DE102021204453A1 - Verfahren zur Leistungstrennung eines elektrischen Energiespeichers von einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Leistungstrennung eines elektrischen Energiespeichers von einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs, wobei der elektrische Energiespeicher von der elektrischen Maschine getrennt wird, indem für einen aktuellen Betriebszustand der elektrischen Maschine ein Solldrehmoment ermittelt und eingestellt wird, bei welchem Solldrehmoment zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher kein Strom fließt, wobei eine Leistungstrennung durchgeführt wird, wenn eine vordefinierte Randbedingung vorliegt.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungstrennung eines elektrischen Energiespeichers von einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs.
• Verfahren zur Leistungstrennung von elektrischen Maschinen für Kraftfahrzeuge sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt, um beispielsweise die elektrische Maschine von einem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeugs zu trennen. Im Betrieb von Kraftfahrzeugen können verschiedene Betriebszustände auftreten, in denen die elektrische Maschine von dem elektrischen Energiespeicher getrennt werden soll. Solche Betriebszustände umfassen beispielsweise Zustände, in den der elektrische Energiespeicher bereits vollständig geladen ist und somit eine weitere Ladung bzw. ein weiterer Strom von der elektrischen Maschine zu dem Energiespeicher unterbunden werden soll, sodass die elektrische Maschine von dem Energiespeicher getrennt werden soll. Ebenso sind Betriebszustände bekannt, bei denen der elektrische Energiespeicher zur elektrischen Versorgung anderer Verbraucher priorisiert wird, sodass die elektrische Maschine von dem elektrischen Energiespeicher getrennt werden soll, um keinen zusätzlichen Strom von dem elektrischen Energiespeicher zu fordern.
• Bekannte Verfahren zur Leistungstrennung setzen üblicherweise auf elektrische bzw. elektronische Bauteile oder Baugruppen, die zur Trennung der elektrischen Maschine von dem elektrischen Energiespeicher ausgebildet sind. Hierzu werden beispielsweise Relais als Phasentrenner für die elektrische Maschine verwendet. Ebenso ist bekannt, die elektrische Maschine mittels eines sogenannten „aktiven Kurzschluss“ von der Batterie zu trennen. Hierbei werden alle drei Phasen der elektrischen Maschine durch Einstellung eines gleichen PWM-Werts für alle drei Phasen der elektrischen Maschine „kurzgeschlossen“. Hierdurch entsteht ein Zwischenkreisstrom gleich null, sodass ebenfalls ein Batteriestrom gleich null in Bezug auf die elektrische Maschine eingestellt wird.
• Nachteilig hierbei ist, dass beschriebene Phasentrenner aufwendig sind und Bauraum in Anspruch nehmen. Bei deren Verwendung entstehen zudem dauerhaft Schaltverluste, weil die entsprechenden Halbleiterkomponenten den Strom führen müssen. Der beschriebene aktive Kurzschlusszustand verursacht vergleichsweise große Bremsmomente in der elektrischen Maschine, die die Verfügbarkeit der elektrischen Maschine sogar noch verschlechtern können. Beim Übergang aus einem beschriebenen Betriebszustand in einen aktiven Kurzschlusszustand können außerdem Überschwingungen in den Phasenströmen auftreten, die möglicherweise elektrische Komponenten, beispielsweise Halbleiter des Wechselrichters, beschädigen oder gar zerstören können. Die Verwendung eines aktiven Kurzschlusszustands kann von den Insassen des Kraftfahrzeugs als störend empfunden werden, da die erzeugten Bremsmomente zu Vibrationen bzw. einem „Rütteln“ des Kraftfahrzeugs führen können.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein demgegenüber verbessertes Verfahren zur Leistungstrennung einer elektrischen Maschine für ein Kraftfahrzeug anzugeben, bei der insbesondere auf aufwändige Bauteile verzichtet werden kann und Auswirkungen auf das Kraftfahrzeug, insbesondere Bremsmomente, reduziert werden können.
• Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Wie beschrieben, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Leistungstrennung eines elektrischen Energiespeichers von einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der elektrische Energiespeicher von der elektrischen Maschine getrennt wird, indem für einen aktuellen Betriebszustand der elektrischen Maschine ein Solldrehmoment ermittelt und eingestellt wird, bei welchem Solldrehmoment zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher kein Strom fließt, wobei eine Leistungstrennung durchgeführt wird, wenn eine vordefinierte Randbedingung vorliegt. Das Verfahren schlägt somit vor, die Leistungstrennung zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher durch Ermittlung und Einstellung eines Solldrehmoments der elektrischen Maschine auszuführen. Somit kann auf Hardwarekomponenten, wie beispielsweise Phasentrenner, verzichtet werden, da die Trennung der elektrischen Maschine von dem elektrischen Energiespeicher durch das Einstellen des Solldrehmoments vollzogen wird. Mit anderen Worten wird das Solldrehmoment seitens der elektrischen Maschine derart eingestellt, dass sich ein Strom zwischen dem elektrischen Energiespeicher und elektrischen Maschine gleich null ergibt bzw. dass kein Strom zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher fließt.
