, sehr aufwändig und daher wenig Zielführend sind.The finding underlying the present invention is that the current approaches to increase the efficiency of the voltage converter over a wide power range, very complex and therefore are less goal-oriented.
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Idee besteht nun darin, dieser Erkenntnis Rechnung zu tragen und eine Möglichkeit vorzusehen, bei welcher die Regelung des Spannungswandlers nicht basierend auf einem vorgegebenen SoC einer Batterie oder einer Nennspannung einer Spannungsebene des Bordnetzes erfolgt.The idea underlying the present invention is now to take this knowledge into account and to provide a possibility in which the regulation of the voltage converter does not take place based on a predetermined SoC of a battery or a nominal voltage of a voltage level of the electrical system.
Vielmehr sieht die vorliegende Erfindung vor, dass die elektrischen Leistungen in dem Fahrzeugbordnetz erfasst werden und ein optimaler Betriebspunkt für den mindestens einen Spannungswandler des Fahrzeugbordnetzes basierend auf den erfassten elektrischen Leistungen berechnet wird.Rather, the present invention provides that the electrical power is detected in the vehicle electrical system and an optimal operating point for the at least one voltage converter of the vehicle electrical system is calculated based on the detected electrical power.
Dabei bedeutet ein optimaler Betriebspunkt, dass die elektrischen Verluste des Fahrzeugbordnetzes minimiert werden, wenn der mindestens eine Spannungswandler in dem berechneten optimalen Betriebspunkt betrieben wird.In this case, an optimum operating point means that the electrical losses of the vehicle electrical system are minimized if the at least one voltage converter is operated at the calculated optimum operating point.
Die Regelung des mindestens einen Spannungswandlers basiert nicht nur auf der Spannung eines Niedervoltnetzes oder dem Ladezustands der Niedervoltbatterie, sondern auch auf den in dem gesamten Fahrzeugbordnetz entstehenden Verlusten.The regulation of the at least one voltage converter is based not only on the voltage of a low-voltage network or the state of charge of the low-voltage battery, but also on the losses incurred in the entire vehicle electrical system.
So können beispielsweise Verbraucher, in einem Betriebszustand mit einem niedrigen Leistungsverbrauch in einer Spannungsebene mit einer niedrigen Nennspannung von z. B. 12 Volt, aus einer 12 Volt Batterie gespeist werden, bis diese einen niedrigen SoC erreicht. Daraufhin kann der entsprechende Spannungswandler eingeschaltet werden und in einem optimalen Betriebspunkt betrieben werden, so dass die Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden und die 12 Volt Batterie wieder aufgeladen wird.For example, consumers may, in an operating state with a low power consumption in a voltage level with a low nominal voltage of z. B. 12 volts, are fed from a 12 volt battery until it reaches a low SoC. Then, the corresponding voltage converter can be turned on and operated at an optimum operating point, so that the consumers are supplied with electrical energy and the 12 volt battery is recharged.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Spannungswandler folglich derart in einem Fahrzeugbordnetz betrieben werden, dass die Gesamtverluste minimiert werden.Thus, according to the present invention, a voltage converter can be operated in an on-board vehicle network in such a way that the total losses are minimized.
Dadurch können z. B. DC/DC-Wandler deutlich einfacher konstruiert und entwickelt werden und müssen nicht mit hohem Aufwand auf einen möglichst breiten Leistungsbereich mit optimalem Wirkungsgrad entwickelt werden.As a result, z. As DC / DC converters are much easier to design and developed and need not be developed with great effort to the widest possible power range with optimum efficiency.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent claims and from the description with reference to the figures.
In einer Ausführungsform werden beim Berechnen eines optimalen Betriebspunktes vorgebbare Rahmenbedingungen berücksichtigt. Dies ermöglicht eine flexible Anpassung der Betriebsstrategie eines Fahrzeugbordnetzes an unterschiedliche Bedingungen.In one embodiment, specifiable framework conditions are taken into account when calculating an optimal operating point. This allows a flexible adaptation of the operating strategy of a vehicle electrical system to different conditions.
