DE102020123689A1 - Method and device for operating a motor vehicle in a warm-up mode and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug. Bei dem Verfahren wird ein Aufwärm bedarf für eine Komponente des Kraftfahrzeugs erkannt. Eine erste elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs wird dann motorisch zum Erzeugen einer Gesamtabgabeleistung betrieben, die eine angeforderte Antriebsleistung zum Antreiben einer ersten Achse des Kraftfahrzeugs und eine darüberhinausgehende Zusatzleistung umfasst. Eine zweite elektrische Maschine wird an einer zweiten Achse des Kraftfahrzeugs mit einem Teil der Zusatzleistung zum Erzeugen eines Ladestroms für eine Batterie des Kraftfahrzeugs generatorisch betrieben. Dabei wird eine durch die motorische Erzeugung der Zusatzleistung durch die erste elektrische Maschine und den entsprechenden generatorischen Betrieb der zweiten elektrischen Maschine entstehende Verlustwärme zum Aufwärmen der wenigstens einen Komponente verwendet.The invention relates to a method and a device for operating a motor vehicle and a corresponding motor vehicle. In the method, a warming-up requirement for a component of the motor vehicle is detected. A first electrical machine of the motor vehicle is then operated as a motor to generate a total output power that includes a required drive power for driving a first axle of the motor vehicle and an additional power that goes beyond that. A second electrical machine is operated as a generator on a second axle of the motor vehicle with part of the additional power to generate a charging current for a battery of the motor vehicle. In this case, heat loss resulting from the motor-driven generation of the additional power by the first electrical machine and the corresponding generator-type operation of the second electrical machine is used to heat up the at least one component.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit zwei elektrischen Maschinen sowie eine Einrichtung für ein entsprechendes Kraftfahrzeug zum entsprechenden automatischen Ansteuern der elektrischen Maschinen. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechend ausgestattetes und eingerichtetes Kraftfahrzeug.The present invention relates to a method for operating a motor vehicle with two electrical machines and a device for a corresponding motor vehicle for corresponding automatic activation of the electrical machines. Furthermore, the present invention relates to a correspondingly equipped and set up motor vehicle.
Es ist bekannt, dass ein Betrieb beziehungsweise jeweilige Betriebseigenschaften verschiedener Komponenten von Kraftfahrzeugen temperaturabhängig sein können. So kann beispielsweise eine zu hohe Temperatur, also eine Überhitzung zu Beschädigungen führen oder ein Derating, also eine Leistungsbegrenzung zum Schutz vor Überhitzung erforderlich machen. Bei zu niedrigen Temperaturen kann hingegen eine Leistungsfähigkeit eingeschränkt und/oder ein Verschleiß erhöht sein. Letzteres gilt beispielsweise für Schmiermittel beziehungsweise durch ein Schmiermittel geschmierte Komponenten ebenso wie für Batterien, insbesondere Traktionsbatterien, also Antriebsenergiespeicher elektrisch betriebener Kraftfahrzeuge. Damit besteht eine Motivation, eine zuverlässige, situationsabhängig korrekte Temperierung von Fahrzeugkomponenten zu ermöglichen beziehungsweise sicherzustellen.It is known that operation or the respective operating properties of various components of motor vehicles can be temperature-dependent. For example, a temperature that is too high, i.e. overheating, can lead to damage or derating, i.e. a power limitation to protect against overheating, can be necessary. On the other hand, if the temperatures are too low, performance can be restricted and/or wear can be increased. The latter applies, for example, to lubricants or components lubricated by a lubricant, as well as to batteries, in particular traction batteries, ie drive energy stores in electrically operated motor vehicles. There is thus a motivation to enable or ensure reliable, situation-dependent correct temperature control of vehicle components.
Dazu ist beispielsweise aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen effizienten Betrieb eines mehrmotorigen elektrischen Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.The object of the present invention is to enable efficient operation of a multi-motor electric motor vehicle.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.According to the invention, this object is achieved by the subject matter of the independent patent claims. Further configurations and developments of the present invention are specified in the dependent patent claims, in the description and in the drawing.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum, insbesondere automatischen, Betreiben eines Kraftfahrzeugs. Dabei wird automatisch ein Aufwärm bedarf für wenigstens eine Komponente des Kraftfahrzeugs erkannt. Dies kann etwa bedeuten oder umfassen, dass eine Temperatur der wenigstens einen Komponente bestimmt und anhand daran ermittelt wird, dass diese Temperatur unterhalb einer vorgegebenen Ziel- oder Betriebstemperatur liegt, die beispielsweise einen besonders effizienten Betrieb der wenigstens einen Komponente ermöglicht. Ebenso kann beispielsweise dann der Aufwärmbedarf erkannt werden, wenn das Kraftfahrzeug mit einem Kaltstart, also beispielsweise nach wenigstens einer vorgegebenen Stillstands- oder Ruhezeit, in Betrieb genommen wird.The method according to the invention serves for the, in particular automatic, operation of a motor vehicle. A warming-up requirement for at least one component of the motor vehicle is automatically recognized. This can mean or include, for example, that a temperature of the at least one component is determined and based on this it is determined that this temperature is below a predetermined target or operating temperature which, for example, enables particularly efficient operation of the at least one component. Likewise, the need for heating can be detected, for example, when the motor vehicle is put into operation with a cold start, that is to say, for example, after at least a predetermined standstill or rest time.
