DE102019126305A1 - Method for operating a drive system when changing from a previous operating mode to a new operating mode - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems, das ein Steuergerät aufweist für die Vergabe von Parametersätzen von Sollwerten in unterschiedlichen Betriebsmodi, bei einem Wechsel von einem bisherigen Betriebsmodus (1) zu einem neuen Betriebsmodus, bei dem für je-den Parameter des Parametersatzes aus dem bisherigen Sollwert (2) und dem neuen Sollwert (3) für ein vorgegebenes Zeitintervall (4) unter Nutzung einer zeitabhängigen Rampenfunktion (5) ein temporärer intermediärer Sollwert berechnet und für den Betrieb des Antriebssystems genutzt wird.The invention relates to a method for operating a drive system which has a control device for assigning parameter sets of setpoint values in different operating modes, when changing from a previous operating mode (1) to a new operating mode in which for each parameter of the parameter set the previous setpoint (2) and the new setpoint (3) for a predetermined time interval (4) using a time-dependent ramp function (5) a temporary intermediate setpoint is calculated and used for the operation of the drive system.
Description
Die Erfindung ist gebildet durch ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems, das ein Steuergerät aufweist für die Vergabe von Parametersätzen von Sollwerten in unterschiedlichen Betriebsmodi, bei einem Wechsel von einem bisherigen Betriebsmodus zu einem neuen Betriebsmodus, bei dem für jeden Parameter des Parametersatzes aus dem bisherigen Sollwert und dem neuen Sollwert für ein vorgegebenes Zeitintervall unter Nutzung einer zeitabhängigen Rampenfunktion ein temporärer intermediärer Sollwert berechnet und für den Betrieb des Antriebssystems genutzt wird.The invention is formed by a method for operating a drive system which has a control unit for assigning parameter sets of setpoints in different operating modes, when changing from a previous operating mode to a new operating mode, in which for each parameter of the parameter set from the previous setpoint and a temporary intermediate setpoint is calculated from the new setpoint for a predetermined time interval using a time-dependent ramp function and used for the operation of the drive system.
Für ein Antriebssystem, das beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, werden unterschiedliche Betriebsmodi definiert, die zum Beispiel den Startbetrieb oder den Dauerbetrieb, wobei zugehörige Parametersätze verwendet werden mit Sollwerten zu den dem jeweiligen Betriebsmodus gewünschten Einstellungen. Die Parameter in den Parametersätzen unterscheiden sich zum Teil sehr deutlich in unterschiedlichen Betriebsmodi, sodass bei einem Wechsel des Betriebsmodus eine Anpassung von dem bisherigen Sollwert auf den neuen Sollwert vorgenommen werden muss, was durch ein hartes Umschalten erfolgen kann, bei dem möglichst ohne Verzögerung von dem bisherigen Sollwert auf den neuen Sollwert umgeschaltet wird. Ist ein derartiges instantanes Umschalten nach Art eines „Quantensprung“ nicht möglich, kann eine Rampe für die Überführung von dem bisherigen Sollwert zu den neuen Sollwert verwendet werden. Nachteilig dabei ist, dass bei diesem Wechsel des Sollwertes für jeden Parameter intrinsische Rampen für die einzelnen Parameterwerte vorliegen, die nicht aufeinander abgestimmt sind, sodass nicht zu jedem Zeitpunkt die Kombination der vorliegenden Istwerte zum gewünschten Systemverhalten führt.For a drive system that is used, for example, in motor vehicles, different operating modes are defined, for example starting operation or continuous operation, with associated parameter sets being used with setpoint values for the settings desired for the respective operating mode. The parameters in the parameter sets differ in some cases very clearly in different operating modes, so that when the operating mode is changed, an adjustment must be made from the previous setpoint to the new setpoint, which can be done by a hard switchover from the previous setpoint is switched to the new setpoint. If such an instantaneous switchover in the manner of a “quantum leap” is not possible, a ramp can be used for the transfer from the previous setpoint to the new setpoint. The disadvantage here is that with this change in the setpoint for each parameter there are intrinsic ramps for the individual parameter values that are not coordinated with one another, so that the combination of the present actual values does not lead to the desired system behavior at every point in time.