In einer Ausführungsform weisen die vorgebbaren Rahmenbedingungen einen minimalen und/oder einen maximalen Ladezustand mindestens eines Energiespeichers mindestens einer der Spannungsebenen auf. Dadurch kann die Lebensdauer der Energiespeicher maximiert werden.In one embodiment, the predefinable boundary conditions have a minimum and / or a maximum state of charge of at least one energy store of at least one of the voltage levels. As a result, the life of the energy storage can be maximized.
In einer Ausführungsform weisen die vorgebbaren Rahmenbedingungen eine minimale und/oder eine maximale Spannung mindestens einer der Spannungsebenen auf. Werden Spannungsschwankungen in den Spannungsebenen innerhalb vorgegebener Grenzen zugelassen, kann der Gesamtwirkungsgrad weiter verbessert werden.In one embodiment, the predefinable boundary conditions have a minimum and / or a maximum voltage of at least one of the voltage levels. Will voltage fluctuations in the Voltage levels within specified limits allowed, the overall efficiency can be further improved.
In einer Ausführungsform weisen die vorgebbaren Rahmenbedingungen eine minimale und/oder eine maximale Anzahl an Lade- und Entladezyklen für mindestens einen Energiespeicher mindestens einer der Spannungsebenen auf. Dadurch kann die Lebensdauer der Energiespeicher weiter erhöht werden.In one embodiment, the specifiable boundary conditions have a minimum and / or a maximum number of charge and discharge cycles for at least one energy store of at least one of the voltage levels. As a result, the life of the energy storage can be further increased.
In einer Ausführungsform weisen die vorgebbaren Rahmenbedingungen einen maximalen Lade- und Entladestrom für mindestens einen Energiespeicher mindestens einer der Spannungsebenen auf. Damit wird sichergestellt, dass die Energiespeicher innerhalb ihrer Spezifikation betrieben und nicht überlastet werden.In one embodiment, the specifiable boundary conditions have a maximum charging and discharging current for at least one energy store of at least one of the voltage levels. This ensures that the energy storage devices are operated within their specifications and are not overloaded.
In einer Ausführungsform weisen die vorgebbaren Rahmenbedingungen eine prädizierte Fahrleistung und/oder eine prädizierte Fahrdauer auf. Dies ermöglicht eine spezifische Anpassung des Betriebs des Fahrzeugbordnetzes für die prädizierte Fahrleistung bzw. Fahrdauer. Dadurch wird der Wirkungsgrad weiter verbessert.In one embodiment, the specifiable framework conditions have a predicted driving performance and / or a predicted driving time. This allows a specific adaptation of the operation of the vehicle electrical system for the predicted mileage or driving time. As a result, the efficiency is further improved.
In einer Ausführungsform weisen die vorgebbaren Rahmenbedingungen eine prädizierte Rekuperationsleistung in mindestens einer der Spannungsebenen auf. Wird vorhergesagt bzw. prädiziert, wie hoch eine Rekuperationsleistung, also die Energiegewinnung z. B. aus Bremsenergie ist, kann der Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugbordnetzes ebenfalls verbessert werden.In one embodiment, the predefinable boundary conditions have a predicated recuperation power in at least one of the voltage levels. Is predicted or predicted how high a recuperation, ie the energy z. B. from braking energy, the overall efficiency of the vehicle electrical system can also be improved.
In einer Ausführungsform weisen die vorgebbaren Rahmenbedingungen einen tatsächlichen oder prädizierten Verbrauch elektrischer Leistung mindestens eines Verbrauchers in mindestens einer der Spannungsebenen auf. Ist der Verbrauch elektrischer Energie in den Spannungsebenen bekannt oder wird dieser prädiziert, kann die Regelstrategie an diesen Verbrauch angepasst werden und der Wirkungsgrad damit weiter verbessert werden.In one embodiment, the specifiable framework conditions include an actual or predicted consumption of electrical power of at least one consumer in at least one of the voltage levels. If the consumption of electrical energy in the voltage levels is known or predicted, the control strategy can be adapted to this consumption and the efficiency can thus be further improved.
