DE102017213017A1 - Method for operating a vehicle electrical system with multiple on-board network branches and vehicle on-board network - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes mit mehreren Bordnetzzweigen (ESYS1; ESYS2; ESYS3) beschrieben. Das Verfahren sieht vor, dass ein Überlastungszustand in einem ersten Bordnetzzweig (ESYS1) erfasst wird. Ferner ist vorgesehen, dass mindestens ein zweiter Bordnetzzweig (ESYS2, ESYS3) zum ersten Bordnetzzweig (ESYS1) zugeschaltet wird, wenn der Überlastungszustand erfasst wurde. Das Zuschalten umfasst: Ändern eines Schaltzustands mindestens einer steuerbaren Verbindungsvorrichtung (K1, K2) von einem ersten Schaltzustand auf einen zweiten Schaltzustand, wobei die Verbindungsvorrichtung (K1, K2) beim Ändern des Schaltzustands vor dem Erreichen des zweiten Schaltzustands gemäß einem Übergangs-Ansteuersignal geschaltet wird. A method for operating a vehicle electrical system with several on-board network branches (ESYS1, ESYS2, ESYS3) is described. The method provides that an overload condition is detected in a first on-board network branch (ESYS1). It is further provided that at least one second vehicle electrical system branch (ESYS2, ESYS3) is connected to the first vehicle electrical system branch (ESYS1) when the overload state has been detected. The connection comprises: changing a switching state of at least one controllable connection device (K1, K2) from a first switching state to a second switching state, wherein the connecting device (K1, K2) is switched when changing the switching state before reaching the second switching state according to a transition drive signal ,
Description
Zahlreiche Komponenten eines Kraftfahrzeugs werden mit elektrischer Energie versorgt. Zur fehlerfreien Funktion dieser Komponenten ist ein stabiles Bordnetz erforderlich, d.h. ein Bordnetz, das eine stabile Spannung zur Verfügung stellt.Numerous components of a motor vehicle are supplied with electrical energy. For the correct functioning of these components, a stable electrical system is required, i. an electrical system that provides a stable voltage.
Einige Komponenten wie der Starter oder andere Hochstromlasten erfordern einen hohen Strom und stören das Bordnetz dahingehend, dass sie die Bordnetzspannung temporär einbrechen lassen. Andere Komponente wie Entertainmentsysteme oder antriebs- oder sicherheitsbezogene Elektronik zumindest für einen Zeitraum keine Funktion bieten, wenn die Bordnetzspannung eines oder mehrerer Bordnetzzweige temporär signifikant fällt bzw. zusammenbricht. Daher werden in dem Fahrzeugbordnetz Bordnetzzweige gebildet, die voneinander getrennt werden können, um so den Einfluss von störenden Komponenten einzugrenzen, während bei verbundenen Bordnetzzweigen alle Lasten stabil von allen elektrischen Energiequellen der verbundenen Bordnetzzweige versorgt werden können.Some components, such as the starter or other high-current loads, require a high current and disturb the on-board electrical system in such a way that they temporarily break the vehicle electrical system voltage. Other components such as entertainment systems or drive- or safety-related electronics do not provide any function at least for a period of time when the vehicle electrical system voltage of one or more on-board network branches temporarily drops or collapses significantly. Therefore, in the vehicle electrical system Bordnetzzweige formed, which can be separated from each other, so as to limit the influence of interfering components, while connected Bordnetzzweigen all loads can be supplied stably from all electrical energy sources of the connected on-board network branches.
Beispielsweise ist aus der Druckschrift
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände gemäß den unabhängigen Ansprüchen. Weitere Merkmale, Ausführungsformen, Vorteile und Eigenschaften ergeben sich mit der Beschreibung, den Figuren und den abhängigen Ansprüchen.This object is achieved by the objects according to the independent claims. Other features, embodiments, advantages and features will become apparent from the description, the drawings and the dependent claims.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Bordnetz mit mehreren Bordnetzzweigen mit folgenden Schritten betrieben:
- - Erfassen eines Überlastungszustands in einem ersten Bordnetzzweig und
- - Zuschalten mindestens eines zweiten Bordnetzzweigs zum ersten Bordnetzzweig, wenn der Überlastungszustand erfasst wurde, wobei das Zuschalten umfasst: Ändern eines Schaltzustands bzw. Verbindungszustands mindestens einer steuerbaren Verbindungsvorrichtung von einem ersten Schaltzustand, insbesondere einem Anfangszustand, auf einen zweiten Schaltzustand, insbesondere einem Endzustand, wobei die Verbindungsvorrichtung beim Ändern des Schaltzustands vor dem Erreichen des zweiten Schaltzustands gemäß einem Übergangs-Ansteuersignal geschaltet wird.
- - Detecting a state of overload in a first electrical system branch and
- Connecting at least one second vehicle electrical system branch to the first vehicle electrical system branch when the overload condition has been detected, the connection comprising: changing a switching state or connection state of at least one controllable connection device from a first switching state, in particular an initial state, to a second switching state, in particular a final state, wherein the connection device is switched when changing the switching state before reaching the second switching state according to a transition drive signal.
Insbesondere ist die Verbindungsvorrichtung im ersten Schaltzustand und/oder im zweiten Schaltzustand nur komplett geöffnet oder nur komplett geschlossen, d.h. es fließt im Wesentlichen kein Strom durch die Verbindungsvorrichtung und die Bordnetzzweige sind nicht gekoppelt (komplett geöffnet) oder es fließt im Wesentlichen maximaler Strom durch den Schalter und die Bordnetzzweige sind maximal niederohmig direkt gekoppelt (komplett geschlossen).In particular, the connecting device in the first switching state and / or in the second switching state is only completely open or only completely closed, i. essentially no current flows through the connection device and the on-board network branches are not coupled (completely open) or substantially maximum current flows through the switch and the on-board network branches are coupled with maximum low-impedance directly (completely closed).
Es wurde erkannt, dass sich die Transienten, die sich bei den Schaltvorgängen zwischen unterschiedlichen Bordnetzzweigen ergeben, signifikant verringern lassen, indem statt einer „harten“ Schaltung, bei der sich zwei (gegensätzliche) stabile Schaltzustände unmittelbar ablösen, eine Übergangsphase zwischen den stabilen Schaltzuständen eingeführt wird. Anstatt daher die Verbindungsvorrichtung, welche die Zuschaltung durchführt, ausgehend von einem ersten Schaltzustand direkt in einen zweiten zu versetzen, wird der Soll-Schaltzustand vor dem Erreichen des zweiten Schaltzustands gemäß einem gezielten Übergang geschaltet, der sich beispielsweise über eine Mindestzeitdauer erstreckt oder eine Obergrenze für den Betrag der ersten zeitlichen Ableitung der Spannung oder des Stroms aufweist.It has been recognized that the transients that result in the switching processes between different on-board network branches can be significantly reduced by introducing a transition phase between the stable switching states instead of a "hard" circuit in which two (opposite) stable switching states immediately detach becomes. Therefore, instead of putting the connection device, which performs the connection, starting from a first switching state directly in a second, the target switching state is switched before reaching the second switching state according to a targeted transition, for example, extends over a minimum period of time or an upper limit for has the amount of the first time derivative of the voltage or the current.
Der Übergang wird realisiert, indem vor dem Erreichen des zweiten Schaltzustands die Verbindungsvorrichtung gemäß eines Übergangs-Ansteuersignals schaltet. Dieses ist eingerichtet, einen gezielten, langsameren Übergang vom ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu realisieren. Zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand, insbesondere vor dem zweiten Schaltzustand, wird die Verbindungsvorrichtung in einem Übergangszustand angesteuert. Das Übergangs-Ansteuersignals ist eingerichtet, einen Übergang (vom ersten) zum zweiten Schaltzustand zu erzeugen, bei dem der Betrag der ersten Ableitung eines Verbindungsgrads (der Verbindungsvorrichtung) über die Zeit, der Betrag der ersten Ableitung eines Stroms oder der Betrag der ersten Ableitung einer Leistung durch die Verbindungsvorrichtung oder der Betrag der ersten Ableitung einer Spannung eines der Bordnetzzweige unter einem vorbestimmten Niveau bleibt oder auf andere Weise definiert ist.The transition is realized by switching the connection device according to a transition drive signal before reaching the second switching state. This is set up to realize a targeted, slower transition from the first switching state to the second switching state. Between the first and the second switching state, in particular before the second switching state, the connecting device is driven in a transitional state. The transition drive signal is arranged to generate a transition (from the first) to the second switching state, wherein the amount of the first derivative of a connection degree (the connection device) over time, the amount of the first derivative of a current or the amount of the first derivative of a Power by the connection device or the amount of the first derivative of a voltage of one of the electrical system branches remains below a predetermined level or is otherwise defined.
