DE102014215906A1 - Disconnecting an electrical energy storage of a serial hybrid drive - Google Patents
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Abstract
Ein erster Aspekt betrifft ein Verfahren zum Abkoppeln eines wiederaufladbaren elektrischen Energiespeichers eines seriellen Hybridantriebs für ein Kraftfahrzeug. Der serielle Hybridantrieb umfasst eine elektrische Antriebsmaschine zum Antreiben des Fahrzeugs mit einer vorgeschalteten Leistungselektronik. Ferner ist ein Energiewandler zur Erzeugung elektrischer Energie für die elektrische Antriebsmaschine und für einen elektrischen Energiespeicher vorgesehen. Ferner ist der mit dem Energiewandler und der Leistungselektronik der elektrischen Antriebsmaschine gekoppelte elektrische Energiespeicher vorhanden. Ferner sind steuerbare Abkoppelmittel zum Abkoppeln des elektrischen Energiespeichers von dem Energiewandler und der elektrischen Antriebsmaschine vorhanden. Darüber hinaus sind Mittel zum Einstellen der am Eingang der Leistungselektronik anliegenden Zwischenkreisgleichspannung bei abgekoppeltem Energiespeicher vorhanden. Vor dem Abkoppeln des Energiespeichers liegt ein erster Wert der Zwischenkreisgleichspannung am Eingang der Leistungselektronik an. Erfindungsgemäß wird festgestellt, dass für eine Fahraufgabe keine Ab- oder Aufnahme elektrischer Leistung seitens des Energiespeichers erforderlich ist, und in Abhängigkeit hiervon wird entschieden, den Energiespeicher abzukoppeln. In Reaktion auf die Entscheidung, den Energiespeicher abzukoppeln, werden die steuerbaren Abkoppelmittel derart angesteuert, dass der elektrische Energiespeicher von dem Energiewandler und der elektrischen Antriebsmaschine abgekoppelt wird. Nach Abkoppeln des elektrischen Energiespeichers wird ein gegenüber dem ersten Wert veränderter, zweiter Wert der Zwischenkreisgleichspannung eingestellt, der sich gegenüber dem ersten Wert der Zwischenkreisgleichspannung durch eine erhöhte Energieeffizienz des Verbunds aus Energiewandler und elektrischer Antriebsmaschine kennzeichnet.A first aspect relates to a method for decoupling a rechargeable electrical energy store of a serial hybrid drive for a motor vehicle. The serial hybrid drive comprises an electric drive machine for driving the vehicle with an upstream power electronics. Furthermore, an energy converter for generating electrical energy for the electric drive machine and for an electrical energy storage is provided. Furthermore, the coupled with the energy converter and the power electronics of the electric drive machine electrical energy storage is available. Furthermore, controllable uncoupling means for uncoupling the electrical energy storage of the energy converter and the electric drive machine are present. In addition, means for adjusting the voltage applied to the input of the power electronics DC link voltage with decoupled energy storage available. Before decoupling the energy storage device, a first value of the intermediate circuit dc voltage is present at the input of the power electronics. According to the invention it is found that for a driving task no loss or absorption of electrical power from the energy storage is required, and in dependence is decided to decouple the energy storage. In response to the decision to decouple the energy storage, the controllable decoupling means are controlled such that the electrical energy storage is decoupled from the energy converter and the electric drive machine. After decoupling the electrical energy store, a second value of the intermediate circuit DC voltage, which is modified compared to the first value, is set, which is characterized by an increased energy efficiency of the combination of energy converter and electric drive machine compared to the first value of the DC link voltage.
Description
Die Erfindung betrifft serielle Hybridantriebe.The invention relates to serial hybrid drives.
Ein Kraftfahrzeug mit seriellem Hybridantrieb umfasst eine elektrische Traktionseinheit mit einer elektrischen Antriebsmaschine zum Antreiben des Fahrzeugs und einer vorgeschalteten Leistungselektronik. Ferner ist ein Energiewandler zur Erzeugung elektrischer Energie vorgesehen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen Verbrennungsmotor und einen hierdurch angetriebenen elektrischen Generator, wobei die chemische Energie eines Kraftstoffs durch Verbrennung in mechanische Arbeit umgewandelt wird, und die mechanische Arbeit im Generator in elektrische Energie gewandelt wird. Statt einer Kombination aus Verbrennungsmotor und Generator kann der Energiewandler alternativ auch eine Brennstoffzelle sein, bei der chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie gewandelt wird. Ferner ist ein wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher vorgesehen. Der elektrische Energiespeicher kann elektrische Energie des Energiewandlers aufnehmen und elektrische Energie an die elektrische Antriebsmaschine liefern. Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich um eine elektrochemische Batterie oder um einen Kondensator handeln.A motor vehicle with serial hybrid drive comprises an electric traction unit with an electric drive machine for driving the vehicle and an upstream power electronics. Furthermore, an energy converter for generating electrical energy is provided. These are, for example, an internal combustion engine and an electric generator driven thereby, wherein the chemical energy of a fuel is converted by combustion into mechanical work, and the mechanical work in the generator is converted into electrical energy. Instead of a combination of internal combustion engine and generator, the energy converter may alternatively also be a fuel cell in which chemical reaction energy is converted into electrical energy. Furthermore, a rechargeable electrical energy storage is provided. The electrical energy storage can absorb electrical energy of the energy converter and provide electrical energy to the electric drive machine. The electrical energy store may be an electrochemical battery or a capacitor.
In gewöhnlichen seriellen Hybridantrieben ist der elektrische Energiespeicher mit dem sogenannten Zwischenkreis kontinuierlich elektrisch verbunden, wobei an den Zwischenkreis der elektrische Ausgang des Energiewandlers und der Eingang der Leistungselektronik der elektrischen Antriebsmaschine angeschlossen sind.In ordinary serial hybrid drives, the electrical energy store is continuously electrically connected to the so-called intermediate circuit, the electrical circuit of the energy converter and the input of the power electronics of the electric drive machine being connected to the intermediate circuit.
Es ist bekannt, den elektrischen Energiespeicher im Fall eines Unfalls oder einer Störung oder bei einer Tiefentladung oder Überladung des Energiespeichers oder einer Überspannung oder bei ungenutztem Fahrzeug elektrisch abzukoppeln. Beispiele hierfür sind in den Druckschriften
Der Wert der im Zwischenkreis herrschenden Zwischengleichspannung, die am Eingang der Leistungselektronik der Antriebsmaschine anliegt, wird typischerweise im Wesentlichen durch die Leerlaufspannung des elektrischen Energiespeichers und kaum durch den Energiewandler bestimmt. Ursächlich hierfür ist, dass typischerweise der elektrische Energiespeicher einer Spannungsquelle mit sehr geringem Innenwiderstand entspricht. Im Fall Energiewandlers in Form eines Verbrennungsmotors mit mechanisch angekoppeltem Generator und nachgeschaltetem Gleichrichter entspricht der Energiewandler näherungsweise einer Stromquelle mit hohem Innenwiderstand.The value of the intermediate DC voltage prevailing in the intermediate circuit, which is present at the input of the power electronics of the drive machine, is typically determined essentially by the no-load voltage of the electrical energy store and hardly by the energy converter. The reason for this is that typically the electrical energy storage corresponds to a voltage source with very low internal resistance. In the case of energy converter in the form of an internal combustion engine with mechanically coupled generator and rectifier downstream of the energy converter corresponds approximately to a power source with high internal resistance.
Handelt es sich bei dem elektrischen Energiespeicher um eine wiederaufladbare Batterie mit mehreren Batterie-Zellen, wird die Zwischenkreisgleichspannung im Wesentlichen durch die Zellspannung, den Ladezustand, die Zellenanzahl und den Batteriestrom bestimmt.If the electrical energy store is a rechargeable battery with several battery cells, the DC link voltage is essentially determined by the cell voltage, the state of charge, the number of cells and the battery current.
