DE102020202467B4

DE102020202467B4 - Verfahren zum Betrieb eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102020202467B4
Application number: DE102020202467.7A
Authority: DE
Inventors: Stefan Tillmann; Richard Auer; Thomas Müller; Christian Piasecki; Markus Stolz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2040-02-27
Also published as: DE102020202467A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs (2) aufweisend ein Fahrzeugbordnetz (4) mit einer Fahrzeugbatterie (6) und mit einem elektromotorischen Antrieb (8) sowie mit weiteren Bordnetzkomponenten (30, 32, 34, 36, 38, 40), wobei die Fahrzeugbatterie (6) und der Antrieb (8) sowie die Bordnetzkomponenten (30, 32, 34, 36, 38, 40) von einer Spannungssensorik überwacht werden, wobei die erfassten Spannungswerte mit einem gemeinsamen Spannungsschwellwert (72, 74) verglichen werden, und wobei bei einem Erreichen oder Überschreiten des Spannungsschwellwerts (72, 74) der Antrieb (8) derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass elektrische Ausgleichsströme (22) der Fahrzeugbatterie (6) reduziert werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug.
Elektrisch beziehungsweise elektromotorisch angetriebene oder antreibbare Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge, umfassen in der Regel zumindest einen Elektromotor, mit welchem eine oder beide Fahrzeugachsen antreibbar sind. Zur Versorgung mit elektrischer Energie ist der Elektromotor üblicherweise an ein (Fahrzeug-)Bordnetz angeschlossen. Bordnetze in Kraftfahrzeugen dienen der Versorgung von elektrischen Verbrauchern und Geräten mit einer Betriebsspannung des Bordnetzes (Bordnetzspannung). Derartige Bordnetze werden in der Regel mittels eines Energiespeichers, beispielsweise in Form einer elektrochemischen (Hochvolt-)Batterie, nachfolgend auch als Traktions- oder Fahrzeugbatterie bezeichnet, versorgt.
Zur Gewährleistung einer ordnungsgemäßen und betriebssicheren Funktionalität des Bordnetzes ist es notwendig, dass eine möglichst optimale Lade- und/oder Entladestrategie zum Betrieb der Fahrzeugbatterie verwendet wird. Somit wird eine besonders hohe Lebensdauer sowie eine effektive Leistungsaufnahme oder Leistungsabgabe der Fahrzeugbatterie gewährleistet. Je nach Topologie und Leitungslängen des Fahrzeugbordnetzes wirkt die Fahrzeugbatterie spannungsabhängig als eine (Energie-)Quelle oder als eine (Energie-)Senke.
Kraftfahrzeuge der vorstehend genannten Art können mit einem elektrischen Allradantrieb ausgeführt sein. Bei einem solchen Allradantrieb wird eine Antriebskraft - im Gegensatz zu einem Front- oder Hinterradantrieb - an alle bodenberührenden Räder geleitet. Bei Hybridfahrzeugen mit Verbrennungsmotor besteht hierbei die Möglichkeit, auch mit entladener Fahrzeugbatterie durch generatorischen Betrieb eines Elektromotors an der Fahrzeugachse des Verbrennungsmotors Leistung für einen Elektromotor im motorischen Betrieb auf der zweiten Fahrzeugachse zu erzeugen.
Wird nun Leistung generatorisch erzeugt, kann diese Leistung motorisch umgesetzt werden. Die Steuerung und/oder Regelung der Generator- und Antriebsmaschine über eine Sollmomentenvorgabe kann hierbei jedoch nicht sicherstellen, dass die Fahrzeugbatterie als Quelle oder Senke temporär Leistung aufnimmt oder abgibt.
Im Falle einer niedrigen (Batterie-)Temperatur und einem geladenen oder entladenen Ladezustand der Fahrzeugbatterie sind die Leistungsgrenzen in Lade- oder Entladerichtung auf annähernd Null stark begrenzt. In diesem Sonderfall sind Ausgleichsströme von/zu der Fahrzeugbatterie weitestgehend zu vermeiden, da ansonsten eine vorzeitige Alterung der Fahrzeugbatterie nicht ausgeschlossen werden kann.
Des Weiteren bewirken Fahrwerkseingriffe, wie beispielsweise im Zuge einer Antriebsschlupfregelung (ASR) und/oder einer Motor-Schleppmoment-Regelung (MSR), dass die Batterieleistung schlagartig nicht angefordert wird, so dass die Steuerung und/oder Regelung des Bordnetzes vor die Herausforderung gestellt wird, in kürzester Zeit die erzeugte Leistung auch zu verbrauchen oder einzuregeln. Hierbei ist es beispielsweise möglich, dass in der Antriebssteuerung und/oder Antriebsregelung ein Drehzahlfenster, also einen Drehzahlbereich, als Drehzahlschwellwert hinterlegt ist, damit eine Drehmomentenregelung sinnvoll begrenzt wird. Mittels eines solchen Drehzahlfensters ist jedoch nicht sichergestellt, dass die Verbrennungskraftmaschine schnell genug zum Ausgleichen nachregeln kann, ohne dass ein Fahrerwunsch an der angetriebenen Fahrzeugachse beeinträchtigt wird. Dadurch kann die erzeugte Leistung nicht zuverlässig verbraucht werden, so dass die Fahrzeugbatterie nachteilig beeinflusst wird.
Weiterhin bewirkt ein Ausschalten von Nebenverbrauchern des Bordnetzes und der verzögerten Kommunikation zum Antrieb, beispielsweise über einen LIN-Bus (LIN: Local Interconnect Network) zu einer Überversorgung, welche die Fahrzeugbatterie ungewünscht belastet. Wird zum Beispiel 50 kW (Kilowatt) Antriebsleistung generatorisch zur Verfügung gestellt, 5 kW Heizleistung verbraucht und 45 kW Antriebsleistung motorisch in das Drehmoment umgesetzt, fließen kurzzeitig 5 kW in die Fahrzeugbatterie. Zur Erzeugung der Heizleistung wird beispielsweise ein (Hochvolt-)Innenraumheizer mit einer Pulsweitenmodulation betrieben. Als CAN-Bussignal (CAN: Controller Area Network) steht jedoch lediglich ein verzögerter Mittelwert zur Verfügung, so dass zusätzlich zu den Spannungswelligkeiten, welche die Antriebe verursacht werden, auch das Verhalten der Nebenverbraucher, bezogen auf die Fahrzeugbatterie, berücksichtigt werden muss.