Das Übergangs-Ansteuersignal ist insbesondere eingerichtet, den Strom und/oder die Leistung gemäß einer Obergrenze zu begrenzen. Das Übergangs-Ansteuersignals kann ferner eingerichtet sein, den Spannungseinbruch zu begrenzen, d.h. die Spannung gemäß einer Untergrenze zu begrenzen.The transition drive signal is in particular configured to limit the current and / or the power according to an upper limit. The transition drive signal may be further configured to limit the voltage dip, i. to limit the voltage according to a lower limit.
Als Verbindungsvorrichtung kann ein Linearsteller wie ein Lineartransistor, ein Schalttransistor, ein Schalters (insbesondere mit vor- oder nachgeschalteter Induktivität) oder ein Stromrichter, etwa ein DCDC-Wandler (Gleichspannungswandler) angesteuert werden. As a connecting device, a linear actuator such as a linear transistor, a switching transistor, a switch (in particular with upstream or downstream inductance) or a power converter, such as a DCDC converter (DC-DC converter) can be controlled.
Vor dem Erreichen des zweiten Schaltzustands kann ein Linearsteller als Verbindungsvorrichtung in einem zumindest abschnittsweise linearen Betriebszustand angesteuert werden, in dem die Verbindungsvorrichtung weder vollständig geschlossen noch vollständig geöffnet ist, sondern einen Zustand zwischen diesen Zuständen aufweist. In dem Übergangszustand fällt an der Verbindungsvorrichtung eine Spannung größer als die Durchgangsspannung ab und der Strom ist größer null. Bei einem Transistorschalter entspricht dies dem Linearbetrieb.Before reaching the second switching state, a linear actuator can be controlled as a connecting device in an at least partially linear operating state, in which the connecting device is neither completely closed nor fully opened, but has a state between these states. In the transient state, a voltage greater than the pass voltage drops across the connection device and the current is greater than zero. For a transistor switch, this corresponds to linear operation.
Bei einem Schalttransistor als Verbindungsvorrichtung kann dieser gemäß einer Impulssequenz angesteuert werden. Die Impulssequenz umfasst mehr als eine Schaltflanke und geht insbesondere über den direkten Wechsel vom ersten in den zweiten stationären Schaltzustand hinaus.In the case of a switching transistor as a connection device, it can be driven in accordance with a pulse sequence. The pulse sequence comprises more than one switching edge and in particular goes beyond the direct change from the first to the second stationary switching state.
Bei einem Stromrichter, der insbesondere geregelt ist, wird als Übergangs-Ansteuersignal etwa ein Sollwert zumindest teilweise kontinuierlich oder schrittweise geändert (bis der zweite Schaltzustand erreicht ist). In Kombination hiermit oder alternativ kann mindestens ein Eingabeparameter des Reglers (insbesondere ein Eingabeparameter, der die Übertragungsfunktion des Reglers bzw. dessen Verhalten definiert) während des Übergangszustands einen anderen Wert haben als während dem ersten und/oder zweiten stationären Schaltzustand. Der Wert des mindestens einen Eingabeparameters während des Übergangszustands ist mit einer geringeren Dynamik verknüpft, als im Vergleich hierzu der Wert des mindestens einen Parameters während dem ersten und/oder dem zweiten Schaltzustand. Ist der Stromrichter beispielsweise mit einer P-Regelung, einer PI-Regelung oder einer PD-Regelung oder einer PID-Regelung ausgestattet, dann ist der Eingabeparameter
Das Übergangs-Ansteuersignal erstreckt sich über eine Mindestzeitdauer. Dies gilt ebenso für den Übergangszustand. Dadurch ergibt sich ein „sanfter“ Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Schaltzustand.The transition drive signal extends over a minimum period of time. This also applies to the transition state. This results in a "smooth" transition between the first and the second switching state.
Insbesondere wird durch die Verbindungsvorrichtung eine monolithische Lösung zur Verbindung von zwei Bordnetzzweigen mit der Übergangsphase bereitgestellt.In particular, the connection device provides a monolithic solution for connecting two on-board network branches with the transition phase.
Im Folgenden Absatz werden Ausführungsformen betrachtet, bei denen das Übergangs-Ansteuersignal durch eine Impulsfolge definiert ist und folglich der Übergangszustand durch diese Impulsfolge gesteuert ist.In the following paragraph, embodiments are considered in which the transition drive signal is defined by a pulse train and thus the transition state is controlled by this pulse train.
Beim Zuschalten oder auch beim Abtrennen eines zweiten Bordnetzzweigs kann mittels einer Schaltvorrichtung (etwa mittels eines Schalters, insbesondere eines Schalttransistors) vor dem Erreichen des zweiten Schaltzustands gemäß der Impulssequenz geschaltet werden. Insbesondere wird beim Zuschalten oder auch beim Abtrennen eines zweiten Bordnetzzweigs mittels einer Schaltvorrichtung (etwa mittels eines Schalters) zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustands gemäß der Impulssequenz geschaltet. Wie erwähnt, geht die Impulssequenz vorzugsweise über eine einzige Schaltflanke hinaus, sondern umfasst mehrere Schaltflanken oder Zustände.When connecting or even when disconnecting a second electrical system branch can be switched by means of a switching device (such as by means of a switch, in particular a switching transistor) before reaching the second switching state according to the pulse sequence. In particular, when switching on or disconnecting a second electrical system branch by means of a switching device (such as by means of a switch) between the first switching state and the second switching state according to the pulse sequence is switched. As mentioned, the pulse sequence preferably goes beyond a single switching edge but comprises a plurality of switching edges or states.
Das Übergangs-Ansteuersignal kann mindestens einen zumindest teilweise kontinuierlichen Übergang definieren, der insbesondere mittels einer Linearsteuerung oder einer Pulsweitenmodulation einen kontinuierlichen oder zumindest stufenweisen Übergang zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand realisieren.The transition drive signal may define at least one at least partially continuous transition which, in particular by means of a linear control or a pulse width modulation, realizes a continuous or at least gradual transition between the first switching state and the second switching state.
Das Übergangs-Ansteuersignal ist eingerichtet, einen kontinuierlichen oder zumindest stufenweisen Übergang (vom ersten) zum zweiten Schaltzustand zu erzeugen. Dieser Übergang wird als „Übergangszustand“ bezeichnet. Mit anderen Worten wird die Verbindungsvorrichtung beim Ändern des Schaltzustands kontinuierlich (oder auch stufenweise) vom ersten Schaltzustands in den zweiten Schaltzustands überführt, wobei insbesondere die das Übergangs-Ansteuersignal für die Kontinuität sorgt oder verhindert, dass die Verbindungsvorrichtung vom ersten Schaltzustand direkt in den zweiten Schaltzustand übergeht.The transition drive signal is arranged to generate a continuous or at least step-wise transition (from the first) to the second switching state. This transition is called a "transition state". In other words, when the switching state is changed, the connecting device is continuously (or stepwise) transferred from the first switching state to the second switching state, in particular, providing the transition drive signal for continuity or preventing the connecting device from the first switching state directly to the second switching state passes.
Im Falle eines Stromrichters, etwa eines DC/DC-Wandlers, der die beiden Bordnetzzweige gesteuert oder geregelt miteinander verbindet, wird beim Ändern des Schaltzustands vor dem Erreichen des zweiten stabilen Schaltzustands gemäß einer Übergangs-Ansteuersignal geschaltet, die einen kontinuierlichen Übergang von einer ersten Sollspannung auf eine zweite Sollspannung (als Sollgröße für den Stromrichter) wiedergibt. Das Übergangs-Ansteuersignal kann den Verlauf einer Sollgröße der Regelung des Stromrichters definieren oder kann zumindest einen Regelungsparameter des (geregelten) Stromrichters definieren.In the case of a power converter, such as a DC / DC converter, which controls or regulates the two electrical system branches is switched when changing the switching state before reaching the second stable switching state according to a transition drive signal, which is a continuous transition from a first target voltage to a second target voltage (as a target size for the power converter) reproduces. The transition control signal can define the course of a desired value of the control of the power converter or can define at least one control parameter of the (regulated) power converter.