Die Energieeffizienz der Kaskade aus Energiewandler und elektrischer Traktionsmaschine hängt von der Zwischenkreisgleichspannung ab. Je nach Fahraufgabe kann daher eine von dem Energiespeicher abweichende Spannungslage der Zwischenkreisgleichspannung von Vorteil sein.The energy efficiency of the cascade of energy converter and electric traction machine depends on the DC link voltage. Depending on the driving task, therefore, a voltage level of the DC link voltage deviating from the energy store can be advantageous.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Betriebsverfahren für einen seriellen Hybridantrieb und einen entsprechenden seriellen Hybridantrieb mit verbesserter Energieeffizienz der Kaskade aus Energiewandler und elektrischer Traktionsmaschine anzugeben.It is an object of the invention to provide an operating method for a serial hybrid drive and a corresponding serial hybrid drive with improved energy efficiency of the cascade of energy converter and electric traction machine.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments are described in the dependent claims.
Ein erster Aspekt betrifft ein Verfahren zum Abkoppeln eines wiederaufladbaren elektrischen Energiespeichers eines seriellen Hybridantriebs für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Personenkraftwagen.A first aspect relates to a method for decoupling a rechargeable electric energy storage of a serial hybrid drive for a motor vehicle, in particular for a passenger car.
Der serielle Hybridantrieb umfasst eine elektrische Antriebsmaschine zum Antreiben des Fahrzeugs mit einer vorgeschalteten Leistungselektronik. Die elektrische Antriebsmaschine mit Leistungselektronik ist beispielsweise eine Mehrphasen-Synchronmaschine (insbesondere eine Dreiphasen-Synchronmaschine) mit Wechselrichter.The serial hybrid drive comprises an electric drive machine for driving the vehicle with an upstream power electronics. The electric drive machine with power electronics is, for example, a polyphase synchronous machine (in particular a three-phase synchronous machine) with an inverter.
Ferner ist ein Energiewandler zur Erzeugung elektrischer Energie für die elektrische Antriebsmaschine und für einen elektrischen Energiespeicher vorgesehen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen Verbrennungsmotor und einen hierdurch angetriebenen und als elektrische Maschine ausgestalteten Generator mit nachgeschaltetem Gleichrichter. Ferner ist der mit dem Energiewandler und der Leistungselektronik der elektrischen Antriebsmaschine gekoppelte elektrische Energiespeicher vorhanden. Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich um eine elektrochemische Batterie oder um einen Kondensator handeln.Furthermore, an energy converter for generating electrical energy for the electric drive machine and for an electrical energy storage is provided. This is, for example, an internal combustion engine and a generator driven therewith and configured as an electric machine with a downstream rectifier. Furthermore, the coupled with the energy converter and the power electronics of the electric drive machine electrical energy storage is available. The electrical energy store may be an electrochemical battery or a capacitor.
Ferner sind steuerbare Abkoppelmittel zum Abkoppeln des elektrischen Energiespeichers von dem Energiewandler und der elektrischen Antriebsmaschine vorhanden. Bei abgekoppeltem Energiespeicher bestimmt der Energiespeicher also nicht mehr das Spannungsniveau im Zwischenkreis. Als Abkoppelmittel kommen vorzugsweise ein oder mehrere elektrisch steuerbare Schalter, wie beispielsweise Schütze oder Relais, in Frage.Furthermore, controllable decoupling means for decoupling the electrical energy storage of the energy converter and the electrical Drive machine available. With uncoupled energy storage, the energy storage therefore no longer determines the voltage level in the DC link. As decoupling preferably one or more electrically controllable switches, such as contactors or relays come into question.
Ferner sind Mittel zum Einstellen der am Eingang der Leistungselektronik anliegenden Zwischenkreisgleichspannung bei abgekoppeltem Energiespeicher vorhanden. Beispielsweise wird hierfür ein variabel einstellbarer Spannungsregler zum Regeln der Zwischenkreisgleichspannung verwendet.Furthermore, means for adjusting the voltage applied to the input of the power electronics DC link voltage with decoupled energy storage available. For example, a variably adjustable voltage regulator is used for regulating the DC link voltage.
Vor dem Abkoppeln des Energiespeichers liegt ein erster Wert der Zwischenkreisgleichspannung am Eingang der Leistungselektronik an, der näherungsweise (unter Vernachlässigung des Spannungsabfalls bei Stromfluss) der Leerlaufspannung des Energiespeichers entspricht, beispielsweise eine Zwischenkreisspannung von ungefähr 360 V.Before disconnecting the energy store, a first value of the intermediate circuit DC voltage is present at the input of the power electronics, which corresponds approximately (neglecting the voltage drop in the case of current flow) to the no-load voltage of the energy store, for example an intermediate circuit voltage of approximately 360 V.
Erfindungsgemäß wird festgestellt, dass für eine Fahraufgabe keine Ab- oder Aufnahme elektrischer Leistung seitens des Energiespeichers erforderlich ist, und in Abhängigkeit hiervon wird entschieden, den Energiespeicher abzukoppeln. Zur Feststellung, dass für eine Fahraufgabe keine Ab- oder Aufnahme elektrischer Leistung seitens des Energiespeichers erforderlich ist, wird vorzugsweise die aufgenommene Leistung der elektrischen Antriebsmaschine oder eine hiermit im Zusammenhang stehende Größe (z. B. der über einen Stromsensor gemessene von der Antriebsmaschine aufgenommene Strom) herangezogen. Beispielsweise wird die aktuelle elektrische Leistungsaufnahme oder die mechanische Leistungsabgabe der elektrischen Antriebsmaschine (oder eine hierfür charakteristische Größe) bestimmt und geprüft, ob diese Leistung zusammen mit der aufgenommenen Leistung weiterer elektrischer Verbraucher (wie beispielsweise eines Klimakompressors), die über den Zwischenkreis mit Leistung versorgt werden, über den Energiewandler bereitgestellt werden kann.According to the invention it is found that for a driving task no loss or absorption of electrical power from the energy storage is required, and in dependence is decided to decouple the energy storage. In order to establish that no electric power output from the energy store is required for a driving task, the absorbed power of the electric drive machine or an associated variable (eg the current measured by a current sensor from the drive machine is preferably used ). For example, the current electrical power consumption or the mechanical power output of the electric drive machine (or a variable characteristic thereof) is determined and checked whether this power together with the absorbed power of other electrical consumers (such as an air compressor), which are powered by the DC link via which energy converters can be provided.
Zum Feststellen, dass für eine Fahraufgabe keine Ab- oder Aufnahme elektrischer Leistung seitens des Energiespeichers erforderlich ist, kann auch über einen Stromsensor die aktuelle Stromaufnahme gemessen werden.To determine that for a driving task no loss or absorption of electrical power from the energy storage is required, the current consumption can be measured via a current sensor.
In Reaktion auf die Entscheidung, den Energiespeicher abzukoppeln, werden die steuerbaren Abkoppelmittel derart angesteuert, dass der elektrische Energiespeicher von dem Energiewandler und der elektrischen Antriebsmaschine abgekoppelt wird. Beispielsweise werden ein oder mehrere Relais oder Schütze, die den Energiespeicher an den Zwischenkreis zwischen dem Ausgang des Energiewandlers und dem Eingang der Leistungselektronik ankoppeln, geöffnet.In response to the decision to decouple the energy storage, the controllable decoupling means are controlled such that the electrical energy storage is decoupled from the energy converter and the electric drive machine. For example, one or more relays or contactors that couple the energy storage to the intermediate circuit between the output of the energy converter and the input of the power electronics are opened.
Nach Abkoppeln des elektrischen Energiespeichers wird ein gegenüber dem ersten Wert veränderter, zweiter Wert der Zwischenkreisgleichspannung eingestellt, der sich gegenüber dem ersten Wert der Zwischenkreisgleichspannung durch eine erhöhte Energieeffizienz des Verbunds aus Energiewandler und elektrischer Antriebsmaschine kennzeichnet. Beispielsweise wird nach dem Abkoppeln die Zwischenkreisgleichspannung auf 320 V reduziert.After decoupling the electrical energy store, a second value of the intermediate circuit DC voltage, which is modified compared to the first value, is set, which is characterized by an increased energy efficiency of the combination of energy converter and electric drive machine compared to the first value of the DC link voltage. For example, after decoupling, the DC link voltage is reduced to 320 V.
Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, dass der elektrische Energiespeicher für Fahraufgaben, die keine Auf- oder Abgabe von elektrischer Leistung seitens des Energiespeichers erfordern, abgekoppelt werden kann, so dass danach die Zwischenkreisspannung nicht mehr durch den elektrischen Energiespeicher bestimmt wird. Die Zwischenkreisspannung entspricht dann einem einstellbaren Freiheitsgrad, wobei zur Erhöhung der Energieeffizienz des Verbundes aus Energiewandler und elektrischer Antriebsmaschine ein auf die Energieeffizienz hin optimierter Wert für die Zwischenkreisspannung gewählt werden kann. Durch die Abkopplung des elektrischen Energiespeichers kann also der verbleibende Verbund aus Energiewandler und elektrischer Antriebsmaschine bei einer in Bezug auf die Energieeffizienz günstigeren Spannungslage der Zwischenkreisspannung betrieben werden, beispielsweise bei einem niedrigen Spannungsniveau.The invention is based on the idea that the electrical energy store for driving tasks, which do not require the supply or release of electrical power from the energy store, can be decoupled, so that thereafter the DC link voltage is no longer determined by the electrical energy store. The intermediate circuit voltage then corresponds to an adjustable degree of freedom, wherein an energy efficiency optimized value for the intermediate circuit voltage can be selected to increase the energy efficiency of the combination of energy converter and electric drive machine. By decoupling the electrical energy storage so the remaining composite of energy converter and electric drive machine can be operated at a more favorable in terms of energy efficiency voltage level of the intermediate circuit voltage, for example at a low voltage level.
Es kann vorgesehen sein, dass festgestellt wird, dass für eine Fahraufgabe keine Ab- oder Aufnahme elektrische Leistung seitens des Energiespeichers erforderlich, und damit die Entscheidung, den Energiespeicher abzukoppeln, in jedem Fall zwingend positivgetroffen wird und nicht das Vorliegen zusätzlich notwendiger Voraussetzungen geprüft wird. Es kann aber auch alternativ vorgesehen sein, dass für eine Fahraufgabe festgestellt wird, dass keine Ab- oder Aufnahme elektrische Leistung seitens des Energiespeichers erforderlich, und dies noch nicht zwingend bedeutet, den Energiespeicher abzukoppeln. Beispielsweise kann dann in einem zweiten Schritt noch geprüft werden, ob es aus Effizienzgründen für den aktuellen Betriebspunkt des Generators des Energiewandlers und der elektrischen Traktionsmaschine Sinn macht, den elektrischen Energiespeicher abzukoppeln, da sich durch das Abkoppeln eine merkliche Energieeffizienzerhöhung bei Anpassung der Zwischenkreisgleichspannung ergeben würde.It can be provided that it is determined that for a driving task no decrease or absorption of electric power required by the energy storage, and thus the decision to decouple the energy storage, in any case positively met and not the presence of additional necessary conditions is checked. However, it may alternatively be provided that it is established for a driving task that no decrease or absorption of electrical power on the part of the energy store is required, and this does not necessarily mean that the energy store is decoupled. For example, it can then be checked in a second step, whether it makes sense for reasons of efficiency for the current operating point of the generator of the energy converter and the electric traction engine to decouple the electrical energy storage, since the decoupling would result in a significant increase in energy efficiency when adjusting the DC link voltage.
Das Feststellen, dass für eine Fahraufgabe keine Ab- oder Aufnahme elektrischer Leistung seitens des Energiespeichers erforderlich ist, erfolgt vorzugsweise in der Weise, dass festgestellt wird, dass für die jeweilige Fahraufgabe (z. B. Konstantfahren mit einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit oder Beschleunigen mit einer bestimmten Beschleunigung) die Leistung der elektrischen Antriebsmaschine und gegebenenfalls die Leistung eines oder mehrerer weiterer elektrischer Verbraucher (z. B. des Klimakompressor der Klimaanlage), die über den Zwischenkreis versorgt werden, größer (oder größer gleich) als ein unterer Grenzwert (z. B. 10 kW) der Leistung des Energiewandlers und kleiner (oder kleiner gleich) als ein oberer Grenzwert (z. B. 45 kW) der Leistung des Energiewandlers ist. Der obere Grenzwert beschreibt beispielsweise das Leistungsmaximum des Energiewandlers und der untere Grenzwert beschreibt beispielsweise eine Leistungsuntergrenze, bei der noch ein ausreichender Wirkungsgrad des Energiewandlers oder eines Teils des Energiewandlers erzielt wird, beispielsweise ein Wirkungsgrad von größer 30% für den Verbrennungsmotor des Energiewandlers. Vorzugsweise wird bei der Leistungsbetrachtung auf die elektrische Leistung abgestellt; es wäre aber auch möglich, die Leistungsbetrachtung für die mechanische Leistung durchzuführen. Bei Fahraufgaben, die hinsichtlich des Leistungsbedarfs im energetisch sinnvollen Betriebsbereich des Energiewandlers liegen, kann der Energiespeicher abgekoppelt werden.The determination that for a driving task no loss or absorption of electrical power from the energy storage is required, is preferably carried out in such a way that it is determined that for the respective driving task (eg constant driving with a certain driving speed or Accelerating at a certain acceleration) the power of the electric drive machine and, if applicable, the power of one or more other electrical consumers (eg the air conditioning compressor of the air conditioning system), which are supplied via the intermediate circuit, greater (or greater than) than a lower limit ( 10 kW) of the energy converter's power and less (or less than) than an upper limit (eg, 45 kW) of the power converter's power. For example, the upper limit describes the power maximum of the energy converter, and the lower limit describes, for example, a lower power limit at which sufficient efficiency of the energy converter or a part of the energy converter is achieved, for example an efficiency of greater than 30% for the internal combustion engine of the energy converter. Preferably, the performance consideration is based on the electrical power; but it would also be possible to perform the performance consideration for the mechanical performance. In the case of driving tasks that are in the energetically sensible operating range of the energy converter with regard to the power requirement, the energy storage device can be decoupled.
Es wird also vorzugsweise geprüft, ob die für die Fahraufgabe benötigte Leistung der Antriebsmaschine zuzüglich der Leistung für andere elektrische Verbraucher, die bei Wegfall des Energiespeichers über den Energiewandler mit Leistung versorgt werden, innerhalb eines Leistungsfensters des Energiewandlers liegt. Wenn dies der Fall ist, kann die Leistung über den Energiewandler bereit gestellt werden und es ist keine Ab- oder Aufnahme elektrischer Leistung seitens des Energiespeichers erforderlich. In diesem Fall ist es unter Umständen sinnvoll, den elektrischen Energiespeicher abzukoppeln, um die Zwischenkreisspannung zur Erhöhung der Effizienz zu modifizieren.It is therefore preferably checked whether the power required for the driving task of the drive machine plus the power for other electrical consumers that are supplied with loss of energy storage via the energy converter with power within a power window of the energy converter. If this is the case, the power can be provided via the energy converter and there is no need for any loss or absorption of electrical power from the energy storage. In this case, it may be useful to decouple the electrical energy storage to modify the DC link voltage to increase the efficiency.
