DE102014216993A1

DE102014216993A1 - Communication system for motor vehicles with electric drive

Info

Publication number: DE102014216993A1
Application number: DE102014216993.3A
Authority: DE
Inventors: Detlef Ludwig; Sebastian Rogge; Edmund Schirmer; Jochen Koszescha
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies Germany GmbH
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2016-03-03
Also published as: WO2016030120A1

Abstract

Es wird System (100) zur Steuerung einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug beschrieben. Das System weist (a) eine Mehrzahl von Submodulen (110), wobei jedes Submodul (110) zum Speisen eines Teils der elektrischen Maschine eingerichtet ist und eine Schnittstelle (118, 119) zur Datenkommunikation aufweist, (b) eine erste Datenkommunikationsstruktur und (c) eine zweite Datenkommunikationsstruktur auf. Sowohl die erste als auch die zweite Datenkommunikationsstruktur stehen derart mit den Schnittstellen (118, 119) der Mehrzahl von Submodulen (110) in Verbindung, dass sie jeweils einen geschlossenen Ring bilden. Es wird ferner eine Motorsteuerung beschrieben.System (100) for controlling an electric machine in a motor vehicle is described. The system comprises (a) a plurality of submodules (110), each submodule (110) adapted to power a portion of the electrical machine and having an interface (118, 119) for data communication, (b) a first data communication structure, and (c ) a second data communication structure. Both the first and second data communication structures are in communication with the interfaces (118, 119) of the plurality of submodules (110) so as to form a closed ring, respectively. A motor control is further described.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere das technische Gebiet der Kraftfahrzeuge und im Speziellen ein System zur Steuerung einer elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeuge mit Elektroantrieb.More particularly, the present invention relates to the technical field of motor vehicles, and more particularly to a system for controlling an electric machine in an electric motor vehicle.

Im Automotivebereich stellt die Verfügbarkeit eine wichtige Systemeigenschaft des Fahrzeuges dar. Bei konventionellen elektrischen Antrieben im Fahrzeug ist die Regelung und Steuerung zentral über eine sogenannte Regelungs- und Kommunikationseinheit (Controlboard) mit dem Leistungsteil des Umrichters verbunden. Ein Ausfall dieser Regelungsstruktur führt zwangsweise zu einem Systemausfall der Antriebseinheit und somit zu einem nicht fahrbereiten Fahrzeug.In the automotive sector, availability is an important system feature of the vehicle. In conventional electric drives in the vehicle, the control and regulation is centrally connected via a so-called control and communication unit (control board) with the power section of the inverter. A failure of this control structure inevitably leads to a system failure of the drive unit and thus to a non-ready vehicle.

Bedingt durch den Aufbau von Multilevelumrichtern werden sogenannte Submodule (Leistungsteile mit Ansteuerung, Logikeinheit und Messdatenerfassung) über eine sternförmige Kommunikationsschnittstelle mit dem übergeordneten Steuergerät verbunden. Durch diese Sternförmige Anordnung ist es möglich jedes einzelne Submodul vom Steuergerät direkt anzusprechen.Due to the design of multilevel converters, so-called submodules (power units with control, logic unit and measurement data acquisition) are connected to the higher-level control unit via a star-shaped communication interface. This star-shaped arrangement makes it possible to address each individual submodule directly from the control unit.

Ein Kurzschluss in einer der Datenleitungen bei einer Sternförmigen Struktur kann zum Ausfall des Gesamtsystems führen (Schaden auf der übergeordneten Regel- und Steuereinheit). In der Regel fällt jedoch nur das betroffene Submodul aus. In beiden Fällen ist das Fahrzeug aber nicht mehr fahrbereit.A short circuit in one of the data lines with a star-shaped structure can lead to the failure of the entire system (damage to the higher-level control and control unit). As a rule, however, only the affected submodule fails. In both cases, the vehicle is no longer ready to drive.