Bei einem Übergang-Steuerungssignal, das einen Schaltzustand definiert, etwa bei einem Schalttransistor als Verbindungsvorrichtung, kann das Übergang-Steuerungssignal als Impulssequenz vorgesehen sein. Die Impulssequenz umfasst mindestens eine oder auch mehrere Schaltflanken, die einen Übergang darstellen und insbesondere nicht (als einzige Schaltflanke) einen direkten Übergang zwischen dem ersten Schaltzustand zum zweiten Schaltzustand wiedergeben. Insbesondere bei einem Stromrichter umfasst die Impulssequenz mehrere Impulse bzw. (Zwischen-)zustände und unterscheidet sich dadurch von einem unmittelbaren Umstellen auf eine neue Sollspannung eines Stromrichters, bei dem nur eine einzige Schaltflanke bzw. ein einziger schneller Zustandswechsel den Übergang darstellt. Die Impulssequenz umfasst mehrere Impulse und umfasst insbesondere mehrere Schaltflanken. Als Sequenz wird daher die Abfolge von mehreren Impulsen bezeichnet. Die Impulssequenz erstreckt sich über eine Mindestzeitdauer, die beispielsweise mindestens 10 ms oder auch 20 ms oder, bei besonders sanften Übergängen, mehr als 100 ms, 500 ms oder mehr als 1 s betragen kann.In a transition control signal defining a switching state, such as a switching transistor as a connection device, the transition control signal may be provided as a pulse sequence. The pulse sequence comprises at least one or even a plurality of switching edges which represent a transition and, in particular, do not (as a single switching edge) represent a direct transition between the first switching state and the second switching state. Particularly in the case of a power converter, the pulse sequence comprises a plurality of pulses or (intermediate) states and thus differs from an immediate changeover to a new setpoint voltage of a power converter, in which only a single switching edge or a single fast state change represents the transition. The pulse sequence comprises a plurality of pulses and in particular comprises a plurality of switching edges. The sequence is therefore called the sequence of several pulses. The pulse sequence extends over a minimum period of time, which may be, for example, at least 10 ms or else 20 ms or, in the case of particularly smooth transitions, more than 100 ms, 500 ms or more than 1 s.
Es wird daher ein Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes mit mehreren Bordnetzzweigen beschrieben, das den folgenden Schritt umfasst: Erfassen eines Überlastungszustands in einem ersten Bordnetzzweig. Hierbei kann der Überlastungszustand etwa durch Überschreiten einer vorbestimmten Stromgrenze oder Leistungsgrenze (im Bordnetzzweig) oder Temperaturgrenze oder durch Unterschreiten einer Spannung im ersten Bordnetzzweig erfasst werden. Das Erfassen kann somit umgesetzt werden durch Ermitteln eines Stroms oder einer Spannung und durch Vergleichen dieses ermittelten Stroms bzw. der ermittelten Spannung mit einer der genannten Grenzen. Der Überlastungszustand kann ferner durch ein Steuersignal einer Last erfasst werden, wobei die Last insbesondere für die Störung bzw. für den Überlastungszustand ursächlich ist. Insbesondere kann ein Startsignal eines Verbrennungsmotors erfasst werden, um so auf den Belastungszustand zu schließen, da der Startvorgang mit der Aktivierung eines Starters und somit mit der Überlastung des ersten Bordnetzzweigs (das heißt mit einer Unterschreitung einer Spannungsgrenze) einhergeht.A method is therefore described for operating an on-board network having a plurality of on-board network branches, comprising the following step: Detecting an overload state in a first vehicle electrical system branch. Here, the overload state can be detected, for example, by exceeding a predetermined current limit or power limit (in the electrical system branch) or temperature limit or by falling below a voltage in the first electrical system branch. The detection can thus be implemented by determining a current or a voltage and by comparing this determined current or the determined voltage with one of said limits. The overload condition can also be detected by a control signal of a load, the load being particularly responsible for the fault or for the overload condition. In particular, a start signal of an internal combustion engine can be detected in order thus to conclude the load state, since the starting process is associated with the activation of a starter and thus with the overload of the first on-board supply system branch (ie with an undershooting of a voltage limit).
Mindestens ein zweiter Bordnetzzweig wird zum ersten Bordnetzzweig hinzugeschaltet, wenn der Überlastungszustand erfasst wurde. Das Zuschalten kann vorgesehen werden, indem eine direkte Verbindung über mindestens einen Schalter hergestellt wird, wobei durch das Zuschalten ein zweiter Bordnetzzweig auf andere Weise als zuvor mit dem ersten Bordnetzzweig verbunden ist, oder indem über ein Stromregler der zweite Bordnetzzweig (auf andere Weise als zuvor) mit dem ersten Bordnetzzweig verbunden wird. Dem Schalter kann eine Induktivität vor- oder nachgeschaltet sein. Die Verbindungsvorrichtung kann den Schalter und ggf. eine Serieninduktivität umfassen, die insbesondere in Serie mit dem Schalter verbunden ist.At least one second vehicle electrical system branch is connected to the first vehicle electrical system branch when the overload condition has been detected. The connection can be provided by a direct connection is made via at least one switch, by connecting a second Bordnetzzweig other than previously connected to the first electrical system branch, or by a current regulator of the second Bordnetzzweig (other than before ) is connected to the first electrical system branch. The switch may be upstream or downstream of an inductance. The connection device may comprise the switch and possibly a series inductance, which is connected in particular in series with the switch.
Die unterschiedlichen Bordnetzzweige umfassen unterschiedliche (nicht identische) Lasten und/oder unterschiedliche (nicht identische) Energiespeicher. Als Lasten kommen elektrische Motoren, Steuereinheiten, elektrische Kompressoren für Klimaanlagen, elektrische Katalysatorheizeinrichtungen und anderes in Betracht. Als Energiequelle in den verschiedenen Bordnetzzweigen kommen ferner Energiespeicher wie Batterien oder Kondensatoren bzw. Kondensatorenbänke in Betracht, oder auch Generatoren, die chemische bzw. mechanische Energie in elektrische Energie wandeln, beispielsweise elektromagnetische Generatoren oder Brennstoffzellen oder ähnliches.The different on-board network branches comprise different (non-identical) loads and / or different (non-identical) energy stores. As loads, electric motors, control units, electric compressors for air conditioners, electric catalyst heaters and others are considered. Energy sources such as batteries or capacitors or Kondensatorenbänke come into consideration as energy source in the various electrical systems branches, or even generators that convert chemical or mechanical energy into electrical energy, such as electromagnetic generators or fuel cells or the like.
Der Schaltzustand wird vorzugsweise von einem Regel- oder Steuerungsglied eingestellt, insbesondere gemäß einem Übergang, der zumindest abschnittsweise kontinuierlich oder auch stufenweise ist. Dadurch werden unkontrollierte Transienten vermieden, die sich durch diskretes Zuschalten, das heißt durch einen unmittelbaren Übergang zwischen zwei Schaltzuständen ergeben. Schaltzustände bei Schaltern sind insbesondere die Zustände Ein und Aus, während bei Stromrichtern die Schaltzustände beispielsweise durch verschieden Sollspannungen, etwa Sollausgangsspannungen, definiert sind. Als stabiler Schaltzustand kann beim Schalter daher der Aus- und der Ein-Zustand betrachtet werden, während bei Stromrichtern als stabiler Schaltzustand die Vorgabe einer Sollspannung oder eines Sollstroms (jeweils zumindest zeitweise konstant) betrachtet wird. Beim Schalter kann auch in diesem Fall auch der Regelmodus durch Linearbetrieb als gewollter stabiler Zustand bezeichnet werden.The switching state is preferably set by a control or control element, in particular according to a transition which is at least partially continuous or stepwise. This avoids uncontrolled transients resulting from discrete connection, that is to say by an immediate transition between two switching states. Switching states in the case of switches are, in particular, the states On and Off, while in the case of power converters the switching states are defined, for example, by different setpoint voltages, such as setpoint output voltages. As a stable switching state, therefore, the off and the on state can be considered in the switch, while in converters as a stable switching state, the specification of a desired voltage or a desired current (in each case at least temporarily constant) is considered. In the case of the switch, the control mode by linear operation can also be referred to as a desired stable state in this case as well.