• Die Leistungstrennung kann dabei in Abhängigkeit von einer vordefinierten Randbedingung durchgeführt werden, sodass die Leistungstrennung zwischen elektrischer Maschine und elektrischem Energiespeicher in Abhängigkeit von der beschriebenen Randbedingung durchgeführt werden kann. Zudem ist es möglich, dass in dem Verfahren zunächst ein Solldrehmoment für die aktuelle Betriebssituation ermittelt werden kann. Das Solldrehmoment gibt dabei ein Drehmoment seitens der elektrischen Maschine an, mit dem die elektrische Maschine betrieben werden kann, sodass die mit der Leistungstrennung verknüpfte Bedingung erfüllt wird.
• Die Leistungstrennung erfordert hierbei, dass zwischen dem elektrischen Energiespeicher und der elektrischen Maschine kein Strom fließt. Mit anderen Worten ist in der Leistungstrennung der Batteriestrom sowie der Zwischenkreisstrom gleich null. Anschließend kann das Solldrehmoment eingestellt werden, sodass sich die Leistungstrennung ergibt. Hierbei kann optional wenigstens eine Randbedingung ermittelt werden bzw. kann ermittelt werden, ob die wenigstens eine Randbedingung vorliegt. Die Randbedingung kann beispielsweise ein Betriebszustand des Kraftfahrzeugs, ein Parameter der elektrischen Maschine oder ein Parameter des elektrischen Energiespeichers, insbesondere ein Ladezustand des elektrischen Energiespeichers, sein.
• Somit ist es möglich, die Leistungstrennung zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher ohne aktiven Kurzschluss und ohne zusätzliche Phasentrenner auszuführen. Bei dem vorgenannten Verfahren wird ferner keine von den Insassen des Kraftfahrzeugs potenziell als störend wahrgenommene Auswirkung auf das Kraftfahrzeug erzeugt, beispielsweise werden keine bzw. vergleichsweise deutlich geringere Bremsmomente erzeugt. Ebenso werden Vibrationen bzw. ein „Rütteln“ effektiv verhindert.
• Wie beschrieben, wird seitens der elektrischen Maschine ein Solldrehmoment ermittelt und eingestellt. Das Solldrehmoment wird basierend auf einer d-,q-Stromkombination eingestellt. Mit anderen Worten kann bei dem Verfahren eine d-,q-Stromkombination für den aktuellen Betriebszustand ermittelt werden, bei der ein Strom zwischen elektrischer Maschine und elektrischem Energiespeicher null beträgt. Hierbei ist anzumerken, dass die Leistungstrennung zwischen elektrischer Maschine und elektrischem Energiespeicher keine echte galvanische Trennung darstellt, sondern kein Strom zwischen dem elektrischen Energiespeicher und der elektrischen Maschine in dem getrennten Zustand fließt. Die elektrische Maschine wird somit in einen Betriebszustand versetzt, in dem diese ein, insbesondere vergleichsweise geringes, Drehmoment bereitstellt, und dadurch ein Zustand eingestellt wird, in dem weder Strom von der elektrischen Maschine zu dem elektrischen Energiespeicher noch Strom von dem elektrischen Energiespeicher zu der elektrischen Maschine fließt und somit eine Leistungstrennung der elektrischen Maschine von dem elektrischen Energiespeicher vorliegt.
• Wie beschrieben wird die d-,q-Stromkombination basierend auf dem aktuellen Betriebszustand bzw. für einen aktuellen Betriebszustand ermittelt und eingestellt, sodass der Batteriestrom bzw. der Zwischenkreisstrom null betragen kann und die Leistungstrennung zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher realisiert werden kann. Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens kann besagte d-,q-Stromkombination in Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Maschine in dem aktuellen Betriebszustand ermittelt werden. Somit kann der beschriebene Drehmomentsollwert in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl der elektrischen Maschine eingestellt werden.
• Das Verfahren basiert insbesondere darauf, dass die Leistungen des elektrischen Antriebs, insbesondere basierend auf der elektrischen Maschine, dem Zwischenkreis, dem Kondensator und dem Wechselrichter betrachtet werden. Unter Vernachlässigung der Verluste im Wechselrichter kann die Leistungsgleichung gemäß folgender Formel betrachtet werden: $$U_{DC}\ast I_{DC}=R_S\ast I_S^2+T_{et}\ast {\omega }_m+P_{Vert}$$