Es ist von Vorteil, wenn für das Abkoppeln nicht nur verifiziert wird, dass für die Fahraufgabe keine Ab- oder Aufnahme elektrische Leistung seitens des Energiespeichers erforderlich ist, sondern für die Fahraufgabe eine Abkopplung auch aus Energieeffizienzgründen zweckmäßig ist. Hierzu kann für die jeweilige Fahraufgabe bei dem ersten Wert der Zwischenkreisgleichspannung der Wert einer Größe (z. B. Wirkungsgrad oder Verlustleistung) ermittelt wird, die mit der Energieeffizienz des Verbunds aus Energiewandler und elektrischer Antriebsmaschine oder eines Teils hiervon (bsw. Generator und elektrische Antriebsmaschine) im Zusammenhang steht. Hierbei handelt es sich beispielsweise um eine Wirkungsgradangabe oder eine Verlustleistungsangabe. Beispielsweise wird bei dem ersten Wert (z. B. 360 V) der Zwischenkreisgleichspannung ein Gesamtwirkungsgrad der Kette aus Generator und elektrischer Antriebsmaschine bestimmt. Die Entscheidung, den Energiespeicher abzukoppeln, erfolgt dann vorzugsweise in Abhängigkeit dieses Werts der für die Energieeffizienz charakteristischen Größe. In Abhängigkeit dieses Werts kann so beispielsweise festgestellt werden, ob sich eine Abkopplung aus Effizienzgründen überhaupt lohnt.It is advantageous if it is not only verified for the uncoupling that for the driving task no loss or absorption of electrical power from the energy storage is required, but for the driving task decoupling is also useful for energy efficiency reasons. For this purpose, the value of a variable (eg efficiency or power loss) can be determined for the respective driving task at the first value of the intermediate circuit DC voltage, which corresponds to the energy efficiency of the combination of energy converter and electric drive machine or a part thereof (eg generator and electric drive machine) ). This is, for example, an efficiency indication or a power loss indication. For example, at the first value (eg, 360 V) of the intermediate circuit DC voltage, an overall efficiency of the generator and electric drive machine chain is determined. The decision to decouple the energy storage, then preferably takes place as a function of this value of the characteristic of energy efficiency size. Depending on this value, it can be determined, for example, whether decoupling is worthwhile for reasons of efficiency.
Ferner kann für die Fahraufgabe bei einem optimalen Wert der Zwischenkreisgleichspannung ein Wert der Größe ermittelt wird, die mit der Energieeffizienz des Verbunds aus Energiewandler und elektrischer Antriebsmaschine oder eines Teils hiervon in Zusammenhang steht. Unter optimalen Wert der Zwischenkreisgleichspannung ist ein Wert der Zwischenkreisspannung zu verstehen, bei dem in Bezug auf die mit der Energieeffizienz im Zusammenhang stehenden Größe ein Optimum vorliegt (beispielsweise ein Wirkungsgradoptimum).Furthermore, for the driving task at an optimum value of the intermediate circuit DC voltage, a value of the size which is related to the energy efficiency of the combination of energy converter and electric drive machine or a part thereof can be determined. Optimum value of the intermediate circuit DC voltage is to be understood as a value of the intermediate circuit voltage at which there is an optimum with regard to the quantity associated with the energy efficiency (for example an efficiency optimum).
Der Schritt des Entscheidens, den Energiespeicher abzukoppeln, erfolgt dann in Abhängigkeit des Werts der Größe bei dem ersten Wert der Zwischenkreisgleichspannung, und des Werts der Größe bei dem optimalen Wert der Zwischenkreisgleichspannung. Diese beiden Werte können hierzu miteinander verglichen werden.The step of deciding to decouple the energy store then takes place as a function of the value of the variable at the first value of the DC link voltage, and the value of the variable at the optimum value of the DC link voltage. These two values can be compared with each other.
Es kann beispielsweise festgestellt werden, dass der Gesamtwirkungsgrad der Kette aus Generator und elektrische Antriebsmaschine bei dem ersten Wert der Zwischenkreisgleichspannung kleiner als der Gesamtwirkungsgrad der Kette aus Generator und elektrische Antriebsmaschine bei dem optimalen Wert der Zwischenkreisgleichspannung abzüglich eines Offsetwerts ist, und in diesem Fall entschieden wird, den Energiespeicher abzukoppeln. Andernfalls wird der Energiespeicher nicht abgekoppelt.For example, it can be stated that the overall efficiency of the generator and electric drive machine chain at the first intermediate DC voltage value is less than the overall efficiency of the generator and electric drive chain at the optimum intermediate DC voltage value minus an offset value, and is decided in this case to decouple the energy storage. Otherwise the energy store will not be decoupled.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Energiewandler einen Verbrennungsmotor und einen Generator (insbesondere Mehrphasenwechselstrom-Generator) mit einer nachgeschalteten Leistungselektronik (Gleichrichter). Die Entscheidung, den Energiespeicher abzukoppeln, wird vorzugsweise in Abhängigkeit der Drehzahl des Generators oder einer hiervon abhängigen Größe (z. B. elektrische Leistung im Zwischenkreis oder induzierte Spannung) und/oder in Abhängigkeit der Drehzahl der Antriebsmaschine oder einer hiervon abhängigen Größe getroffen. Dieser Vorgehensweise liegt die Feststellung zugrunde, dass häufig bei höheren Drehzahlen eine höhere Spannungslage im Zwischenkreis in Bezug auf die Energieeffizienz von Vorteil ist, und bei niedrigeren Drehzahlen eine geringe Spannungslage im Zwischenkreis in Bezug auf die Energieeffizienz von Vorteil ist. Die Drehzahl des Generators und/oder der Antriebsmaschine hat also Einfluss auf die optimale Spannungslage im Zwischenkreis und ist daher ein Einflussfaktor dafür, ob der Energiespeicher abgekoppelt werden soll oder nicht. Wenn sich die optimale Spannungslage nämlich stark von der durch den Energiespeicher eingeprägten Spannungslage unterscheidet, ist es im besonderen Maß von Vorteil, den Energiespeicher abzukoppeln und die optimale Spannungslage einzustellen.According to a preferred embodiment, the energy converter comprises an internal combustion engine and a generator (in particular polyphase alternating current generator) with a downstream power electronics (rectifier). The decision to decouple the energy store is preferably made as a function of the rotational speed of the generator or of a variable dependent thereon (eg electrical power in the intermediate circuit or induced voltage) and / or depending on the rotational speed of the drive machine or a variable dependent thereon. This approach is based on the finding that often at higher speeds, a higher voltage level in the DC link in terms of energy efficiency is beneficial, and at lower speeds, a low voltage level in the DC link in terms of energy efficiency is beneficial. The speed of the generator and / or the drive machine thus has an influence on the optimum voltage position in the DC link and is therefore an influencing factor for whether the energy store should be decoupled or Not. Namely, if the optimum voltage position differs greatly from the impressed by the energy storage voltage level, it is particularly advantageous to decouple the energy storage and set the optimal voltage level.
Ähnliche Überlegungen gelten für das Drehmoment des Generators oder für das Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine, so dass die Entscheidung, den Energiespeicher abzukoppeln auch von dem Drehmoment des Generators und/oder von dem Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine abhängig gemacht werden kann.Similar considerations apply to the torque of the generator or the torque of the electric drive machine, so that the decision to decouple the energy storage can also be made dependent on the torque of the generator and / or the torque of the electric drive machine.
Es ist von Vorteil, den aktuellen Betriebspunkt des Generators im Hinblick auf Drehzahl und Drehmoment und den aktuellen Betriebspunkt der Antriebsmaschine im Hinblick auf Drehzahl und Drehmoment zu ermitteln, und in Abhängig dieser vier Größen über die Abkoppelung zu entscheiden.It is advantageous to determine the current operating point of the generator in terms of speed and torque and the current operating point of the prime mover in terms of speed and torque, and to decide on the decoupling depending on these four sizes.
Beispielsweise kann für den aktuellen Betriebspunkt des Generators im Hinblick auf Drehzahl und Drehmoment und für den aktuellen Betriebspunkt der Antriebsmaschine im Hinblick auf Drehzahl und Drehmoment der Wirkungsgrad der Kette aus Generator und Traktionsmaschine bei dem aktuellen Wert der Zwischenkreisspannung bestimmt werden, und bei dem gleichen Betriebspunkt für Generator und Antriebsmaschine der Wirkungsgrad bei einem optimalen Wert der Zwischenkreisspannung ermittelt werden. Diese beiden Werte können dann in Relation zueinander gesetzt werden und basierend hierauf entschieden werden, ob der Energiespeicher abzukoppeln ist oder nicht. Alternativ können statt der Werte des Wirkungsgrads auch die Werte der Verlustleistung (oder einer anderen mit der Energieeffizienz im Zusammenhang stehenden Größe) ermittelt werden und in Relation zueinander gesetzt werden.For example, for the current operating point of the generator in terms of speed and torque and for the current operating point of the prime mover in terms of speed and torque, the efficiency of the chain of generator and traction machine at the current value of the intermediate circuit voltage can be determined, and at the same operating point for Generator and prime mover efficiency can be determined at an optimal value of the DC link voltage. These two values can then be set in relation to one another and based on this, it can be decided whether the energy store is to be disconnected or not. Alternatively, instead of the values of the efficiency, the values of the power loss (or of another quantity related to the energy efficiency) can be determined and put into relation to one another.