Es wird der Schaltzustand mindestens eines Schalters oder eines Stromrichters geändert. Der Schalter (ggf. mit Serieninduktivität seriell verbunden) bzw. der Stromrichter bilden die Verbindungsvorrichtung. Der mindestens eine Schalter kann auch als Umschalter vorgesehen sein, der in Form von zwei miteinander entsprechend verbundenen Schaltern ausgebildet ist. Der Schaltzustand wird beim Schalten geändert, indem ein Steuereingang (des Schalters) ein anderes Potential erhält, während im Falle eines Stromrichters als Verbindungsvorrichtung diesem ein anderer Sollwert (als ein erster Sollwert) vorgegeben wird (bzw. der Sollwert verändert wird), der beispielsweise den Strom, die Spannung, das Tastverhältnis, die Frequenz oder die Pulsweite wiedergibt, gemäß der der Stromrichter angesteuert wird. Die Steuerung von Schaltern und Stromrichter läuft unabhängig voneinander, kann aber auch Zustandsgekoppelt sein, insbesondere wenn die Bordnetztopologie dies verlangt. Der Schaltzustand kann beim Schalten geändert werden, indem das Potential bzw. das Signal ein Steuereingang (des Schalters) geändert wird. Die Änderung kann zwischen zwei Signalpegeln bzw. Potentialen stattfinden oder kann stufenweise stattfinden oder kann kontinuierlich sein. Es können zwei, mehr als zwei oder (bei kontinuierlichen, insbesondere linearen Übergängen) unendlich viele verschiedene Potentiale beim Übergangszustand auftreten. Diese Signale bzw. Potential können das Übergangs-Ansteuersignal wiedergeben.It is the switching state of at least one switch or a power converter changed. The switch (possibly connected in series with series inductance) or the power converter form the connecting device. The at least one switch can also be provided as a switch, which is designed in the form of two mutually connected switches. The switching state is changed when switching by a control input (of the switch) receives another potential, while in the case of a power converter as a connecting device this another setpoint (as a first setpoint) is specified (or the setpoint is changed), for example, the Current representing the voltage, the duty cycle, the frequency or the pulse width, according to which the converter is controlled becomes. The control of switches and converters is independent of each other, but may also be state coupled, especially when the on-board network topology so requires. The switching state can be changed during switching by changing the potential or the signal of a control input (of the switch). The change can take place between two signal levels or potentials or can take place in stages or can be continuous. There may be two, more than two or (in continuous, especially linear transitions) infinitely different potentials in the transition state. These signals or potential can reproduce the transition drive signal.
Somit kann eine Impulssequenz als Übergangs-Ansteuersignal, gemäß der die betreffende Verbindungsvorrichtung geschaltet wird, eine Pulsweite bzw. ein Tastverhältnis oder eine Frequenz aufweisen, die eine Stellgröße ist, insbesondere einer Steuerung oder einer Regelung. Dies betrifft eine Regelung oder Ansteuerung der Verbindungsvorrichtung, die diskret und insbesondere binär ist. Stattdessen kann als Übergangs-Ansteuersignal auch ein amplitudenkontinuierliches (ggf. gemäß einer Auflösung diskretisiertes) Signal verwendet werden, insbesondere bei einer linearen Ansteuerung. Hierbei ist die Stellgröße beispielsweise eine Spannung oder ein anderes Signal oder ein numerischer Wert. Insbesondere wird die Stellgröße vor dem Erreichen des zweiten stabilen Schaltzustands kontinuierlich oder über mindestens einen Zwischenwert (d.h. stufenweise) geändert. Es ergibt sich somit für die Impulssequenz mindestens ein Zustand, der weder dem ersten stabilen Schaltzustand (
- (1) Stand-by (ausgeschaltet)
- (2) angeschaltet („AN“) mit Boost-Betrieb, vorzugsweise bi-direktional
- (3) angeschaltet („AN“) mit Buck-Betrieb, vorzugsweise bi-direktional
- (4) Fast response (Schnelle Antwort) und
- (5) Slow response (Langsame Antwort)
- (1) stand-by (off)
- (2) switched on ("ON") with boost operation, preferably bi-directional
- (3) turned on ("ON") with buck operation, preferably bi-directional
- (4) fast response and fast response
- (5) Slow response
In einem der Betriebszustände, nämlich (
Falls mindestens ein Zwischenzustand vorgesehen ist, so kann dies auch als kontinuierlicher Übergang betrachtet werden, da kein unmittelbarer, direkter Übergang zwischen den beiden Schaltzuständen stattfindet.If at least one intermediate state is provided, then this can also be regarded as a continuous transition since there is no direct, direct transition between the two switching states.
Die Steuerung oder Regelung definiert vorzugsweise einen zeitlichen Verlauf der Änderung des Schaltzustands. Dieser zeitliche Verlauf ist vorzugsweise kontinuierlich oder umfasst mindestens einen und vorzugsweise mehrere Zwischenzustände zwischen den beiden Schaltzuständen. Der zeitliche Verlauf der Änderung ist vorzugsweise durch eine vorgegebene Abhängigkeit der Wahl der Kontrollparameter (
Es kann daher vorgesehen sein, dass mindestens ein Eingabeparameter der Impulssequenz eine Stellgröße eines Reglers ist, insbesondere eines linearen Reglers. Als Eingabeparameter können hierbei die Pulsweite, das Tastverhältnis oder die Frequenz oder auch eine Momentanleistung der Impulssequenz sein. Der Regler regelt hierbei den Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten stabilen Schaltzustand. Als Sollwert des Reglers kann der zweite Schaltzustand, eine Sollspannung (insbesondere im ersten und/oder im zweiten Bordnetz), ein Sollstrom, eine Sollleistung oder Ähnliches dienen. Der Sollwert bezieht sich auf die Verbindungsvorrichtung. Der Regler kann eingerichtet sein, die Impulssequenz derart auszugeben, dass ein vorgegebener Maximalstrom durch die Verbindungsvorrichtung hindurch nicht überschritten wird.It can therefore be provided that at least one input parameter of the pulse sequence is a manipulated variable of a regulator, in particular of a linear regulator. The input parameters here can be the pulse width, the duty cycle or the frequency or also an instantaneous power of the pulse sequence. The controller controls the transition between the first and the second stable switching state. As the setpoint of the controller, the second switching state, a target voltage (in particular in the first and / or in the second electrical system), a Target current, a target power or the like serve. The setpoint refers to the connection device. The controller may be configured to output the pulse sequence in such a way that a predetermined maximum current through the connecting device is not exceeded.
Der Regler ist insbesondere ein linearer Regler. Der lineare Regler kann ein P-Regler, ein PD-Regler, ein PI-Regler oder vorzugsweise ein PID-Regler sein. Der Regler kann ferner eine Übertragungsfunktion mit höherer Ordnung (im Vergleich zu einem PID-Regler) aufweisen. Als Ist-Größe kann ein aktueller Verbindungzustand, ein von der Verbindungsvorrichtung übertragener Strom oder eine Spannung in dem ersten, dem zweiten oder in beiden Bordnetzen sein oder Kontrollparameterkombinationen (z.B. Isoll = I1-I2, Psoll=I1*V1), die jederzeit variiert werden können), vgl. Beschreibung zu
Das Zuschalten des zweiten Bordnetzzweiges kann dadurch geschehen, dass dieser parallel zu dem ersten Bordnetzzweig verbunden wird, wenn die nominal ähnlichen Spannungszustände beider Bordnetzzweige dies zulassen. In diesem Fall wird der zweite Bordnetzzweig etwa durch Schließen eines Schalters an den ersten Bordnetzzweig angeschlossen, wobei erfindungsgemäß die Impulssequenz vor Erreichen des zweiten stabilen Schaltzustands, das heißt des An-Zustands (geschlossen) des betreffenden Schalters, die Verbindungsvorrichtung (in diesem Fall der Schalter) schaltet. Der Schalter ist insbesondere ein Halbleiterschalter, vorzugsweise ein IGBT oder ein MOSFET oder Relais oder eine antiserielle MOSFET-Schaltung (MOSFET - Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), die im AUS-Zustand den Strom in beide Richtungen sperrt, wie ein Relais (Normal Open).The connection of the second electrical system branch can be done by connecting it in parallel to the first vehicle electrical system branch when the nominally similar voltage states of both vehicle electrical system branches permit this. In this case, the second electrical system branch is connected by closing a switch to the first electrical system branch, according to the invention, the pulse sequence before reaching the second stable switching state, that is the on state (closed) of the relevant switch, the connecting device (in this case, the switch ) switches. The switch is in particular a semiconductor switch, preferably an IGBT or a MOSFET or relay or an antiserial MOSFET circuit (MOSFET - metal oxide semiconductor field effect transistor) which in the OFF state blocks the current in both directions, such as a relay (normal Open).
