DE102017123033A1 - System und verfahren zum steuern von elektrofahrzeugen - Google Patents

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Abstract

Ein Hybridfahrzeug kann eine Batterie, die an einen Wandler gekoppelt ist, um Strom einem Generator und einem Motor über den Wandler bereitzustellen, und eine Steuerung beinhalten, die programmiert ist, eine von einer durch die Batterie gelieferten Spannung und einer durch den Wandler umgewandelten verstärkten oder aktualisierten Spannung auszuwählen, um einen Drehmomentbedarf des Generators oder des Motors mit einem entsprechend zugeordneten niedrigeren Energieverlust auszuwählen, wobei die verstärkte Spannung iterativ ausgewählt wird, um den Energieverlust zu minimieren.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren zum Steuern von Elektrofahrzeugen, wie etwa Hybridelektrofahrzeugen.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Hybridelektrofahrzeuge (HEVs) verwenden oftmals eine Leistungsverzweigungsarchitektur, um ein durch den Verbrennungsmotor erzeugtes Verbrennungsdrehmoment und das elektrische Drehmoment, das durch zwei elektrische Maschinen erzeugt wird, zu kombinieren, um das Fahrzeug anzutreiben. Die elektrischen Maschinen können als ein Generator und/oder ein Motor betrieben werden. Ein Spannungsbedarf durch den Generator und den Motor kann eine höhere Spannung auf dem DC-Bus erfordern als jener der Batterie, womit ein variabler Spannungswandler (VVC) erforderlich ist, um die Spannung von der Batterie zu erhöhen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Ein Antriebsstrangsystem kann einen Motor und einen Generator, von denen jeder einen Drehmomentbedarf aufweist, eine Batterie, die einem Wandler eine Batteriespannung bereitstellt, und eine Steuerung beinhalten, die zu Folgendem konfiguriert ist: eine Wandlerbetriebsspannnung auszuwählen, die niedriger als eine dem maximalen Drehmoment pro Ampere zugeordnete Motor- oder Generatorspannung ist, um den Drehmomentbedarf zu decken, um einen Energieverlust am Wandler zu verringern, wobei die Betriebsspannung eine ausgewählte Spannung der Batteriespannung, bei welcher der Wandler im Durchgangsmodus betrieben wird, und einer neuen Spannung ist, bei welcher der Wandler im Verstärkermodus betrieben wird, wobei die neue Spannung iterativ berechnet wird, um den Drehmomentbedarf zu decken und den Wandlerenergieverlust über den des Wandlers, der die MTPA-Spannung im Verstärkermodus liefert, zu verringern.
  • Ein Verfahren zum Reduzieren des Energieverlusts von Elektrofahrzeugen kann Folgendes beinhalten: Berechnen eines ersten Verlusts als Folge davon, dass ein Wandler in einem Durchgangsmodus betrieben wird, unter Verwendung einer Batteriespannung und eines erhöhten Motorstroms, iteratives Auswählen einer neuen Spannung, Berechnen eines zweiten Verlusts als Folge davon, dass der Wandler im Verstärkermodus mit der neuen Spannung betrieben wird, und Auswählen der Spannung mit dem niedrigeren Verlust.
  • Ein Hybridfahrzeug kann eine Batterie, die an einen Wandler gekoppelt ist, um Strom einem Generator und einem Motor über einen Wandler bereitzustellen, und eine Steuerung beinhalten, die programmiert ist, eine von einer durch die Batterie gelieferten Spannung und einer durch den Wandler umgewandelten aktualisierten Spannung auszuwählen, um einen Drehmomentbedarf des Generators oder des Motors mit einem entsprechend zugeordneten niedrigeren Energieverlust auszuwählen, wobei die aktualisierte Spannung iterativ ausgewählt wird, um den Energieverlust zu minimieren.
  • Figurenliste
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden insbesondere in den beigefügten Patentansprüchen angeführt. Jedoch werden andere Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen in Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher und am besten verstanden, wobei:
    • 1 ein Systemdiagramm eines Antriebsstrangsystems für Hybridelektrofahrzeuge veranschaulicht; und
    • 2A - 2B ein Flussdiagramm für einen Prozess des Antriebsstrangsystems veranschaulichen;
    • 3A ein beispielhaftes Diagramm veranschaulicht, das einen Gesamtenergieverlust gegenüber der DC-Busspannung darstellt, wobei sich bei dem Beispiel ein VVC in einem Durchgangsmodus befindet und das maximale Drehmoment pro Ampere (MTPA) erreicht ist;
    • 3B ein beispielhaftes Diagramm veranschaulicht, das einen Gesamtenergieverlust gegenüber der DC-Busspannung darstellt, wobei sich bei dem Beispiel der VVC in einem Durchgangsmodus befindet und das MTPA nicht erreicht ist; und
    • 3C ein beispielhaftes Diagramm veranschaulicht, das einen Gesamtenergieverlust gegenüber der DC-Busspannung darstellt, wobei sich bei dem Beispiel der VVC in einem Verstärkermodus befindet.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Je nach Bedarf werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung, die in unterschiedlichen und alternativen Formen ausgeführt sein kann, lediglich beispielhaft sind. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hier offenbarte konkret strukturelle und funktionelle Einzelheiten nicht als einschränkend, sondern lediglich als repräsentative Basis zu verstehen, um einen Fachmann eine unterschiedliche Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren.