Weiter wird bei dem Verfahren eine erste elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs zum Erzeugen einer Gesamtabgabeleistung motorisch betrieben. Diese Gesamtabgabeleistung umfasst eine - beispielsweise von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs - angeforderte Antriebsleistung zum Antreiben einer ersten Achse des Kraftfahrzeugs und eine darüberhinausgehende Zusatzleistung. Die angeforderte Antriebsleistung ist also erforderlich, um - ohne sonstige zusätzliche Widerstände - einen jeweiligen Fahrerwunsch hinsichtlich des Antriebs oder Vortriebs des Kraftfahrzeugs zu entsprechen oder, beispielsweise in einem autonomen oder teilautonomen Betrieb des Kraftfahrzeugs, eine bestimmte Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu erreichen oder einzustellen. Durch die darüberhinausgehende Zusatzleistung könnte also eine entsprechend höhere Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs resultieren. Dies ist vorliegend jedoch nicht der Fall, da bei dem Verfahren eine zweite elektrische Maschine an einer zweiten Achse des Kraftfahrzeugs mit einem Teil der Zusatzleistung zum Erzeugen eines Ladestroms für eine Batterie des Kraftfahrzeugs generatorisch betrieben wird. Dabei wird eine durch die motorische Erzeugung der Zusatzleistung durch die erste elektrische Maschine und den entsprechenden generatorischen Betrieb der zweiten elektrischen Maschine entstehende Verlustwärme zum Aufwärmen der wenigstens einen Komponente verwendet. Mit anderen Worten wird durch den generatorischen Betrieb der zweiten elektrischen Maschine also ein Widerstand bereitgestellt, der eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs über den Fahrerwunsch oder eine automatische Anforderung hinaus durch die Zusatzleistung verhindert. Vielmehr wird ein Teil der Zusatzleistung hier in Wärme zum Aufwärmen der wenigstens einen Komponente umgesetzt und ein restlicher Teil der Zusatzleistung durch die zweite elektrische Maschine aufgenommen und der Batterie zugeführt.Furthermore, in the method, a first electric machine of the motor vehicle is operated as a motor to generate a total output power. This total power output includes a drive power requested--for example by a driver of the motor vehicle--to drive a first axle of the motor vehicle and an additional power going beyond that. The requested drive power is therefore necessary in order - without any other additional resistance - to meet a driver's request with regard to the drive or propulsion of the motor vehicle or, for example in autonomous or semi-autonomous operation of the motor vehicle, to achieve or set a specific speed of the motor vehicle. A correspondingly higher speed of the motor vehicle could result from the additional power that goes beyond that. However, this is not the case here, since in the method a second electrical machine on a second axle of the motor vehicle is operated as a generator with part of the additional power to generate a charging current for a battery of the motor vehicle. In this case, heat loss resulting from the motor-driven generation of the additional power by the first electrical machine and the corresponding generator-type operation of the second electrical machine is used to heat up the at least one component. In other words, a resistance is provided by the generator operation of the second electrical machine, which increases the Speed of the motor vehicle beyond the driver's request or an automatic request prevented by the additional service. Rather, part of the additional power is converted here into heat for heating the at least one component and a remaining part of the additional power is taken up by the second electrical machine and fed to the battery.
Die wenigstens eine Komponente, die hier durch diesen Betrieb der beiden elektrischen Maschinen aufgewärmt werden soll, kann im Prinzip eine jegliche oder beliebige Komponente oder Einrichtung des Kraftfahrzeugs sein oder umfassen, die oder deren Betrieb oder Betriebseigenschaften temperaturabhängig sind, insbesondere hinsichtlich einer Effizienz, einer Leistungsfähigkeit und/oder eines Verschleißes. Beispielsweise kann die aufzuwärmende Komponente die Batterie sein oder umfassen. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn es sich bei der Batterie um eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs handelt, aus welcher die erste elektrische Maschine gespeist oder versorgt wird.The at least one component that is to be heated up here by this operation of the two electric machines can in principle be or include any component or device of the motor vehicle whose operation or operating properties are temperature-dependent, in particular with regard to efficiency and performance and/or wear and tear. For example, the component to be heated may be or include the battery. This can be the case in particular if the battery is a traction battery of the motor vehicle from which the first electrical machine is fed or supplied.
Durch den aktiven Betrieb zum Aufwärmen der wenigstens einen Komponente kann diese vorteilhaft besonders schnell auf Betriebstemperatur, also beispielsweise in einen vorgegebenen Zieltemperaturbereich, gebracht werden. Dadurch kann gegebenenfalls eine verbesserte Effizienz, eine verbesserte Leistungsfähigkeit oder Leistungsabrufbarkeit und/oder ein verringerter Verschleiß erreicht werden. Dies kann hier insbesondere durch ohnehin vorhandene Einrichtungen des Kraftfahrzeugs, nämlich die beiden elektrischen Maschinen, erreicht werden. Dadurch kann gegebenenfalls zusätzlicher Aufwand für eine separate Heizeinrichtung für die wenigstens eine Komponente eingespart werden. Dies kann vorteilhaft Kosten, Gewicht, Wartungsaufwand und Komplexität einsparen.Active operation to warm up the at least one component can advantageously bring it up to operating temperature particularly quickly, that is to say, for example, into a predefined target temperature range. As a result, improved efficiency, improved performance or the ability to call up power and/or reduced wear can be achieved. In this case, this can be achieved in particular by devices that are already present in the motor vehicle, namely the two electrical machines. As a result, if necessary, additional expense for a separate heating device for the at least one component can be saved. This can advantageously save cost, weight, maintenance effort and complexity.