Auch für reine Elektrofahrzeuge ohne Verbrennungsmotor ist kein Betrieb mit leerer Fahrzeugbatterie möglich. Die vorstehend beschriebenen Störungen können jedoch auch in diesem Falle in Laderichtung bei niedrigen Batterietemperaturen und vollem Ladezustand auftreten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs anzugeben. Insbesondere soll eine vorzeitige Alterung der Fahrzeugbatterie aufgrund von elektrischen Ausgleichsströmen des Fahrzeugbordnetzes möglichst vermieden werden. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug anzugeben.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 6 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Kraftfahrzeug übertragbar und umgekehrt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betrieb eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridfahrzeugs, vorgesehen, sowie dafür geeignet und eingerichtet. Hierzu weist das Kraftfahrzeug ein Fahrzeugbordnetz mit einer Fahrzeugbatterie (Hochvoltbatterie) und mit einem elektromotorischen Antrieb sowie mit weiteren Bordnetzkomponenten auf.
Unter einem „Fahrzeugbordnetz“ ist hierbei insbesondere eine Gesamtheit aller elektrischen Komponenten des Kraftfahrzeugs zu verstehen, welche für die elektrische Stromversorgung oder den Informationsfluss zwischen den Komponenten und Steuergeräten zuständig ist. Das Fahrzeugbordnetz weist eine Betriebs- oder Bordnetzspannung auf, wobei die Bordnetzspannung vorzugsweise höher als 300V ist. Das Fahrzeugbordnetz wird daher nachfolgend auch als Hochvoltverbund bezeichnet.
Unter „weiteren Bordnetzkomponenten“ sind insbesondere Komponenten des Fahrzeugbordnetzes zu verstehen, welche nicht die Fahrzeugbatterie oder der Antrieb sind, insbesondere Nebenverbraucher, wie beispielsweise ein Ladegerät und/oder ein elektrischer (Hochvolt-)Kältemittelverdichter und/oder ein (Hochvolt-)Heizer und/oder ein Gleichspannungswandler (DC-DC-Wandler). Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.
Verfahrensgemäß wird das Fahrzeugbordnetz, also die Fahrzeugbatterie und der Antrieb sowie die Bordnetzkomponenten, von mindestens einer Spannungssensorik überwacht. Die Spannungssensorik erfasst im Betrieb die Betriebsspannungen der Fahrzeugbatterie und des Antriebs sowie der weiteren Bordnetzkomponenten als Spannungswerte. Die Spannungswerte werden hierbei mit einem gemeinsamen Spannungsschwellwert verglichen, wobei bei einem Erreichen oder Überschreiten des Spannungsschwellwerts der Antrieb derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass elektrische Ausgleichsströme der Fahrzeugbatterie reduziert werden. Dadurch ist ein besonders geeignetes Verfahren zum Betrieb eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs realisiert.
Als Spannungsschwellwert wird vorzugsweise eine Spannungsfenster, also ein Spannungsschwellwertbereich, verwendet. Mit anderen Worten ist vorzugsweise eine integrierter Hysterese hinsichtlich des Spannungsschwellwerts vorgesehen, wodurch eine geringere Empfindlichkeit gegen Rauschen und somit ein besonders stabiler Betrieb realisiert wird.
Das Verfahren ist vorzugsweise als eine übergeordnete Regelung und/oder Steuerung implementiert, um die vorgegebenen Stromgrenzen in Lade- oder Entladerichtung der Fahrzeugbatterie einzuhalten. Mit anderen Worten ist das Verfahren als eine Schutzfunktion der Fahrzeugbatterie ausgebildet. Dadurch wird sichergestellt, dass die Fahrzeugbatterie im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs nicht nachteilig beeinflusst wird, insbesondere wird somit eine vorzeitige Alterung der Fahrzeugbatterie vermieden.
Erfindungsgemäß wird die Spannungssensorik möglichst schnell ausgewertet, so dass diese für die Antriebsregelung oder Antriebssteuerung des elektromotorischen Antriebs verwendbar ist. Hierbei wird vorzugsweise auf eine schnellere interne Spannungsmessung zurückgegriffen, welche vorzugsweise mit CAN-Daten als Referenzwerte plausibilisiert wird.
Mit anderen Worten ist zusätzlich zur Drehmomentregelung (ASR, MSR) mit Drehzahlfenster bei Schlupf ein Schwellwertvergleich der erfassten Spannungswerte vorgesehen, so dass die Spannung bei dynamischen Lastwechseln begrenzbar ist. Erreicht oder Überschreitet die Drehmomentregelung den Spannungsschwellwert, wird in die Regelung eingegriffen, und entsprechend die Regelung so limitiert, dass Ausgleichströme von der Hochvoltbatterie im zulässigen Bereich akzeptiert werden können.
Diese Schutzfunktion wird insbesondere bei einem generatorischen Betrieb des elektromotorischen Antriebs eingesetzt, welcher bei Vortrieb, dies bedeutet nicht während einer Rekuperation, lediglich in Verbindung mit einer Verbrennerkraftmaschine und einer Getriebeübersetzung möglich ist. Ebenso denkbar ist beispielsweise der Einsatz dieser Schutzfunktion im motorischen Betrieb, wenn der generatorische Betrieb alleine nicht ausreicht. Dies ist beispielsweise nach Art einer Master-Slave-Beziehung oder autark ausgeführt oder ausführbar.
Vorzugsweise wird hierbei durch die erfindungsgemäß realisierte Leistungsverzweigung eine mittlere Leistung zur Fahrzeugbatterie von Null bewirkt. Die Steuerungs- und/oder Regelungseingriffe des Antriebs sind hierbei insbesondere derart ausgeführt, dass diese weitestgehend nicht zu negativen oder positiven Drehmomenten führen, welche der Fahrzeugnutzer nicht erwartet. Unter „Drehmomenten, welche der Fahrzeugnutzer nicht erwartet“ werden hierbei insbesondere Drehmomentveränderungen verstanden, welche hinsichtlich der gewünschten Sicherheitsziele priorisiert werden gegenüber dem Einfluss auf das Fahrverhalten. Insbesondere ist es hierbei gewünscht, dass die umgesetzten Drehmomente zur Fahrstabilisierung oder Fahrstabilisation einen möglichst geringen Einfluss auf die Wahrnehmbarkeit des Fahrzeugnutzers haben. Der Fahrwunsch des Fahrzeugnutzers soll also möglichst nicht nachteilig beeinflusst werden.
In einer möglichen Ausführungsform werden zusätzlich zum Antrieb auch die weiteren Bordnetzkomponenten gesteuert und/oder geregelt, wenn der Spannungsschwellwert erreicht oder überschritten wird. Mit anderen Worten ist der Spannungsschwellwert nicht lediglich hinsichtlich der Herausforderungen für die Antriebsleistung dimensioniert, es werden zusätzlich auch die Leistungseinflüsse durch die weiteren Bordnetzkomponenten berücksichtigt.