  • Hybridelektrofahrzeuge (HEVs), die eine Leistungsverzweigungsarchitektur verwenden, können einen Spannungsbedarf von dem Generator und dem Motor erkennen. Dieser Spannungsbedarf kann eine höhere Spannung auf dem DC-Bus erfordern als jener der Batterie, womit ein variabler Spannungswandler (VVC) erforderlich ist, um die Spannung von der Batterie zu erhöhen. Dies kann den VVC veranlassen, in einem Verstärkermodus betrieben zu werden, was zu einem höheren Leistungsverlust führen kann. Hierin ist ein Antriebsstrangsystem offenbart, das konfiguriert ist, den Spannungsbedarf des Generators und des Motors zu decken, während die Fälle, in denen der VVC im Verstärkermodus betrieben wird, verringert werden. Insoweit der VVC im Verstärkermodus betrieben werden kann, kann eine niedrigere Spannung ausgewählt werden, welche die Verluste über die Verluste verringert, die erzeugt werden, wenn die erforderliche Spannung verwendet wird.
  • 1 veranschaulicht ein Systemdiagramm eines Antriebsstrangsystems 100 eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) (nicht dargestellt). Der Antriebsstrang 100 kann ein Leistungsverzweigungssystem zum Kombinieren des durch einen Verbrennungsmotor 105 erzeugten Verbrennungsdrehmoments und des durch einen Motor 115 und einen Generator 110 erzeugten elektrischen Drehmoments beinhalten. Bei dem Motor 115 und dem Generator 110 kann es sich um elektrische Maschinen handeln, die dauermagnetische AC-Motoren mit Dreiphasenstromeingaben sind. Der Verbrennungsmotor 105 und der Generator 110 können durch einen Planetengetriebesatz 120 verbunden sein. Der Motor 115 kann mit dem Planetengetriebesatz 120 und den Fahrzeugrädern 125 durch einen Motorgetriebesatz 130 verbunden sein. Der Motor 115 kann mit einer Antriebswelle 165 am Fahrzeug derart verbunden sein, dass die Antriebswelle ein Drehmoment vom Motor 115 und/oder dem Verbrennungsmotor 105 an die Räder des Fahrzeugs übertragen kann.
  • Das System 100 kann eine Steuerung 170, wie beispielsweise eine Motor-Generator-Steuereinheit (MGCU) beinhalten, die in Verbindung mit einem Generatorwechselrichter 175 und einem Motorwechselrichter 180 steht. Die Steuerung 170 kann Eingabekommunikationskanäle und Ausgabekommunikationskanäle beinhalten und kann die Wechselrichter 175, 180 steuern, um den Motor 115 und/oder den Generator 110 mit gewünschten Drehmomenten anzutreiben. Die Wechselrichter 175, 180 können direkt mit einem Hochspannungsbatteriepack 160 des Fahrzeugs oder durch einen variablen Spannungswandler (VVC) 185 verbunden sein. Die Steuerung 170 kann ein Computer sein, der konfiguriert ist, die hierin offenbarten Prozesse über eine Steuerlogik durchzuführen. Die Steuerung 170 kann an einen Speicher oder eine Datenbank (nicht dargestellt) gekoppelt sein. Die Steuerung 170 und/oder der Speicher davon können Motor- und Generatorwerte erzeugen und beibehalten.
  • Der VVC 185, der Motorwechselrichter 175 und der Generatorwechselrichter 180 können Teil eines Wechselrichtersystemsteuerungssystems (ISC-Systems) 190 sein. Die Wechselrichter 175, 180 können direkt mit einem HV-DC-Bus 195 verbunden sein, der zwischen den Wechselrichtern 175, 180 und dem VVC 185 angeordnet ist. Die Wechselrichter 175, 180 sind in der Lage, den Generator 110 und den Motor 115 in ihrem Zustand des maximalen Drehmoments pro Ampere (MTPA) zu betreiben. Der MTPA-Zustand kann zu einem minimalen elektrischen Verlust des Motors 115 und des Generators 110 führen.
  • Der VVC 185 kann in verschiedenen Modi betrieben werden, um die an die Wechselrichter 175, 180 gelieferte Spannung zu steuern. Zum Beispiel kann der VVC 185 in einem Durchgangsmodus betrieben werden. Während des Durchgangsmodus wird die Leistungselektronik nicht umgeschaltet, wodurch Schaltverluste eliminiert werden. Das Batteriepack 160 kann direkt oder indirekt durch den VCC mit dem HV-DC-Bus 185 verbunden sein und die HV-DC-Busspannung ist gleich oder nahezu gleich derjenigen der Batteriespannung vom Batteriepack 160.