In einer Ausführungsform werden beim Berechnen eines optimalen Betriebspunktes ferner elektrische Energiemengen von Energiespeichern der Spannungsebenen mit spezifischen Energiekosten belegt und die spezifischen Energiekosten für eine Versorgung der Spannungsebenen mit elektrischer Energie minimiert. Diese spezifischen Energiekosten können in einer Ausführungsform vom Ladezustand der Energiespeicher abhängen. Beispielsweise sind bei voller Niedervoltbatterie deren Energiekosten zur Versorgung der Niedervoltverbraucher deutlich geringer als wenn die Niedervoltbrie leer ist. Dies ermöglicht eine Anpassung der Regelstrategie nicht nur basierend auf elektrischen Leistungen in den Spannungsebenen sondern auch basierend auf der Herkunft der elektrischen Energie.In one embodiment, when computing an optimal operating point, electrical energy quantities of energy stores of the voltage levels are further allocated specific energy costs and the specific energy costs for supplying the voltage levels with electrical energy are minimized. These specific energy costs may in one embodiment depend on the state of charge of the energy storage. For example, with full low-voltage battery whose energy costs to supply the low-voltage consumers are significantly lower than when the Niedervoltbrie is empty. This allows adaptation of the control strategy not only based on electrical powers in the voltage levels but also based on the source of electrical energy.
In einer Ausführungsform können die Energiekosten der Energiespeicher auch abhängig vom Streckenverlauf sein, um zu ermöglichen, dass die Batterie am Ende der Fahrstrecke entladen ist, jedoch nicht gleich zu Beginn des Fahrzyklus entladen wird. Dazu muss die Dauer des Fahrzyklus und dessen Verlauf prädiziert werden.In one embodiment, the energy costs of the energy storage devices may also be dependent on the route to allow the battery to be discharged at the end of the travel route, but not discharged immediately at the beginning of the drive cycle. For this purpose, the duration of the drive cycle and its course must be predicted.
In einer Ausführungsform werden die Dauer des Fahrzyklus und/oder dessen Verlauf prädiziert indem auf die Daten eines Navigationssystems zugegriffen wird. Dadurch kann der Fahrzyklus und/oder dessen Verlauf sehr exakt bestimmt werden.In one embodiment, the duration of the drive cycle and / or its course are predicted by accessing the data of a navigation system. Thereby, the driving cycle and / or its course can be determined very accurately.
In einer Ausführungsform hängen die Energiekosten der Energiespeicher vom Innenwiderstand des jeweiligen Energiespeichers und damit z. B. von der Temperatur ab. Dadurch kann die Ansteuerung des mindestens einen Spannungswandlers weiter optimiert werden.In one embodiment, the energy costs of the energy storage depend on the internal resistance of the respective energy storage and thus z. B. from the temperature. As a result, the control of the at least one voltage converter can be further optimized.
In einer Ausführungsform kann durch Rekuperation gewonnene Energie in Energiespeichern geringere Kosten aufweisen als Energie, die aus Ladevorgängen gewonnenen wurde. Dadurch kann die Ansteuerung des mindestens einen Spannungswandlers weiter optimiert werden.In one embodiment, energy recovered by recuperation may be less expensive in energy storage than energy gained from charging. As a result, the control of the at least one voltage converter can be further optimized.
In einer Ausführungsform kann von einem Spannungswandler in eine Spannungsebene übertragene Energie mit Kostenwerten belegt werden. Insbesondere können die Kostenwerte für die Spannungswandler abhängig von der Last an dem Spannungswandler bzw. dem Betriebspunkt des jeweiligen Spannungswandlers sein.In one embodiment, energy transferred from a voltage converter to a voltage plane may be assigned cost values. In particular, the cost values for the voltage transformers can be dependent on the load on the voltage converter or the operating point of the respective voltage converter.
Ist die Bordnetzlast gering, d. h. läuft ein Spannungswandler bei geringen Wirkungsgraden, kann es daher günstiger sein, die jeweilige Spannungsebene aus dem Energiespeicher der Spannungsebene selbst zu speisen. If the vehicle electrical system load is low, ie if a voltage converter is running at low efficiencies, it may therefore be better to feed the respective voltage level from the energy store of the voltage level itself.