In einer besonders zweckmäßigen Ausbildung werden die Spannungswerte der Spannungssensorik einer Mastereinheit, beispielsweise einer Vorladeeinrichtung der Fahrzeugbatterie, zugeführt, wobei von Mastereinheit ein Offsetabgleich der Spannungswerte durchgeführt wird, insbesondere bevor der Schwellwertvergleich durchgeführt wird. Vorzugsweise werden hierbei aus mindestens der Fahrzeugbatterie und zwei weiteren Hochvolt- oder Bordnetzkomponenten die Spannungswerte in die Mastereinheit eingelesen, welche einen Offsetabgleich der Spannungswerte bildet, und diesen Offsetabgleich an die weiteren Teilnehmer versendet. Dadurch ist es möglich, dass diese Hochvoltkomponenten beziehungsweise die Spannungssensorik als Slaveeinheiten ihre Spannungsmessgenauigkeit auf die Fahrzeugbatterie abstimmen, wodurch die Spannungsgenauigkeit für die Steuerung und/oder Regelung, insbesondere hinsichtlich des Schwellwertvergleichs, verbessert wird.
In einer denkbaren Ausbildungsform erfolgt der Offsetabgleich anhand einer Anlernfunktion. Mit anderen Worten ist vorzugsweise eine hochvoltsystemübergreifende Sensorlogik mit Anlernfunktion mit mindestens vier Teilnehmern vorgesehen. Vorzugsweise ist eine mindestens zwei aus drei Auswahl von Spannungsinformationen oder Spannungswerten über eine CAN-Busleitung vorgesehen. Ist diese mit mindestens 10 ms (Millisekunden) ausreichend schnell, ist es möglich Sicherheitsanforderungsstufen für weitere sicherheitsrelevante System, wie beispielsweise ASIL-Anforderungen (Automotiv saftey integrity level, ASIL) für weitere Anwendungen zu realisieren. Ist ein Sensor der Spannungssensorik beschädigt oder sendet unplausible Werte, so wäre die Funktionstauglichkeit eines zweiten Sensors fraglich, so dass ein dritter Sensor vorhanden sein muss. Mit jeder weiteren Bordnetzkomponente und somit mit jedem zusätzlichen Spannungswert der Spannungssensorik wird die Robustheit der Funktion verbessert. Dadurch werden zusätzliche Freiheiten und Synergien zu weiteren Funktionen und Bauteilen ermöglicht.
Die Vorladung während der Aktivierung der Hochvoltkomponenten ermöglicht beispielsweise einen ungestörten Zustand ohne Stromeinflüsse, welche bei einer Vorladung nicht zulässig sind, so dass ein zuverlässiger Offsetabgleich mittels der Vorladeeinrichtung realisierbar ist. Dadurch wird die Sensorlogik der Funktion Vorladung zur Verbesserung der Spannungsgenauigkeit kombiniert und erweitert. Insbesondere werden unbeteiligte Hochvoltkomponenten in die Hochvoltaktivierung eingebunden, um einen Offsetabgleich durch Anlernfunktion auch weiteren Teilnehmern des Fahrzeugbordnetzes zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise ist hierbei eine Kommunikation mit entsprechenden zusätzlichen Signalen über CAN realisiert.
Bei einem elektromotorischen Antrieb in Form eines elektrischen Allradantriebs wird diese verbesserte Spannungsgenauigkeit vorzugsweise für einen generatorischen Betrieb des elektrischen Allrads verwendet.
Vorzugsweise wird der elektromotorische Antrieb in die Kommunikation mit der Mastereinheit eingebunden, so dass die resultierende Steuer- und/oder Regelgüte mit einer auf die Fahrzeugbatterie abgestimmten Spannungsmessung verbessert wird, und somit beispielsweise Störungen im generatorischen Betrieb in Richtung der Fahrzeugbatterie minimiert werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird der Spannungsschwellwert beziehungsweise das Spannungsfenster derart gewählt, also derart gesteuert und/oder geregelt, dass er/es für die Fahrzeugbatterie und den Antrieb sowie für die weiteren Bordnetzkomponenten jeweils in einem Betriebsbereich ohne Funktionseinschränkungen liegt. Mit anderen Worten ist der Spannungsschwellwert in einem Bereich der jeweiligen Betriebsspannungen, in welchem die Fahrzeugbatterie und der Antrieb sowie die weiteren Bordnetzkomponenten jeweils uneingeschränkt betrieben werden. Dadurch ist ein zuverlässiger Betrieb des Fahrzeugbordnetzes im Zuge des Verfahrens gewährleistet.
Aufgrund der hohen Energiedichte der Fahrzeugbatterie sind die Spannungsvariationen im Fahrzeugbordnetz vergleichsweise träge, so dass große Spannungsänderungen lediglich unter hoher Last auftreten. Des Weiteren sind die Mess- und Latenzzeiten innerhalb der Antriebsregelung vergleichsweise gering, dass relativ niedrige Spannungsgradienten zu erwarten sind. In einer geeigneten Ausführung wird der Spannungsschwellwert beziehungsweise das Spannungsfenster dynamisch variiert. Geeigneterweise werden hierbei die Spannungsgradienten als Eingangsgrößen für die Steuerung und/oder Regelung verwendet. Vorzugsweise werden hierbei hinsichtlich einer Alterung der Fahrzeugbatterie und einer Grenzverletzung von gegebenen Normwerten auch Spannungswelligkeiten berücksichtigt.
In einer denkbaren Ausgestaltung wird der Spannungsschwellwert beziehungsweise das Spannungsfenster hinsichtlich einer Stromflussrichtung der Fahrzeugbatterie, also hinsichtlich der Stromflussrichtung der Ausgleichsströme, variiert. Mit anderen Worten wird der Spannungsschwellwert zusätzlich zu der Antriebsregelung auch zugunsten der Stromflussrichtung der Fahrzeugbatterie beeinflusst.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist hierbei ein elektromotorischer Antrieb in Form eines elektrischen Allradantriebs mit mindestens zwei Elektromotoren vorgesehen, wobei zumindest einer der Elektromotoren motorisch und mindestens einer der Elektromotoren generatorisch arbeitet. Zur Beeinflussung der Stromflussrichtung ist hierbei ein gesteuertes und/oder geregeltes Zusammenspiel des generatorisch arbeitenden Elektromotors und des motorisch arbeitenden Elektromotors vorgesehen. Insbesondere wird hierbei ein gezieltes Ungleichgewicht erzeugt, welche eine Vorzugsrichtung des Stromflusses bewirkt. Vorzugsweise wird hierbei ein Nullstrom zur Stabilisierung eingestellt oder eingeregelt. Mit anderen Worten wird ein generatorischer Betrieb des elektrischen Allrads genutzt und eine Sensorlogik verwendet, um die Fahrzeugbatterie zu schützen.