Durch den Betrieb der elektrischen Maschinen mit der durch die Zusatzleistung bewirkten beziehungsweise erhöhten Last wird unvermeidlich Wärme erzeugt, wobei hier aber vorteilhaft ein nicht in Wärme umgewandelter Teil der dazu eingesetzten Energie durch den generatorischen Betrieb der zweiten elektrischen Maschine rekuperiert, also zurückgewonnen wird. Dies kann im Vergleich zur Verwendung einer separaten Heizeinrichtung eine insgesamt besonders effiziente Aufwärmung ermöglichen. Handelt es sich bei der aufzuwärmenden Komponente um die Batterie, so wird zudem durch den von der zweiten elektrischen Maschine in die Batterie eingespeisten Ladestrom vorteilhaft direkt in der Batterie Wärme erzeugt. Dadurch kann die Batterie besonders effizient, effektiv und schnell aufgewärmt, also auf Betriebstemperatur gebracht werden.Heat is inevitably generated by operating the electrical machines with the load caused by the additional power or increased load, but here a part of the energy used for this purpose that is not converted into heat is advantageously recuperated, ie recovered, by the generator operation of the second electrical machine. Compared to the use of a separate heating device, this can enable heating that is particularly efficient overall. If the component to be heated is the battery, heat is also advantageously generated directly in the battery by the charging current fed into the battery by the second electrical machine. As a result, the battery can be warmed up particularly efficiently, effectively and quickly, i.e. brought to operating temperature.
Durch den Betrieb oder die entsprechende Ansteuerung der elektrischen Maschinen, beispielsweise durch Einstellung der Zusatzleistung, können also entsprechende, damit unweigerlich einhergehende Wärmeströme gesteuert werden.The operation or the corresponding control of the electrical machines, for example by setting the additional power, can therefore be used to control corresponding heat flows that are inevitably associated therewith.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt eine Verwendung oder Zuweisung einer mit einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs gekoppelten elektrischen Maschine als die erste oder als die zweite elektrische Maschine und entsprechend eine Verwendung oder Zuweisung einer mit einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs gekoppelten elektrischen Maschine als die zweite oder als die erste elektrische Maschine automatisch dynamisch in Abhängigkeit von einer jeweils aktuellen Betriebssituation des Kraftfahrzeugs. Insbesondere können die jeweiligen Verwendungen oder Zuweisungen in Abhängigkeit von einem jeweiligen Fahrzustand und/oder einer jeweiligen Umgebungsbedingung, also einer Art oder eines Zustands einer Umgebung des Kraftfahrzeugs, erfolgen beziehungsweise durchgeführt werden. Mit anderen Worten kann also je nach Betriebssituation die elektrische Maschine an der Hinterachse oder die elektrische Maschine an der Vorderachse als die erste elektrische Maschine, also motorisch zum Antreiben des Kraftfahrzeugs betrieben werden. Die jeweils andere, also mit der jeweils anderen Achse gekoppelte elektrische Maschine wird dann entsprechend als die zweite elektrische Maschine, also generatorisch betrieben.In a further embodiment of the present invention, an electric machine coupled to a rear axle of the motor vehicle is used or assigned as the first or second electric machine and, correspondingly, an electric machine coupled to a front axle of the motor vehicle is used or assigned as the second or as the second first electric machine automatically dynamically depending on a current operating situation of the motor vehicle. In particular, the respective uses or assignments can take place or be carried out depending on a respective driving state and/or a respective environmental condition, ie a type or a state of an environment of the motor vehicle. In other words, depending on the operating situation, the electric machine on the rear axle or the electric machine on the front axle can be operated as the first electric machine, ie as a motor for driving the motor vehicle. The respective other electrical machine, ie coupled to the respective other axle, is then operated accordingly as the second electrical machine, ie as a generator.
Verschiedene Fahrzustände können beispielsweise ein Anfahren aus dem Stand, ein Beschleunigen, ein Fahren mit gleichmäßiger Geschwindigkeit oder dergleichen sein. Die Umgebungssituation kann beispielsweise durch eine Neigung oder Steigung eines von dem Kraftfahrzeug befahrenen Untergrundes, eine Art oder einen Zustand einer befahrenen Oberfläche, beispielsweise eines Straßenbelags, oder dergleichen charakterisiert sein. Durch die Berücksichtigung entsprechender Betriebssituationen kann das vorliegend erfindungsgemäße Verfahren zum Aufwärmen der wenigstens einen Komponente vorteilhaft in verschiedenen Situationen beispielsweise mit gleichzeitiger Sicherstellung einer besonders guten Traktion oder Fahrstabilität des Kraftfahrzeugs angewendet werden. Beispielsweise kann beim Anfahren oder Beschleunigen auf einer ebenen, asphaltierten und trockenen Straße die elektrische Maschine an der Hinterachse als die erste elektrische Maschine verwendet, also betrieben werden. Hingegen kann beispielsweise beim Befahren einer Steigung mit schneeglatter Fahrbahnoberfläche die elektrische Maschine an der Vorderachse als die erste elektrische Maschine, also motorisch verwendet oder betrieben werden. Durch die hier vorgeschlagene Möglichkeit, situationsabhängig