Kann dagegen der Spannungswandler aufgrund der Bordnetzlast bei einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden, sinken die Energiekosten des Spannungswandlers.If, on the other hand, the voltage transformer can be operated at high efficiency due to the on-board network load, the energy costs of the voltage converter are reduced.
In einer Ausführungsform kann ein Energiespeicher einer Spannungsebene geladen werden, indem der Spannungswandler bewusst in Betriebspunkten mit besserem Wirkungsgrad betrieben wird. Diese Regelstrategie wird z. B. Betriebspunktverschiebung genannt.In one embodiment, an energy store of a voltage level can be charged by deliberately operating the voltage converter at operating points with better efficiency. This control strategy is z. B. operating point shift called.
In einer Ausführungsform können Umwelteinflüsse wie tiefe Temperaturen, die eine Rekuperation in zwei Energiespeicher effektiver machen als in eine, da Batterien hier einer Beschränkung des Ladestroms unterliegen, bei der Ansteuerung des mindestens einen Spannungswandlers berücksichtigt werden.In one embodiment, environmental influences such as low temperatures, which make recuperation into two energy stores more effective than in one, since batteries here are subject to a limitation of the charging current, can be taken into account in the control of the at least one voltage converter.
In einer Ausführungsform wird der optimale Betriebspunkt für einen Betrieb des Fahrzeugbordnetzes für einen vorgegebenen Zeitraum berechnet. Ferner wird der mindestens eine Spannungswandler in dem vorgegebenen Zeitraum basierend auf dem berechneten optimalen Betriebspunkt gesteuert. So kann eine vorausschauende Betriebsstrategie für das Fahrzeugbordnetz bereitgestellt werden, die z. B. einen gesamten Fahrzyklus umfasst.In one embodiment, the optimal operating point for operation of the vehicle electrical system is calculated for a predetermined period of time. Further, the at least one voltage converter is controlled in the predetermined period based on the calculated optimum operating point. Thus, a forward-looking operating strategy for the vehicle electrical system can be provided, the z. B. includes an entire drive cycle.
In einer Ausführungsform weist das Fahrzeugbordnetz eine Hochvolt-Spannungsebene und eine Niedervolt-Spannungsebene und einen zwischen der Hochvolt-Spannungsebene und der Niedervolt-Spannungsebene angeordneten Spannungswandler auf. Diese Anordnung ermöglicht es, ein einfaches Fahrzeugbordnetz geringer Komplexität bereitzustellen.In one embodiment, the vehicle electrical system has a high-voltage voltage level and a low-voltage voltage level and a voltage converter arranged between the high-voltage voltage level and the low-voltage voltage level. This arrangement makes it possible to provide a simple low complexity vehicle electrical system.
In einer Ausführungsform weist das Fahrzeugbordnetz eine Hochvolt-Spannungsebene, eine Mittelvolt-Spannungsebene und eine Niedervolt-Spannungsebene auf. Dabei ist ein erster Spannungswandler zwischen der Hochvolt-Spannungsebene und der Mittelvolt-Spannungsebene angeordnet und ein zweiter Spannungswandler zwischen der Mittelvolt-Spannungsebene und der Niedervolt-Spannungsebene angeordnet. Alternativ ist ein erster Spannungswandler zwischen der Hochvolt-Spannungsebene und der Mittelvolt-Spannungsebene angeordnet und ein zweiter Spannungswandler zwischen der Hochvolt-Spannungsebene und der Niedervolt-Spannungsebene angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht es, das Fahrzeugbordnetz an unterschiedliche Anforderungen leicht anzupassen.In one embodiment, the vehicle electrical system includes a high voltage voltage level, a midvoltage voltage level, and a low voltage voltage level. In this case, a first voltage converter is arranged between the high-voltage voltage level and the medium-voltage level, and a second voltage converter is arranged between the medium-voltage level and the low-voltage level. Alternatively, a first voltage converter is arranged between the high-voltage voltage level and the medium-voltage voltage level, and a second voltage converter is arranged between the high-voltage voltage level and the low-voltage voltage level. This arrangement makes it possible to easily adapt the vehicle electrical system to different requirements.