In einer denkbaren Ausgestaltungsform erzeugt die Fahrzeugbatterie beispielsweise 400 V (Volt) als Zellspannung. Die Generatormaschine beziehungsweise der generatorisch arbeitende Elektromotor versucht hierbei ebenfalls 400 V zu erzeugen, damit der motorisch arbeitende Elektromotor bei ebenfalls 400 V im Wesentlichen 100% seiner benötigten Leistung aus dem generatorisch arbeitenden Elektromotor entnimmt und 0% aus der Fahrzeugbatterie. Im Falle einer vollständig geladenen Fahrzeugbatterie erzeugt der generatorisch arbeitende Elektromotor beispielsweise 395 V um die Fahrzeugbatterie in Laderichtung zu sperren. Dadurch wird der Potentialunterschied von 5 V Unterversorgung aus der Fahrzeugbatterie entnommen, und somit teilweise entladen. Entsprechend wird im Falle einer entladenen Fahrzeugbatterie von dem generatorisch arbeitenden Elektromotor eine Spannung von 405 V erzeugt, damit die dadurch bewirkte Überversorgung die Fahrzeugbatterie auflädt.
Für den Sonderfall einer sehr kalten Fahrzeugbatterie, beispielsweise bei Temperaturen kleiner -25 °C (Grad Celsius), können die Leistungsgrenzen in Lade- und Entladerichtung annähernd Null sein, so dass eine Verschiebung oder Variation des Spannungsfensters nicht ausreichend ist, um die Ausgleichsströme der Fahrzeugbatterie zu reduzieren. Zum Schutz der Fahrzeugbatterie ist es daher in einer geeigneten Ausbildung möglich, dass in Abhängigkeit einer Batterietemperatur und eines Ladezustands die Fahrzeugbatterie von dem Fahrzeugbordnetz getrennt wird. Mit anderen Worten ist in dieser Ausbildung ein Notbetrieb vorgesehen, bei welchem beispielsweise ohne Last (Batterie-)Schütze geöffnet werden, und somit die Fahrzeugbatterie von dem Fahrzeugbordnetz trennen. Die Fahrt wird hierbei mit getrennter Fahrzeugbatterie fortsetzt.
Durch diese Ausbildung wird ein Fahrbetrieb mit vom Fahrzeugbordnetz abgetrennter Fahrzeugbatterie bei Hybridfahrzeugen realisiert. Die Fahrzeugbatterie ist hierbei insbesondere nicht allpolig vom Fahrzeugbordnetz getrennt, da während einer Fahrt keine Gefahr für Personen besteht. Vorzugsweise setzt eine verkürzte Vorladefunktion ein, falls ein Zuschalten der Fahrzeugbatterie in diesem Fahrzyklus erforderlich ist, um die Einflüsse des erneuten Zuschaltens auf die Fahrerwünsche gering zu halten.
Erwärmt sich die Fahrzeugbatterie an der Umgebung, ist es möglich den Notbetrieb zu beenden, und eine lastfreie Aktivierung oder Zuschaltung der Fahrzeugbatterie durchzuführen, wobei die Zeitdauer für die Zuschaltung geeigneterweise einen zulässigen Einfluss auf den Fahrerwunsch darstellt.
Das erfindungsgemäße elektrisch angetriebene oder antreibbare Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als ein Hybridfahrzeug ausgeführt. Das Kraftfahrzeug weist hierbei ein Fahrzeugbordnetz mit einer Fahrzeugbatterie und mit einem elektromotorischen Antrieb sowie mit weiteren Bordnetzkomponenten, und eine Spannungssensorik sowie einen Controller (das heisst eine Steuereinheit) auf.
Der Controller ist hierbei allgemein - programm- und/oder schaltungstechnisch - zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Der Controller ist somit konkret dazu eingerichtet, die Spannungswerte der Spannungssensorik auszuwerten und mit dem hinterlegten Spannungsschwellwert zu vergleichen sowie die Antriebsregelung und/oder Antriebssteuerung in Abhängigkeit des Schwellwertvergleichs zu steuern und/oder zu regeln.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsform ist der Controller zumindest im Kern durch einen Mikrocontroller mit einem Prozessor und einem Datenspeicher gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist, so dass das Verfahren - gegebenenfalls in Interaktion mit einem Fahrzeugnutzer - bei Ausführung der Betriebssoftware in dem Mikrocontroller automatisch durchgeführt wird. Der Controller kann im Rahmen der Erfindung alternativ aber auch durch ein nicht-programmierbares elektronisches Bauteil, wie zum Beispiel einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), gebildet sein, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit schaltungstechnischen Mitteln implementiert ist.
In einer denkbaren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Controller intern misst, und an eine CAN-Busleitung zur Plausibilisierung und/oder Referenzierung angeschlossen ist. Der Controller ist hierbei vorzugsweise in einer Antriebssteuerung und/oder Antriebsregelung, beispielsweise in einem Wechselrichter des elektromotorischen Antriebs, integriert.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden Grenzwertverletzungen hinsichtlich der Ausgleichsströme der Fahrzeugbatterie im Wesentlichen vollständig verhindert. Dadurch wird die Lebensdauer der Fahrzeugbatterie verbessert.
Zur weiteren Reduzierung der Ausgleichsströme ist es beispielsweise möglich, die Kapazitäten der Zwischenkreiskondensatoren zu erhöhen. Dabei sind die Anforderungen der Hochvoltsicherheit zu beachten, also dass die Zwischenkreiskondensatoren in 5 s (Sekunden) aktiv und in 120 s passiv entladbar sind.
Geeigneterweise weist das Fahrzeugbordnetz eine Vorladeeinrichtung auf, welche beispielsweise in die Fahrzeugbatterie oder in einen Gleichspannungswandler integriert ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der elektromotorische Antrieb als ein elektrischer Allradantrieb ausgeführt. Somit ist ein elektrischer Allradantrieb eines Kraftfahrzeugs oder Hybridfahrzeugs realisiert, bei welchem anhand eines Spannungsfensters eine Leistungsverzweigung mittels der Antriebsregelung realisierbar ist.
Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass der Antrieb mindestens zwei Elektromotoren aufweist. Hierbei arbeitet einer der Elektromotoren generatorisch, und einer motorisch. Bei einem denkbaren Antriebskonzept sind beispielsweise zwei Elektromotoren auf einer Fahrzeugachse angeordnet, so dass eine besonders einfache und zweckmäßige Ausführung des Getriebes ermöglicht ist. Hierbei ist die Fahrzeugbatterie nicht zwischen den Elektromotoren angeordnet, so dass Störungen aufgrund von Induktivitäten der Hochvoltleitungen geringer sind.