  
• Dabei bezeichnet I_DC den Gleichstrom im Zwischenkreis, der dem durch die elektrische Maschine verbrauchten Strom aus dem elektrischen Energiespeicher entspricht. U_DC betrifft die Gleichspannung im Zwischenkreis, die proportional zu der Spannung des elektrischen Energiespeichers liegt. ω_m bezeichnet die mechanische Winkelgeschwindigkeit der elektrischen Maschine. I_S betrifft den Betrag des Phasenstroms der elektrischen Maschine und R_S den Statorwiderstand der elektrischen Maschine. P_Verl bezeichnet die Leistungsverluste, die reibungsbedingt entstehen, wobei R_S in der Regel das 1,5-fache des Statorwiderstandes der elektrischen Maschine beträgt. Der Betrag des Phasenstroms der elektrischen Maschine kann aus beiden Stromkomponenten, also der d-Komponente und der q-Komponente berechnet werden: $$I_S^2=I_{Sd}^2+I_{Sq}^2$$

  
• Anschließend kann das Drehmoment der elektrischen Maschine über folgende Formel berechnet werden: $$T_{el}=\frac{3}{2}\ast z_p\ast \left({\psi }_{PM}+I_{sd}\ast \left(L_{sd}-L_{sq}\right)\right)\ast I_{sq}$$

  
• Hierbei bezeichnet L_sd die Maschineninduktivität in der d-Achse, L_sq die Maschineninduktivität in der q-Achse, ψ_PM bezeichnet den Fluss des Permanentmagneten der elektrischen Maschine und z_p die Polpaarzahl der elektrischen Maschine. Zur Vereinfachung kann eine Drehmomentkonstante definiert werden: $$K_T=\frac{3}{2}\ast z_p\ast \left({\psi }_{PM}+I_{sd}\ast \left(L_{sd}-L_{sq}\right)\right)$$

  
• Damit lässt sich das Drehmoment der elektrischen Maschine in Abhängigkeit des q-Stroms mit folgender Formel ausdrücken: $$T_{el}=K_T\ast I_{sq}$$

  
• Die zuvor beschriebene Verlustleistung kann beispielsweise über eine Kennlinie ermittelt werden, die proportional zur Drehzahl der elektrischen Maschine ist. In Kombination der vorhergehenden Gleichungen erhält man: $$U_{DC}\ast I_{DC}=R_S\ast I_d^2+I_{Sq}^2+K_T\ast I_{sq}\ast {\omega }_m+P_{Vert}$$

  
• Hieraus ergibt sich die q-Komponente des Stroms als: $$I_{sq}=\left(\frac{K_T\ast {\omega }_m}{2\ast R_S}\right)+\sqrt{\left(\frac{K_T\ast {\omega }_m+P_{Vert}}{2\ast R_S}\right)-I_{sd}^2}$$

  
• Weiter kann der q-Strom in Abhängigkeit von der Drehzahl und dem d-Strom und wenigstens in Abhängigkeit von einem Parameter der elektrischen Maschine eingestellt werden. Der weitere Parameter kann beispielsweise der Fluss oder die Induktivität der elektrischen Maschinen im aktuellen Betriebszustand sein. Für die Umsetzung in einem diskreten System, beispielsweise in einem Mikrocontroller mit festem Reglerzyklus, auf dem die Regelung digital implementiert wird, können Vereinfachungen vorgenommen werden. Der d-Strom kann somit durch den berechneten Sollwert aus dem letzten Abtastschritt ersetzt werden Insbesondere kann der q-Strom gemäß folgender Formel ermittelt werden: $$I_{sqReƒ}=\left(\frac{K_T\ast {\omega }_m}{2\ast R_S}\right)+\sqrt{\left(\frac{K_T\ast {\omega }_m+P_{Vert}}{2\ast R_S}\right)-I_{sdReƒ\_1}^2}$$