In der
Die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem bei einem Wechsel eines Betriebsmodus die Folgen einer unerwünschten Kombination von Sollwerten gemildert werden.The invention is based on the object of providing a method with which, when an operating mode is changed, the consequences of an undesired combination of setpoint values are mitigated.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method with the features of
Das erfindungsgemäße Verfahren gibt für jeden Parameter des Parametersatzes eine einheitliche zeitabhängige Rampenfunktion vor, sodass eine zeitlich korrelierte Änderung der Sollwerte aller Parameter erfolgt, wobei ein gleichmäßiger Übergang von dem bisherigen Sollwert zu dem neuen Sollwert über die Rampenfunktion sichergestellt ist, weil der neue Sollwert erst am Ende des vorgegebenen Zeitintervall vorliegt, und zwar simultan für alle Parameter des vollständigen Parametersatz Im Mittenbereich des Zeitintervalls liegen für sämtliche Parameter des Parametersatz intermediäre Sollwerte vor, sodass die Abweichung eines individuellen Parameters zu dem betriebsbedingt gewünschten Wert in Bezug zu den temporären intermediären Sollwerten der anderen Parameter aus dem Parametersatz limitiert ist.The method according to the invention specifies a uniform, time-dependent ramp function for each parameter of the parameter set, so that a time-correlated change in the setpoints of all parameters takes place, with a smooth transition from the previous setpoint to the new setpoint via the ramp function being ensured because the new setpoint is only available on At the end of the specified time interval, and simultaneously for all parameters of the complete parameter set In the middle of the time interval, there are intermediate setpoints for all parameters of the parameter set, so that the deviation of an individual parameter from the operationally desired value in relation to the temporary intermediate setpoints of the other parameters from the parameter set is limited.
Besondere Vorteile entfaltet das vorstehend geschilderte Verfahren, wenn das Antriebssystem durch eine Brennstoffzellenvorrichtung gebildet ist.The method described above develops particular advantages when the drive system is formed by a fuel cell device.
Als zweckmäßig hat sich dabei erwiesen, wenn die Funktion eine lineare Funktion mit Funktionswerten zwischen 0 für den Anfang des Zeitintervalls und 1 für das Ende des Zeitintervalls und wenn der gemäß der linearen Rampenfunktion bestimmte temporäre Funktionswert als Faktor für die Gewichtung des bisherigen Sollwertes und des neuen Sollwertes für jeden Parameter des Parametersatzes genutzt wird.It has proven to be useful if the function is a linear function with function values between 0 for the beginning of the time interval and 1 for the end of the time interval and if the temporary function value determined according to the linear ramp function is used as a factor for weighting the previous setpoint and the new one Setpoint is used for each parameter of the parameter set.
Zweckmäßig ist weiterhin, wenn das Zeitintervall eine Dauer zwischen 2 Sekunden und 30 Sekunden aufweist, insbesondere zwischen 5 Sekunden und 20 Sekunden und vorzugsweise eine Dauer von 10 Sekunden, da so der Wechsel eines Betriebsmodus zu einem anderen Betriebsmodus in angemessener Zeit abgeschlossen werden kann, ohne die Nutzungsmöglichkeit des Antriebssystems unangemessen zu beschränken.It is also expedient if the time interval has a duration between 2 seconds and 30 seconds, in particular between 5 seconds and 20 seconds and preferably a duration of 10 seconds, since in this way the change from one operating mode to another operating mode can be completed in a reasonable time without To inappropriately restrict the use of the drive system.
Vorgesehen ist auch, dass der Beginn der Berechnung des intermediären Sollwertes durch den Wechsel des Betriebsmodus getriggert wird, wobei der Wechsel des Betriebsmodus durch eine Abfrage zum Betriebsmodus mit der Antwort alter Betriebsmodus ist ungleich neuer Betriebsmodus erkannt wird.It is also provided that the start of the calculation of the intermediate setpoint value is triggered by the change in the operating mode, the change in the operating mode being recognized by a query to the operating mode with the response from the old operating mode to the new operating mode.
Vorgesehen ist weiterhin, dass der Parametersatz eine Mehrzahl von Parametern aufweist, die ausgewählt sind aus einer Gruppe, die den Wasserstoffdruck, den Sauerstoffdruck, den Luftdruck, den Luftmassenstrom, die Temperatur der Reaktanten, die Feuchte des Kathodengases, die Feuchte der Membranelektrodenanordnung, den Ladezustand einer elektrischen Speichereinheit umfasst.It is also provided that the parameter set has a plurality of parameters that are selected from a group that includes the hydrogen pressure, the oxygen pressure, the air pressure, the air mass flow, the temperature of the reactants, the humidity of the cathode gas, the humidity of the membrane electrode arrangement, the state of charge an electrical storage unit.