festzulegen, also einzustellen oder auszuwählen, welche der elektrischen Maschinen des Kraftfahrzeugs motorisch und welche der elektrischen Maschinen generatorisch betrieben wird, kann vorteilhaft eine verbesserte Flexibilität im Betrieb des Kraftfahrzeugs und damit beispielsweise eine verbesserte Sicherheit erreicht werden.Different driving states can be, for example, starting from a standing start, accelerating, driving at a constant speed, or the like. The environmental situation can be characterized, for example, by an incline or incline of a subsurface on which the motor vehicle is driving, a type or a condition of a surface on which the vehicle is driving, for example a road surface, or the like. By taking corresponding operating situations into account, the present inventive method for heating the at least one component can advantageously be used in various situations, for example while simultaneously ensuring particularly good traction or driving stability of the motor vehicle. For example, when starting or accelerating on a level, asphalted and dry road, the electric machine on the rear axle can be used as the first electric machine, that is to say it can be operated. On the other hand, when driving up an incline with a snow-covered road surface, the electric machine on the front axle can be used or operated as the first electric machine, ie as a motor. The possibility proposed here to determine depending on the situation, i.e. to set or select which of the electric mechanical machines of the motor vehicle as a motor and which of the electrical machines is operated as a generator, improved flexibility in the operation of the motor vehicle and thus, for example, improved safety can advantageously be achieved.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Zusatzleistung automatisch abhängig von dem Aufwärmbedarf und einer vorgegebenen Derating-Kurve wenigstens eines Bauteils des Kraftfahrzeugs eingestellt, um den Aufwärmbedarf, insbesondere möglichst schnell, zu decken und gleichzeitig ein Derating des wenigstens einen Bauteils zu vermeiden. Bei diesem Bauteil kann es sich um die aufzuwärmende Komponente oder ein von dieser separates Bauteil handeln. Beispielsweise kann die aufzuwärmende Komponente eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs und das hier beschriebene Bauteil eine mit der Traktionsbatterie gekoppelte Leistungselektronik, wie etwa ein Inverter, sein. Insbesondere kann hier der Aufwärmbedarf nicht nur festgestellt, sondern quantifiziert werden, beispielsweise in Form einer Temperaturdifferenz oder eine zu erreichenden Temperaturveränderung der wenigstens einen Komponente. Dazu kann ein Modell wenigstens der aufzuwärmenden Komponente vorgegeben sein und berücksichtigt werden, das einer zu erreichenden Temperaturveränderung eine dafür notwendige Wärme- oder Energiemenge zuordnet. Ebenso können ein sonstiger Wärmebedarf des Kraftfahrzeugs, beispielsweise für einen Passagier- oder Innenraum des Kraftfahrzeugs, eine aktuelle Umgebungstemperatur, eine Fahrzeugtemperatur und/oder dergleichen mehr berücksichtigt werden.In a further embodiment of the present invention, the additional power is automatically set depending on the heating requirement and a predetermined derating curve of at least one component of the motor vehicle in order to cover the heating requirement, in particular as quickly as possible, and at the same time to avoid derating of the at least one component. This component can be the component to be heated or a component that is separate from it. For example, the component to be heated can be a traction battery of the motor vehicle and the component described here can be power electronics coupled to the traction battery, such as an inverter. In particular, the heating requirement can not only be determined here, but also quantified, for example in the form of a temperature difference or a temperature change to be achieved for the at least one component. For this purpose, a model of at least the component to be heated can be specified and taken into account, which assigns a necessary amount of heat or energy to a temperature change to be achieved. Likewise, another heat requirement of the motor vehicle, for example for a passenger compartment or interior of the motor vehicle, a current ambient temperature, a vehicle temperature and/or the like can be taken into account.
Die Fahrzeugtemperatur kann beispielsweise eine Kühlmitteltemperatur, eine Temperatur der Traktionsbatterie und/oder eines Antriebs des Kraftfahrzeugs, eine Öltemperatur und/oder dergleichen mehr sein.The vehicle temperature can be, for example, a coolant temperature, a temperature of the traction battery and/or a drive of the motor vehicle, an oil temperature and/or the like.
Die hier vorgeschlagene Anpassung oder Einstellung der Zusatzleistung kann vorteilhaft beispielsweise einen besonders guten Kompromiss zwischen einem besonders schnellen Aufwärmen der wenigstens einen Komponente und einer Minimierung einer thermischen Belastung des wenigstens einen Bauteils und somit letztlich eine optimale Leistungsfähigkeit und/oder Flexibilität im Betrieb des Kraftfahrzeugs ermöglichen.The adaptation or setting of the additional power proposed here can advantageously, for example, enable a particularly good compromise between particularly rapid heating of the at least one component and minimization of a thermal load on the at least one component and thus ultimately optimal performance and/or flexibility in the operation of the motor vehicle.