In einer bevorzugten Ausführung weist der Antrieb einen ersten Elektromotor zum Antrieb einer (Fahrzeug-)Vorderachse und einen zweiten Elektromotor zum Antrieb einer (FahrzeugHinterachse auf. Der erste Elektromotor ist als Hauptantrieb auf der Vorderachse angeordnet. Der erste Elektromotor ist hierbei beispielsweise als ein permanenterregter Synchronmotor (PSM) ausgebildet. Der zweite Elektromotor ist hierbei zweckmäßigerweise als ein Asynchronmotor (ASM) auf der Hinterachse ausgeführt. Der zweite Elektromotor ist hierbei mittels einer Drehmomentregelung gesteuert und/oder geregelt, wobei das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere bei dem zweiten Elektromotor angewandt wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Fahrzeugbatterie mittels eines Gleichspannungswandlers (DC-DC-Wandler) an das Fahrzeugbordnetz angeschlossen. Durch den zusätzlichen Gleichspannungswandler zwischen der Fahrzeugbatterie und dem Hochvoltverbund oder Fahrzeugbordnetz sind Störungen ausgleichbar oder kompensierbar, so dass in der Fahrzeugbatterie keine unzulässigen Ströme fließen. Zusätzlich ist es durch den Gleichspannungswandler möglich, den Wirkungsgrad des elektromotorischen Antriebs, insbesondere bei hohen Lasten, zu verbessern.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug,
2 eine Topografie eines Fahrzeugbordnetzes,
3 ein Spannungs-Zeit-Diagramm einer Anlernfunktion,
4 einen Funktionsablauf eines Offsetabgleichs, und
5 ein Säulendiagramm für die Betriebsspannungen der Komponenten des Fahrzeugbordnetzes.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt in schematischer und vereinfachter Darstellung ein elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug 2, insbesondere ein Hybridfahrzeug mit einem nicht näher gezeigten verbrennungsmotorischen Antrieb. Das Kraftfahrzeug 2 weist ein Fahrzeugbordnetz 4 auf. In der Darstellung der 1 ist hierbei eine als Traktionsbatterie ausgeführte Fahrzeugbatterie 6 und ein elektromotorischer Antrieb 8 des Fahrzeugbordnetzes 4 gezeigt.
Der elektromotorische Antrieb 8 ist als ein elektrischer Allradantrieb ausgeführt. Der Antrieb 8 weist hierbei zwei Elektromotoren 10, 12 auf. Der Elektromotor 10 ist als Hauptantrieb auf oder an einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 2 angeordnet. Der Elektromotor 10 ist hierbei beispielsweise als ein permanenterregter Synchronmotor (PSM) ausgebildet. Der Elektromotor 12 ist als ein Asynchronmotor (ASM) auf oder an der Hinterachse des Kraftfahrzeugs 2 ausgeführt. Die Elektromotoren 10, 12 sind jeweils an einen (Puls-)Wechselrichter 14 angeschlossen, welcher eine Bordnetzspannung des Fahrzeugbordnetzes 4 in eine entsprechende Motorspannung, wandelt. Die Wechselrichter 14 weisen jeweils einen integrierten Controller 15 als Motor- oder Antriebssteuerung und/oder Antriebsregelung auf.
Die Fahrzeugbatterie 6 ist mit einem Controller 16 gekoppelt. Der Controller 16 ist hierbei beispielsweise als ein Batteriemanagementcontroller (BMC), also als ein Batteriesteuergerät, ausgebildet. Die Fahrzeugbatterie 6 und der Antrieb 8 sind über elektrische Leitungen 18 miteinander über einen Hochvoltverteiler 20 zum Fahrzeugbordnetz 4 gekoppelt.
Der Pfeil 21 zeigt einen Leistungsverzweig des Antriebs 8 vom Elektromotor 10 zum Elektromotor 12. Der Pfeil 22 zeigt einen unzulässigen Leistungsaustausch oder Ausgleichsstrom der Fahrzeugbatterie 6.
Nachfolgend ist ein Sensorabgleich des Fahrzeugbordnetzes 4 für die Antriebsteuerung und/oder Antriebsregelung des elektrischen Allradantriebs 8 anhand der 2 bis 4 näher erläutert.
In der 2 ist eine Topologie des Hochvoltsystems des Fahrzeugbordnetzes 4 gezeigt. Die Fahrzeugbatterie 6 ist hierbei über den Controller 16 beispielsweise mit einer heckseitigen DC-Ladedose 24, also einer Ladesteckdose für einen DC-Ladestecker, gekoppelt. Der Controller 16 weist hierbei zumindest ein pyrotechnisches Batterie-Trennsystem (Pyrofuse) 26 auf, welche bei einem Fahrzeugunfall die Leitungen 18 galvanisch unterbrechen. Der Controller 16 weist weiterhin integrierte Schütze 28 auf, welche lediglich beispielhaft mit Bezugszeichen versehen sind.
Das Fahrzeugbordnetz 4 weist hierbei fünf Bordnetz- oder Hochvoltkomponenten 30, 32, 34, 36 und 38 sowie gegebenenfalls weitere, insbesondere optionale, Bordnetzkomponenten 40 auf. Die Bordnetzkomponenten 40 und die entsprechenden Leitungen 18 sind in der 2 strichliniert gezeigt.
Das Fahrzeugbordnetz 4 weist hierbei einen Klimakasten 30 mit einem Hochvoltheizer 42, und einen elektrischen Klimakompressor 32 sowie einen Hochvoltheizer 34 zur Temperierung der Fahrzeugbatterie 6 auf. Das Fahrzeugbordnetz 4 weist weiterhin einen Gleichspannungswandler 36 sowie ein Ladegerät oder OCC 38 (Onboard charging client) auf, welches an eine AC-Ladedose 44, also einer Ladesteckdose für einen AC-Ladestecker, gekoppelt ist.
Das Fahrzeugbordnetz 4 wird von einer Spannungssensorik 46 überwacht. Die Spannungssensorik 48 weist hierbei mehrere Spannungssensoren V auf, welche den einzelnen Teilnehmern oder Komponenten des Fahrzeugnetzes 4 zugeordnet sind.
In der 3 ist beispielhaft ein schematisches Spannungs-Zeit-Diagramm für eine Anlernfunktion zwischen der Fahrzeugbatterie 6 und dem Gleichspannungswandler 36 gezeigt. In dem Diagramm ist horizontal, also entlang der Abszissenachse (X-Achse), die Zeit t, und entlang der vertikalen Ordinatenachse (Y-Achse) eine elektrische Spannung aufgetragen. Die Anlernfunktion ist hierbei in eine Vorladeeinrichtung 48 als Mastereinheit implementiert. Die Vorladeeinrichtung 48 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel beispielsweise in die Fahrzeugbatterie 6 beziehungsweise in den Controller 16, oder in den Gleichspannungswandler 36 integriert.