  
• Um einen Sollwert für den q-Strom für die Einprägung eines Zwischenkreisstroms gleich null zu erhalten, sodass, wie zuvor beschrieben, der Strom zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher null beträgt, und der zusätzlich von der Drehzahl sowie dem alten d-Strom-Sollwert und den Parametern der elektrischen Maschine abhängig ist, wird der q-Strom als Funktion der zuvor beschriebenen Parameter aufgefasst, insbesondere als: $$I_{sq}=ƒ\left({\omega }_m,R_S,I_{s{d}_1,L_{sd}},L_{sd},L_{sq},{\psi }_{PM}\right)$$

  
• Der Drehmomentfaktor, der zuvor beschrieben wurde wird entsprechend angepasst: $$K_T=\frac{3}{2}\ast z_p\ast \left({\psi }_{PM}+I_{sdReƒ1}\ast \left(L_{sd}-L_{sq}\right)\right)$$

  
• Wie zuvor beschrieben, kann dazu das Solldrehmoment in dem aktuellen Betriebszustand ermittelt werden. Das Solldrehmoment wird insbesondere gemäß folgender Formel ermittelt: $$T_{el\_T0\_IdcNull}=\left(\frac{K_T\ast {\omega }_m}{2\ast R_S}\right)+\sqrt{\left(\frac{K_T\ast {\omega }_m+P_{Vert}}{2\ast R_S}\right)-I_{sdRef\_1}^2}$$