  • Der VVC 185 kann ebenfalls in einem Verstärkermodus betrieben werden. Während des Verstärkermodus kann der HV-DC-Bus 195 durch den VCC 185 gesteuert werden. In diesem Fall kann der HV-DC-Bus 195 eine höhere Spannung als die des Batteriepacks aufweisen. Der Verstärkermodus ermöglicht dem VVC 185, die Batteriepackspannung (z. B. 200 V) auf eine gewünschte DC-Busspannung (z. B. 200 bis 400 C) zu verstärken, sodass der Generator 110 und der Motor 115 ihren MTPA erreichen können. Wenn die erforderliche DC-Busspannung die Batteriepackspannung überschreitet, wird der VVC 185 somit im Verstärkermodus betrieben. Diese Anforderung veranlasst den VVC 185, in den meisten Fällen im Verstärkermodus betrieben zu werden.
  • Dennoch erkennt das System 100 während des Verstärkermodus einen größeren Energieverlust als wenn es im Durchgangsmodus betrieben wird. Dies kann teilweise dem Umstand geschuldet sein, dass der VVC 185 selbst Energie verbraucht. Außerdem kann eine höhere DC-Busspannung zu einem höheren ISC-Verlust führen, insbesondere einem Schaltverlust der Leistungselektronik in der ISC. In dem Bestreben, das System 100 zu optimieren, kann der elektrische Verlust von dem VVC 185 und den Wechselrichtern 175, 180 zusätzlich zu dem Generator 110 und dem Motor 115 in Betracht gezogen werden.
  • Unter bestimmten Bedingungen führt der Verstärkermodus zu einem nicht optimalen Betrieb des Systems 100. Wenn zum Beispiel die Motordrehzahl hoch ist bei null Drehmoment, und wenn die Generatordrehzahl im mittleren Bereich bei hohem Drehmoment liegt, erfordert der Motor eine hohe DC-Busspannung und somit wird der VVC 185 im Verstärkermodus 185 betrieben. Auch wenn der Generator 110 eine DC-Busspannung fordert, für die es nicht erforderlich ist, dass der VVC 185 im Verstärkermodus betrieben wird, fordert der Motor 115 eine DC-Busspannung, für die dies der Fall ist. Dies jedoch wird einen VVC-Verlust auslösen und kann somit einen zusätzlichen Energieverlust innerhalb des Systems 100 und eine Reduzierung der Fahrzeugenergieeffizienz oder der Kraftstoffeffizienz verursachen.
  • Die Steuerung 170 kann jedoch eine Spannung auswählen, um den Gesamtsystemenergieverlust zu reduzieren, indem dem VVC 185 erlaubt wird, unter mehr Bedingungen im Durchgangsmodus betrieben zu werden, und/oder indem dem VVC 185 erlaubt wird, im Verstärkermodus bei einer niedrigeren Spannung als der andernfalls erforderlichen oder geforderten Spannung betrieben zu werden. Zum Beispiel kann die Steuerung 170 zwei Spannungen berechnen oder auswerten. Die erste Spannung kann die Batteriespannung sein, die in der Lage ist, den Drehmomentbedarf des Motors und/oder Generators zu erreichen. Die zweite Spannung kann eine iterativ aktualisierte Spannung sein, die konfiguriert ist, einen niedrigeren Gesamtenergieverlust als den der erforderlichen Spannung aufzuweisen. Die zweite Spannung kann die niedrigste Spannung sein, bei der Drehmomentbedarf gedeckt werden kann, während ein niedriger Gesamtenergieverlust als der der erforderlichen Spannung aufgewiesen wird.
  • Die Steuerung 170 kann den Gesamtenergieverlust der ersten Spannung mit dem der zweiten Spannung vergleichen und die Spannung mit dem niedrigsten Energieverlust als die bezeichnete oder aktuell bestimmte optimale Spannung auswählen. Für den Fall, dass die Batteriespannung möglicherweise nicht in der Lage ist, den Drehmomentbedarf im Durchgangsmodus zu decken, kann die zweite Spannung im Wesentlichen niedriger als die geforderte oder erforderliche Spannung (z. B. vom nachstehend erörterten Block 220) sein und somit den Energieverlust verringern. Das heißt, auch wenn die Drehmomentanforderungen den Betrieb des VVC 185 im Durchlaufmodus nicht begünstigen, kann der VVC 185 im Verstärkermodus unter Verwendung einer niedrigeren erforderlichen Spannung, und somit eines geringeren Verlusts, betrieben werden. Dieser Prozess wird nachstehend mit Bezug auf die 2A - B detaillierter beschrieben.
  • Die 2A - B veranschaulichen ein Flussdiagramm für einen Prozess 200 des Antriebsstrangsystems 100. Der Prozess 200 kann eine Spannung auswählen, um die Menge an Zeit zu reduzieren, die der VVC 185 im Verstärkermodus betrieben wird. Die ausgewählte VVC-Betriebsspannung kann aus einer von einer in einem ersten Unterprozess 202 festgelegten ersten Spannung und einer in einem zweiten Unterprozess 204 festgelegten zweiten Spannung ausgewählt werden. Die Spannung, die in der Lage ist, die niedrigere Menge an Systemenergieverlust zu erzeugen, kann als die VVC-Verstärkermodus-Betriebsspannung ausgewählt werden.
