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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, bei dem eine elektrische Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs aus einem ersten Bordnetz des Kraftfahrzeugs und eine Steuereinrichtung der Antriebseinrichtung aus einem zweiten Bordnetz des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei die elektrische Energie im ersten Bordnetz von einer ersten Fahrzeugbatterie über ein erstes Batterieschütz bereitgestellt wird und wobei die elektrische Energie im zweiten Bordnetz von einer zweiten Fahrzeugbatterie über ein zweites Batterieschütz bereitgestellt wird, wobei die Antriebseinrichtung durch die Steuereinrichtung bei einer gestörten Energieversorgung durch das zweite Bordnetz in einen vorgegebenen sicheren Betriebszustand überführt wird.
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Gattungsgemäße Verfahren sind dem Grunde nach im Stand der Technik umfänglich bekannt, so zum Beispiel aus der
DE 10 2019 002 781 A1 , die ein Verfahren zum Speichern elektrischer Energie in einem Hochvolt-Leistungsmodul für ein Fahrzeug offenbart. Die Antriebseinrichtung des Kraftfahrzeugs umfasst in der Regel einen mittels der Steuereinrichtung steuerbaren Wechselrichter, an den eine in der Regel mehrphasige Wechselstrommaschine angeschlossen ist, beispielsweise nach Art einer Synchronmaschine, einer Asynchronmaschine oder dergleichen. Die elektrische Maschine ist als rotierende elektrische Maschine ausgebildet, wobei deren Läufer in der Regel mechanisch mit einem oder mehreren Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs gekoppelt sind, um die gewünschte Antriebswirkung während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs erreichen zu können.
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Bei einem Abbremsen beziehungsweise einer Bergabfahrt kann mittels der rotierenden elektrischen Maschine Energie zurückgewonnen und dem ersten Bordnetz, insbesondere der ersten Fahrzeugbatterie, zugeführt werden, um auf diese Weise eine Rekuperation zu erreichen und eine Bremswirkung des Fahrzeugs zu ermöglichen oder zu unterstützen.
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Ist in einem solchen Betriebszustand plötzlich die erste Fahrzeugbatterie nicht mehr verfügbar, weil beispielsweise das erste Batterieschütz die erste Fahrzeugbatterie elektrisch vom Rest des ersten Bordnetzes getrennt hat, können am verbleibenden ersten Bordnetz Spannungsspitzen auftreten, die die Betriebsspannung zum Teil weit übersteigen können. Dabei kann sogar eine Bemessungsspannung des ersten Bordnetzes überschritten werden. Dies ergibt sich dadurch, dass mit Deaktivieren der ersten Fahrzeugbatterie eine gewisse Zeit benötigt wird, bis weitere Schmutzmaßnahmen aktiviert sind und das erste Bordnetz vor einer Überspannung geschützt werden kann. Die Schutzmaßnahmen betreffen insbesondere das Reduzieren einer Rekuperationsleistung. Ein solcher Fall wird auch „Load-Dump“ genannt.
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Zwar ist am ersten Bordnetz mit dem Wechselrichter eine Zwischenkreiskapazität am ersten Bordnetz angeschlossen, jedoch kann die Zwischenkreiskapazität die Energieaufnahme durch die erste Fahrzeugbatterie nicht ersetzen. Es ist daher im Stand der Technik üblich, die Betriebsspannung des ersten Bordnetzes zu überwachen und mit einem vorgegebenen Vergleichswert zu vergleichen. Ist die erfasste Betriebsspannung des ersten Bordnetzes größer als der Vergleichswert, so kann wechselrichterseitig eine Ersatzreaktion eingeleitet werden.
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Der Wechselrichter umfasst in der Regel eine Reihe von elektrischen Schaltelementen zur Durchführung seiner Wechselrichterfunktion, die durch die Steuereinrichtung gesteuert werden können. Die Schaltelemente sind häufig durch Transistoren gebildet. Während des bestimmungsgemäßen Betriebs werden die Schaltelemente nach Art einer Pulsweitenmodulation betrieben. Mit den Schaltelementen, insbesondere, wenn sie als Transistoren ausgebildet sind, können sehr kurze Schaltzeiten realisiert werden, beispielsweise im Bereich von einer oder weniger Mikrosekunden.
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Als Ersatzreaktion kann vorgesehen sein, dass die Schaltelemente in den ausgeschalteten Schaltzustand geschaltet werden, wodurch die Rekuperationsleistung entsprechend schnell reduziert werden kann. Es ist jedoch zu bedenken, dass weiterhin magnetische Energie in den Wicklungen der rotierenden elektrischen Maschine gespeichert sein und trotzdem zu einer weiteren Erhöhung der Betriebsspannung führen kann. Im ungünstigsten Fall kann somit die Betriebsspannung so weit ansteigen, dass Komponenten des ersten Bordnetzes beschädigt werden können. Darüber hinaus hat dies Einfluss auf die Alterung der Komponenten des ersten Bordnetzes.