  
• Wie beschrieben, kann die Verlustleistung entweder vernachlässigt werden oder durch eine Kennlinie in Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Maschine ermittelt werden. Wie beschrieben, wird somit erreicht, dass in dem Betriebszustand des Kraftfahrzeugs lediglich ein geringes wirkendes Drehmoment erzeugt wird, wobei die gesamte elektrische Leistung zwischen der elektrischen Maschine dem elektrischen Energiespeicher null beträgt. Somit fließt kein Strom in Richtung der Batterie bzw. des elektrischen Energiespeichers und auch kein Strom von dem elektrischen Energiespeicher in die elektrische Maschine.
• Der elektrische Energiespeicher kann, wie bereits beschrieben, von der elektrischen Maschine in Abhängigkeit von einem Betriebszustand getrennt werden. Grundsätzlich können die Randbedingungen, also der Betriebszustand, beliebig definiert werden. Im Speziellen kann der elektrische Energiespeicher in Abhängigkeit von einer Spannung des elektrischen Energiespeichers und/oder in Abhängigkeit von einer Leistungsanforderung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers und/oder in Abhängigkeit von einer Drehzahl der elektrischen Maschine getrennt werden. Erfordert die Spannung des elektrischen Energiespeichers beispielsweise ein Trennen von der elektrischen Maschine, insbesondere dann, wenn der elektrische Energiespeicher bereits vollständig geladen ist, kann, wie zuvor beschrieben, eine Leistungstrennung zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher vorgenommen werden, um den elektrischen Energiespeicher zu schützen. Ebenso ist es möglich, falls der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers einen weiteren Betrieb der elektrischen Maschine nicht zulässt, durch die Leistungstrennung eine weitere Entladung des elektrischen Energiespeichers zu verhindern.
• Ebenso ist möglich, dass verschiedene elektrische Verbraucher im Netz des Kraftfahrzeugs bzw. die mit dem elektrischen Energiespeicher verbunden sind, priorisiert werden. Falls die elektrische Maschine niedriger priorisiert wird als wenigstens ein weiterer elektrischer Verbraucher, kann die durch den elektrischen Energiespeicher bereitstellbare elektrische Energie auf den wenigstens einen elektrischen Verbraucher begrenzt werden und die elektrische Maschine entsprechend von dem elektrischen Energiespeicher getrennt werden. Ebenso ist es möglich, dass die Einnahme der Leistungstrennung in Abhängigkeit von einer Drehzahl der elektrischen Maschine gewählt werden kann, beispielsweise um den elektrischen Energiespeicher bei höheren Drehzahlen zu schützen oder die elektrische Maschine vor einem Betrieb in höheren Drehzahlen zu schützen.
• Daneben betrifft die Erfindung eine Steuerungseinrichtung für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, die dazu ausgebildet ist, das beschriebene Verfahren auszuführen. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, umfassend eine solche Steuerungseinrichtung. Sämtliche Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf das Verfahren beschrieben wurden, sind vollständig auf die Steuerungseinrichtung das Kraftfahrzeug übertragbar.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:
• 1 einen schematischen Ablauf des Verfahrens;
• 2 ein Diagramm verschiedener Betriebsgrößen in einem ersten Betriebszustand; und
• 3 ein Diagramm verschiedener Betriebsgrößen einem zweiten Betriebszustand.
• 1 zeigt ein strukturelles Diagramm des Verfahrens zum Betrieb der elektrischen Maschine, insbesondere der Regelung der elektrischen Maschine zur Einprägung eines Zwischenkreisstroms gleich null zur Unterbrechung des Leistungsaustauschs zwischen einem elektrischen Energiespeicher und einer elektrischen Maschine. Nach dem hierin beschriebenen Verfahren soll die Leistungstrennung insbesondere ohne Phasentrenner und ohne aktiven Kurzschluss auskommen. Wird die elektrische Maschine nicht von dem elektrischen Energiespeicher getrennt, d.h., in einem Normalzustand, kann die elektrische Maschine in Form einer grundsätzlich bekannten feldorientierten Regelung betrieben werden.
• Dabei könnte der Drehmomentsollwert T_el direkt an den I_sd-I_sq-Generator 1 übergeben werden, um die gewünschten Sollwerte I_sdReƒ, I_sqReƒ für den aktuellen Arbeitspunkt zu definieren bzw. zu ermitteln. Die feldorientierte Regelung sorgt standardmäßig für die Regelung der gewünschten Ströme bzw. des Drehmoments.
• 1 zeigt den Vorgang, in dem eine Leistungstrennung zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher gewünschten ausgeführt wird. D.h., dass keine Leistung aus dem elektrischen Energiespeicher oder zu dem elektrischen Energiespeicher geführt wird. Mit anderen Worten fließt kein Strom zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher oder umgekehrt. Dies kann durch Steuerung des Zwischenkreisstroms erreicht werden, insbesondere in dem der Zwischenkreisstrom gleich null eingestellt wird. Um dies zu erreichen, wird in einem Block 2 der Drehmomentsollwert T_elRefN auf einen neuen Drehmomentsollwert T_{el_T0_IdcNull} umgeschaltet, der, wie zuvor dargelegt, berechnet wird. Der neue Drehmomentsollwert ergibt sich dabei in Abhängigkeit der mechanischen Winkelgeschwindigkeit, des alten d- Stromsollwerts und den Parametern der elektrischen Maschine, insbesondere deren Fluss, Induktivität, Statorwiderstand und Polpaaranzahl. Durch Vorgabe des neuen Drehmomentsollwert wird gewährleistet, dass der Zwischenkreisstrom gleich null und damit auch der Strom aus dem elektrischen Energiespeicher in Richtung der elektrischen Maschine oder umgekehrt gleich null bleiben.