  • Der Prozess 200 kann bei Block 205 beginnen, bei dem die Steuerung 170 einen Drehmomentbedarf von der Hybridsteuereinheit (HCU) (nicht dargestellt) empfangen kann. Der Drehmomentbedarf kann ein gewünschtes Drehmoment für jeden des Generators 110 und des Motors 115 beinhalten.
  • Bei Block 210 kann die Steuerung 170 die Motor-DC-Busspannung zum Erreichen des Motor-MTPA berechnen. Gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig kann die Steuerung 170 bei Block 215 die Generator-DC-Busspannung zum Erreichen des Generator-MTPA berechnen. Die DC-Busspannungen können aus einer Kalibrationstafel berechnet werden, die in einem Speicher der Steuerung 170 gespeichert ist.
  • Bei Block 220 kann die Steuerung 170 konfiguriert sein, die höhere der Motor-DC-Busspannung und der Generator-DC-Busspannung, die im Block 210 bzw. 215 berechnet wurden, auszuwählen. Diese Spannung kann die geforderte oder erforderliche Spannung sein, um das MTPA und den Drehmomentbedarf sowohl des Motors als auch des Generators zu decken.
  • Bei Block 225 kann die Steuerung 170 bestimmen, ob die erforderliche DC-Busspannung die Batteriepackspannung überschreitet. Anders gesagt, reicht die Batteriespannung aus, um das MTPA zu decken. In einem Beispiel kann die Spannung 200 V betragen. Wenn die DC-Busspannung 250 V beträgt, um das MTPA zu erreichen, ist die DC-Busspannung größer als die Batteriepackspannung. Wenn jedoch die MTPA-DC-Busspannung die Batteriepackspannung nicht überschreitet, geht der Prozess 200 zu Block 230 über.
  • Bei Block 230 weist die Steuerung 170 den VVC 185 an, im Durchgangsmodus betrieben zu werden. In diesem Beispiel kann die erforderliche MTPA-DC-Busspannung relativ niedrig sein und somit kann die Batteriepackspannung ausreichen, um das MTPA sowohl des Generators 110 als auch des Motors 115 zu erreichen. Der VVC 185 kann im Durchgangsmodus betrieben werden und somit sind die VVC-Verluste niedrig. Anschließend kann der Prozess 200 enden.
  • Wenn bei Block 225 die erforderliche DC-Busspannung die Batteriepackspannung überschreitet, geht der Prozess 200 zu den Blöcken 240 und 260 über. Block 240 leitet einen ersten Unterprozess 202 ein, der konfiguriert ist, eine erste DC-Busspannung zu berechnen. Block 260 leitet einen zweiten Unterprozess 204 ein, der konfiguriert ist, eine zweite DC-Busspannung zu berechnen.
  • Innerhalb des ersten Unterprozesses 202 prüft die Steuerung 170 bei Block 240, ob der Drehmomentbedarf gedeckt werden kann, wenn der VVC 185 im Durchgangsmodus betrieben wird. Im Durchgangsmodus ist die DC-Busspannung gleich der Batteriespannung. Die Batteriespannung reicht möglicherweise für den Motor und den Generator nicht aus, um das/die geforderte(n) Drehmoment(e) zu liefern. Dennoch muss der Drehmomentbedarf ungeachtet des Gesamtverlusts erreicht werden. Für den Fall, dass der Drehmomentbedarf nicht gedeckt werden kann, muss die DC-Busspannung erhöht werden und somit wird der VVC im Verstärkermodus betrieben. Das heißt, die Steuerung prüft bei Block 240, ob der Drehmomentbedarf erreicht werden kann, ohne das MTPA zu decken.
  • Wenn zum Beispiel die Spannung 200 V beträgt, kann der Drehmomentbedarf gedeckt werden, jedoch nicht das MTPA. Jede Spannung, die höher als die erforderliche MTPA-DC-Busspannung ist, z. B. 250 V, stellt das MTPA sicher. Jede Spannung, die niedriger als die erforderliche MTPA-DC-Busspannung ist, stellt das MTPA nicht sicher. Der Motor kann den Drehmomentbedarf mit einem erhöhten Motorstrom erreichen. Dennoch darf die DC-Busspannung nicht zu niedrig sein, da andernfalls der Motor den Drehmomentbedarf trotz des erhöhten Motorstroms nicht erzeugen kann. Wenn der Drehmomentbedarf im Durchgangsmodus gedeckt werden kann, geht der Prozess 200 zu Block 245 über. Falls nicht, geht der Prozess zu Block 250 über.
  • Bei Block 245 berechnet die Steuerung 170 einen ersten Gesamtverlust, wenn der VVC 185 im Durchgangsmodus betrieben wird. Der erste Gesamtverlust kann den Gesamtenergieverlust des VVC 185 während des Durchlaufs sowie den Motorverlust beinhalten, einschließlich des Verlusts, der dem erhöhten Motorstrom, dem Generatorverlust, dem Motorwechselrichterverlust und dem Generatorwechselrichterverlust zugeordnet werden kann.