In einer Ausführungsform wird das Fahrzeugbordnetz in einem Elektrofahrzeug eingesetzt. Dadurch kann die Reichweite des Elektrofahrzeugs optimiert werden.In one embodiment, the vehicle electrical system is used in an electric vehicle. As a result, the range of the electric vehicle can be optimized.
In einer Ausführungsform wird das Fahrzeugbordnetz auch bei verbrennungsmotorisch betriebenen Fahrzeugen mit 48 V und/oder 12 V-Bordnetz-Spannungen eingesetzt.In one embodiment, the vehicle electrical system is also used in combustion engine powered vehicles with 48 V and / or 12 V electrical system voltages.
In einer Ausführungsform weist das Fahrzeugbordnetz mehr als zwei Spannungsebenen auf. Eine Beispielhafte Ausführungsform weist z. B. eine Hochvolt-Ebene, mit z. B. 400 V Nennspannung, eine 48 V Ebene und eine 12 V Ebene auf.In one embodiment, the vehicle electrical system has more than two voltage levels. An exemplary embodiment has z. B. a high-voltage level, with z. B. 400 V rated voltage, a 48 V level and a 12 V level.
In einer Ausführungsform können die Spannungsebenen als Teilbordnetze eines Fahrzeugs ausgebildet sein.In one embodiment, the voltage levels may be formed as a sub-network of a vehicle.
Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above embodiments and developments can, if appropriate, combine with each other as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention which have not been explicitly mentioned above or described below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:The present invention will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments indicated in the schematic figures of the drawings. It shows:
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts Anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen worden.In all figures, the same or functionally identical elements and devices - unless otherwise stated - have been given the same reference numerals.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Das Fahrzeugbordnetz
Das Verfahren sieht in einem ersten Schritt S1 das Erfassen der elektrischen Leistungen in dem mindestens einen Spannungswandler
In einem Schritt S2 wird ein optimaler Betriebspunkt für den mindestens einen Spannungswandler
Ein dritter Schritt S3 sieht das Verfahren das Ansteuern des mindestens einen Spannungswandlers
Im Rahmen dieser Patentanmeldung bedeutet der Betrieb des mindestens einen Spannungswandlers
Um die elektrischen Verluste in dem Fahrzeugbordnetz
Dies kann in einer Ausführungsform, in welcher das Fahrzeugbordnetz zwei Spannungsebenen aufweist, mittels der folgenden Gleichung geschehen, welche z. B. aus der
Dabei steht der Index HV für eine Hochvolt-Spannungsebene
In der oben genannten Formel steht PGesamtverlust für den Gesamtverlust in dem Fahrzeugbordnetz, ist die Spannung einer Batterie in der Hochvolt-Spannungsebene
In einer Ausführungsform kann der Wirkungsgrad des Wandlers als Funktion von in über die Approximation der Wirkungsgradkennlinie als Polynom enthalten sein.In one embodiment, the efficiency of the transducer as a function of in be included as a polynomial over the approximation of the efficiency curve.
Mit der oben dargestellten Gleichung können die Gesamtverluste für jeden Betriebspunkt des Fahrzeugbordnetzes
Eine weitere Möglichkeit ist die Simulation der Gesamtverluste anhand elektrischer und/oder physikalischer Modelle in geeigneten Simulationstools. Das Ergebnis dieser Modellbildung sind Kennfelder, in denen für vordefinierte Arbeitspunkte die optimale Wandlerleistung errechnet und abgespeichert wird. Eingangsgrößen dieser Kennfelder sind dann die in der oben genannten Formel enthaltenen Variablen, wie bespielsweise SoC, Antriebsleistung, Leistung der Bordnetzverbraucher usw.Another possibility is the simulation of the total losses based on electrical and / or physical models in suitable simulation tools. The result of this modeling are maps in which the optimal converter power is calculated and stored for predefined operating points. Input variables of these maps are then the variables contained in the above formula, such as recordable SoC, drive power, power of the electrical system consumers, etc.