Ein weiterer Nachteil der sternförmigen Struktur ist die indirekte Kommunikation zwischen den einzelnen Submodulen. Alle relevanten Daten der einzelnen Module müssen über das Controlboard aus- und eingelesen werden. Die Regelung des Einund Ausgangsbereiches (Batterie und Motor) findet ausschließlich auf dem Controlboard (Master) statt.Another disadvantage of the star-shaped structure is the indirect communication between the individual submodules. All relevant data of the individual modules must be read out and read in via the control board. The control of the input and output range (battery and motor) takes place exclusively on the control board (master).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Datenkommunikationssystem bereitzustellen, welches gegenüber der bekannten Sternstruktur robuster und effizienter ist.It is an object of the present invention to provide an improved data communication system which is more robust and efficient over the known star structure.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein System zur Steuerung einer elektrischen Maschine beschrieben. Das beschriebene System weist folgendes auf: (a) eine Mehrzahl von Submodulen, wobei jedes Submodul zur Leistungsübertragung an oder ausgehend von einem Teil der elektrischen Maschine eingerichtet ist und eine Schnittstelle zur Datenkommunikation aufweist, (b) eine erste Datenkommunikationsstruktur und (c) eine zweite Datenkommunikationsstruktur, wobei sowohl die erste als auch die zweite Datenkommunikationsstruktur mit den Schnittstellen der Mehrzahl von Submodulen derart in Verbindung stehen, dass sie jeweils einen geschlossenen Ring bilden.According to a first aspect of the invention, a system for controlling an electric machine is described. The described system comprises: (a) a plurality of submodules, each submodule adapted to transmit power to or from a portion of the electrical machine and having an interface for data communication, (b) a first data communication structure, and (c) a second one A data communication structure, wherein each of the first and second data communication structures communicates with the interfaces of the plurality of submodules so as to form a closed ring, respectively.

Die elektrische Maschine ist vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, etwa als Traktionsmaschine oder als Starter/Generator. Die elektrische Maschine kann als Motor und/oder Generator ausgebildet sein. Jedes Submodul ist zum Speisen eines Teils (etwa in einer Phase) der elektrischen Maschine ausgebildet und/oder zum Empfang von Leistung ausgehend von dem betreffenden Teil bzw. der betreffenden Phase. The electric machine is preferably provided for a motor vehicle, such as a traction machine or as a starter / generator. The electric machine can be designed as a motor and / or generator. Each submodule is designed to feed a part (approximately in one phase) of the electric machine and / or to receive power from the relevant part or phase.

Die elektrische Maschine kann ein Generator einer Kraftwerksanlage sein, etwa einer Windkraftanlage. The electric machine may be a generator of a power plant, such as a wind turbine.

Dem beschriebenen System liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die erste Datenkommunikationsstruktur und die zweite Datenkommunikationsstruktur, die beide einen separaten geschlossenen Ring bilden, eine Doppelringstruktur gebildet wird. Dabei ermöglicht jeder geschlossener Ring direkte Datenkommunikation zwischen den Submodulen, und sollte einer der geschlossenen Ringe durchbrochen werden, zum Beispiel aufgrund eines Kurzschlusses, bleibt der andere geschlossene Ring bestehen und die Submodule können weiterhin uneingeschränkt miteinander kommunizieren.The described system is based on the knowledge that a double ring structure is formed by the first data communication structure and the second data communication structure, which both form a separate closed ring. Each closed ring allows direct data communication between the submodules, and should one of the closed rings be broken, for example due to a short circuit, the other closed ring will remain and the submodules will continue to communicate with each other without restriction.

Als System wird eine Vorrichtung bezeichnet, insbesondere eine Schaltungsanordnung. Als Teil der elektrischen Maschine wird beispielsweise eine von mehreren Phasen bzw. Wicklungen oder Phasenwicklungen bezeichnet. A system is a device, in particular a circuit arrangement. As part of the electrical machine, for example, one of a plurality of phases or windings or phase windings is referred to.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die erste Datenkommunikationsstruktur eine erste Datenkommunikationsleitung auf, die zweite Datenkommunikationsstruktur weist eine zweite Datenkommunikationsleitung auf und die Schnittstellen der Submodule sind parallel mit der ersten und zweiten Datenkommunikationsleitung verbunden.According to an embodiment of the invention, the first data communication structure has a first data communication line, the second data communication structure has a second data communication line, and the interfaces of the submodules are connected in parallel with the first and second data communication lines.

Mit anderen Worten ist die Schnittstelle von jedem Submodul mit sowohl der ersten Datenkommunikationsleitung als auch der zweiten Datenkommunikationsleitung verbunden. Damit sind die Submodule parallel anagebracht entlang der beiden Datenkommunikationsleitungen.In other words, the interface of each submodule is connected to both the first data communication line and the second data communication line. Thus, the submodules are provided in parallel along the two data communication lines.