  • Bei Block 250 kann die Steuerung 170 als Reaktion auf den Drehmomentbedarf, der das verfügbare Drehmoment vom Betrieb des VVC 185 im Durchgangsmodus überschreitet, einen Gesamtverlust auf einen hohen Wert festlegen, um den VVC 185 daran zu hindern, im Durchgangsmodus betrieben zu werden. Dieser Wert kann ein außergewöhnlich hoher Wert sein, wie beispielsweise 100-mal höher als der Normalwert. Zum Beispiel kann der Wert auf 100 kW festgelegt werden. In diesem Beispiel ist der VVC 185 möglicherweise nicht in der Lage, den erforderlichen Motor- und Generatordrehmomentbedarf zu decken und die Auswahl der ersten Spannung zu vermeiden, wobei der berechnete Gesamtverlust bewusst hoch festgelegt ist, womit das System bei Block 285 gezwungen wird, im Verstärkermodus betrieben zu werden.
  • Innerhalb des zweiten Unterprozesses 204 berechnet die Steuerung 170 bei Block 260 den Gesamtverlust für die erforderliche DC-Busspannung. Der Gesamtverlust kann den Gesamtenergieverlust der ISC 190 sowie des Motors 115 und es Generators 110 beinhalten, der voraussichtlich entsteht, um die erforderliche MTPA-DC-Busspannung zu erreichen.
  • Bei Block 265 kann die Steuerung 170 eine neue DC-Busbetriebsspannung auswählen und einen neuen Gesamtverlust für die neue DC-Busbetriebsspannung berechnen. Die Steuerung 170 kann iterativ neue DC-Busbetriebsspannungen auswählen, bis eine ausgewählt wird, die in der Lage ist, den Drehmomentbedarf zu decken, sowie den Gesamtverlust im Vergleich zu dem in Block 260 berechneten Gesamtverlust zu verringern.
  • Bei Block 270 kann die Steuerung 170 prüfen, ob der Drehmomentbedarf mit der neuen DC-Busspannung gedeckt werden kann. Wenn der Drehmomentbedarf gedeckt werden kann, kann die Steuerung 170 prüfen, ob sich der neue Gesamtverlust über den des Verlusts der jüngsten DC-Busspannung verringert. Das heißt, die Steuerung 170 berechnet oder wählt iterativ neue DC-Busspannungen aus. Wenn der Gesamtsystemverlust der jüngsten DC-Busspannung weniger als der der vorhergehenden Iteration beträgt, geht der Vorgang 200 zu Block 265 über, mit dem Ziel eine Spannung auszuwählen, die noch niedrigere Verluste bereitstellt. Wenn der Gesamtsystemverlust der neuen DC-Busspannung nicht mehr sinkt, kann die Steuerung 170 anschließend erkennen, dass die Spannung mit dem dazu zugeordneten niedrigsten Verlust identifiziert wurde, und der Prozess 200 geht zu Block 280 über.
  • Bei Block 280 kann die Steuerung 170 die neue DC-Busspannung als die zweite DC-Busspannung auswählen. Eine derartige zweite Spannung kann die niedrigste Spannung sein, die in der Lage ist, den Drehmomentbedarf des Generators 110 und des Motors 115 zu decken, was einen verringerten Gesamtenergieverlust ermöglicht. Der neue Gesamtenergieverlust kann als der zweite Gesamtverlust für den zweiten Unterprozess 204 ausgewählt werden. Der zweite Gesamtverlust kann den Gesamtenergieverlust des VVC 185 während des Verstärkermodus, sowie den Motorverlust, den Generatorverlust, den Motorwechselrichterverlust und den Generatorwechselrichterverlust beinhalten. Im Gegensatz zum ersten Verlust beinhaltet der zweite Verlust nicht den zusätzlichen Motorverlust, der dem erhöhten Motorstrom, der zum Decken der Drehmomentanforderung erforderlich ist, zugeordnet werden kann.
  • Bei Block 285 kann die Steuerung 170 die den Spannungen aus dem ersten Unterprozess 202 und dem zweiten Unterprozess 204 zugeordneten berechneten Gesamtverluste vergleichen. Das heißt, die Steuerung 170 kann den ersten Gesamtverlust aus Block 245 mit dem zweiten Gesamtverlust aus Block 265 vergleichen. Die Steuerung 170 kann prüfen, ob der erste Gesamtverlust niedriger als der zweite Gesamtverlust ist. Wenn der erste Gesamtverlust niedriger als der zweite Gesamtverlust ist, kann die Steuerung 170 die erste DC-Busspannung als eine optimale Spannung auswählen und der Prozess 200 geht zu Block 230 über. In diesem Beispiel handelt es sich bei dem Gesamtsystemverlust um einen Tausch zwischen einem Verlust der Motor/Generatorfeldschwächung und einem Verlust des VVC 185. Während sich der VVC 185 im Durchgangsmodus befindet, reicht die DC-Busspannung möglicherweise nicht aus, das MTPA zu erreichen. Der Motor/Generator kann in einem Feldschwächungsbereich mit erhöhtem Energieverlust, insbesondere Kupferverlust, betrieben werden. Dennoch löst der VVC 185 in diesem Betriebsmodus keinen weiteren Energieverlust, wie beispielsweise einen Schaltverlust, aus.