Ferner kann das Zuschalten des zweiten Bordnetzzweigs vorsehen, dass der zweite Bordnetzzweig seriell zu dem ersten Bordnetzzweig zugeschaltet wird. Es besteht die Möglichkeit, dass im ersten stabilen Schaltzustand der zweite Bordnetzzweig parallel zu dem ersten Bordnetzzweig geschaltet ist, und im zweiten Schaltzustand seriell geschaltet ist. Bei der parallelen und/oder bei der seriellen Zuschaltung kann der erste Bordnetzzweig über einen DC/DC-Wandler angeschlossen werden, insbesondere um unterschiedliche Spannungsniveaus (der ersten Betriebsspannungen) auszugleichen. Das Ändern des Schaltzustands der mindestens einen Verbindungsvorrichtung kann ferner vorsehen, dass ein erster Schalter eines Umschalters geöffnet und/oder ein zweiter Schalter des Umschalters geschlossen wird. Die Verbindungsvorrichtung ist hierbei ein Umschalter, der insbesondere einen Pol bzw. ein Versorgungspotential des zweiten Bordnetzzweigs von einer Verbindung mit einem ersten Potential (ggf. des ersten Bordnetzzweigs) auf ein zweites Potential (ebenso ggf. des ersten Bordnetzzweigs) umschaltet. Hierbei haben der erste und der zweite Schalter jeweils einen Anschluss, der dauerhaft verbunden ist, insbesondere mit einem Potential des zweiten Bordnetzes, während die anderen Anschlüsse der beiden Schalter mit verschiedenen Potentialen (insbesondere des ersten Bordnetzzweigs) verbunden sind.Furthermore, the connection of the second electrical system branch can provide that the second vehicle electrical system branch is connected in series with the first vehicle electrical system branch. It is possible that in the first stable switching state of the second electrical system branch is connected in parallel to the first electrical system branch, and is connected in series in the second switching state. In parallel and / or in the serial connection, the first electrical system branch can be connected via a DC / DC converter, in particular to compensate for different voltage levels (the first operating voltages). Changing the switching state of the at least one connecting device may further provide that a first switch of a changeover switch is opened and / or a second switch of the changeover switch is closed. In this case, the connection device is a changeover switch, which in particular switches a pole or a supply potential of the second vehicle electrical system branch from a connection to a first potential (possibly of the first vehicle electrical system branch) to a second potential (as well as the first vehicle electrical system branch, if applicable). Here, the first and the second switch each have a terminal which is permanently connected, in particular with a potential of the second electrical system, while the other terminals of the two switches with different potentials (in particular the first electrical system branch) are connected.
Die steuerbare Verbindungsvorrichtung kann somit als Schalter, DC/DC-Wandler und allgemein als Leistungssteller ausgebildet sein. Die Verbindungsvorrichtung kann ferner durch einen getakteten Schalter realisiert sein, der insbesondere einen Kabelbaum oder elektrische Leitung zur Stromleitung umfasst. Die beiden Bordnetzzweige sind vorzugsweise über den Schalter und die Leitung miteinander verbunden. Die zum Schalter seriell geschaltete Leitung ist insbesondere ebenso wie der Schalter Teil der Verbindungsvorrichtung.The controllable connection device can thus be designed as a switch, DC / DC converter and generally as a power controller. The connection device can furthermore be realized by a clocked switch, which in particular comprises a wiring harness or electrical line for the power line. The two electrical system branches are preferably connected to one another via the switch and the line. The switch connected in series with the switch is, in particular, just like the switch part of the connecting device.
Die Verbindungsvorrichtung ist ein Stellglied einer Regelungsvorrichtung, die die oben beschriebene Regelung realisiert. Die Eingabeparameter des Reglers, d. h. die Parameter, welche die Übertragungsfunktion des Reglers bzw. dessen Verhalten definieren, können teilweise oder vollständig über einen Eingang angegeben werden, oder können in einem Speicher hinterlegt sein, der vorzugsweise lesbar und beschreibbar ist. Dadurch kann der Regler gemäß dem Einsatzgebiet bzw. gemäß der Anwendung eingestellt werden. Im Falle eines linearen Reglers können die Eingabeparameter im Sinne von Regelparametern in dem Speicher hinterlegt sein, beispielsweise der Proportional-, der Integral- und/oder der Differentialfaktor. Zudem können Sollwertvorgaben vorgesehen sein, thermische Grenzen, oder ähnliches, insbesondere zeitliche Verläufe von Sollwertvorgaben. Dadurch kann beispielsweise zu Beginn des Zuschaltens bzw. zu Beginn einer Regelsequenz die Regelung auf eine maximale Gesamtleistung vorgegeben werden, die insbesondere das Ende des ersten Schaltzustands darstellt, wobei dann beim Zuschalten, d. h. zum Übergang zum zweiten stabilen Schaltzustand ein Zielspannungswert oder ein Zielstromwert, insbesondere mit Stromlimitierung, vorgesehen werden. Hierbei realisiert beispielsweise die Impulssequenz die entsprechende Funktion als Stellglied. Das Zuschalten und insbesondere der Übergang von dem ersten auf den zweiten Schaltzustand kann bei einer minimalen Amplitude, maximalen Amplitude oder einer anderen, vorgegebenen Amplitude starten, wobei sich die Amplitude beispielhaft auf die Leistung der Impulssequenz bezieht, welche wiederum die Strom- bzw. Leistungsamplitude oder auch den Verbindungsgrad der Verbindungsvorrichtung wiedergibt.The connecting device is an actuator of a control device that implements the control described above. The input parameters of the controller, ie the parameters that define the transfer function of the controller or its behavior can be specified partially or completely via an input, or can be stored in a memory, which is preferably readable and writable. As a result, the controller can be set according to the field of application or according to the application. In the case of a linear regulator, the input parameters may be stored in the memory in terms of control parameters, for example the proportional, the integral and / or the differential factor. In addition, setpoint specifications can be provided, thermal limits, or the like, in particular temporal courses of setpoint specifications. As a result, for example, at the beginning of the connection or at the beginning of a control sequence, the control can be set to a maximum total power, which represents in particular the end of the first switching state, in which case a target voltage value or a target current value, in particular when switching, ie to the transition to the second stable switching state with current limitation, are provided. In this case, for example, the pulse sequence implements the corresponding function as an actuator. The connection, and in particular the transition from the first to the second switching state can start at a minimum amplitude, maximum amplitude or another predetermined amplitude, the amplitude being exemplary refers to the power of the pulse sequence, which in turn reflects the current or power amplitude or the degree of connection of the connecting device.
Ferner kann in dem Speicher die Impulssequenz hinterlegt sein oder auch ein Eingabeparameter, die die Impulssequenz definieren, beispielsweise ein zeitlicher Verlauf eines Parameters, der die Impulssequenz definiert, etwa Frequenz, Tastverhältnis, Pulsweite, Leistung, Strom oder Spannung. Für unterschiedliche Zustände des ersten bzw. des zweiten Bordnetzes können mehrere Impulssequenzen hinterlegt sein, die abhängig von einem Zustand der Bordnetzzweige gewählt werden, wobei beispielsweise die Spannungsdifferenz oder der zu erwartende Strom beim Zuschalten als Kriterium (bei der Auswahl) genommen wird. Für unterschiedliche Kriterien bzw. unterschiedliche Höhen dieser Kriterien werden unterschiedliche Impulssequenzen aus dem Speicher abgerufen, um gemäß dieser Impulssequenzen die Verbindungsvorrichtung anzusteuern.Furthermore, the pulse sequence can be stored in the memory or else an input parameter defining the pulse sequence, for example a time profile of a parameter defining the pulse sequence, such as frequency, duty cycle, pulse width, power, current or voltage. For different states of the first and the second onboard electrical system, a plurality of pulse sequences can be stored, which are selected depending on a state of the electrical system branches, for example, the voltage difference or the expected current when connecting as a criterion (in the selection) is taken. For different criteria or different heights of these criteria different pulse sequences are retrieved from the memory to control the connection device according to these pulse sequences.