Nachdem der Energiespeicher abgekoppelt wurde und die Zwischenkreisgleichspannung angepasst wurde, kann es wieder vorkommen, dass die Leistung (entweder positive Leistung oder negative Leistung bei einer Energierekuperation des Antriebs) für die jeweilige Fahraufgabe außerhalb des Leistungsfensters des Energiewandlers fällt, und ein Ausgleichstrom von oder zu dem Energiespeicher erforderlich ist. Dann wird vorzugsweise die Zwischenkreisgleichspannung auf die Leerlaufspannung des Energiespeichers angepasst und danach über die steuerbaren Abkoppelmittel wieder der Energiespeicher mit dem Energiewandler und der elektrischen Antriebsmaschine elektrisch gekoppelt, beispielsweise durch Schießen eines oder mehrerer Schalter zum Energiespeicher.After the energy storage has been decoupled and the DC link voltage has been adjusted, it may happen again that the power (either positive power or negative power in an energy recombination of the drive) for the respective driving task outside the power window of the energy converter falls, and a balancing stream from or to Energy storage is required. Then preferably the DC link voltage is adjusted to the open circuit voltage of the energy storage and then electrically coupled via the controllable decoupling again the energy storage with the energy converter and the electric drive machine, for example by shooting one or more switches for energy storage.
Vor Ankoppeln wird zunächst entschieden, den Energiespeicher wieder anzukoppeln. Hierzu kann beispielsweise festgestellt werden, dass für die Fahraufgabe sehr wohl eine Ab- oder Aufnahme elektrischer Leistung seitens des Energiespeichers erforderlich ist (beispielsweise unter Auswertung der Leistung der elektrischen Antriebsmaschine), und es kann in diesem Fall entschieden werden, den Energiespeicher wieder anzukoppeln. Die Erforderlichkeit der Ab- oder Aufnahme elektrischer Leistung seitens des Energiespeichers kann beispielsweise dann festgestellt werden, wenn die Leistung der elektrischen Antriebsmaschine (zuzüglich der Leistung weiterer über den Zwischenkreis zu versorgender Verbraucher) außerhalb des vorstehend diskutierten Leistungsfensters des Energiewandlers liegt. Nachdem positiv entschieden wurde, den Energiespeicher wieder anzukoppeln, wird vor Ankoppeln des Energiespeichers, der Wert der Zwischenkreisspannung auf einen auf die Leerlaufspannung des Energiespeichers angepassten Wert eingestellt. Durch die Anpassung der Zwischenkreisspannung wird verhindert, dass beim Ankoppeln des Energiespeichers durch den Spannungsunterschied ein hoher Ausgleichstrom fließt, der zu Schäden beispielsweise in dem oder den zur Abkopplung verwendeten Schaltern oder in dem Energiespeicher führen könnte.Before coupling, it is first decided to reconnect the energy store. For this purpose, it can be established, for example, that for the driving task very well a decrease or absorption of electrical power from the energy storage is required (for example, evaluation of the performance of the electric drive machine), and it can be decided in this case to couple the energy storage again. The need for the removal or absorption of electrical power from the energy storage device can be determined, for example, if the power of the electric drive machine (plus the power of further consumers to be supplied via the DC link) is outside the power converter's power window discussed above. After it has been positively decided to reconnect the energy store, the value of the intermediate circuit voltage is adjusted to a value adapted to the no-load voltage of the energy store before coupling the energy store. By adjusting the DC link voltage prevents when coupling the energy storage by the voltage difference, a high compensation current flows, which could lead to damage, for example, in the one or the decoupling used for switches or in the energy storage.
Vorstehend wurde beschrieben, dass der elektrische Energiespeicher zur Verbesserung der Gesamteffizienz in Fahrzuständen, bei den kein Stromfluss von und zum Energiespeicher nötig ist, abgekoppelt werden kann. Bei abgetrenntem Energiespeicher kann die Zwischenkreisspannung auf ein energetisch günstigeres Spannungsniveau eingestellt werden.It has been described above that the electrical energy store can be decoupled in order to improve the overall efficiency in driving states in which no current flow to and from the energy store is necessary. When the energy store is disconnected, the DC link voltage can be set to an energetically more favorable voltage level.
Sobald bei einer hohen positiven Fahrdynamik eine Leistungsabgabe (weil dann die Leistungsaufnahme der Traktionsmaschine die Leistungsabgabe des Energiewandlers übersteigt) oder bei einer hohen negativen Dynamik eine Leistungsaufnahme (z. B. im Fall einer Energierekuperation durch Betrieb der Traktionsmaschine als Generator) von dem Energiespeicher erforderlich wird, und damit ein Zuschalten der Batterie notwendig ist, wird vorzugsweise zunächst die Zwischenkreisspannung auf die Ausgangsspannung der Energiespeichers angepasst. Dieser Vorgang kann mehrere 100 ms dauern und somit eine spürbare Verzögerung für eine positive Dynamikanforderung oder eine negative Dynamikanforderung ergeben.As soon as high power dynamics require a power output (because then the power consumption of the traction machine exceeds the power output of the energy converter) or high negative dynamics, power consumption (eg in the case of recuperation of energy by operation of the traction machine as a generator) is required by the energy store , And thus a connection of the battery is necessary, the intermediate circuit voltage is preferably first adapted to the output voltage of the energy storage. This process can take several 100 ms, resulting in a noticeable delay for a positive dynamic request or a negative dynamic request.
Um dieses Problem zu vermeiden, kann vorgesehen sein, die Abkoppelung des Energiespeichers grundsätzlich nur in Fahrsituationen zuzulassen, die keine hohe positive oder negative Fahrdynamik erwarten lassen, und bei einer vorausliegenden Fahrsituation mit hoher Fahrdynamik rechtzeitig quasi vorsteuernd noch vor der hohen Dynamikanforderung die Abkopplung des Energiespeichers wieder aufzuheben. Zur Bewertung der vorausliegenden Fahrsituation wird vorzugsweise das Navigationssystem und/oder die Frontkamera verwendet. Es können aber noch weitere Informationsquellen wie beispielsweise die Stellung eines Fahrmodusschalters (z. B. Stellung auf „Sport”) verwendet werden, um eine Fahrsituation mit hoher Fahrdynamik zu erkennen. In erkannten Fahrsituationen ohne hohe Fahrdynamik (d. h. mit hohem Konstantfahranteil) kann die Abkoppelung des Energiespeichers grundsätzlich freigegeben werden und unter den vorstehend diskutierten Bedingungen der Energiespeicher dann auch tatsächlich abgekoppelt werden. Bei Erkennen von wahrscheinlichen in Kürze anstehenden Dynamikanforderungen wird die grundsätzliche Freigabe der Abkopplung des Energiespeichers wieder aufgehoben und ein eventuell bereits abgekoppelter Energiespeicher rechtzeitig wieder angekoppelt.To avoid this problem, it may be provided to allow the decoupling of the energy storage only in driving situations that can not expect high positive or negative driving dynamics, and in a driving situation ahead with high driving dynamics timely pre-tax even before the high dynamic demand decoupling of the energy storage to pick up again. To evaluate the preceding Driving situation is preferably the navigation system and / or the front camera used. However, other sources of information such as the position of a driving mode switch (eg position on "Sport") can be used to detect a driving situation with high driving dynamics. In recognized driving situations without high driving dynamics (ie with a high proportion of constant driving), the decoupling of the energy store can basically be released and, under the conditions discussed above, the energy store can then actually be decoupled. Upon detection of probable forthcoming dynamic requirements, the basic release of the decoupling of the energy storage is canceled and a possibly already decoupled energy storage coupled in time again.