Diese Kennfelder können in der Entwicklung bzw. Applikation des Wandlers bzw. des Wandlersteuergerätes
Ein mögliches Ergebnis einer solchen Kennfeldberechnung ist für eine festgelegte Speichertemperatur, konstante Ladezustände der elektrischen Speicher und festgelegte Hochvoltlasten in
Das Wissen um die verlustminimale Wandlerleistung für einen bestimmten Zeitpunkt ist eine notwendige, jedoch nicht hinreichende Bedingung für eine optimale Betriebsstrategie im gesamten Fahrzyklus. Z. B. wird der Ladezustand der Niedervoltbatterie
Um solche Probleme zu umgehen, wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der optimale Betriebspunkt für einen Betrieb des Fahrzeugbordnetzes
In einer weiteren Ausführungsform werden beim Berechnen eines optimalen Betriebspunktes vorgebbare Rahmenbedingungen
Diese vorgebbaren Rahmenbedingungen
Zusätzlich können beim Berechnen eines optimalen Betriebspunktes ferner elektrische Energiemengen von Energiespeichern
Diese spezifischen Energiekosten hängen z. B. vom Ladezustand der elektrischen Energiespeicher
Weiterhin können die Energiekosten der elektrischen Energiespeicher
Die Energiekosten der elektrischen Energiespeicher können auch vom Innenwiderstand der Energiespeicher
Durch Rekuperation gewonnene Energie kann in elektrischen Energiespeichern
Nach dem gleichen Prinzip wird von Spannungswandlern
Ist die Bordnetzlast gering, d. h. läuft der Spannungswandler
Ein Spannungswandler im Zusammenhang mit dieser Patentanmeldung kann jeder beliebige Spannungswandler, insbesondere z. B. ein DC/DC-Wandler sein.A voltage converter in connection with this patent application, any voltage converter, in particular z. B. be a DC / DC converter.
Das Fahrzeugbordnetz
Die zwei Spannungsebenen
Die Steuereinrichtung
Das erfindungsgemäße Fahrzeugbordnetz
Die Ausführungsform des Verfahrens gemäß
Darauf folgend wird in einem Vorsteuerungsschritt B eine optimale Spannungswandlerleistung für den aktuellen Zeitpunkt berechnet. Dies kann z. B. basierend auf der oben genannten Formel erfolgen.Subsequently, in a pre-control step B, an optimal voltage converter power for the current time is calculated. This can be z. B. based on the above formula.
In einem Korrekturschritt K wird daraufhin die optimale Spannungswandlerleistung für einen vorgegebenen Zeitraum, z. B. einen Fahrzyklus, berechnet.In a correction step K is then the optimum voltage converter performance for a given period, eg. B. a driving cycle calculated.
In die Berechnung der optimalen Spannungswandlerleistung für einen vorgegebenen Zeitraum gehen Rahmenbedingungen
In dem letzten Schritt S wird die Spannungswandlerleistung schließlich unter Berücksichtigung weiterer Rahmenbedingungen
In
Die Hochvolt-Spannungsebene
Die Hochvoltbatterie
Aus der Batterie fliest der Strom IHVBatt, der sich aufteilt in den Strom IRHV, der über die Last
Die Niedervoltbatterie
Das Fahrzeugbordnetz in
Das Fahrzeugbordnetz
Ein erster Spannungswandler
Jede der Spannungsebenen
In
Das Fahrzeugbordnetz
Im Gegensatz zu dem Fahrzeugbornetz
In dem Diagramm sind die Gesamtverluste in einem Fahrzeugbordnetz
Die Ordinatenachse des Diagramms zeigt die Gesamtverluste in Watt. Die Abszissenachse des Diagramms zeigt das Verhältnis von Wandlerleistung PW zu Bordnetzlast PBL. Schließlich zeigt die Applikantenachse die Bordnetzlast PLV des Niedervoltbordnetzes.The ordinate axis of the graph shows the total losses in watts. The abscissa axis of the diagram shows the ratio of converter power P W to vehicle electrical system load P BL . Finally, the Applikantenachse shows the on-board network load P LV of the low-voltage vehicle electrical system.
Es ist in
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, solche nachteiligen Betriebszustände des Bordnetzes zu vermeiden.The present invention makes it possible to avoid such adverse operating conditions of the electrical system.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways. In particular, the invention can be varied or modified in many ways without deviating from the gist of the invention.
Claims (9)
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