Zum Festlegen oder Einstellen der Zusatzleistung kann eine entsprechende Vorschrift oder Zuordnungstabelle oder ein entsprechendes Kennfeld vorgegeben, beispielsweise in einem computerlesbaren Datenspeicher des Kraftfahrzeugs hinterlegt sein. Durch eine derartige Vorschrift oder ein derartiges Kennfeld kann beispielsweise vorgegeben sein, dass bei einem größeren Aufwärmbedarf eine größere Zusatzleistung angewendet wird, aber bei einer relativ hohen Fahrzeug- und/oder Umgebungstemperatur eine geringere Zusatzleistung angewendet wird.To define or set the additional service, a corresponding rule or assignment table or a corresponding characteristic map can be specified, for example stored in a computer-readable data memory of the motor vehicle. Such a specification or such a characteristic diagram can specify, for example, that a greater additional power is used when there is a greater need to warm up, but a lower additional power is used when the vehicle and/or ambient temperature is relatively high.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Zusatzleistung auf höchstens einen vorgegebenen Anteil einer Restleistung beschränkt. Dabei entspricht diese Restleistung einer Differenz zwischen einer von der ersten elektrischen Maschine bestimmungs- oder spezifikationsgemäß erzeugbaren Maximalleistung und der jeweiligen Antriebsleistung. Der vorgegebene Anteil beträgt dabei weniger als 100 %. Die Größe der Restleistung kann also im Betrieb des Kraftfahrzeugs abhängig von der jeweils angeforderten Antriebsleistung dynamisch variieren. Durch die Beschränkung der Zusatzleistung steht eine Reserveleistung zur Verfügung, wird also eine Leistungsreserve freigehalten. Dies kann beispielsweise eine besonders schnelle Bedienung oder Umsetzung einer Steigerung der Anforderung nach Antriebsleistung oder einen besonders schnellen und zuverlässigen Abruf von Leistung für eine andere Einrichtung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eine elektrisch betriebene oder ausgelöste Sicherheitseinrichtung des Kraftfahrzeugs ermöglichen. Ebenso wie mit wechselnder Antriebsleistung die Restleistung variieren kann, kann auch die Zusatzleistung entsprechend während des Betriebs des Kraftfahrzeugs gegensätzlich zu der angeforderten Antriebsleistung variieren. Dadurch können insgesamt die genannten Vorteile des Aufwärmbetriebs, also des beschriebenen Betriebs der elektrischen Maschinen zum Aufwärmen der Komponente, besonders flexibel und situationsgerecht, insbesondere ohne für einen jeweiligen Fahrzeuginsassen offenkundige Beeinträchtigung des Fahrbetriebs erreicht werden.In a further embodiment of the present invention, the additional service is limited to a maximum of a predetermined portion of a remaining service. This residual power corresponds to a difference between a maximum power that can be generated by the first electrical machine as intended or according to specifications and the respective drive power. The specified proportion is less than 100%. The magnitude of the remaining power can therefore vary dynamically during operation of the motor vehicle, depending on the drive power required in each case. By limiting the additional power, a reserve power is available, that is, a power reserve is kept free. This can, for example, enable particularly fast operation or implementation of an increase in the demand for drive power or particularly fast and reliable retrieval of power for another device in the motor vehicle, for example an electrically operated or triggered safety device in the motor vehicle. Just as the remaining power can vary with changing drive power, the additional power can also vary accordingly during operation of the motor vehicle, contrary to the requested drive power. As a result, the stated advantages of the warming-up operation, ie the described operation of the electric machines for warming up the components, can be achieved in a particularly flexible and situation-appropriate manner, in particular without impairing driving operation that is obvious to a particular vehicle occupant.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Zusatzleistung gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Verlauf oder Profil variiert. Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Zusatzleistung initial relativ langsam, beispielsweise über viele Sekunden oder mehrere Minuten, bis hin zu einem Maximalwert erhöht oder gesteigert wird. Dieser Maximalwert kann dann für eine - absolut oder dynamisch - vorgegebene Zeitspanne beibehalten werden. Anschließend kann die Zusatzleistung wieder verringert werden. Dadurch können bei anfänglich noch besonders geringer Temperatur der Komponente zu hohe Belastungen vermieden, anschließend durch den Maximalwert eine besonders schnelle Aufwärmung erreicht und danach durch die anschließende Verringerung der Zusatzleistung ein Derating oder eine Überhitzung vermieden werden. Dadurch kann insgesamt auf besonders einfache Weise eine Realisierung der genannten Vorteile des Aufwärmbetriebs besonders schonend und zuverlässig erreicht werden.In a further embodiment of the present invention, the additional service is varied according to a predetermined time course or profile. In particular, it can be provided that the additional power is initially increased or increased relatively slowly, for example over many seconds or several minutes, up to a maximum value. This maximum value can then be retained for a predetermined period of time—absolutely or dynamically. The additional power can then be reduced again. As a result, when the temperature of the component is initially particularly low, excessive loads can be avoided, then a particularly rapid warm-up can be achieved by the maximum value and then derating or overheating can be avoided by the subsequent reduction in the additional power. As a result, an overall implementation of the mentioned in a particularly simple manner Advantages of the warm-up operation can be achieved particularly gently and reliably.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Anforderung nach Antriebsleistung überwacht. Bei einem erkannten Anstieg der Antriebsleistung oder deren Annäherung an einen vorgegebenen Schwellenwert wird die Zusatzleistung dann automatisch reduziert - gegebenenfalls bis auf 0. Auf diese Weise kann beispielsweise bei ausreichender verfügbarer Restleistung eine maximale Leistung und Geschwindigkeit der Aufwärmung erreicht oder genutzt werden und bei steigender angeforderter Antriebsleistung eine Beeinträchtigung der Fahrleistung beziehungsweise der Umsetzung des entsprechenden Fahrerwunsches vermieden werden.In a further embodiment of the present invention, the demand for drive power is monitored. If an increase in the drive power is detected or if it is approaching a specified threshold value, the additional power is then automatically reduced - possibly down to 0. In this way, for example, if there is sufficient remaining power available, maximum power and speed of heating can be achieved or used and if the required drive power increases an impairment of the driving performance or the implementation of the corresponding driver request can be avoided.