Es ist daher von Vorteil, wenn im Rahmen des Verfahrens zum Entscheiden, den Energiespeicher wieder anzukoppeln, prognostiziert wird, dass für eine vorausliegende Fahrsituation eine hohe (positive/negative) Fahrdynamik zu erwarten ist. Das Einstellen eines auf die Ausgangspannung des Energiespeichers angepassten Werts der Zwischenkreisgleichspannung und das Ankoppeln des Energiespeichers kann dann zeitlich so frühzeitig erfolgen, dass beides noch vor der erwarteten hohen Fahrdynamik erfolgt, so dass die Dynamikanforderung verzögerungsfrei umgesetzt werden kann.It is therefore advantageous if, in the context of the method for deciding to reconnect the energy store, it is predicted that a high (positive / negative) driving dynamics is to be expected for a driving situation ahead. The setting of a value adapted to the output voltage of the energy storage value DC link voltage and the coupling of the energy storage can then take place in time so early that both takes place before the expected high driving dynamics, so that the dynamic demand can be implemented without delay.
Es kann für einen vorausliegenden Fahrstreckenabschnitt prognostiziert werden, dass für den vorausliegenden Fahrstreckenabschnitt eine hohe Fahrdynamik zu erwarten ist. Im Fall einer hohen Fahrdynamik kann diesem Fahrstreckenabschnitt ein Abkopplungsverbot zugewiesen werden, so dass in diesem Fahrstreckenabschnitt der Energiespeicher nicht abgekoppelt werden kann. Im Fall keiner erhöhten Fahrdynamik kann diesem Fahrstreckenabschnitt eine grundsätzliche Abkopplungsfreigabe zugewiesen werden. Ob der Energiespeicher in diesem Fahrstreckenabschnitt dann tatsächlich abgekoppelt ist, kann davon abhängig sein, dass bei Erreichen des Fahrstreckenabschnitts keine Ab- oder Aufnahme elektrischer Leistung seitens des Energiespeichers erforderlich ist und optional zusätzlich eine Abkopplung auch aus Energieeffizienzgründen dann auch zweckmäßig ist.It can be predicted for a preceding route section that a high driving dynamics is to be expected for the route section lying ahead. In the case of a high driving dynamics, this route section can be assigned a decoupling prohibition, so that the energy store can not be decoupled in this route section. In the case of no increased driving dynamics, this route section can be assigned a basic uncoupling release. Whether the energy storage is then actually decoupled in this route section, may be dependent on the achievement of the route section no loss or absorption of electrical power from the energy storage is required and optionally additionally a decoupling also for energy efficiency reasons is also appropriate.
Grundsätzlich kann vorgesehen werden, für einen vorausliegende Fahrstreckenabschnitt zu prognostizieren, dass für diesen Abschnitt die Ab- oder Aufnahme elektrischer Leistung seitens des Energiespeichers erforderlich ist, insbesondere dass für den Fahrstreckenabschnitt die voraussichtliche Leistung der elektrischen Antriebsmaschine (optional zuzüglich der Leistungsaufnahme weiterer über den Zwischenkreis zu versorgender elektrischer Verbraucher) kleiner gleich oder kleiner als ein unterer Grenzwert der Leistung des Energiewandlers oder größer gleich oder gleich als ein oberer Grenzwert der Leistung des Energiewandlers ist. Im Fall dieser Prognose kann diesem Fahrstreckenabschnitt ein Abkopplungsverbot zugewiesen, so dass in diesem Fahrstreckenabschnitt der Energiespeicher nicht abgekoppelt werden kann. Im Fall, dass für diesen Abschnitt die Ab- oder Aufnahme elektrischer Leistung seitens des Energiespeichers laut Prognose wohl nicht erforderlich ist, kann diesem Fahrstreckenabschnitt eine grundsätzliche Abkopplungsfreigabe zugewiesen werden. Ob der Energiespeicher in diesem Fahrstreckenabschnitt dann tatsächlich auch abgekoppelt ist, kann davon abhängig sein, dass bei Erreichen des Fahrstreckenabschnitts tatsächlich keine Ab- oder Aufnahme elektrischer Leistung seitens des Energiespeichers erforderlich und optional zusätzlich eine Abkopplung auch aus Energieeffizienzgründen dann zweckmäßig ist.In principle, it can be provided to predict for a route section lying ahead that for this section the removal or absorption of electrical power from the energy storage is required, in particular that for the route section, the expected performance of the electric drive machine (optionally plus the power consumption further via the DC link to supplying electrical load) is less than or equal to a lower limit of the power of the power converter or greater than or equal to an upper limit of the power of the power converter. In the case of this prognosis, this route section can be assigned a decoupling prohibition, so that the energy store can not be uncoupled in this route section. In the event that, according to the prognosis, it is probably not necessary for this section to absorb or absorb electrical power from the energy store, this route section can be assigned a basic decoupling allowance. Whether the energy store in this route section is then actually decoupled, may be dependent on the fact that when reaching the route section actually no loss or absorption of electrical power required by the energy storage and optional additional decoupling also for energy efficiency reasons is appropriate.
Ein zweiter Aspekt betrifft einen seriellen Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs, welcher bereits im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung erläutert wurde. Es ist eine Steuereinrichtung zum Steuern der steuerbaren Abkoppelmittel vorgesehen. Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, festzustellen, dass für eine Fahraufgabe kein Ab- oder Aufnahme elektrischer Leistung seitens des Energiespeichers erforderlich ist und in Abhängigkeit hiervon zu entscheiden, den Energiespeicher abzukoppeln. In Reaktion auf diese Entscheidung steuert die Steuereinheit direkt oder indirekt die steuerbaren Abkoppelmittel derart an, dass der elektrische Energiespeicher von dem Energiewandler und der elektrischen Antriebsmaschine abgekoppelt wird. Nach Abkoppeln des elektrischen Energiespeichers gibt die Steuereinheit den Mitteln zum Einstellen der am Eingang der Leistungselektronik anliegenden Zwischenkreisgleichspannung einen gegenüber dem ersten Wert veränderten, zweiten Wert der Zwischenkreisgleichspannung mit gegenüber dem ersten Wert der Zwischenkreisgleichspannung erhöhter Energieeffizienz des Verbunds aus Energiewandler und elektrischer Antriebsmaschine vor, den die Mittel zum Einstellen der am Eingang der Leistungselektronik anliegenden Zwischenkreisgleichspannung dann einstellen.A second aspect relates to a serial hybrid drive of a motor vehicle, which has already been explained in connection with the first aspect of the invention. A control device is provided for controlling the controllable decoupling means. The control device is set up to determine that for a driving task no decrease or absorption of electrical power on the part of the energy store is required and to decide in dependence therefrom to decouple the energy store. In response to this decision, the control unit directly or indirectly controls the controllable decoupling means such that the electrical energy store is decoupled from the energy converter and the electric drive machine. After disconnecting the electrical energy storage device, the control unit gives the means for adjusting the DC link voltage present at the input of the power electronics a second value of the DC link voltage which is different from the first value with increased energy efficiency of the composite of the energy converter and the electric drive machine compared to the first DC link voltage value Then set the means for adjusting the DC link voltage present at the input of the power electronics.