Das Diagramm der 3 zeigt eine Batteriespannung UBat vor den Schützen 28, also auf Seite der Batteriemodule, und einen Spannungssollwert USoll, sowie eine Systemspannung USys des Fahrzeugbordnetzes 4 hinter den Schützen 28, also auf der Seite des Fahrzeugbordnetzes 4 oder Bordnetzkomponenten 30, 32, 34, 36, 38, 40.
Das Diagramm der 3 zeigt hierbei die Verläufe der Batteriespannung UBat, des Spannungssollwerts Usoll, und der Systemspannung USys für vier Zeitdauern t1, t2, t3, und t4. Am Ende der Zeitdauer t1 wird die Vorladeeinrichtung 48 aktiviert und ein dreistufiger oder dreiphasiger Abgleich der Sensoren V der Fahrzeugbatterie 6 und des Gleichspannungswandlers 36 beziehungsweise deren (Spannungs-)Offsets durchgeführt.
In der ersten Phase oder Stufe wird der Spannungssollwert USoll während der Zeitdauer t2 auf einen ersten Spannungswert USoll1 eingestellt, welcher kleiner als der Spannungswert der Batteriespannung UBat ist. Der Spannungswert USoll1 ist hierbei insbesondere auf etwa 80% der Batteriespannung UBat dimensioniert. Dadurch weist der Spannungswert USoll1 eine Spannungsdifferenz zur Batteriespannung UBat als Sicherheitsabstand auf, so dass während der Vorladenutzung sichergestellt ist, dass während des Abgleichs nicht die vollgeladene Zwischenkreisspannung des Fahrzeugbordnetzes 4 vorliegt. Dadurch wird verhindert, dass die Sensoriken und Steuergeräte der Bordnetzkomponenten 30, 32, 34, 36, 38, 40 ihren Normalbetrieb aktivieren. Mit anderen Worten wird somit eine geschützte Aktivierungsphase realisiert. Die erste Phase wird beendet, wenn die Systemspannung USys etwa 80% des Spannungswerts USoll1 erreicht.
Im Anschluss an die erste Phase wird während der Zeitdauer t3 eine zweite Phase zum sicheren Abgleich der Sensoren V beziehungsweise der Offsets durchgeführt. Hierzu wird der Spannungssollwert USoll auf ein gegenüber dem Spannungswert USoll1 reduziertes Spannungsniveau oder Spannungswert USoll2 abgesenkt. Wesentlich hierbei ist, dass das Spannungsniveau USoll2 ein bekannter oder hinterlegter Spannungswert, also ein definiert gehaltener Spannungswert ist. In der zweiten Phase werden die Spannungs- oder Messdifferenzen zwischen dem Batteriemanagementsystem der Fahrzeugbatterie 6 und dem Gleichspannungswandler 36 relativ zu dem Spannungswert USoll2 bestimmt. Mit anderen Worten werden die Messdifferenzen oder die Offsets in Bezug auf das bekannte Spannungsniveau USoll2 bestimmt.
Anschließend wird während der Zeitdauer t4 die dritte Phase des Abgleichs durchgeführt. Hierbei wird der Spannungssollwert USoll anhand der ermittelten Messdifferenzen oder Offsets korrigiert und eingeregelt.
Die 4 zeigt ein Diagramm zum Funktionsablauf des vorstehend beschriebenen Vorladevorgangs. Das Diagramm zeigt hierbei beispielhaft vier vertikale Linien, welche jeweils einer Komponente des Fahrzeugbordnetzes 4 zugeordnet sind. Die horizontalen Pfeile zwischen den Komponenten entsprechen den Kommunikationen oder CAN-Signalen zwischen den Komponenten, wobei der Pfeilschaft an der Komponente beginnt, welche das Signal versendet, und die Pfeilspitze an derjenigen Komponente endet, welche das Signal empfängt. Die vertikale Beabstandung der Pfeile entspricht einem zeitlichen Versatz, so dass Pfeile welche auf einer horizontalen Verbindungslinie angeordnet sind, im Wesentlichen zeitgleich oder simultan, also zu einem gemeinsamen Zeitpunkt, erfolgen.
Die 4 zeigt hierbei die Kommunikation zwischen einer Hochvoltsteuerung 50 des Fahrzeugbordnetzes 4, welche beispielsweise in den Controller 15 integriert ist, und der Fahrzeugbatterie 6 sowie der Vorladeeinrichtung 48 und weiteren Bordnetzkomponenten, welche durch das Bezugszeichen 52 zusammenfassend bezeichnet werden.
Zu einem Zeitpunkt ta werden alle Teilnehmer 6, 48, 52 des Fahrzeugbordnetzes 4 von der Hochvoltsteuerung 50 auf einen Standby- oder Inaktiv-Betrieb geschaltet. Die Fahrzeugbatterie 6 bestätigt hierbei zum Zeitpunkt tb und die Vorladeeinrichtung 48 zum Zeitpunkt tc sowie die Bordnetzkomponenten 52 zu dem Zeitpunkt td den jeweiligen Standby-Betrieb und senden entsprechende Bestätigungssignale an die Hochvoltsteuerung 50.
Zu einem Zeitpunkt te wird von der Hochvoltsteuerung 50 der Abgleich mit einem Vorladestart 54 gestartet, und ein entsprechendes Startsignal an die Vorladeeinrichtung 48 gesendet. Anschließend sendet die Hochvoltsteuerung 50 zum Zeitpunkt tf Signale an die Fahrzeugbatterie 6 und die Bordnetzkomponenten 52, dass die Vorladung aktiv ist. Zum Zeitpunkt tg werden von der Fahrzeugbatterie 6 und den Bordnetzkomponenten 52 beziehungsweise von den korrespondierenden Sensoren V der Spannungssensorik 46 die aktuellen Spannungswerte an die Vorladeeinrichtung 48 übermittelt. Die Vorladeeinrichtung 48 übermittelt hierbei zu einem Zeitpunkt th ein Signal an die Hochvoltsteuerung 50, dass die Vorladung durchgeführt wird.
Zu einem Zeitpunkt ti wird der Vorladevorgang mittels einer Vorladepause 56 der Vorladeeinrichtung 48 unterbrochen oder pausiert. Während der Pause werden die empfangenen Spannungswerte von der Vorladeeinrichtung 48 ausgewertet und der Sensorabgleich beziehungsweise Offsetabgleich durchgeführt. Hierbei werden die bestimmten Offset- oder Messdifferenzwerte zum Zeitpunkt tj an die beteiligten Bordnetzkomponenten 52 versendet. Anschließend wird die Vorladung fortgesetzt und zu einem Zeitpunkt tk ein entsprechendes Signal an die Hochvoltsteuerung 50 gesendet.