Folglich hat jedes Submodul direkten Zugriff auf Daten, die auf beiden Datenkommunikationsleitungen übertragen werden, und kann auch eigene Daten direkt in beide Datenkommunikationsleitungen eingeben, damit diese an andere Submodule weitergeleitet werden.As a result, each submodule has direct access to data on both Data communication lines are transmitted, and can also enter their own data directly into both data communication lines, so that they are forwarded to other submodules.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die erste Datenkommunikationsstruktur eine erste Mehrzahl von Datenkommunikationsleitungen auf, die eine erste serielle Verbindung zwischen den Schnittstellen der Submodule darstellt, und die zweite Datenkommunikationsstruktur weist eine zweite Mehrzahl von Datenkommunikationsleitungen auf, die eine zweite serielle Verbindung zwischen den Schnittstellen der Submodule darstellt.According to a further embodiment of the invention, the first data communication structure comprises a first plurality of data communication lines representing a first serial connection between the interfaces of the submodules, and the second data communication structure comprises a second plurality of data communication lines comprising a second serial connection between the interfaces of the submodules Submodule represents.

In diesem Ausführungsbeispiel sind die Submodule durch sowohl die erste Datenkommunikationsstruktur als auch die zweite Datenkommunikationsstruktur seriell verbunden bzw. in Reihe geschaltet. Dabei weist die erste Datenkommunikationsstruktur eine erste Mehrzahl von Datenkommunikationsleitungen auf, wobei jede Datenkommunikationsleitung eine erste Verbindung zwischen den Schnittstellen von zwei benachbarten Submodulen bereitstellt, so dass alle Submodule durch einen ersten geschlossenen Ring verbunden sind. In der gleichen Art und Weise weist die zweite Datenkommunikationsstruktur eine zweite Mehrzahl von Datenkommunikationsleitungen auf, wobei jede Datenkommunikationsleitung eine zweite Verbindung zwischen den Schnittstellen von zwei benachbarten Submodulen bereitstellt, so dass alle Submodule auch durch einen zweiten geschlossenen Ring verbunden sind.In this embodiment, the submodules are connected in series by both the first data communication structure and the second data communication structure. In this case, the first data communication structure has a first plurality of data communication lines, each data communication line providing a first connection between the interfaces of two adjacent submodules, so that all submodules are connected by a first closed ring. In the same manner, the second data communication structure comprises a second plurality of data communication lines, each data communication line providing a second connection between the interfaces of two adjacent submodules so that all submodules are also connected by a second closed ring.

Auch in diesem Fall können alle Submodule direkt über den beiden ringförmigen Datenkommunikationsstrukturen miteinander kommunizieren. Mit anderen Worten kann jedes Submodul Daten von allen anderen Submodulen empfangen und verwenden und es kann Daten an alle anderen Submodule übermitteln.In this case too, all submodules can communicate with one another directly via the two annular data communication structures. In other words, each submodule can receive and use data from all other submodules, and it can communicate data to all other submodules.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weisen die erste und zweite Datenkommunikationsleitung bzw. die erste und zweite Mehrzahl von Datenkommunikationsleitungen elektrische, optische oder magnetische Datenkommunikationsleitungen auf.According to a further exemplary embodiment of the invention, the first and second data communication lines or the first and second plurality of data communication lines comprise electrical, optical or magnetic data communication lines.

Elektrische Datenkommunikationsleitungen sind insbesondere elektrische Kabel der Leiterbahnen mit einem oder mehreren Signalleitungen, zum Beispiel Kupferleitungen.Electrical data communication lines are, in particular, electrical cables of the conductor tracks with one or more signal lines, for example copper lines.

Optische Datenkommunikationsleitungen sind insbesondere optische Wellenleiter oder Faser, die zur Übertragung von optischen Signalen geeignet sind.Optical data communication lines are in particular optical waveguides or fibers which are suitable for the transmission of optical signals.

Magnetische Datenkommunikationsleitungen sind insbesondere Leitungsstrukturen, die zur Datenübertragung mittels magnetischer Effekte geeignet sind.Magnetic data communication lines are in particular line structures which are suitable for data transmission by means of magnetic effects.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das System ferner eine zentrale Steuereinheit auf, die mit den Schnittstellen von zwei Submodulen verbunden ist.According to a further embodiment of the invention, the system further comprises a central control unit which is connected to the interfaces of two submodules.