Die vorstehenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren nach dem ersten Aspekt der Erfindung gelten in entsprechender Weise auch für den erfindungsgemäßen Hybridantrieb nach dem zweiten Aspekt der Erfindung. An dieser Stelle nicht explizit beschriebene vorteilhafte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Hybridantriebs entsprechen den beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens.The above statements on the method according to the invention according to the first aspect of the invention also apply correspondingly to the hybrid drive according to the invention according to the second aspect of the invention. At this point, not explicitly described advantageous embodiments of the hybrid drive according to the invention correspond to the described advantageous embodiments of the method according to the invention.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. In diesen zeigen: The invention will be described below with reference to the accompanying drawings with reference to an embodiment. In these show:
In
Ferner ist ein elektrischer Energiewandler zur Erzeugung elektrischer Energie vorgesehen. Der Energiewandler umfasst einen Verbrennungsmotor VM, der ein Drehmoment MVM und eine Motordrehzahl nVM aufweist und eine mechanische Leistung PMECH1 = 2π·MVM·nVW erzeugt, sowie einen elektrischen Generator GEN mit einer nachgeschalteten Leistungselektronik LE1 in Form eines Gleichrichter, der diese mechanische Leistung PMECH1 entgegennimmt und unter gewissen Verlusten PV_GEN in eine elektrische Leistung PEL1 < PMECH umwandelt. Die elektrische Leistung PEL1 kann im Zwischenkreis ZK in eine wiederaufladbare elektrische Batterie BAT und/oder in die elektrische Antriebsmaschine eAM mit der vorgeschalteten Leistungselektronik LE2 gespeist werden. Je nachdem, ob die elektrische Batterie BAT geladen oder entladen wird, nimmt die elektrische Batterie BAT eine elektrische Leistung PEL2 auf oder gibt diese ab. Je nachdem, ob die elektrische Antriebsmaschine eAM das Fahrzeug mit einem in die gewünschte Fahrtrichtung wirkenden positiven Antriebsmoment MTrakt beschleunigt oder mit einem entgegen der gewünschten Fahrtrichtung wirkenden negativen Moment MTrak verzögert, nimmt die elektrische Antriebsmaschine eAM elektrische Leistung PEL3 auf (und wandelt diese in eine mechanische Leistung PMECH2 = 2π·MTrakt·nTrakt unter der zusätzlichen Verlustleistung PV,eAM) oder gibt diese elektrische Leistung PEL3 ab. Ferner ist das Bordnetz BN mit vielen weiteren elektrischen Verbrauchern (z. B. Klimakompressor) zur Versorgung an den Zwischenkreis ZK über einen oder mehrerer DC-DC-Spannungswandler DCDC angekoppelt und nimmt die elektrische Leistung PEL4 auf.Furthermore, an electrical energy converter for generating electrical energy is provided. The energy converter comprises an internal combustion engine VM, which has a torque M VM and an engine speed n VM and generates a mechanical power P MECH1 = 2π * M VM * n VW , and an electric generator GEN with a downstream power electronics LE1 in the form of a rectifier receives this mechanical power P MECH1 and, under certain losses, converts P V_GEN into an electrical power P EL1 <P MECH . The electrical power P EL1 can be fed in the DC link ZK in a rechargeable electric battery BAT and / or in the electric drive machine eAM with the upstream power electronics LE2. Depending on whether the electric battery BAT is charged or discharged, the electric battery BAT receives or outputs an electric power P EL2 . Depending on whether the electric drive machine eAM accelerates the vehicle with a positive drive torque M tract acting in the desired direction of travel or decelerates with a negative torque M Trak acting counter to the desired direction of travel, the electric drive machine eAM receives electrical power P EL3 (and converts it into a mechanical power P MECH2 = 2π · M tract · n tract under the additional power loss P V, eAM ) or outputs this electric power P EL3 . Furthermore, the on-board network BN is coupled with many other electrical consumers (eg air conditioning compressor) for supply to the DC link ZK via one or more DC-DC voltage converters DCDC and receives the electrical power P EL4 .
Die Batterie BAT ist über eine Abkoppeleinheit AKE mit einem oder mehreren elektrisch steuerbaren Schalter, wie beispielsweise Schütze oder Relais, an den Zwischenkreis ZK angekoppelt; im Bedarfsfall kann die Batterie BAT vom Zwischenkreis ZK elektrisch abgekoppelt werden. Im angekoppelten Zustand sind der bzw. die Schalter geschlossen, im abgekoppelten Zustand sind der bzw. die elektrischen Schalter geöffnet. Die Schalterstellung des einen bzw. der mehreren Schalter wird von einer Steuereinheit SE über ein Steuersignal S gesteuert. In
Die Zwischenkreisgleichspannung UZK im Zwischenkreis ZK wird bei angekoppelter Batterie BAT im Wesentlichen durch die Spannung der Batterie BAT bestimmt. Der Zwischenkreis ZK umfasst zwei Knoten: den Knoten ZK+ mit einem hohen Potential und den Knoten ZK– mit einem niedrigen Potential. Die Potentialdifferenz zwischen den beiden Knoten ZK+ und ZK– entspricht der Zwischenkreisgleichspannung UZK.The DC link voltage U ZK in the DC link ZK is determined when coupled battery BAT essentially by the voltage of the battery BAT. The intermediate circuit ZK comprises two nodes: the node ZK + with a high potential and the node ZK- with a low potential. The potential difference between the two nodes ZK + and ZK- corresponds to the intermediate circuit DC voltage U ZK .
Ferner ist eine Spannungsregelung UR zur Regelung der Zwischenkreisgleichspannung mit einem oberen Grenzwert UZK,GWo für die Zwischenkreisspannung UZK und einem unteren Grenzwert UZK,GWu für die Zwischenkreisspannung UZK vorgesehen. Die Spannungsregelung UR überwacht, ob die Zwischenkreisgleichspannung UZK innerhalb des Spannungsbereiches zwischen dem oberen Grenzwert UZK,GWo und dem unteren Grenzwert UZK,GWu liegt. Wenn dies der Fall ist, ist die Spannungsregelung UR passiv und greift nicht ein. Wenn die Zwischenkreisgleichspannung UZK aber diesen Spannungsbereich verlässt, greift die Spannungsregelung UR so in die Leistungselektronik LE1 des Generators GEN ein, dass die Zwischenkreisgleichspannung UZK wieder in den vorgegebenen Spannungsbereich geführt wird.Furthermore, a voltage regulation UR is provided for regulating the DC link voltage with an upper limit value U ZK, GWo for the intermediate circuit voltage U ZK and a lower limit value U ZK, GWu for the intermediate circuit voltage U ZK . The voltage regulation UR monitors whether the intermediate circuit DC voltage U ZK is within the voltage range between the upper limit value U ZK, GWo and the lower limit value U ZK, GWu . If this is the case, the voltage regulation UR is passive and does not intervene. However, if the intermediate circuit DC voltage U ZK leaves this voltage range, the voltage regulation UR intervenes in the power electronics LE1 of the generator GEN in such a way that the intermediate circuit DC voltage U ZK is again guided into the predetermined voltage range.
Der obere Grenzwert UZK,GWo für die Zwischenkreisspannung UZK und der untere Grenzwert UZK,GWu für die Zwischenkreisspannung UZK werden von der Steuereinheit SE bestimmt und der Spannungsregelung UR vorgegeben, und liegen beispielsweise bei einer Batteriespannung UBat von 360 V bei UZK,GWo = 390 V und UZK,GWu = 290 V.The upper limit value UZK, GWo for the intermediate circuit voltage UZK and the lower limit UZK, GWu for the intermediate circuit voltage UZK are determined by the control unit SE and the voltage regulation UR given, and are for example at a battery voltage UBat from 360 V at UZK, GWo = 390V and UZK, GWu = 290 V.
In
In Schritt
Ferner wird in die Schritt
In der Abfrage
- (a) die Summe aus der aktuellen elektrischen Leistung PEL3 und der elektrische Leistung PEL4 der über den Zwischenkreis ZK versorgten elektrischen Verbraucher kleiner gleich als ein oberer positiver Leistungsgrenzwert PEL1,max für die Leistung PEL1 des Generators GEN ist, und
- (b) die Summe aus der aktuellen elektrischen Leistung PEL3 und der elektrische Leistung PEL4 der über den Zwischenkreis ZK versorgten elektrischen Verbraucher größer gleich als ein unterer positiver Leistungsgrenzwert PEL1,min für die Leistung PEL1 des Generators GEN ist.
- (a) the sum of the current electric power P EL3 and the electric power P EL4 of the electrical consumers supplied through the intermediate circuit ZK is less than or equal to an upper positive power limit P EL1, max for the power P EL1 of the generator GEN, and
- (b) the sum of the current electric power P EL3 and the electric power P EL4 of the electric consumers supplied through the intermediate circuit ZK is greater than or equal to a lower positive power limit P EL1, min for the power P EL1 of the generator GEN.