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Die Ersatzreaktion bezieht sich insbesondere auf den Fall, wenn die rotierende elektrische Maschine eine Asynchronmaschine ist. Die Schaltelemente werden in diesem Fall in den ausgeschalteten Schaltzustand geschaltet. Dadurch kann die Rekuperationsleistung schnell erheblich reduziert werden, wobei jedoch zu bedenken ist, dass die in den Wicklungen der Asynchronmaschine gespeicherte magnetische Energie weiterhin dazu führen kann, dass dem ersten Bordnetz Energie zugeführt wird. Dies kann sogar dazu führen, dass eine Bemessungsspannung des ersten Bordnetzes überschritten wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine schnellere Reaktion bei einer Deaktivierung der ersten Fahrzeugbatterie zu erzielen und dadurch die Gefahr des Erreichens beziehungsweise Überschreitens der Bemessungsspannung weiter zu reduzieren.
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Als Lösung wird mit der Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
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In Bezug auf ein gattungsgemäßes Verfahren wird mit der Erfindung insbesondere vorgeschlagen, dass ein Deaktivieren des ersten Batterieschützes ein Deaktivieren des zweiten Batterieschützes auslöst.
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Die Erfindung basiert unter anderem auf dem Gedanken, dass die Ersatzreaktion bereits schon durch die Antriebseinrichtung beziehungsweise deren Steuereinrichtung vorhanden ist und durch die Steuereinrichtung bereitgestellt werden kann. Diese Ersatzreaktion wird aktiviert, wenn die Energieversorgung der Steuereinrichtung durch das zweite Bordnetz nicht mehr gewährleistet ist. Dadurch, dass die Energieversorgung des zweiten Bordnetzes durch Ausschalten des zweiten Batterieschützes erfindungsgemäß unterbrochen wird, kann somit erreicht werden, dass bereits mit dem Ausschalten des ersten Batterieschützes, wodurch die erste Fahrzeugbatterie deaktiviert wird, die Ersatzreaktion nahezu unmittelbar ausgelöst wird. Dadurch kann eine erheblich schnellere Reaktion für den Fall Load-Dump erreicht werden, sodass die Gefahr des Überschreitens der Bemessungsspannung im ersten Bordnetz ebenfalls deutlich reduziert werden kann.
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Für die technische Umsetzung kann vorgesehen sein, dass der Schaltzustand des ersten Batterieschützes überwacht und abhängig von diesem Schaltzustand der Schaltzustand des zweiten Batterieschützes gesteuert wird. Dies kann zum Beispiel mit einer einfachen Hardware-Schaltung realisiert sein. Der Vorteil der Erfindung liegt also insbesondere darin, dass, sobald die Energiesenken-Funktion durch die erste Fahrzeugbatterie im Rekuperationsmodus entfällt, also in dem Moment, in dem das erste Batterieschütz in den ausgeschalteten Schaltzustand wechselt, die Ersatzreaktion des Wechselrichters möglichst unverzüglich eingeleitet werden kann. Die Öffnung beziehungsweise das Ausschalten des ersten Batterieschützes führt demnach gleichzeitig dazu, dass auch das zweite Batterieschütz deaktiviert wird und somit die Energieversorgung für die Steuereinrichtung durch das zweite Bordnetz gestört wird. Die Steuereinrichtung verarbeitet diese Störung der Energieversorgung und führt die Ersatzreaktion aus. Dadurch kann die Beaufschlagung des ersten Bordnetzes mit elektrischer Energie durch die rotierende elektrische Maschine erheblich reduziert werden, wodurch die maximal auftretende Betriebsspannung ebenfalls entsprechend reduziert beziehungsweise gedämpft werden kann. Dadurch kann auch das Risiko der Beschädigung weiterer Komponenten oder auch des Wechselrichters im ersten Bordnetz vermieden werden. Zumindest kann das Risiko jedoch reduziert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. 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.
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Dabei zeigen:
- 1 Eine schematische Schaltbilddarstellung eines zwei Bordnetze aufweisenden elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs,
- 2 Eine schematische Schaltbilddarstellung wie 1, wobei Batterieschütze von jeweiligen Fahrzeugbatterien gekoppelt ausgelöst werden, und
- 3 Eine schematische Diagrammdarstellung eines Spannungs-ZeitDiagramms einer Betriebsspannung des ersten Bordnetzes.