Die zentrale Steuereinheit ist für die übergeordnete Steuerung der Submodule verantwortlich und weist zumindest einen Prozessor, Speicher und geeignete Schnittstellen auf. Die zentrale Steuereinheit mag zum Beispiel Sollwerte für die einzelne Submodule vorgeben, die Ausführung von bestimmten Funktionen oder Programmen beginnen und beenden, etc. Die zentrale Steuereinheit mag ferner für die Überwachung der Submodule verantwortlich sein, um Fehler zu erkennen und gegebenenfalls korrigieren.The central control unit is responsible for the higher-level control of the submodules and has at least one processor, memory and suitable interfaces. For example, the central control unit may specify setpoints for the individual submodules, begin and terminate the execution of particular functions or programs, etc. The central control unit may also be responsible for monitoring the submodules to detect and, if necessary, correct errors.

Die zentrale Steuereinheit ist mit den Schnittstellen von zwei Submodulen verbunden. Sollte die Verbindung zu einem der zwei Submodule versagen, kann die zentrale Steuereinheit damit immer noch mit dem anderen Submodul kommunizieren und somit über die erste und zweite Datenkommunikationsstruktur auch mit allen anderen Submodulen. Mit anderen Worten sichert die Verbindung an zwei Submodule auch hier eine Redundanz und somit eine verbesserte Robustheit.The central control unit is connected to the interfaces of two submodules. Should the connection to one of the two submodules fail, the central control unit can thus still communicate with the other submodule and thus also with the other submodules via the first and second data communication structure. In other words, the connection to two submodules also ensures redundancy and thus improved robustness.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die zentrale Steuereinheit jeweils über eine erste und eine zweite Haupt-Datenkommunikationsleitung mit der Schnittstelle von jedem der zwei Submodule verbunden.According to a further embodiment of the invention, the central control unit is connected in each case via a first and a second main data communication line to the interface of each of the two submodules.

Mit anderen Worten weist jede der zwei Verbindungen zwischen der zentralen Steuereinheit und einem der zwei Submodule jeweils zwei Haupt-Datenkommunikationsleitungen auf. Sollte eine dieser Haupt-Datenkommunikationsleitungen in einer der Verbindungen aussetzen, besteht die Verbindung zwischen der zentralen Steuereinheit und dem betroffenen Submodul weiterhin über die andere Haupt-Datenkommunikationsleitung. Folglich beinhalten die beiden Verbindungen zwischen der zentralen Steuereinheit und den zwei Submodulen jeweils zwei Haupt-Datenkommunikationsleitungen und weisen somit eine Redundanz auf, die die Robustheit noch weiter verbessert.In other words, each of the two connections between the central control unit and one of the two sub-modules has two main data communication lines each. Should one of these main data communication lines in any of the connections suspend, the connection between the central control unit and the sub-module concerned still exists over the other main data communication line. Consequently, the two connections between the central control unit and the two submodules each contain two main data communication lines and thus have a redundancy which further improves the robustness.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die erste Haupt-Datenkommunikationsleitung Teil der ersten Datenkommunikationsstruktur und die zweite Haupt-Datenkommunikationsleitung ist Teil der zweiten Datenkommunikationsstruktur.According to a further embodiment of the invention, the first main data communication line is part of the first data communication structure and the second main data communication line is part of the second data communication structure.

Mit anderen Worten ist die zentrale Steuereinheit in diesem Ausführungsbeispiel in jedem der beiden geschlossenen Ringe, die von der ersten und zweiten Datenkommunikationsstruktur gebildet sind, mit eingebunden. In other words, in this embodiment, the central control unit is incorporated in each of the two closed rings formed by the first and second data communication structures.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist jedes Submodul eine Steuereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, das Submodul basierend auf Daten zu steuern und zu regeln, die durch die erste und zweite Datenkommunikationsstruktur übermittelt werden.According to another embodiment of the invention, each submodule has a control unit configured to control and regulate the submodule based on data transmitted by the first and second data communication structures.