Sofern die Summe aus der aktuellen elektrischen Leistung PEL3 und der elektrische Leistung PEL4 der über den Zwischenkreis ZK versorgten elektrischen Verbraucher größer gleich dem positiven Wert PEL1,min ist, arbeitet die elektrische Antriebsmaschine eAM nicht als Generator im Rekuperationsbetrieb, da sich ansonsten eine negative elektrische Leistung PEL3 der elektrischen Antriebsmaschine eAM ergeben würde.If the sum of the current electrical power P EL3 and the electrical power P EL4 of the supplied via the DC link ZK electrical load is greater than or equal to the positive value P EL1, min , the electric drive machine eAM does not work as a generator in the recuperation, since otherwise a negative electric power P EL3 of the electric drive machine eAM would result.
Der obere Grenzwert PEL1,max beschreibt das Leistungsmaximum des Generators GEN (am Ausgang der Leistungselektronik LE1) und der untere Grenzwert PEL1,min beschreibt eine Leistungsuntergrenze, bei der noch ein ausreichender Wirkungsgrad erzielt wird, beispielsweise ein Wirkungsgrad von > 30% für den Verbrennungsmotor VM.The upper limit value P EL1, max describes the power maximum of the generator GEN (at the output of the power electronics LE1) and the lower limit value P EL1, min describes a lower power limit at which still a sufficient efficiency is achieved, for example an efficiency of> 30% for the Internal combustion engine VM.
Sofern sich in der Abfrage
Wenn keine Anzeichen für eine hohe Antriebsdynamik vorliegen, wird in Schritt
Wenn das effizienzbezogene Abkoppelkriterium erfüllt ist, wird – sofern die Batterie BAT nicht bereits abgekoppelt ist (s. Abfrage
Vor dem Abkoppeln der Batterie BAT wird vorzugsweise der obere Grenzwert UZK,GWo für die Spannungsregelung UR auf einen Wert oberhalb der aktuellen, durch die Batteriespannung vorgegebenen Zwischenkreisspannung UZK reduziert, z. B. auf UZK,GWo = 365 V, und der unter Grenzwert UZK,GWu für die Spannungsregelung UR auf einen Wert unterhalb der aktuellen, durch die Batteriespannung vorgegebenen Zwischenkreisspannung UZK erhöht, z. B. UZK,GWu = 355 V. Dies hat den Vorteil, dass beim späteren Abkoppeln die Spannungsregelung UR schneller reagieren kann. Wenn dann in Schritt
Nach Durchführen des Schritts
Sofern eine der Voraussetzungen in den Abfragen
Ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel zur Prüfung des effizienzbezogenen Abkoppelkriteriums in Schritt
Basierend auf der Wirkungsgradkennlinie ηGEN,eAM(UZK) wird in Schritt
Ferner wird in Schritt
In der Abfrage
Wenn dies der Fall ist, ist das effizienzbezogene zusätzliche Abkoppelkriterium aus der Abfrage
In
In der Abfrage
Zusätzlich kann die vorstehend beschriebene Abkoppelfunktion noch um eine Vorausschau erweitert werden. Hierzu können die Eigenschaften der vorausliegenden Fahrstrecke bewertet werden, indem die von dem Navigationssystem bereitgestellten Daten verwendet werden. Diese sind beispielsweise die Steigung und das Gefälle, der Kurvenverlauf, mögliche Geschwindigkeitsbegrenzungen oder Verkehrsbehinderungen. Eine Voraussetzung hierfür ist, dass die voraussichtliche Fahrstrecke des Fahrzeugs bekannt ist.In addition, the disconnection function described above can be extended by a look-ahead. For this purpose, the properties of the preceding route can be evaluated by using the data provided by the navigation system. These are, for example, the gradient and the gradient, the curve, possible speed limits or traffic obstructions. A prerequisite for this is that the probable route of the vehicle is known.
Beispielsweise kann anhand derartiger Daten des Navigationssystems bezüglich der vorausliegenden Fahrstrecke für die einzelnen vorausliegenden Streckenabschnitte jeweils eine statische elektrische Leistungsaufnahme PEL3 der elektrischen Antriebsmaschine eAM prognostiziert werden. Die statische mechanische Antriebsleistung PMECH2 der elektrischen Antriebsmaschine eAM in den einzelnen Streckenabschnitten kann beispielsweise mit Hilfe der bekannten Fahrwiderstände des Fahrzeugs (Luftwiderstand, Rollreibung), des aktuellen Gewichts des Fahrzeugs und der Navigationsdaten der einzelnen Streckenabschnitte (z. B. Gefälle/Steigung, voraussichtliche Fahrgeschwindigkeit, Streckenbegrenzungen) berechnet werden. Aus der statischen mechanischen Antriebsleistung PMECH2 der elektrischen Antriebsmaschine eAM lässt sich unter Annahme eines Wirkungsgrads ηeAM hieraus eine statische elektrische Antriebsleistung PEL3 für die einzelnen Streckenabschnitte berechnen.For example, a static electrical power consumption P EL3 of the electric drive machine eAM can be predicted in each case on the basis of such data of the navigation system with respect to the route ahead for the individual route sections lying ahead. The static mechanical drive power P MECH2 of the electric drive machine eAM in the individual road sections can be determined, for example, with the aid of the known driving resistances of the vehicle (air resistance, rolling friction), the current weight of the vehicle and the navigation data of the individual road sections (eg gradient / slope, anticipated Driving speed, track limits). From the static mechanical drive power P MECH2 of the electric drive machine eAM, assuming an efficiency η eAM, a static electrical drive power P EL3 for the individual road sections can be calculated therefrom.
Wenn eine statische elektrische Antriebsleistung PEL3 zuzüglich einer prognostizierten elektrischen Leistungsaufnahme PEL4 der über den Zwischenkreis ZK versorgten übrigen Verbraucher im durch PEL1,min und PEL1,max definierten Leitungsbereich des Generators GEN liegt, wird dem jeweiligen Streckenabschnitt eine Abkoppelfreigabe erteilt, andernfalls erhält dieser ein Abkoppelverbot. Eine Abkoppelfreigabe bedeutet noch nicht zwingend, dass die Batterie dann auch später in diesem Streckenabschnitt abgekoppelt ist; hierzu wird dann später jeweils das Vorliegen der Voraussetzungen in den Abfragen
Alternativ oder zusätzlich können anhand der Daten des Navigationssystems für den vorausliegenden Streckenverlauf vor dem Fahrzeug liegende Streckenabschnitte mit hoher Dynamik identifiziert werden. Wenn beispielsweise eine vor dem Fahrzeug liegende Kurve erkannt wird, vor der voraussichtlich die Geschwindigkeit reduziert werden muss oder voraussichtlich eine Energierekuperation durchgeführt wird, wird diesem Streckenabschnitt ein Abkoppelverbot erteilt. Wenn eine vor dem Fahrzeug liegende Kurve erkannt wird, nach der voraussichtlich stärker beschleunigt werden muss, wird diesem Streckenabschnitt ein Abkoppelverbot erteilt. Analog kann vor bzw. nach Geschwindigkeitsbegrenzungen oder Verkehrsbehinderungen (z. B. Stau) verfahren werden.Alternatively or additionally, high-dynamic sections of the route lying ahead of the vehicle based on the data of the navigation system can be identified. For example, if an in-vehicle bend is detected, which is expected to reduce speed, or is likely to be recuperated, then this link will be decoupled. If a curve is found in front of the vehicle, according to the expected accelerated more, this section will be issued a decoupling. Analogously, it is possible to proceed before or after speed limits or traffic obstructions (eg congestion).
Wurde die vor dem Fahrzeug liegenden Streckenabschnitte hinsichtlich eines Abkoppelverbots oder eine Abkoppelfreigabe bewertet, findet vorzugsweise eine Harmoniesierung statt, bei der mehrere nacheinander liegende Streckenabschnitte mit einem gemeinsamen Abkoppelverbot oder einer Abkoppelfreigabe belegt werden, um einen häufigen Wechsel zwischen Abkoppelverbot und Abkoppelfreigabe zu verhindern.If the road sections lying ahead of the vehicle were evaluated with regard to a decoupling prohibition or a decoupling release, preferably a harmonization takes place in which several consecutive sections are assigned a common decoupling prohibition or a decoupling release in order to prevent a frequent change between decoupling prohibition and decoupling release.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- EP 0967108 A1 [0004] EP 0967108 A1 [0004]
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