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung für ein Kraftfahrzeug zum automatischen Ansteuern zweier mit unterschiedlichen Achsen gekoppelter elektrischer Maschinen des Kraftfahrzeugs in einem Aufwärmbetrieb zum Aufwärmen wenigstens einer Komponente des Kraftfahrzeugs. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist dabei zum automatischen Durchführen oder Ausführen wenigstens einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Dazu kann die erfindungsgemäße Einrichtung beispielsweise eine Prozessoreinrichtung, etwa einen Mikrochip, -prozessor oder -controller, sowie einen damit verbundenen computerlesbaren Datenspeicher umfassen. In diesem Datenspeicher kann dann ein Programmcode oder Computerprogramm gespeichert sein, das die beschriebenen Abläufe oder Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens codiert oder implementiert und durch die Prozessoreinrichtung ausführbar ist, um die Einrichtung beziehungsweise das Kraftfahrzeug zur Durchführung des Verfahrens zu veranlassen. Ein solcher Datenspeicher beziehungsweise ein solches Computerprogramm können ihrerseits eigene Aspekte der vorliegenden Erfindung sein. Die Einrichtung kann beispielsweise als Steuergerät des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Einrichtung kann eine Eingangsschnittstelle und eine Ausgangsschnittstelle zum Empfangen beziehungsweise Ausgeben von Daten oder Signalen aufweisen. Beispielsweise können über die Eingangsschnittstelle Temperaturdaten empfangen und über die Ausgangsschnittstelle Steuersignale zum Steuern der elektrischen Maschinen ausgegeben werden. Dazu kann die Einrichtung beispielsweise an ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs anschließbar sein.A further aspect of the present invention is a device for a motor vehicle for automatically controlling two electrical machines of the motor vehicle coupled to different axes in a warm-up mode for warming up at least one component of the motor vehicle. The device according to the invention is set up for automatically carrying out or executing at least one embodiment of the method according to the invention. For this purpose, the device according to the invention can comprise, for example, a processor device, such as a microchip, processor or controller, as well as a computer-readable data memory connected thereto. A program code or computer program can then be stored in this data memory, which encodes or implements the described sequences or method steps of the method according to the invention and can be executed by the processor device in order to cause the device or the motor vehicle to carry out the method. Such a data memory or such a computer program can in turn be specific aspects of the present invention. The device can be designed, for example, as a control unit of the motor vehicle. The device according to the invention can have an input interface and an output interface for receiving or outputting data or signals. For example, temperature data can be received via the input interface and control signals for controlling the electrical machines can be output via the output interface. For this purpose, the device can be connected to an on-board network of the motor vehicle, for example.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug, das zwei mit unterschiedlichen Achsen des Kraftfahrzeugs gekoppelte elektrische Maschinen und eine erfindungsgemäße Einrichtung zum automatischen Ansteuern der elektrischen Maschinen zum Aufwärmen wenigstens einer Komponente, insbesondere einer Traktionsbatterie, des Kraftfahrzeugs aufweist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann also insbesondere das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Einrichtung genannte Kraftfahrzeug sein. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug einige oder alle der in diesen Zusammenhängen genannten Eigenschaften und/oder Merkmale aufweisen.Another aspect of the present invention is a motor vehicle that has two electric machines coupled to different axles of the motor vehicle and a device according to the invention for automatically controlling the electric machines to heat up at least one component, in particular a traction battery, of the motor vehicle. The motor vehicle according to the invention can therefore in particular be the motor vehicle mentioned in connection with the method according to the invention and/or in connection with the device according to the invention. Accordingly, the motor vehicle according to the invention can have some or all of the properties and/or features mentioned in these contexts.
In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung weist das Kraftfahrzeug wenigstens einen ersten Flüssigkeitskreislauf zum Kühlen wenigstens einer der elektrischen Maschinen, also einen ersten Kühlkreislauf, und einen wärmeleitend mit der aufzuwärmenden Komponente gekoppelten zweiten Flüssigkeitskreislauf auf. Der erste Flüssigkeitskreislauf ist dabei durch einen Wärmetauscher mit dem zweiten Flüssigkeitskreislauf thermisch, also wärmeübertragend, insbesondere wärmeleitend, gekoppelt. Durch den Betrieb der ersten elektrischen Maschine erzeugte oder entstehende Wärme kann also durch den ersten Flüssigkeitskreislauf zu dem Wärmetauscher transportiert und durch diesen in den zweiten Flüssigkeitskreislauf übertragen werden. Durch den zweiten Flüssigkeitskreislauf kann diese Wärme dann zu der aufzuwärmenden Komponente transportiert werden. Durch diesen Wärmetransport über zwei verschiedene Flüssigkeitskreisläufe wird eine besonders flexible Temperierung der wenigstens einen mit dem ersten Flüssigkeitskreislauf thermisch gekoppelten elektrischen Maschine einerseits und der wenigstens einen Komponente andererseits ermöglicht. Damit kann gegebenenfalls ein besonders effizienter, effektiver und/oder schonender Betrieb des Kraftfahrzeugs insgesamt auch außerhalb des Aufwärmbetriebs ermöglicht werden.In one development of the present invention, the motor vehicle has at least a first liquid circuit for cooling at least one of the electrical machines, ie a first cooling circuit, and a second liquid circuit coupled in a thermally conductive manner to the component to be heated. The first liquid circuit is thermally coupled by a heat exchanger to the second liquid circuit, that is to say heat-transferring, in particular heat-conducting. Heat generated or arising as a result of the operation of the first electrical machine can therefore be transported through the first liquid circuit to the heat exchanger and transferred through it into the second liquid circuit. This heat can then be transported to the component to be heated through the second liquid circuit. This heat transport via two different liquid circuits enables a particularly flexible temperature control of the at least one electrical machine thermally coupled to the first liquid circuit on the one hand and the at least one component on the other hand. In this way, a particularly efficient, effective and/or gentle operation of the motor vehicle as a whole can also be made possible outside of the warm-up operation.