Die Steuereinheit weist zumindest einen Prozessor oder ein ASIC sowie einen Speicher auf und ist zur Datenkommunikation über die Schnittstelle eingerichtet. Die Steuereinheit mag das Submodul basierend auf Daten bzw. Steuersignale von der zentralen Steuereinheit und/oder von anderen Submodulen steuern. Insbesondere kann die Steuereinheit auf Daten reagieren, die direkt von einem anderen Submodul kommen, dass heißt ohne Einfluss der zentralen Steuereinheit. Die Steuereinheit kann auch Daten und Steuersignale direkt an andere Submodule kommunizieren, um die Operation dieser direkt zu steuern bzw. zu beeinflussen.The control unit has at least one processor or an ASIC and a memory and is set up for data communication via the interface. The control unit may control the submodule based on data or control signals from the central control unit and / or from other submodules. In particular, the control unit can respond to data coming directly from another submodule, that is without the influence of the central control unit. The control unit may also communicate data and control signals directly to other submodules to directly control the operation thereof.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist jedes Submodul eine Sensoreinheit auf, die zum Erfassen von Messdaten und zum Übermitteln der erfassten Messdaten durch die erste und zweite Datenkommunikationsstruktur eingerichtet ist.According to a further exemplary embodiment of the invention, each submodule has a sensor unit which is set up for acquiring measured data and for transmitting the acquired measured data by the first and second data communication structures.

Die Sensoreinheit mag insbesondere Temperatursensoren, Spannungssensoren und/oder Stromsensoren aufweisen.The sensor unit may in particular comprise temperature sensors, voltage sensors and / or current sensors.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für einen Kraftfahrzeug beschrieben, welche zum Kommunizieren mit einem System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.According to a second aspect of the invention there is described an engine control system for a motor vehicle adapted to communicate with a system according to any one of the preceding claims.

Die Motorsteuerung dieses Aspekts basiert auf der gleichen Erkenntnis wie der erste Aspekt und stellt eine vorteilhafte Implementierung der Erfindung in einem Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb dar, das heißt ein Elektro- oder Hybridfahrzeug.The motor control of this aspect is based on the same insight as the first aspect and represents an advantageous implementation of the invention in an electric motor vehicle, that is, an electric or hybrid vehicle.

Die Funktionalitäten der erfindungsgemäßen Steuereinheiten können sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Hardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, realisiert werden. The functionalities of the control units according to the invention can be determined both by means of a computer program, i. software, as well as by means of one or more special electrical circuits, i. in hardware or in any hybrid form, i. using software components and hardware components.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören. It should be noted that embodiments of the invention have been described with reference to different subject matters. In particular, some embodiments of the invention are described with method claims and other embodiments of the invention with apparatus claims. However, it will be readily apparent to those skilled in the art upon reading this application that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features belonging to a type of subject matter, any combination of features that may result in different types of features is also possible Subject matters belong.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform. Further advantages and features of the present invention will become apparent from the following exemplary description of a preferred embodiment.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems, bei dem eine Mehrzahl von Submodulen über eine Doppelringstruktur parallel verbunden ist. 1 shows an embodiment of a system according to the invention, in which a plurality of submodules is connected in parallel via a double ring structure.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems, bei dem eine Mehrzahl von Submodulen über eine Doppelringstruktur seriell verbunden ist. 2 shows an embodiment of a system according to the invention, in which a plurality of submodules is connected in series via a double ring structure.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems, bei dem eine Mehrzahl von Submodulen über eine Doppelringstruktur seriell verbunden ist. 3 shows a further embodiment of a system according to the invention, in which a plurality of submodules is connected in series via a double ring structure.

Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebene Ausführungsform lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt. It should be noted that the embodiment described below represents only a limited selection of possible embodiments of the invention.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems 100, bei dem eine Mehrzahl von Submodulen 110 über eine Doppelringstruktur 120, 121 parallel verbunden ist. 1 shows an embodiment of a system according to the invention 100 in which a plurality of submodules 110 via a double ring structure 120 . 121 connected in parallel.