Zu einem Zeitpunkt tl anhand eines Signals der Hochvoltsteuerung 50 die Schütze 28 der Fahrzeugbatterie 6 geschlossen, und somit die Fahrzeugbatterie 6 an das Fahrzeugbordnetz 4 kontaktiert. Die Fahrzeugbatterie 6 sendet ein Bestätigungssignal zum Zeitpunkt tm an die Hochvoltsteuerung 50, dass die Schütze 28 geschlossen sind. Abschließend wird das Hochvoltsystem des Fahrzeugbordnetzes 4 zum Zeitpunkt tn mittels eines Aktivierungssignals aktiviert.
Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren ist zum Betrieb des Kraftfahrzeugs 2 anhand der 5 näher erläutert.
Die 5 zeigt ein beispielhaftes Säulendiagramm für die Betriebsspannungen der Komponenten des Fahrzeugbordnetzes 4. In dem Diagramm sind sieben Säulen 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70 gezeigt, welche entlang einer horizontalen Richtung, also entlang Abszissenachse (X-Achse), benachbart angeordnet sind. Entlang der vertikalen Ordinatenachse (Y-Achse) ist eine Spannung in Volt (V) aufgetragen. Die nachfolgend genannten Spannungswerte und Spannungsbereiche können hierbei fahrzeugabhängig variieren, und sind lediglich beispielhafter Natur zur Erläuterung des Verfahrens.
Die Säulen 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70 sind unterschiedlichen Komponenten des Fahrzeugbordnetzes 4 zugeordnet, wobei die Säule 70 eine Normlage des Fahrzeugbordnetzes 4 beziehungsweise der Systemspannung USys darstellt. Die Säule 58 zeigt die Spannungsbereiche des Betriebs der Fahrzeugbatterie 6. Entsprechend zeigt die Säule 60 den Spannungsbereich des Antriebs 8.
Die Säulen 62 bis 68 betreffen weitere Bordnetzkomponenten des Fahrzeugbordnetzes 4. Die Säule 62 betrifft den Gleichspannungswandler 36, die Säule 64 das Ladegerät 38 der Fahrzeugbatterie 6, die Säule 66 den elektrischen (Hochvolt-)Kältemittelverdichter oder (Hochvolt-)Kältemittelkompressor beziehungsweise Klimakompressor 32, und die Säule 68 den (Hochvolt-)Heizer 42 des Klimakastens 30.
Jede Säule 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70 weist eine Anzahl von übereinander gestapelten Rechtecken auf, welche jeweils einen Betriebsbereich oder Spannungsbereich repräsentieren, welche mit den Bezugszeichenzusätzen -a bis -d versehen sind. Der Bezugszeichenzusatz -a bezeichnet hierbei einen Spannungsbereich einer Unterspannung, der Bezugszeichenzusatz -b bezeichnet entsprechen einen Spannungsbereich einer Überspannung, der Bezugszeichenzusatz -c bezeichnet Spannungsbereiche mit einem eingeschränkten Betrieb, und der Bezugszeichenzusatz -d bezeichnet Spannungsbereiche in welchen ein uneingeschränkter Betrieb ermöglicht ist.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Fahrzeugbatterie 6 von 0 V bis 172 V eine Unterspannung (58a) auf. Von 172 V bis 240 V erstreckt sich ein Spannungsbereich für einen eingeschränkten Batteriebetrieb (58b). Zwischen 240 V und 403 V liegt ein uneingeschränkter Betriebsbereich (58d). Im Bereich zwischen 403 V und 422 V ist ein zweiter Spannungsbereich für einen eingeschränkten Batteriebetrieb (58b), wobei von 422 V bis 500 V eine Überspannung (58b) vorliegt.
Die Säule 60 des Antriebs 8 weist zwischen 0 V und 150 V eine Unterspannung (60a), zwischen 150 V und 430 V einen uneingeschränkten Betriebsbereich (60d), zwischen 430 V und 450 V einen eingeschränkten Betriebsbereich (60c) und von 450 V bis 500 V eine Überspannung (60b) auf.
Die Säule 62 des Gleichspannungswandlers 36 weist zwischen 0 V und 220 V eine Unterspannung (62a), zwischen 220 V und 250 V einen eingeschränkten Betriebsbereich (62c), zwischen 250 V und 430 V einen uneingeschränkten Betriebsbereich (62d), zwischen 430 V und 440 V einen eingeschränkten Betriebsbereich (62c) und von 440 V bis 500 V eine Überspannung (62b) auf.
Die Säule 64 des Ladegeräts 38 weist zwischen 0 V und 220 V eine Unterspannung (64a), zwischen 220 V und 285 V einen eingeschränkten Betriebsbereich (64c), zwischen 285 V und 450 V einen uneingeschränkten Betriebsbereich (64d), und von 450 V bis 500 V eine Überspannung (64b) auf. Die Säule 32 des Kältemittelverdichters weist zwischen 0 V und 200 V eine Unterspannung (64a), zwischen 200 V und 420 V einen uneingeschränkten Betriebsbereich (64d), zwischen 420 V und 450 V einen eingeschränkten Betriebsbereich (64c) und von 450 V bis 500 V eine Überspannung (64b) auf.
Die Säule 66 des elektrischen Kältemittelkompressors 32 weist zwischen 0 V und 200 V eine Unterspannung (66a), zwischen 200 V und 420 V einen uneingeschränkten Betriebsbereich (66d), zwischen 420 V und 450 V einen eingeschränkten Betriebsbereich (66c) und von 450 V bis 500 V eine Überspannung (66b) auf.
Die Säule 68 des Heizers 42 weist zwischen 0 V und 200 V eine Unterspannung (68a), zwischen 200 V und 450 V einen uneingeschränkten Betriebsbereich (68d) und von 450 V bis 500 V eine Überspannung (68b) auf.
Die Säule 70 des Fahrzeugbordnetzes 4 weist zwischen 0 V und 200 V eine Unterspannung (70a), zwischen 200 V und 250 V einen eingeschränkten Betriebsbereich (70c), zwischen 250 V und 450 V einen uneingeschränkten Betriebsbereich (70d), zwischen 450 V und 470 V einen eingeschränkten Betriebsbereich (70c) und von 470 V bis 500 V eine Überspannung (70b) auf.