  • Wenn der erste Gesamtverlust den zweiten Gesamtverlust überschreitet, geht der Prozess 200 zu Block 290 über. Bei Block 290 kann die Steuerung 170 den VVC 185 anweisen, im Verstärkermodus betrieben zu werden, um die bei Block 265 ausgewählte DC-Busspannung zu erreichen. In diesem Fall, kann die Steuerung 170 die zweite DC-Busspannung als die Betriebsspannung auswählen. Obwohl der VVC 185 möglicherweise nicht im Durchgangsmodus betrieben wird, kann der Gesamtverlust geringer sein, als wenn die in Block 220 ausgewählte DC-Busspannung als die Betriebsspannung verwendet werden würde. Wie erklärt, handelt es sich in diesem Beispiel bei dem Gesamtsystemverlust um einen Tausch zwischen einem Verlust der Motor/Generatorfeldschwächung und einem Schaltverlust der ISC. Indem die neue DC-Busspannung iterativ berechnet wird und der der neuen DC-Busspannung zugeordnete Gesamtenergieverlust mit dem der aktuell ausgewählten DC-Busspannung verglichen wird, kann eine Betriebsspannung ausgewählt werden, um den Drehmomentbedarf zu decken, während der Gesamtsystemverlust verringert wird. Anschließend endet der Prozess.
  • Der vorstehende Prozess reduziert oder minimiert den Gesamtverlust an elektrischer Energie in dem elektrischen System des HEV. Wenn in einem Beispiel der Motor 115 bei einer hohen Drehzahl mit einem niedrigen oder null Drehmomentbedarf läuft, und wenn der Generator 110 bei einer mittleren Drehzahl mit einem hohen Drehmomentbedarf läuft, kann der VVC 185 im Durchgangsmodus betrieben werden, indem der Motor 115 feldgeschwächt wird. Das ist zum Teil dem Umstand geschuldet, dass der Motor 115 keine hohe DC-Busspannung fordert und der VVC im Durchgangsmodus betrieben werden kann. Während sich der Motorverlust geringfügig erhöhen kann, kann der Gesamtsystemverlust reduziert werden.
  • Während der Prozess 200 so beschrieben ist, dass er durch die Steuerung 170 durchgeführt wird, kann der Prozess 200 durch eine andere Steuereinheit oder einen Prozessor durchgeführt werden, die/der entweder innerhalb des Fahrzeug oder entfernt vom Fahrzeug ausgeführt sind.
  • 3A - C veranschaulichen beispielhafte Diagramme, die den Gesamtenergieverlust gegenüber der DC-Busspannung darstellen. Lediglich als Beispiel dienend, veranschaulichen die 3A-C einen Fall, bei dem der Motor 115 eine höhere DC-Spannung als der Generator 110 erfordert. 3A veranschaulicht das Beispiel, bei dem sich der VVC 185 im Durchgangsmodus befindet und das MTPA erreicht ist. In diesem Beispiel erfordert sowohl der Generator als auch der Motor eine Spannung, die niedriger als die Batteriepackspannung ist, die annähernd 200 V beträgt. Die ausgewählte DC-Busbetriebsspannung kann niedriger als die Batteriepackspannung sein. Wie aus 3A ersichtlich ist, erhöht sich der elektrische Energieverlust, während sich die DC-Busspannung erhöht.
  • 3B veranschaulicht ein Beispiel, bei dem der VVC 185 im Durchgangsmodus betrieben wird, ohne dass das MTPA erreicht ist. In diesem Beispiel ist die ausgewählte Betriebsspannung niedriger als die erforderliche MTPA-DC-Busspannung von Block 220 aus 2. Der Generator 110 und der Motor 115 können jeweils eine berechnete DC-Busspannung aufweisen, die höher als die Spannung ist, Gesamtsystemenergieverluste reduziert oder minimiert. Somit kann das System 100 geringere Energieverluste aufgrund der ausgewählten niedrigeren DC-Busspannung erkennen.
  • 3C veranschaulicht ein Beispiel, bei dem der VVC 185 im Verstärkermodus betrieben wird. In diesem Modus kann die im ersten Unterprozess 202 berechnete erste DC-Busspannung größer als die im zweiten Unterprozess 204 berechnete zweite DC-Busspannung sein. Auch wenn der VVC 185 im Verstärkermodus betrieben wird, ist somit die Betriebsspannung niedriger als die der berechneten MTPA-DC-Busspannung.