Das System 100 weist eine Mehrzahl von Submodulen 110 auf. Jedes Submodul 110 dient dazu, eine Phase der elektrischen Maschine in einem Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb zu speisen, und weist einen Leistungsteil 112 und eine Steuereinheit 114 auf. Der Leistungsteil 112 weist zwei Schaltelemente (MOSFETs, IGBTs oder ähnliches), eine Ansteuerung 113 und einen Kondensator auf. Die Ansteuerung 113 steuert die Schaltelemente und der Kondensator speichert und liefert eine passende Spannung an die entsprechende Wicklung bzw. Phase der Maschine. Die Leistungsteile 113 sind in Reihe geschaltet und teilen sich somit die von einer Hochvolt-Batterie 130 bereitgestellte Spannung. Abhängig davon, welches der beiden Schaltelemente gerade offen und geschlossen ist, wird ein Teil der Batteriespannung an den Kondensator gelegt, damit dieser aufgeladen wird, oder das Submodul 110 nimmt keinen Teil der Spannung ab und überlässt den anderen Submodulen 110 die Batteriespannung. Dies ermöglicht einen flexiblen Ladevorgang, indem eine relativ hohe Teilspannung an einen Teil der Submodule zur Verfügung gestellt wird, während die übrigen Submodule keine Spannung abnimmt. Zum Beispiel kann jeweils die Hälfte der Submodule 110 geladen werden, damit eine doppelt so große Teilspannung für jedes Submodul 110 verfügbar ist, in Vergleich mit einem gleichzeitigen Laden aller Submodule 110.The system 100 has a plurality of submodules 110 on. Each submodule 110 serves to feed a phase of the electric machine in a motor vehicle with electric drive, and has a power unit 112 and a control unit 114 on. The power section 112 has two switching elements (MOSFETs, IGBTs or the like), a drive 113 and a capacitor. The control 113 controls the switching elements and the capacitor stores and supplies an appropriate voltage to the corresponding winding or phase of the machine. The power parts 113 are connected in series and thus share those of a high-voltage battery 130 provided voltage. Depending on which of the two switching elements is currently open and closed, a part of the battery voltage is applied to the capacitor so that it is charged, or the submodule 110 does not take any part of the voltage and leaves it to the other submodules 110 the battery voltage. This allows a flexible charging process by providing a relatively high partial voltage to one part of the submodules, while the other submodules do not lose any voltage. For example, each half of the submodules 110 be loaded, so twice as large sub-voltage for each submodule 110 is available, compared to simultaneous loading of all submodules 110 ,

Die Steuereinheit 114 in jedem Submodul 110 weist einen Controller 116 und Datenkommunikationsschnittstellen 118 und 119 auf. Die Schnittstellen 118 und 119 können zum Beispiel optische Koppelelemente sein. Alternativ können die Schnittstellen elektrische oder magnetische Koppelelemente sein. The control unit 114 in every submodule 110 has a controller 116 and data communication interfaces 118 and 119 on. The interfaces 118 and 119 For example, they may be optical coupling elements. Alternatively, the interfaces may be electrical or magnetic coupling elements.

Eine erste Datenkommunikationsleitung 120 läuft über die Schnittstellen 118 durch die Steuereinheit 114 jedes Submodul 110 hindurch und bildet einen ersten geschlossenen Ring. Eine zweite Datenkommunikationsleitung 121 läuft über die Schnittstellen 118 durch die Steuereinheit 114 jedes Submodul 110 hindurch und bildet einen zweiten geschlossenen Ring. Die beiden Datenkommunikationsleitungen 120, 121 bilden somit eine Doppelringstruktur. Die Steuereinheit 116 in jedem Submodul 110 ist mit jeder der Datenkommunikationsleitungen 120, 121 verbunden. Somit sind alle Submodule 110 in diesem Ausführungsbeispiel in parallel an den beiden Datenkommunikationsleitungen 120, 121 gekoppelt. Zwei Submodule 110 (in der Abbildung Submodul A und Submodul X) sind über Schnittstellen 119 und Haupt-Datenkommunikationsleitungen 150, 151, 152, 153 mit einer zentralen Steuereinheit 140 verbunden. Die zentrale Steuereinheit 140 weist einen Controller 142 und Schnittstellen 144 auf, und dient dazu, das System 100 zu Steuern und Überwachen. Die Verbindung zwischen der zentralen Steuereinheit 140 und Submodul A weist eine erste Haupt-Datenkommunikationsleitung 150 und eine zweite Haupt-Datenkommunikationsleitung 151 auf und die Verbindung zwischen der zentralen Steuereinheit 140 und Submodul X weist eine erste Haupt-Datenkommunikationsleitung 152 und eine zweite Haupt-Datenkommunikationsleitung 153. Somit wird (über die Datenkommunikationsleitungen 120 und 121) eine zweite Doppelringstruktur gebildet, welche die zentrale Steuereinheit 140 beinhaltet.A first data communication line 120 runs over the interfaces 118 through the control unit 114 every submodule 110 through and forms a first closed ring. A second data communication line 121 runs over the interfaces 118 through the control unit 114 every submodule 110 through and forms a second closed ring. The two data communication lines 120 . 121 thus form a double ring structure. The control unit 116 in every submodule 110 is with each of the data communication lines 120 . 121 connected. Thus, all submodules 110 in this embodiment in parallel to the two data communication lines 120 . 121 coupled. Two submodules 110 (in the illustration submodule A and submodule X) are via interfaces 119 and main data communication lines 150 . 151 . 152 . 153 with a central control unit 140 connected. The central control unit 140 has a controller 142 and interfaces 144 on, and serves the system 100 to taxes and monitoring. The connection between the central control unit 140 and Submodule A has a first main data communication line 150 and a second main data communication line 151 on and the connection between the central control unit 140 and sub-module X has a first main data communication line 152 and a second main data communication line 153 , Thus, (via the data communication lines 120 and 121 ) formed a second double ring structure, which is the central control unit 140 includes.