Verfahrensgemäß wird das Fahrzeugbordnetz 4, also die Fahrzeugbatterie 6 und der Antrieb 8 sowie die Bordnetzkomponenten, von der Spannungssensorik 46 überwacht. Die Spannungssensorik 46 erfasst im Betrieb die Betriebsspannungen der Fahrzeugbatterie 6 und des Antriebs 8 sowie der weiteren Bordnetzkomponenten mittels der Sensoren V als Spannungswerte. Die Spannungswerte werden von dem Controller 15 mit einem gemeinsamen Spannungsschwellwert 72 verglichen, wobei bei einem Erreichen oder Überschreiten des Spannungsschwellwerts 72 der Antrieb 8, insbesondere der Elektromotor oder Heckantrieb 12, derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass elektrische Ausgleichsströme 22 der Fahrzeugbatterie 6 reduziert werden.
Als Spannungsschwellwert 72 ist beispielsweise als ein Spannungsfenster 74, also als ein Spannungsschwellwertbereich, mit einem oberen Schwellwert 74a und einem unteren Schwellwert 74b ausgeführt. In der 2 ist der Spannungsschwellwert 72 bei beispielsweise 345 V gezeigt, wobei das Spannungsfenster 74 um die 345 V zentriert ist und einen Wert von etwa 10 V aufweist. Mit anderen Worten beträgt die Spannungsdifferenz zwischen den Schwellwerten 74a und 74b 10 V.
Das Verfahren ist vorzugsweise als eine übergeordnete Regelung und/oder Steuerung oder als eine Schutzfunktion in den Controller 15 implementiert, um die vorgegebenen Stromgrenzen in Lade- oder Entladerichtung der Fahrzeugbatterie 6 einzuhalten. Alternativ kann die Schutzfunktion beispielsweise auch in dem Controller 16 der Fahrzeugbatterie 6 integriert sein.
Der Spannungsschwellwert 72 beziehungsweise das Spannungsfenster 74 wird im Betrieb vorzugsweise dynamisch variiert. Der Spannungsschwellwert 72 beziehungsweise das Spannungsfenster 74 wird hierbei derart gesteuert und/oder geregelt, dass er/es für die Fahrzeugbatterie 6 und den Antrieb 8 sowie für die weiteren Bordnetzkomponenten jeweils in einem Betriebsbereich ohne Funktionseinschränkungen liegt. Mit anderen Worten verläuft der Spannungsschwellwert 72 beziehungsweise das Spannungsfenster 74 stets in den mit dem Bezugszeichenzusatz -d versehenen Spannungsbereichen in 5. Geeigneterweise wird der Spannungsschwellwert 72 beziehungsweise das Spannungsfenster 74 auch hinsichtlich einer Stromflussrichtung der Fahrzeugbatterie 6 variiert.
In einer geeigneten Weiterbildung wird die Fahrzeugbatterie 6 in Abhängigkeit einer Batterietemperatur und eines Ladezustands von dem Fahrzeugbordnetz 4 zumindest einpolig mittels der (Batterie-)Schütze 28 getrennt. Insbesondere wird die Fahrzeugbatterie 6 hierbei bei niedrigen Batterietemperaturen und niedrigem Ladezustand von dem Fahrzeugbordnetz 4 getrennt.
Bezugszeichenliste

2: Kraftfahrzeug
4: Fahrzeugbordnetz
6: Fahrzeugbatterie
8: Antrieb
10: Elektromotor
12: Elektromotor
14: Wechselrichter
15: Controller
16: Controller
18: Leitung
20: Hochvoltverteiler
21, 22: Pfeil
24: DC-Ladedose
26: Pyrofuse
28: Schütz
30: Bordnetzkomponente/Klimakasten
32: Bordnetzkomponente/Klimakompressor
34: Bordnetzkomponente/Hochvoltheizer
36: Bordnetzkomponente/Gleichspannungswandler
38: Bordnetzkomponente/Ladegerät
40: Bordnetzkomponente
42: Hochvoltheizer
44: AC-Ladedose
46: Spannungssensorik
48: Vorladeeinrichtung
50: Hochvoltsteuerung
52: Bordnetzkomponenten
54: Vorladestart
56: Vorladepause
58 bis 70: Säule
72: Spannungsschwellwert
74: Spannungsfenster
74a, 74b: Schwellwert
V: Spannungssensor
t: Zeit
U: Spannung
UBat: Batteriespannung
USoll: Sollwertspannung
USys: Systemspannung
USoll1, USoll2: Spannungswert
t1 bis t4: Zeitdauer
ta bis tn: Zeitpunkt

Claims

Verfahren zum Betrieb eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs (2) aufweisend ein Fahrzeugbordnetz (4) mit einer Fahrzeugbatterie (6) und mit einem elektromotorischen Antrieb (8) sowie mit weiteren Bordnetzkomponenten (30, 32, 34, 36, 38, 40), - wobei die Fahrzeugbatterie (6) und der Antrieb (8) sowie die Bordnetzkomponenten (30, 32, 34, 36, 38, 40) von einer Spannungssensorik (46) überwacht werden, - wobei die erfassten Spannungswerte mit einem gemeinsamen Spannungsschwellwert (72, 74) verglichen werden, und - wobei bei einem Erreichen oder Überschreiten des Spannungsschwellwerts (72, 74) der Antrieb (8) derart gesteuert und/oder geregelt wird, dass elektrische Ausgleichsströme (22) der Fahrzeugbatterie (6) reduziert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungswerte einer Mastereinheit (48) zugeführt werden, wobei von der Mastereinheit (48) ein Offsetabgleich der Spannungswerte durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsschwellwert (72, 74) so gewählt wird, dass er für die Fahrzeugbatterie (6) und den Antrieb (8) sowie für die weiteren Bordnetzkomponenten (30, 32, 34, 36, 38, 40) jeweils in einem Betriebsbereich ohne Funktionseinschränkungen (58d, 60d, 62d, 64d, 66d, 68d) liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsschwellwert (72, 74) dynamisch variiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsschwellwert (72, 74) hinsichtlich einer Stromflussrichtung der Fahrzeugbatterie (6) variiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbatterie (6) in Abhängigkeit einer Batterietemperatur und eines Ladezustands von dem Fahrzeugbordnetz (4) getrennt wird.
Elektrisch angetriebenes oder antreibbares Kraftfahrzeug (2) aufweisend ein Fahrzeugbordnetz (4) mit einer Fahrzeugbatterie (6) und mit einem elektromotorischen Antrieb (8) sowie mit weitere Bordnetzkomponenten (30, 32, 34, 36, 38, 40), und einer Spannungssensorik sowie einen Controller (15) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (8) als ein elektrischer Allradantrieb ausgeführt ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (8) einen ersten Elektromotor (10) zum Antrieb einer Vorderachse und einen zweiten Elektromotor (12) zum Antrieb einer Hinterachse aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbatterie (6) mittels eines Gleichspannungswandlers (36) an das Fahrzeugbordnetz (4) angeschlossen ist.