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1 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung zwei Bordnetze 12, 16 eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, welches vorliegend als Elektrofahrzeug ausgebildet ist und in den Figuren nicht weiter dargestellt ist. Das Elektrofahrzeug umfasst ein erstes Bordnetz 12, welches mit einer Betriebsspannung von etwa 48 V betrieben wird. Entsprechend ist das erste Bordnetz 12 hinsichtlich der Bemessungsspannung ausgelegt. Das erste Bordnetz 12 umfasst eine erste Fahrzeugbatterie 18, die ebenfalls für die Betriebsspannung von 48 V ausgelegt ist. Die Fahrzeugbatterie 18 ist über ein erstes Batterieschütz 20 mit dem ersten Bordnetz 12 elektrisch koppelbar. Im eingeschalteten Schaltzustand des Batterieschützes 20 ist die erste Fahrzeugbatterie 18 mit dem ersten Bordnetz 12 elektrisch verbunden, wohingegen die Fahrzeugbatterie 18 im ausgeschalteten Schaltzustand des Batterieschützes 20 vom ersten Bordnetz 12 elektrisch getrennt ist.
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An das erste Bordnetz 12 ist ferner eine elektrische Antriebseinrichtung 10 des Elektrofahrzeugs angeschlossen. Die Antriebseinrichtung 10 umfasst einen Wechselrichter 26 sowie eine an den Wechselrichter 26 angeschlossene dreiphasige Asynchronmaschine 28. Der Wechselrichter 26 weist eine Mehrzahl von nicht dargestellten Schaltelementen auf, die vorliegend durch Transistoren gebildet sind. Der Wechselrichter 26 ist ausgebildet, beim bestimmungsgemäßen Schaltbetrieb der Schaltelemente entsprechende Phasenwechselspannungen beziehungsweise Phasenwechselströme für die Asynchronmaschine 28 bereitzustellen.
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Die Antriebseinrichtung 10 umfasst ferner eine Steuereinrichtung 14, die unter anderem dazu dient, den Wechselrichter 26, und hier insbesondere seine Schaltelemente, mit geeigneten Schaltsignalen zu beaufschlagen. Für diesen Zweck stellt die Steuereinrichtung 14 die entsprechenden Schaltsignale für die Schaltelemente bereit. Zu diesem Zweck nutzt die Steuereinrichtung 14 eine Pulsweitenmodulation. Der Betrieb der Asynchronmaschine 28 am Wechselrichter 26 mittels Pulsweitenmodulation ist dem Fachmann bekannt, weshalb von weiteren Erläuterungen hierzu abgesehen wird.
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Die Steuereinrichtung 14 wird mit elektrischer Energie aus einem zweiten Bordnetz 16 versorgt, welches eine zweite Fahrzeugbatterie 22 aufweist, die über ein zweites Batterieschütz 24 mit dem zweiten Bordnetz 16 elektrisch koppelbar ist. Die Fahrzeugbatterie 22 und das zweite Bordnetz 16 sind vorliegend für eine Betriebsspannung von etwa 12 V ausgelegt.
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An das erste Bordnetz 12 ist ferner ein Energiewandler 30 angeschlossen, der das erste Bordnetz 12 mit dem zweiten Bordnetz 16 elektrisch koppelt. Vorliegend ist der Energiewandler 30 als DC-DC-Wandler ausgebildet. Darüber hinaus sind an das erste Bordnetz 12 weitere elektrische Komponenten 32 angeschlossen, von denen, bezeichnet mit dem Bezugszeichen 32, lediglich eine exemplarisch dargestellt ist.
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Insbesondere während des bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs des Elektrofahrzeugs sind die Batterieschütze 20, 24 im eingeschalteten Schaltzustand. Während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Elektrofahrzeugs kann sich ein Betriebszustand als ungünstig erweisen. Wird nämlich bei einem Bremsbetrieb beziehungsweise einer Bergabfahrt mittels der Antriebseinrichtung 10 elektrische Energie erzeugt und nach Art von Rekuperation in das erste Bordnetz 12 eingespeist, kann ein Stromfluss gemäß dem Pfeil 34 die Folge sein. Der Stromfluss kann zum Teil in die elektrischen Komponenten 30, 32 fließen, wie mit dem Pfeil 38 gekennzeichnet ist. Ein großer Teil des Stroms strömt jedoch gemäß dem Pfeil 36 in die erste Fahrzeugbatterie 18.