Die Submodule 110 weisen des Weiteren (nicht abgebildete) Temperatursensoren, Stromsensoren und Spannungssensoren auf. Die entsprechenden Messdaten von jedem Submodul 110 werden über die beiden Datenkommunikationsleitungen allen anderen Submodulen 110 und der zentralen Steuereinheit 140 zur Verfügung gestellt.The submodules 110 further include temperature sensors (not shown), current sensors and voltage sensors. The corresponding measurement data from each submodule 110 be over the two data communication lines all other submodules 110 and the central control unit 140 made available.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems 200, bei dem eine Mehrzahl von Submodulen 210 über eine Doppelringstruktur 222, 223 seriell verbunden ist. Das System 200 ist in vielen Hinsichten mit dem oben beschriebenen System 100 identisch und im Folgenden wird nur die Unterschiede beschrieben, um überflüssige Wiederholungen zu vermeiden. 2 shows an embodiment of a system according to the invention 200 in which a plurality of submodules 210 via a double ring structure 222 . 223 connected serially. The system 200 is in many ways with the system described above 100 identical and below only the differences are described to avoid unnecessary repetition.

Das System 200 unterscheidet sich vom System 100 durch die Steuereinheiten 215 der Submodule 210 und durch den Aufbau der Doppelringstruktur 222, 223. Diese sind in diesem Ausführungsbeispiel so aufgebaut, dass die erste Datenkommunikationsleitung 222 und die zweite Datenkommunikationsleitung 223 von dem Controller 216 unterbrochen sind, in dem Sinne, dass die beiden Datenkommunikationsleitung über die Schnittstellen 218 durch den Controller 216 verlaufen. Mit anderen Worten sind die Submodule 210 in diesem Ausführungsbeispiel seriell verbunden durch die erste Datenkommunikationsleitung 222 und die zweite Datenkommunikationsleitung 223.The system 200 is different from the system 100 through the control units 215 the submodules 210 and by the construction of the double ring structure 222 . 223 , These are constructed in this embodiment so that the first data communication line 222 and the second data communication line 223 from the controller 216 are interrupted, in the sense that the two data communication line through the interfaces 218 through the controller 216 run. In other words, the submodules 210 in this embodiment serially connected by the first data communication line 222 and the second data communication line 223 ,

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Systems 300, bei dem eine Mehrzahl von Submodulen 310 über eine Doppelringstruktur 324, 325 seriell verbunden ist. Das System 300 unterscheidet sich vom System 200 lediglich darin, dass die zentrale Steuereinheit 340 zwischen Submodul A und Submodul X gekoppelt ist und somit direkt in der Doppelringstruktur 324, 325 mit eingebunden ist. Die Steuereinheiten 315‘ der Submodule 310 weisen folglich keine Schnittstelle auf, die der Schnittstelle 219 im System 200 entspricht. 3 shows a further embodiment of a system according to the invention 300 in which a plurality of submodules 310 via a double ring structure 324 . 325 connected serially. The system 300 is different from the system 200 only in that the central control unit 340 is coupled between submodule A and submodule X and thus directly in the double ring structure 324 . 325 is involved. The control units 315 ' the submodules 310 consequently have no interface that the interface 219 in the system 200 equivalent.