In weiterer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Kraftfahrzeug einen gemeinsamen Flüssigkeitskreislauf auf, der thermisch, also wärmeübertragend, insbesondere wärmeleitend, sowohl mit wenigstens einer der beiden elektrischen Maschinen als auch mit der wenigstens einen aufzuwärmenden Komponente gekoppelt ist. Mit anderen Worten kann also durch die wenigstens eine elektrische Maschine erzeugte Wärme von einem in dem gemeinsamen Flüssigkeitskreislauf zirkulierenden Wärmetransportmedium aufgenommen und von diesem direkt zu der wenigstens einen Komponente transportiert werden. Dadurch kann ein besonders effektiver und effizienter Wärmetransport oder Wärmeübertrag von der elektrischen Maschine zu der aufzuwärmenden Komponente erreicht werden.In a further embodiment of the present invention, the motor vehicle has a common liquid circuit which is thermally, ie heat-transferring, in particular thermally conductive, coupled both to at least one of the two electrical machines and to the at least one component to be heated. In other words, the heat generated by the at least one electrical machine can be absorbed by a heat transport medium circulating in the common liquid circuit and transported by it directly to the at least one component. As a result, a particularly effective and efficient heat transport or heat transfer from the electrical machine to the component to be heated can be achieved.
Als Flüssigkeit oder Medium der genannten Flüssigkeitskreisläufe kann beispielsweise Wasser, Glykol, ein Gemisch daraus, eine Salzlösung, ein Öl oder dergleichen verwendet werden.As a liquid or medium of the liquid circuits mentioned, for example, water, Glycol, a mixture thereof, a saline solution, an oil or the like can be used.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung 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.Further features of the invention can result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description and the features and feature combinations shown below in the description of the figures and/or in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without going beyond the scope of the invention to leave.
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit zwei elektrischen Maschinen.In the single figure, the drawing shows a schematic representation of a motor vehicle with two electrical machines.
Bei den heutzutage zunehmende Verbreitung findenden Elektrofahrzeugen ist zu beobachten, dass eine nominelle Leistung verbreitet eingesetzter Hochvoltspeicher und somit eine Fahrzeugleistung temperaturabhängig eingeschränkt sein kann. Dies kann sowohl Antriebsfunktionen als auch alle anderen Fahrzeugfunktionen betreffen, die einen elektrischen Energiebedarf haben, wie etwa eine Innenraumheizung oder ein fahrdynamisches Stabilisierungsprogramm.With the electric vehicles that are becoming increasingly widespread nowadays, it can be observed that a nominal output of widely used high-voltage storage devices and thus a vehicle output can be restricted depending on the temperature. This can affect both drive functions and all other vehicle functions that require electrical energy, such as interior heating or a driving dynamics stabilization program.
Zur Reduzierung dieses Problems zeigt
Weiter weist das Kraftfahrzeug 10 eine Traktionsbatterie 20 zum Speisen oder Versorgen wenigstens einer der elektrischen Maschinen 16, 18 mit einem Betriebsstrom auf. Zudem ist hier schematisch ein Flüssigkeitssystem 22 des Kraftfahrzeugs 10 angedeutet, das als Wärmeübertragungs- oder Kühlkreislauf fungieren kann. Das Flüssigkeitssystem 22 umfasst hier schematisch angedeutet eine oder mehrere Flüssigkeitsleitungen, die an den elektrischen Maschinen 16, 18 entlang und durch die Traktionsbatterie 20 geführt ist beziehungsweise sind, sowie einen damit gekoppelten Wärmetauscher 24. Das Flüssigkeitssystem 22 kann einen aber ebenso mehrere Flüssigkeitskreisläufe umfassen.Furthermore, the
Schematisch angedeutet sind hier an den elektrischen Maschinen 16, 18 und der Traktionsbatterie 20 Temperatursensoren 26 zum Messen einer jeweiligen aktuellen Temperatur angeordnet.Schematically indicated here on the
Weiter weist das Kraftfahrzeug 10 ein Steuergerät 28 mit einem Prozessor 30 und einem damit verbundenen computerlesbaren Datenspeicher 32 auf. Das Steuergerät 28 ist hier zum Steuern eines Aufwärmbetriebs eingerichtet, in dem durch entsprechende Ansteuerung der elektrischen Maschinen 16, 18 die Traktionsbatterie 20 auf eine vorgegebene Betriebstemperatur aufgewärmt werden soll, beispielsweise nach einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs 10. Dazu ist das Steuergerät 28 vorliegend über ein schematisch angedeutetes Bordnetz des Kraftfahrzeugs 10 zumindest mit den beiden elektrischen Maschinen 16, 18 und der Traktionsbatterie 20, insbesondere auch mit den Temperatursensoren 26, signal- oder datenübertragend verbunden.