Die Betriebsmodi sind ausgewählt aus einer Gruppe, die den Startbetrieb, den Froststartbetrieb, einen luftverarmten Betrieb, einen Normalbetrieb, einen Abschaltbetrieb, einen Reparaturbetrieb für reversible Degradationserscheinungen umfasst.The operating modes are selected from a group that includes the start operation, the frost start operation, an air-depleted operation, a normal operation, a shutdown operation, a repair operation for reversible degradation phenomena.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or alone, without the scope of the Invention to leave. Thus, embodiments are also to be regarded as encompassed and disclosed by the invention, which are not explicitly shown or explained in the figures, but which emerge from the explained embodiments and can be generated by separate combinations of features.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung der Abfolge der Verfahrensschritte bei einem Wechsel des Betriebsmodus mit der korrelierenden Änderung aller Parameter eines Parametersatzes, -
2 die zeitabhängige Darstellung des Sollwertes für einen Parameter bei einem Wechsel eines Betriebsmodus zur Veranschaulichung der Wirkung der Rampenfunktion während des Zeitintervalls, und -
3 eine zeitabhängige Darstellung des Verhaltens zweier Parameter bei einem Wechsel eines Betriebsmodus nach dem Stand der Technik.
-
1 a schematic representation of the sequence of process steps when changing the operating mode with the correlating change of all parameters of a parameter set, -
2 the time-dependent representation of the setpoint for a parameter when changing an operating mode to illustrate the effect of the ramp function during the time interval, and -
3 a time-dependent representation of the behavior of two parameters when changing an operating mode according to the prior art.
An Antriebssysteme werden unterschiedliche Anforderungen gestellt, so dass für den effizienten Betrieb des Antriebssystems unterschiedliche Betriebsmodi vorgesehen sind, die sich hinsichtlich ihrer Parametersätze unterscheiden. Beispielhaft für ein derartiges Antriebssystem kann eine Brennstoffzellenvorrichtung genannt werden zur Speisung eines Traktionsmotores in einem Kraftfahrzeug. Zu unterscheidende Betriebsmodi sind gegeben durch den Startbetrieb, den Froststartbetrieb, einen luftverarmten Betrieb, einen Normal- bzw. Dauerbetrieb, einen Abschaltbetrieb mit einer Trocknung der Brennstoffzellenvorrichtung zur Vorbereitung eines nachfolgenden Froststartbetriebes. Denkbar ist auch ein Reparaturbetrieb zur Umkehr reversibler Degradationserscheinungen.Different requirements are placed on drive systems, so that different operating modes are provided for efficient operation of the drive system, which differ with regard to their parameter sets. A fuel cell device for feeding a traction motor in a motor vehicle can be named as an example of such a drive system. Operating modes to be distinguished are given by the start operation, the frost start operation, an air-depleted operation, a normal or continuous operation, a shutdown operation with drying of the fuel cell device in preparation for a subsequent frost start operation. A repair shop to reverse reversible degradation phenomena is also conceivable.
Bei diesem Ausführungsbeispiel betreffend eine Brennstoffzellenvorrichtung umfasst ein Parametersatz eine Mehrzahl von Parametern, die beispielhaft den Wasserstoffdruck, den Luftdruck, den Luftmassenstrom, die Temperatur jedes der Reaktanten, die Feuchte des Kathodengases oder die Feuchte der Membran der Membranelektrodenanordnung oder auch den Ladezustand einer der Brennstoffzellenvorrichtung zugeordneten elektrischen Speichereinheit umfasst.In this exemplary embodiment relating to a fuel cell device, a parameter set comprises a plurality of parameters which, for example, are assigned to the hydrogen pressure, the air pressure, the air mass flow, the temperature of each of the reactants, the humidity of the cathode gas or the humidity of the membrane of the membrane electrode assembly or also the state of charge of one of the fuel cell devices includes electrical storage unit.
Erfolgt nun der Wechsel eines Betriebsmodus
Veranschaulicht ist dies in der
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Wechsel BetriebsmodusChange operating mode
- 22
- bisheriger Sollwertprevious setpoint
- 33
- neuer Sollwertnew setpoint
- 44th
- ZeitintervallTime interval
- 55
- RampenfunktionRamp function
- 66th
- intermediärer Sollwertintermediate setpoint
- 77th
- TriggerTrigger
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- US 2017/0179512 A1 [0004]US 2017/0179512 A1 [0004]
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