Die oben dargestellten erfindungsgemäßen Systeme 100, 200 und 300 stellen flexible und robuste Kommunikationssysteme dar, die direkte Datenkommunikation zwischen Submodulen 110, 210, 310 ermöglichen und eine hohe Ausfallsicherheit bzw. Fehlerrobustheit bereitstellen. Das erfindungsgemäße System kann die direkte Datenkommunikation zwischen Submodulen dazu nutzen, die zentrale Steuereinheit zu entlasten und verschiedene Funktionen auf die Submodule zu verteilen. Die Doppelringstruktur stellt sicher, dass das System auch dann weiterarbeiten kann, wenn ein Submodul oder einen Ring ausfällt. Die Datenintegrität bleibt erhalten und alle Daten (zum Beispiel (Soll- und Istwerte) stehen allen Submodulen und der zentralen Steuereinheit gleichzeitig (in Echtzeit) zur Verfügung.The systems of the invention shown above 100 . 200 and 300 represent flexible and robust communication systems, the direct data communication between submodules 110 . 210 . 310 enable and provide a high reliability or error robustness. The system according to the invention can use the direct data communication between submodules to relieve the central control unit and to distribute various functions to the submodules. The double ring structure ensures that the system can continue working even if a submodule or ring fails. Data integrity is maintained and all data (for example, setpoints and actual values) is available to all submodules and the central control unit simultaneously (in real time).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100, 200, 300100, 200, 300: System system
110, 210, 310110, 210, 310: Submodul submodule
112, 212, 312112, 212, 312: Leistungsteil power unit
113, 213, 313113, 213, 313: Ansteuerung control
114, 216, 316114, 216, 316: Steuereinheit control unit
116116: Controller controller
118, 119118, 119: Schnittstelle interface
120, 121120, 121: Datenkommunikationsleitung Data communication line
130130: Hochvolt-Batterie High-voltage battery
140140: Zentrale Steuereinheit Central control unit
142, 242, 342142, 242, 342: Controller controller
144144: Schnittstelle interface
150–153150-153: Haupt-Datenkommunikationsleitung Main-data communication line
215215: Steuereinheit control unit
218, 219218, 219: Schnittstelle interface
222, 223222, 223: Datenkommunikationsleitung Data communication line
230230: Hochvolt-Batterie High-voltage battery
240240: Zentrale Steuereinheit Central control unit
244244: Schnittstelle interface
250–253250-253: Haupt-Datenkommunikationsleitung Main-data communication line
315‘315 ': Steuereinheit control unit
318318: Schnittstelle interface
324, 325324, 325: Datenkommunikationsleitung Data communication line
330330: Hochvolt-Batterie High-voltage battery
340340: Zentrale Steuereinheit Central control unit
344344: Schnittstelle interface

Claims

System ( 100 ) for controlling an electrical machine, in particular in a motor vehicle, the system comprising a plurality of submodules ( 110 ), each submodule ( 110 ) is arranged for transmitting power at or from a part of the electrical machine and an interface ( 118 . 119 ) for data communication, a first data communication structure and a second data communication structure, wherein both the first and the second data communication structure with the interfaces of the plurality of submodules ( 110 ) in such a way that they each form a closed ring.

System ( 100 ) according to the preceding claim, wherein the first data communication structure comprises a first data communication line ( 120 ), wherein the second data communication structure comprises a second data communication line ( 121 ), and wherein the interfaces of the plurality of submodules ( 110 ) in parallel with the first and second data communication lines ( 120 ) are connected.

System ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the first data communication structure comprises a first plurality of data communication lines ( 120 . 121 ) having a first serial connection between the interfaces of the plurality of submodules ( 110 ), and wherein the second data communication structure comprises a second plurality of data communication lines that provide a second serial connection between the interfaces of the plurality of submodules ( 110 ).

System ( 100 ) according to claim 2 or 3, wherein the first and second data communication lines ( 120 . 121 ) and the first and second plurality of data communication lines comprise electrical, optical or magnetic data communication lines.

System ( 100 ) according to one of the preceding claims, further comprising a central control unit ( 140 ), which interfaces with the interfaces of two submodules ( 110 ) connected is.

System ( 100 ) according to the preceding claim, wherein the central control unit ( 140 ) via a first and a second main data communication line ( 150 . 151 ) with the interface ( 118 . 119 ) of each of the two submodules ( 110 ) connected is.

System ( 100 ) according to the preceding claim, wherein the first main data communication line is part of the first data communication structure and the second main data communication line is part of the second data communication structure.

System ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein each submodule ( 110 ) a control unit ( 114 ), which is adapted to the submodule ( 110 ) based on data transmitted by the first and second data communication structures.

System ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein each sub-module has a sensor unit which is set up for acquiring measurement data and for transmitting the acquired measurement data by the first and second data communication structure.

Motor control for a motor vehicle for communicating with a system ( 100 ) is arranged according to one of the preceding claims.