Bei derartigen, vorgespeicherten Impulssequenzen handele es sich um vorgefertigte Steuerverläufe der Verbindungsvorrichtung, wobei bei der Verwendung eines Reglers zur Definition der Impulssequenz nicht der Verlauf selbst exakt vorgegeben ist, sondern das Verhalten des Reglers auf die Einflussgrößen des Reglers (Spannung, Spannungsdifferenz, Strom, Leistung oder ähnliches, bezogen auf den ersten Bordnetzzweig und/oder zweiten Bordnetzzweig) .In such pre-stored pulse sequences are prefabricated control curves of the connecting device, wherein when using a controller to define the pulse sequence not the course itself is exactly predetermined, but the behavior of the controller on the influencing variables of the controller (voltage, voltage difference, current, power or the like, based on the first electrical system branch and / or second electrical system branch).
Vorzugsweise ist der Eingabeparameter als Kontrollparameter, eingerichtet zum Vergleichen mit einem Ist-Zustandswert Verbindungsvorrichtung, oder als Konfigurationsparameter, eingerichtet zum Einstellen der Verbindungsvorrichtung, ausgebildet. Der Kontrollparameter kann als Stromwert, Spannungswert oder Temperaturwert ausgebildet sein. Vorzugsweise wird während dem Ändern des Schaltzustands der Ist-Zustandswert erfasst und mit dem Kontrollparameter verglichen. Anhand des Vergleichs kann dann die Steuerung oder Regelung der Verbindungsvorrichtung durchgeführt werden. Der Konfigurationsparameter kann als PID-Wert (Proportionalwert, Integralwert, Differenzialwert oder Anfangswert vorliegen. Der Anfangswert wiederum kann als Niedrigwert (Low), Variabelwert, Hochwert (High) oder Kombination der Kontrollparameter vorliegen, wodurch die Möglichkeit gegeben ist zeitliche Verläufe der Steuerung oder Regelung vorzugeben. Der Konfigurationsparameter kann aber auch als Zeitparameter vorliegen. Der Zeitparameter kann zum Steuern eines startenden Hybridfahrzeugs beispielsweise in folgendem Ablauf vorgesehen sein:
- 1. Starten des Hybridfahrzeugs mit I1 * U1 = P in beispielsweise weniger als 100 ms als der Zeitparameter oder in vorzugsweise weniger als 50 ms als der Zeitparameter;
- 2. Stromregeln d.h. I1 anpassen, insbesondere limitieren;
- 3. Spannungsregeln d.h. U1 anpassen.
- 1. starting the hybrid vehicle with I1 * U1 = P in, for example, less than 100 ms as the time parameter, or preferably less than 50 ms as the time parameter;
- 2. adjust current rules ie I1, in particular limit;
- 3. Adjust voltage rules ie U1.
Weiterhin ist es möglich, dass die Verbindungsvorrichtung durch einen DC/DC-Wandler ausgebildet ist, der gemäß der vorangehenden beschriebenen Mechanismen angesteuert wird. Neben dem DC/DC-Wandler kann ein Schalter vorgesehen sein, der von einem ersten Schaltzustand unmittelbar in einen zweiten Schaltzustand wechselt, d.h. entweder angeschaltet wird oder ausgeschaltet wird), wobei der DC/DC-Wandler verwendet wird, um den Schaltzustand und dem zweiten Bordnetzzweig wie hier beschrieben gemäß einer Impulssequenz (vorgespeichert oder gemäß Regelung oder Steuerung erzeugt) angesteuert wird.Furthermore, it is possible that the connection device is formed by a DC / DC converter, which is controlled according to the above described mechanisms. In addition to the DC / DC converter, a switch can be provided which changes from a first switching state directly into a second switching state, i. either turned on or off), the DC / DC converter being used to drive the switching state and the second on-board network branch as described herein according to a pulse sequence (pre-stored or generated according to regulation or control).
Das hier beschriebene Verfahren eignet sich für Bordnetze mit zwei oder drei oder auch mehr als drei Bordnetzzweigen, wobei auch ein dritter Bordnetzzweig wie der zweite Bordnetzzweig zugeschaltet werden kann. Weiterhin kann der erste Bordnetzzweig (oder auch dritte oder weitere Bordnetzzweige) abgetrennt werden, wobei hierbei vorzugsweise der gleiche Mechanismus verwendet wird, um beispielsweise Überspannungen oder Spannungseinbrüche in Form von Spannungsspitzen bei einem plötzlichen Abschalten oder Einschalten oder Umschalten zu vermeiden. Vielmehr wird insbesondere beim Abtrennen mittels der Impulssequenz kontinuierlich, pseudokontinuierlich oder stufenweise von einem stabilen Schalt-/Regelzustand in den nächsten Schalt-/Regelzustand übergegangen, insbesondere vom ersten stabilen Schalt-/Regelzustand in den zweiten stabilen Schalt-/Regelzustand und/oder umgekehrt. Wie erwähnt, kann die Impulssequenz derart gestaltet, dass auch beim Zuschalten die Verbindungsvorrichtung in den zweiten Bordnetzzweig kontinuierlich, pseudokontinuierlich oder stufenweise zuschaltet. Es ergibt sich eine Übergangsphase bzw. ein Übergangszustand, die bzw. der eine Mindestzeitdauer anhält, und die bzw. der dafür sorgt, dass insbesondere die zeitliche Ableitung der Spannungs-, Leistungs- oder Stromänderung im ersten und/oder zweiten Bordnetzzweig nicht über einen vorbestimmten Grenzwert geht. Dadurch ergibt sich ein vorbestimmter, begrenzter Transient.The method described here is suitable for vehicle electrical systems with two or three or even more than three electrical system branches, whereby a third vehicle electrical system branch such as the second vehicle electrical system branch can also be connected. Furthermore, the first on-board network branch (or else third or further on-board network branches) can be separated, in which case the same mechanism is preferably used, for example to avoid overvoltages or voltage dips in the form of voltage peaks in the event of a sudden switch-off or switching on or switching over. Rather, in particular during separation by means of the pulse sequence continuously, pseudo-continuously or step by step from a stable switching / control state in the next switching / control state, in particular from the first stable switching / control state in the second stable switching / control state and / or vice versa. As mentioned, the pulse sequence can be designed in such a way that the connection device switches on continuously, pseudocontinuously or stepwise in the second on-board network branch even when switching on. The result is a transition phase or a transitional state, the or a minimum duration persists, and ensures that in particular the time derivative of the voltage, power or current change in the first and / or second electrical system branch does not have a predetermined Limit value goes. This results in a predetermined, limited transient.
Die Bordnetzzweige oder auch Energiespeicher oder Generatoren innerhalb dieser Bordnetzzweige können unterschiedliche Betriebsspannungen aufweisen. Beispielsweise kann der erste Bordnetzzweig eine Nennspannung von 12 Volt aufweisen, während der zweite Bordnetzzweig eine Nennspannung von 48 Volt aufweisen kann (das wäre beispielsweise der Schalter
Ferner wird ein Fahrzeugbordnetz eingerichtet zur Ausführung des hier beschriebenen Verfahrens beschrieben. Das Fahrzeugbordnetz, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs, umfasst zumindest den ersten Bordnetzzweig und den zweiten Bordnetzzweig. Ferner umfasst das Fahrzeugbordnetz eine steuerbare Verbindungsvorrichtung, insbesondere die Verbindungsvorrichtung, wie sie vorangehend beschrieben wurde. Die Verbindungsvorrichtung ist eingerichtet, den zweiten Bordnetzzweig zu dem ersten Bordnetzzweig zuzuschalten. Somit ist die Verbindungsvorrichtung zwischen dem ersten Bordnetzzweig und dem zweiten Bordnetzzweig vorgesehen und verbindet diese elektrisch (und steuerbar). Die Verbindungsvorrichtung ist eingerichtet, den zweiten Bordnetzzweig zu dem ersten Bordnetzzweig durch Änderung zwischen einem ersten Schaltzustand und einem zweiten Schaltzustand zuzuschalten. Diese Schaltzustände entsprechen den vorangehend genannten Schaltzuständen. Alternativ oder in Kombination hierzu ist die Verbindungsvorrichtung eingerichtet, den zweiten Bordnetzzweig auf diese Weise von dem ersten Bordnetzzweig abzutrennen.Furthermore, an on-board vehicle network is described for carrying out the method described here. The vehicle electrical system, in particular an electric vehicle or a hybrid vehicle, comprises at least the first vehicle electrical system branch and the second vehicle electrical system branch. Furthermore, the vehicle electrical system comprises a controllable connecting device, in particular the connecting device, as has been described above. The connection device is set up to connect the second vehicle electrical system branch to the first vehicle electrical system branch. Thus, the connection device between the first electrical system branch and the second electrical system branch is provided and connects them electrically (and controllable). The connecting device is set up to switch on the second vehicle electrical system branch to the first vehicle electrical system branch by changing between a first switching state and a second switching state. These switching states correspond to the aforementioned switching states. Alternatively or in combination with this, the connection device is set up to separate the second vehicle electrical system branch from the first vehicle electrical system branch in this way.