  • Dementsprechend ist hierin ein Antriebsstrangsystem zum Reduzieren der Menge an Zeit beschrieben, die der VVC im Verstärkermodus betrieben wird, womit der Energieverlust, der dem VVC zugeordnet werden kann, verringert wird. Außerdem wird für den Fall, dass der VVC im Verstärkermodus betrieben wird, eine Betriebsspannung ausgewählt, die einen niedrigeren Gesamtenergieverlust aufweist als der der ursprünglich erforderlichen DC-Busspannung zum Erlangen des MTPA und zum Liefern des/der verlangten Drehmoments/Drehmomente. Dementsprechend wird ein System mit höherer Effizienz und geringerem Verlust erreicht.
  • Rechenvorrichtungen, wie beispielsweise die hierin beschriebenen Steuerungen, beinhalten im Allgemeinen computerausführbare Anweisungen, wobei die Anweisungen durch eine oder mehrere Rechenvorrichtungen, wie beispielsweise die vorstehend aufgelisteten, ausgeführt werden können. Computerausführbare Anweisungen können von Computerprogrammen zusammengestellt oder interpretiert werden, die unter Verwendung einer Vielzahl von Programmiersprachen und/oder -technologien erstellt wurden, einschließlich unter anderem, entweder allein oder in Kombination, Java™, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl, Matlab Simulink, TargetLink usw. Im Allgemeinen empfängt ein Prozessor (z. B. ein Mikroprozessor) Anweisungen, z. B. von einem Speicher, einem computerlesbaren Medium usw., und führt diese Anweisungen aus, wodurch er ein oder mehrere Prozesse durchführt, einschließlich eines oder mehrerer der hierin beschriebenen Prozesse. Derartige Anweisungen und andere Daten können unter Verwendung einer Vielzahl computerlesbarer Medien gespeichert und übertragen werden.
  • Ein computerlesbares Medium (auch als prozessorlesbares Medium bezeichnet) beinhaltet ein beliebiges nichtflüchtiges (z. B. physisches) Medium ein, das an der Bereitstellung von Daten (z. B. Anweisungen) beteiligt ist, die von einem Computer (z. B. von einem Prozessor eines Computers) gelesen werden können. Ein solches Medium kann viele Formen annehmen, einschließlich unter anderem nichtflüchtige Medien und flüchtige Medien. Nichtflüchtige Medien können zum Beispiel EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read-Only Memor - elektrischer löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher, der eine Art von nichtflüchtigem Speicher ist, der in Computern und anderen elektronischen Vorrichtungen zum Speichern kleiner Mengen an Daten verwendet wird, die gespeichert werden müssen, wenn die Stromversorgung getrennt wird, z. B. Eichtabellen oder Vorrichtungskonfigurationen.), optische oder magnetische Platten oder andere Dauerspeicher beinhalten. Flüchtige Medien können zum Beispiel einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (Dynamic Random Access Memory - DRAM) beinhalten, der in der Regel einen Hauptspeicher darstellt. Derartige Anweisungen können durch ein oder mehrere Übertragungsmedien übertragen werden, einschließlich Koaxialkabel, Kupferdraht und Glasfaser, einschließlich der Drähte, die einen mit einem Prozessor eines Computers gekoppelten Systembus umfassen. Zu gängigen Formen computerlesbarer Medien gehören z. B. eine Diskette, eine Folienspeicherplatte, eine Festplatte, ein Magnetband, ein beliebiges anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, eine DVD, ein beliebiges anderes optisches Medium, Lochkarten, Lochstreifen, ein beliebiges anderes physisches Medium mit Lochmustern, ein RAM, ein PROM, ein EPROM, ein FLASH-EEPROM, ein beliebiger anderer Speicherchip oder eine beliebige andere Speicherkassette oder ein beliebiges anderes Medium, das von einem Computer gelesen werden kann.
  • Datenbanken, Datenbestände oder sonstige Datenspeicher, die hier beschrieben sind, können unterschiedliche Arten von Mechanismen zum Speichern von, Zugreifen auf und Abrufen von unterschiedlichen Arten von Daten beinhalten, einschließlich einer hierarchischen Datenbank, einer Gruppe von Dateien in einem Dateisystem, einer Anwendungsdatenbank in einem proprietären Format, einem relationalen Datenbankverwaltungssystem (Relational Database Management System - RDBMS) usw. Jeder dieser Datenspeicher ist im Allgemeinen in einer Rechenvorrichtung enthalten, welche ein Computerbetriebssystem, wie beispielsweise eines der oben aufgeführten, verwendet, und es wird auf eine oder mehrere mögliche Weisen über ein Netzwerk darauf zugegriffen. Auf ein Dateisystem kann von einem Computerbetriebssystem zugegriffen werden, und es kann in unterschiedlichen Formaten gespeicherte Dateien beinhalten. Ein RDBMS verwendet im Allgemeinen die strukturierte Abfragesprache (Structured Query Language - SQL) zusätzlich zu einer Sprache zum Erstellen, Speichern, Bearbeiten und Ausführen gespeicherter Vorgänge, wie beispielsweise die vorstehend genannte PL/SQL-Sprache.