Um die Traktionsbatterie 20 aufzuwärmen, wird vorliegend eine Verschränkung eines Antriebs des Kraftfahrzeugs 10, also ein verschränkter Betrieb der elektrischen Maschinen 16, 18 angewendet. Dabei wird im vorliegenden Beispiel die erste elektrische Maschine 16 motorisch zum Antreiben der Hinterachse 12 betrieben. Dabei erzeugt die erste elektrische Maschine 16 eine angeforderte Antriebsleistung 34, die über die Hinterachse 12 in Vortrieb des Kraftfahrzeugs 10 umgesetzt wird. Darüber hinaus erzeugt die erste elektrische Maschine 16 auch eine Zusatzleistung 36.In order to warm up the
Die zweite elektrische Maschine 18 wird hingegen an der Vorderachse 14 generatorisch betrieben. Damit ergibt sich sowohl in der antreibenden ersten elektrischen Maschine 16 beziehungsweise an der Hinterachse 12 als auch in der zweiten elektrischen Maschine 18 beziehungsweise an der Vorderachse 14 eine Verlustleistung, die zum Aufwärmen der Traktionsbatterie 20 führt. Ein nicht in Wärme umgesetzter Teil der Zusatzleistung 36 wird dabei durch die generatorisch betriebene zweite elektrische Maschine 18 in eine Ladeleistung 38, also einen Ladestrom zum Aufladen der Traktionsbatterie 20, umgesetzt.In contrast, the second
Insgesamt wird damit also ein angeforderter Vortrieb des Kraftfahrzeugs 10 umgesetzt, da die Zusatzleistung 36 lediglich zur Erzeugung von Wärme und zum Überwinden eines durch den generatorischen Betrieb der zweiten elektrischen Maschine 18 erzeugten zusätzlichen Widerstands, nicht jedoch zum Erzeugen zusätzlicher Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 10 verwendet wird. Dies ist im Vergleich zu einem Betrieb ohne die Zusatzleistung 36 zu sehen, in dem die zweite elektrische Maschine 18 von der Vorderachse 14 entkoppelt ist oder beispielsweise im Frei- oder Leerlauf mitdreht oder die erste elektrische Maschine 16 und die zweite elektrische Maschine 18 jeweils mit einem Anteil der Antriebsleistung 34 motorisch betrieben wird.Overall, therefore, a requested propulsion of the
Vorliegend wird das Kraftfahrzeug 10 also über die Hinterachse 12 durch die erste elektrische Maschine 16 angetrieben. Die von der ersten elektrischen Maschine 16 erzeugte oder abgegebene Antriebsleistung 34 wird dabei um die Zusatzleistung 36 zu einer Gesamtabgabeleistung über eine beispielsweise vom Fahrer des Kraftfahrzeugs 10 abgerufene oder angeforderte Leistung erhöht, wobei die Vorderachse 14 beziehungsweise die zweite elektrische Maschine 18 mit der Zusatzleistung 36, also einer Differenz zwischen der Gesamtabgabeleistung und der vom Fahrer gewünschten oder abgerufenen Antriebsleistung 34 generatorisch betrieben wird.In the present case,
Die durch die Zusatzleistung 36 zusätzlich erzeugte Verlustleistung im elektrischen Antriebssystem des Kraftfahrzeugs 10 bringt einen Wärmeeintrag in das Flüssigkeitssystem 22 sowie gegebenenfalls direkt innerhalb der Traktionsbatterie 20. Über das Flüssigkeitssystem 22, beispielsweise ein Kühlsystem des Kraftfahrzeugs 10, erfolgt eine thermische Kopplung der elektrischen Maschinen 16, 18 mit der Traktionsbatterie 20, sodass die eingetragene Wärme letztlich in die Traktionsbatterie 20 zu deren Aufwärmen eingetragen wird.The power loss additionally generated by the
Ein besonders großer Aufwärmeffekt lässt sich durch Anwendung dieser Ansteuerung der elektrischen Maschinen 16, 18 durch das Steuergerät 28 beispielsweise bei besonders kalten Temperaturen der Einrichtungen des Kraftfahrzeugs 10 beim Losfahren, also bei einer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeugs 10 erreichen, wenn ein Aufwärmbedarf und eine Aufwärmdauer der Traktionsbatterie 20 aufgrund der thermischen Widerstände in der Kühlungsanbindung besonders groß ist.A particularly large warming effect can be achieved by using this activation of the
Beispielsweise können die Traktionsbatterie 20 und die elektrischen Maschinen 16, 18 für eine Dauerleistung von etwa 60 kW ausgelegt sein. In einem solchen Betrieb kann eine Verlustleistung beispielsweise 10 % der Gesamt- oder Maximalleistung betragen, sodass durch die hier vorgeschlagene Ansteuerung der elektrischen Maschinen 16, 18 gegebenenfalls mehrere Kilowatt an Heizleistung zum Aufwärmen der Traktionsbatterie 20 erzeugt werden können.For example, the
Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie eine Aufwärmstrategie für einen Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs mit zwei Antriebsachsen realisiert werden kann.Overall, the examples described show how a warm-up strategy for a drive train of an electric vehicle with two drive axles can be implemented.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 1212
- Hinterachserear axle
- 1414
- Vorderachsefront axle
- 1616
- erste elektrische Maschinefirst electric machine
- 1818
- zweite elektrische Maschinesecond electric machine
- 2020
- Traktionsbatterietraction battery
- 2222
- Flüssigkeitssystemliquid system
- 2424
- Wärmetauscherheat exchanger
- 2626
- Temperatursensorentemperature sensors
- 2828
- Steuergerätcontrol unit
- 3030
- Prozessorprocessor
- 3232
- Datenspeicherdata storage
- 3434
- Antriebsleistungdrive power
- 3636
- Zusatzleistungadditional service
- 3838
- Ladeleistungcharging power
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102018211662 A1 [0003]DE 102018211662 A1 [0003]
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