Das Fahrzeugbordnetz weist eine Ansteuereinheit auf, die mit der steuerbaren Verbindungsvorrichtung verbunden ist. Alternativ kann die Ansteuereinheit auch Teil der Verbindungsvorrichtung sein, insbesondere wenn es sich um einen DC/DC-Wandler als Verbindungsvorrichtung handelt. Die Ansteuereinheit ist eingerichtet, die mindestens eine Verbindungsvorrichtung beim Ändern des Schaltzustands vor dem Erreichen des zweiten stabilen Schaltzustands gemäß einer Impulssequenz zu schalten. Es kann ein Speicher vorgesehen sein, insbesondere als Teil der Ansteuereinheit, in der die Impulssequenz selbst in Form einer Wertefolge hinterlegt ist, oder in dem Eingabeparameter hinterlegt sind, die die Impulssequenz selbst als Wertefolge definieren. Alternativ ist in dem Speicher mindestens ein Eingabeparameter hinterlegt, der ein Steuerungs- oder Regelungsparameter einer Steuerung oder Regelung ist, die die Ansteuereinheit realisiert. Der letztgenannte, mindestens eine Eingabeparameter definiert die Übertragungsfunktion der Steuerung oder Regelung, die von der Ansteuervorrichtung realisiert wird.The vehicle electrical system has a drive unit which is connected to the controllable connection device. Alternatively, the drive unit may also be part of the connection device, in particular if it is a DC / DC converter as a connection device. The drive unit is set up to switch the at least one connection device when changing the switching state before reaching the second stable switching state according to a pulse sequence. A memory can be provided, in particular as part of the drive unit, in which the pulse sequence itself is stored in the form of a sequence of values, or are stored in the input parameter, which define the pulse sequence itself as a sequence of values. Alternatively, at least one input parameter, which is a control or regulation parameter of a control or regulation realized by the drive unit, is stored in the memory. The latter, at least one input parameter defines the transfer function of the control or regulation realized by the drive device.
Der Speicher ist wiederbeschreibbar (oder zumindest einmal beschreibbar). Der Speicher umfasst insbesondere eine Schnittstelle, mittels der die Daten in dem Speicher beschrieben werden können und insbesondere verändert werden können. Dadurch kann in dem Speicher über die Schnittstelle die Impulssequenz (als Wertefolge oder als Eingabeparameter, der die Wertefolge definiert), oder als mindestens ein Steuer- oder Regelparameter hinterlegt werden. Der Speicher ist eingerichtet, beschrieben zu werden, wenn der Speicher bzw. die Ansteuereinheit bereits im Fahrzeugbordnetz verbaut ist. Anstatt eines Speichers kann auch ein Eingang vorgesehen sein, über den die Daten eingegeben werden können, die vorangehend als im Speicher hinterlegbar beschrieben sind. Dadurch kann ein externer Speicher mit dem Eingang verbunden werden, um so über den Eingang Daten zu empfangen, die die Impulssequenz selbst definieren, oder die Steuer- oder Regelparameter definieren.The memory is rewritable (or writable at least once). The memory in particular comprises an interface by means of which the data in the memory can be described and, in particular, can be changed. As a result, the pulse sequence (as a sequence of values or as an input parameter defining the value sequence) or as at least one control or regulating parameter can be stored in the memory via the interface. The memory is set up to be described when the memory or the drive unit is already installed in the vehicle electrical system. Instead of a memory, an input can also be provided, via which the data can be entered, which are described above as being storable in the memory. This allows an external memory to be connected to the input so as to receive via the input data defining the pulse sequence itself or to define the control parameters.
Die Verbindungsvorrichtung ist als mindestens ein Schalter (ggf. mit vor- oder nachgeschalteter Serieninduktivität) oder als ein Stromrichter ausgebildet. Die Verbindungsvorrichtung kann ferner als ein Schalter ausgebildet sein, der direkt von einem ersten Schaltzustand in einen zweiten Schaltzustand gebracht wird, welchem ein Stromrichter vor- oder nachgeschaltet ist, der jedoch gemäß der hier beschriebenen Impulssequenz geschaltet wird und eingerichtet ist, einen kontinuierlichen, pseudokontinuierlichen oder stufenweisen Übergang zwischen dem ersten Schaltzustand und dem zweiten Schaltzustand (oder umgekehrt) durchzuführen.The connecting device is designed as at least one switch (possibly with upstream or downstream series inductance) or as a power converter. The connection device can furthermore be designed as a switch, which is brought directly from a first switching state into a second switching state, which is preceded or followed by a converter, but which is switched according to the pulse sequence described here and is set up, a continuous, pseudo-continuous or to perform gradual transition between the first switching state and the second switching state (or vice versa).
Der Stromrichter ist insbesondere als Synchronwandler, Aufwärts- oder Abwärtswandler ausgebildet. Der Schalter ist vorzugsweise ein Halbleiterschalter, etwa ein IGBT oder ein MOSFET.The power converter is designed in particular as a synchronous converter, up or down converter. The switch is preferably a semiconductor switch, such as an IGBT or a MOSFET.
Der zweite Bordnetzzweig kann zum ersten Bordnetzzweig seriell oder parallel zugeschaltet werden; die Verbindungsvorrichtung bildet entsprechend eine parallele oder serielle Verbindung.The second vehicle electrical system branch can be connected in series or in parallel to the first vehicle electrical system branch; the connecting device accordingly forms a parallel or serial connection.
Weiterhin kann die Ansteuereinheit einen Signalgenerator aufweisen, der eingerichtet ist zur Abgabe des Übergangs-Ansteuersignals. Der Signalgenerator kann insbesondere ein Zustandssequenzer sein, der Zustandsabfolgen abgibt, insbesondere an die als DC/DC-Wandler ausgebildete Verbindungsvorrichtung. Falls die Verbindungsvorrichtung als Schalter ausgebildet ist, etwa als Schalttransistor, dann kann der Signalgenerator als Impulsgenerator ausgebildet sein. Der Impulsgenerator kann Schaltimpulse mit variabler Frequenz, variabler Pulsweite oder variablen Tastverhältnis ausgeben. Falls die Verbindungsvorrichtung als lineares Stellglied, etwa als Linear-Transistor, ausgebildet ist, dann kann der Signalgenerator zur Ausgabe eines wert- oder amplitudenkontinuierlichen Ansteuersignals (etwa eine Spannung) ausgebildet sein. Diese kann als Gatespannung oder Basisspannung dem Transistor zugeführt werden.Furthermore, the drive unit may have a signal generator which is set up to output the transition drive signal. In particular, the signal generator can be a state sequencer which issues state sequences, in particular to the connection device designed as a DC / DC converter. If the connecting device is designed as a switch, such as a switching transistor, then the signal generator may be formed as a pulse generator. The pulse generator may output switching pulses of variable frequency, variable pulse width or variable duty cycle. If the connecting device is designed as a linear actuator, for example as a linear transistor, then the signal generator can be designed to output a value- or amplitude-continuous drive signal (for example a voltage). This can be supplied as a gate voltage or base voltage to the transistor.