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Tritt in einem derartigen Betriebszustand der Fall auf, dass das erste Batterieschütz 20 vom eingeschalteten Schaltzustand in den ausgeschalteten Schaltzustand wechselt, beispielsweise, weil vorgegebene Batterieparameter überschritten werden und eine Überlastung der Fahrzeugbatterie 18 zur Folge haben können, kann der Strom gemäß dem Pfeil 36 nicht durch die elektrischen Komponenten 30, 32 abgefangen werden. Die Folge ist, dass eine Betriebsspannung 40 deutlich über die Betriebsspannung von 48 V ansteigen kann, sogar die Bemessungsspannung für das erste Bordnetz 12 überschreiten kann und so dazu führen kann, dass das erste Bordnetz 12 und/oder an dieses Bordnetz angeschlossene Komponenten, wie die Antriebseinrichtung 10 oder die elektrischen Komponenten 30, 32, gestört oder beschädigt werden können.
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Um dieses Problem zu reduzieren, ist vorliegend vorgesehen, dass die Betriebsspannung 40 des ersten Bordnetzes 12 mittels eines Spannungssensors (nicht dargestellt) erfasst und mit einem vorgegebenen Vergleichswert verglichen wird. Abhängig von dem Vergleich wird dann die Steuereinrichtung 14 aktiviert, um eine Ersatzreaktion 42 auszulösen, bei der sämtliche der Schaltelemente des Wechselrichters 26 in den ausgeschalteten Schaltzustand geschaltet werden. Dadurch kann der Leistungseintrag durch die Antriebseinrichtung 10 reduziert werden.
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Gleichwohl kann der Leistungseintrag dadurch nicht vollständig unterbrochen werden, insbesondere, weil in Wicklungen der Asynchronmaschine 28 gespeicherte magnetische Energie über den Wechselrichter 26 weiterhin in das erste Bordnetz 12 eingespeist wird. Dadurch besteht die Gefahr, dass das erste Bordnetz 12 doch noch überlastet wird.
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2 zeigt in einer schematischen Schaltbilddarstellung wie 1, wie die Überlastung des ersten Bordnetzes im vorgenannten Betriebsmodus, der auch Load-Dump genannt wird, reduziert werden kann. Gemäß 2 ist nämlich vorgesehen, dass mit dem Schalten des ersten Batterieschützes 20 in den ausgeschalteten Schaltzustand zugleich auch das zweite Batterieschütz 24 in den ausgeschalteten Schaltzustand geschaltet wird. Dadurch wird die Energieversorgung der Steuereinrichtung 14 durch das zweite Bordnetz 16 unterbrochen, was durch die Steuereinrichtung 14 erkannt werden kann. Die Steuereinrichtung 14 löst dann unverzüglich eine Ersatzreaktion 42 aus, so dass die Schaltelemente des Wechselrichters 26 in den ausgeschalteten Schaltzustand geschaltet werden. Es braucht in diesem Fall also nicht erst abgewartet zu werden, bis die Betriebsspannung des ersten Bordnetzes 12 den vorgegebenen Vergleichswert überschreitet. Die Reaktion ist also im Wesentlichen unverzüglich möglich, wodurch ein Zeitvorteil erreicht werden kann, der dazu genutzt werden kann, den Energieeintrag durch die Antriebseinrichtung 10 schneller zu reduzieren. Dadurch kann insgesamt ein reduzierter Energieeintrag gegenüber dem Szenario gemäß 1 erreicht werden, sodass die Gefahr des Überschreitens der Bemessungsspannung beim ersten Bordnetz 12 deutlich reduziert werden kann.
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3 zeigt in einer schematischen Diagrammdarstellung ein Spannungs-Zeit-Diagramm der Betriebsspannung 40 des ersten Bordnetzes 12 beim vorbeschriebenen Szenario. Zu erkennen ist, dass die Betriebsspannung U im Falle eines „Load-Dump“ um einen Betrag ΔU vergrößert wird. Durch den Zeitvorteil, der bei der Ausgestaltung gemäß 2 realisiert werden kann, kann somit auch der Spannungsanstieg ΔU reduziert werden.
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Das Ausführungsbeispiel dient ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebseinrichtung
- 12
- Erstes Bordnetz
- 14
- Steuereinrichtung
- 16
- Zweites Bordnetz
- 18
- Erste Fahrzeugbatterie
- 20
- Erstes Batterieschütz
- 22
- Zweite Fahrzeugbatterie
- 24
- Zweites Batterieschütz
- 26
- Wechselrichter
- 28
- Asynchronmaschine
- 30
- Energiewandler
- 32
- Elektrische Komponente
- 34
- Pfeil
- 36
- Pfeil
- 38
- Pfeil
- 40
- Betriebsspannung
- 42
- Ersatzreaktion
- U
- Betriebsspannung
- ΔU
- Spannungsanstieg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019002781 A1 [0002]