  • In einigen Beispielen können Systemelemente als computerlesbare Anweisungen (z. B. Software) auf einer oder mehreren Rechenvorrichtungen (z. B. Servern, PCs usw.) umgesetzt sein, die auf damit assoziierten computerlesbaren Medien (z. B. Platten, Speicher usw.) gespeichert sind. Ein Computerprogrammprodukt kann derartige Anweisungen umfassen, die zum Ausführen der hierin beschriebenen Funktionen auf computerlesbaren Medien gespeichert sind.
  • Hinsichtlich der hier beschriebenen Prozesse, Systeme, Verfahren, Heuristiken usw. versteht es sich, dass die Schritte derartiger Prozesse usw. zwar als gemäß einer bestimmten Reihenfolge erfolgend beschrieben worden sind, derartige Prozesse aber mit den beschriebenen Schritten in einer Reihenfolge durchgeführt werden könnten, die von der hierin beschriebenen Reihenfolge abweicht. Es versteht sich zudem, dass bestimmte Schritte gleichzeitig durchgeführt, andere Schritte hinzugefügt oder bestimmte hierin beschriebene Schritte weggelassen werden könnten. Mit anderen Worten dienen die Beschreibungen von Prozessen hierin dem Zwecke der Veranschaulichung bestimmter Ausführungsformen und sollten keinesfalls dahingehend ausgelegt werden, dass sie die Patentansprüche einschränken.
  • Dementsprechend versteht es sich, dass die vorstehende Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll. Viele Ausführungsformen und Anwendungen, bei denen es sich nicht um die bereitgestellten Beispiele handelt, werden beim Lesen der vorstehenden Beschreibung ersichtlich. Der Schutzumfang der Erfindung sollte nicht unter Bezugnahme auf die vorstehende Beschreibung festgelegt werden, sondern stattdessen unter Bezugnahme auf die beigefügten Patentansprüche unter Hinzunahme des vollständigen Umfangs an Äquivalenten, zu denen solche Patentansprüche berechtigen. Es wird erwartet und beabsichtigt, dass es hinsichtlich der hierin erörterten Technologien künftige Entwicklungen geben wird und dass die offenbarten Systeme und Verfahren in derartige künftige Ausführungsformen aufgenommen werden. Insgesamt versteht es sich, dass die Anmeldung modifiziert und variiert werden kann.
  • Allen in den Ansprüchen verwendeten Ausdrücken sollen deren umfassendste vernunftgemäße Konstruktionen und deren allgemeine Bedeutung zugeordnet werden, wie sie mit den hierin beschriebenen Technologien vertrauten Fachleuten bekannt sind, sofern hier kein ausdrücklicher Hinweis auf das Gegenteil erfolgt.
  • Zwar werden vorstehend repräsentative Ausführungsformen beschrieben, jedoch nicht in der Absicht, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen des beanspruchten Gegenstands beschreiben. Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale verschiedener umgesetzter Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die nicht ausdrücklich dargestellt oder beschrieben sind.

Claims (7)

  1. Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugs mit einer Batterie, einem Generator und einem Motor, die durch einen Bus gekoppelt sind, umfassend: Steuern eines Spannungswandlers, um entweder in einem Durchgangsmodus bei Batteriespannung oder in einem Verstärkermodus bei einer Verstärkerspannung betrieben zu werden, die höher als die Batteriespannung ist, um ein gefordertes Motor- oder Generatordrehmoment bereitzustellen, wobei die Verstärkerspannung ausgewählt ist, um einen Gesamtenergieverlust zu minimieren, der dem Spannungswandler, dem Motor und dem Generator zugeordnet ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Steuern des Spannungswandlers, um im Verstärkermodus betrieben zu werden, wenn die Batteriespannung nicht ausreicht, um das geforderte Motor- oder Generatordrehmoment bereitzustellen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Steuern des Spannungswandlers, um im Durchgangsmodus als Reaktion darauf betrieben zu werden, dass der Gesamtverlust, der dem Betreiben im Verstärkermodus zugeordnet ist, den Gesamtverlust, der dem Betreiben im Durchgangsmodus zugeordnet ist, überschreitet.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend iteratives Berechnen des Gesamtverlusts, der dem Betreiben des Spannungswandlers im Verstärkermodus bei jeder einer Vielzahl von Verstärkerspannungen zugeordnet ist, um den Gesamtenergieverlust zu minimieren.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Verstärkerspannung iterativ aus einer Vielzahl von Spannungen ausgewählt ist und die niedrigste Spannung der Vielzahl von Spannungen ist, die in der Lage ist, das geforderte Motor- oder Generatordrehmoment zu erreichen.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend Steuern des Wandlers, um im Verstärkermodus als Reaktion darauf betrieben zu werden, dass das geforderte Motor- oder Generatordrehmoment ein Motor- oder Generatordrehmoment überschreitet, das durch Anwenden der Batteriespannung erzeugt wird, wenn der Spannungswandler im Durchgangsmodus betrieben wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Motorverlust einen Verlust beinhaltet, der durch einen erhöhten Motorstrom verursacht wird, der dem Motor zugeführt wird, um das geforderte Motordrehmoment zu decken.
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