Der Signalgenerator umfasst insbesondere einen Eingang, über den zumindest ein Steuerparameter der Verbindungsvorrichtung eingestellt werden kann. Der Signalgenerator umfasst das Stellglied eines Steuerungs- und Regelungselements oder bildet dieses Stellglied aus oder steuert ein entsprechendes, nachgeschaltetes Stellglied an. Das Stellglied ist eingerichtet, einen Regelungsparameter, einen Regelungssollwert, eine Pulsweite, ein Tastverhältnis oder eine Sequenz als Stellgröße einer Regelung oder einer Steuerung einzustellen, oder ist eingerichtet, ein Steuersignal zum Einstellen eines linearen Betriebspunkts eines Transistors abzugeben. Die Regelung oder Steuerung wird von dem Steuerungs- oder Regelungselement vorgesehen. Das Steuerungs- und Regelungselement realisiert die vorangehend genannte Steuerung oder Regelung.In particular, the signal generator comprises an input via which at least one control parameter of the connection device can be set. The signal generator comprises the actuator of a control and regulation element or forms this actuator or controls a corresponding, downstream actuator. The actuator is configured to set a control parameter, a control target value, a pulse width, a duty cycle or a sequence as a manipulated variable of a control or a control, or is adapted to output a control signal for setting a linear operating point of a transistor. The control is provided by the control element. The control element realizes the aforementioned control.
Vorzugsweise wird das Steuerungs- oder Regelungselement von einem Prozessor oder durch eine konfigurierbare monolithische Einheit (die einen Prozessor bzw. ASIC umfasst) realisiert. Das Steuerungs- und Regelungselement umfasst insbesondere einen Speicher oder einen Eingang, an dem zumindest ein Eingabeparameter abgelegt oder eingegeben werden kann, der die Übertragungsfunktion der Regelung oder Steuerung definiert. Bei dieser Ausführungsform wird die Impulssequenz gebildet von der Steuerungs- und Regelungseinheit (unter Verwendung des Impulsgenerators als Stellglied), wobei die Regelungs- bzw. Steuerungseigenschaften definiert sind durch den mindestens einen Eingabeparameter. Der Eingabeparameter ist vorzugsweise in einem wiederbeschreibbaren Speicher hinterlegt und kann somit konfiguriert werden.Preferably, the control element is implemented by a processor or by a configurable monolithic unit (including a processor or ASIC). The control and regulation element comprises in particular a memory or an input, on which at least one input parameter can be stored or entered, which defines the transfer function of the regulation or control. In this embodiment, the pulse sequence is formed by the control unit (using the pulse generator as an actuator), with the control characteristics defined by the at least one input parameter. The input parameter is preferably stored in a rewritable memory and can thus be configured.
Eine weitere Möglichkeit ist es, das Übergangs-Ansteuersignal (beispielsweise die Impulssequenz) als solche mittels einer Wertefolge zu definieren. Die Ansteuereinheit kann einen Impulsgenerator aufweisen, der mit einem Speicher der Ansteuereinheit verbunden ist. In dem Speicher ist das Übergangs-Ansteuersignal (insbesondere als eine Mehrzahl von Werten) gespeichert. Anstatt der Werte des Übergangs-Ansteuersignals selbst in Form von Einträgen in dem Speicher zu hinterlegen, können in dem Speicher Werte oder Eingabeparameter gespeichert sein, die den zeitlichen Verlauf des Übergangs-Ansteuersignals kennzeichnen, insbesondere im zeitlichen Verlauf mindestens einer Größe, die das Übergangs-Ansteuersignal kennzeichnet. Eine derartige Größe wäre etwa ein Zustand (der sich gemäß Signal ändert), eine Spannung, das Tastverhältnis bzw. die Pulsweite, die Frequenz (der Impulssequenz) oder ähnliches.Another possibility is to define the transition drive signal (for example the pulse sequence) as such by means of a sequence of values. The drive unit may have a pulse generator which is connected to a memory of the drive unit. In the memory, the transition drive signal (in particular, as a plurality of values) is stored. Instead of storing the values of the transition control signal itself in the form of entries in the memory, values or input parameters may be stored in the memory which characterize the time profile of the transition control signal, in particular in the time course of at least one variable representing the transient Control signal indicates. Such a quantity would be, for example, a state (which changes according to the signal), a voltage, the duty cycle, the frequency (the pulse sequence) or the like.
Zurückkommend auf Ausführungsformen, bei denen der Signalgenerator ein Stellglied einer Regelung oder Steuerung ist (und somit nicht das Ansteuersignal selbst definiert ist, sondern nur das Verhalten der Steuerung oder Regelung) weist die Ansteuereinheit einen linearen Regler auf. Der lineare Regler stellt eine Pulsweite, ein Tastverhältnis, eine Frequenz der Pulssequenz oder einen (linearen) Betriebspunkt des Transistors ein, wobei diese Größen insbesondere die Stellgrößen des linearen Reglers darstellen.Coming back to embodiments in which the signal generator is an actuator of a control or control (and thus not the drive signal itself is defined, but only the behavior of the control or regulation), the drive unit on a linear controller. The linear regulator adjusts a pulse width, a duty cycle, a frequency of the pulse sequence or a (linear) operating point of the transistor, these variables representing in particular the manipulated variables of the linear regulator.
Der lineare Regler ist vorzugsweise ein PID-Regler. Dessen Stellglied wird von der Ansteuereinheit (insbesondere von dem Signalgenerator) ausgebildet. Die Eingabeparameter des PID-Reglers sind in einem Speicher hinterlegt. Alternativ können diese an einem Eingang der Ansteuereinheit eingegeben werden. Somit kann die Ansteuereinheit und insbesondere das Steuerungs- oder Regelungselement einen Eingang aufweisen, an dem die Eingabeparameter eingegeben werden können. Falls die Eingabeparameter in einem Speicher hinterlegt sind, so sind diese vorzugsweise überschreibbar hinterlegt; der Speicher kann hierzu einen Eingang aufweisen, mittels dem Inhalte des Speichers (insbesondere die Eingabeparameter) überschrieben werden können.The linear controller is preferably a PID controller. Its actuator is formed by the drive unit (in particular by the signal generator). The input parameters of the PID controller are stored in a memory. Alternatively, these can be entered at an input of the drive unit. Thus, the drive unit and in particular the control element can have an input at which the input parameters can be input. If the input parameters are stored in a memory, they are preferably stored overwritable; For this purpose, the memory can have an input by means of which the contents of the memory (in particular the input parameters) can be overwritten.
Falls die Ansteuereinheit eine Regelungseinheit oder eine Steuereinheit aufweist, insbesondere einen Regler, dann weist dieser vorzugsweise einen Eingang für eine Ist-Größe auf, etwa eine Spannung, eine Spannungsdifferenz (zwischen den Bordnetzzweigen), eine Leistung oder ein Strom, der durch das Verbindungselement fließt. Ferner kann die Steuerung oder Regelung eingerichtet sein, das betreffende Stellglied bzw. das Übergangs-Ansteuersignal derart anzusteuern bzw. auszugeben, dass eine Unter-/Obergrenze nicht unter-/überschritten wird, beispielsweise eine Leistungs-, Strom- oder Spannungsobergrenze, ggf. auch eine Temperaturobergrenze oder eine Spannungsdifferenz-Obergrenze.If the drive unit has a control unit or a control unit, in particular a controller, then this preferably has an input for an actual variable, such as a voltage, a voltage difference (between the on-board network branches), a power or a current flowing through the connecting element , Furthermore, the control or regulation can be set up to control or output the relevant actuator or the transition control signal such that a lower / upper limit is not undershot / exceeded, for example a power, current or voltage upper limit, possibly also a temperature upper limit or a voltage difference upper limit.
Die
Die
Der zweite Bordnetzzweig
Ein dritter Bordnetzzweig
Im Folgenden sei die hier beschriebene Vorgehensweise anhand der Bordnetzzweige
Es besteht eine allgemein dargestellte Rückkopplung FB dahingehend, dass über diese ein Ist-Zustand des ersten Bordnetzzweigs
Das Stellsignal zu Beginn der Steuerung oder Regelung kann beispielsweise (gleichgültig, ob die Verbindungsvorrichtung
Beispielsweise kann als Last
Es ist dargestellt, dass der Speicher
Der Speicher
Ein Stromrichter DC/DC verbindet den dritten Bordnetzzweig
Die
Die
Zur Ansteuerung des Schalters
Als Sollgrößen für die Regelung (in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102014208257 A1 [0003]DE 102014208257 A1 [0003]
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