• Durch die Einprägung des Zwischenkreisstroms bzw. Batteriestroms gleich null wird somit keine Leistung bzw. keine Energie zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher ausgetauscht. Die Leistungstrennung kann somit wie gewünscht realisiert werden. Dadurch sind die elektrische Maschine und der elektrische Energiespeicher geschützt. Weiterhin bewirkt die elektrische Maschine nur ein sehr kleines Bremsmoment, das viel kleiner ist als das, das in einem ähnlichen Zustand mittels eines aktiven Kurzschlussstroms bzw. eines aktiven Kurzschlusszustands generiert werden würde. Die Berechnung bzw. die Bereitstellung der Ströme bzw. des neuen Drehmomentsollwerts kann hierbei in einem Block 3 durchgeführt werden und somit anstelle der in der üblichen feldorientierten Regelung bereitgestellten Werte in Block 1 dem üblichen Verfahren zugeführt werden.
• 2 zeigt das Verhalten einer elektrischen Maschine in einer beispielhaften Ausgestaltung bei Ausführung einer Drehzahlrampe unter Verwendung des hierin beschriebenen Verfahrens zur Einprägung eines Zwischenkreisstrom bzw. Stroms aus dem Energiespeicher gleich null. Lediglich beispielhaft wird die elektrische Maschine auf einen Maximale Drehzahl von ca. 6000 Umdrehungen beschleunigt, wobei die Drehzahl beliebig änderbar ist. Der abgebildete Betriebszustand ist lediglich als beispielhaft zu verstehen, um das hierin beschriebene Verfahren zu erläutern. 2 zeigt hierbei fünf Kurven 4, 5, 6, 7 und 8, die den Verlauf einzelner Parameter über den beschriebenen Betriebszustand bzw. über die Zeit darstellen. Die Kurve 4 zeigt den Zwischenkreisstrom, die Kurve 5 betrifft die Drehzahl der elektrischen Maschine. Die Kurve 6 steht für das Drehmoment und die Kurven 7, 8 für den d-Strom bzw. den q-Strom.
• 2 zeigt, dass das Verfahren darauf basiert, den Zwischenkreisstrom, d.h., den Strom zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher gleich null zu setzen. Hierzu werden die nötigen Kombinationen des d-Stroms und des q-Stroms bei der Veränderung des aktuellen Betriebszustands eingestellt. Mit anderen Worten wird stets eine Kombination aus d-Strom und q-Strom ermittelt, die ein Solldrehmoment an der elektrischen Maschine einstellen, das verhindert, dass Leistung bzw. Energie zwischen elektrischer Maschine und elektrischem Energiespeicher ausgetauscht wird. Somit fließt in dem gezeigten Betriebszustand kein Strom zwischen elektrischer Maschine und dem elektrischen Energiespeicher, sodass die Leistungstrennung vorliegt. Hierbei werden lediglich geringe Bremsmomente erzeugt, die insbesondere im Vergleich mit herkömmlichen aktiven Kurzschlusszuständen deutlich niedriger sind. Somit wird verhindert, dass Auswirkungen auf das Kraftfahrzeug entstehen, beispielsweise von Insassen wahrnehmende Vibrationen oder Beschleunigungen, bzw. Bremsvorgänge erzeugt werden.
• 3 zeigt ein zu 2 ähnliches Diagramm, bei dem ausgehend von einem Normalzustand zu einem definierten Zeitpunkt 9 in einen Trennzustand übergegangen wird, in dem eine Leistungstrennung zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher vorliegt. In dem in 3 gezeigten Betriebszustand wird mittels der elektrischen Maschine eine Drehzahlrampe ausgeführt, bei der die elektrische Maschine zunächst elektrische Energie von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellt bekommt. Zu dem Zeitpunkt 9 wird in den Trennzustand übergegangen, d.h., dass der Stromfluss zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher unterbrochen werden soll. Hierin sind zusätzlich die Phasenströme der elektrischen Maschine beispielhaft in entsprechenden drei Kurven 10 dargestellt.
• Die elektrische Maschine wird hierin beispielhaft mit einem konstanten Drehmoment auf eine Drehzahl von 6000 Umdrehungen beschleunigt, wobei bis zu dem Zeitpunkt 9 die elektrische Maschine mit einer herkömmlichen feldorientierten Regelung geregelt wird. Die geforderten Ströme sowie das Drehmoment werden entsprechend eingerichtet. Zum Zeitpunkt 9 wird eine Unterbrechung des Leistungsaustauschs zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher gefordert. Mit anderen Worten soll eine Leistungstrennung zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. Dies wird, wie beschrieben, durch die Einprägung eines Zwischenkreisstrom gleich 0 erreicht. Ersichtlich wird ein Umschalten zwischen dem Normalbetrieb und dem Trennzustand im Vergleich zu einem aktiven Kurzschlusszustand ohne Erzeugung von Überschwingungen im Strom durchgeführt. Die resultierenden Bremsmomente sind vergleichsweise gering, insbesondere bezogen auf das Verfahren zur Leistungstrennung basierend auf einem aktiven Kurzschlusszustand.
• Entsprechend entstehen keine hohen Ströme und kein Überschwingungsverhalten, die die Lebensdauer elektronischer Komponenten bzw. die Zerstörung der Halbleiter verursachen könnten. Ebenso wird durch die deutlich reduzierte Erzeugung von Bremsmomenten das Verfahren zur Leistungstrennung für die Insassen des Kraftfahrzeugs angenehmer bzw. weit weniger wahrnehmbar. Als beispielhafter Fahrzustand kann ein Betrieb der elektrischen Maschinen in einem Normalzustand, beispielsweise eine Fahrt in der Ebene verstanden werden, bei der, beispielsweise durch Absinken des Ladezustands des elektrischen Energiespeichers ein weiterer Betrieb der elektrischen Maschine nicht möglich ist. Hierbei kann der Betrieb umgeschaltet werden, sodass beispielsweise höher priorisierte Verbraucher des Kraftfahrzeugs weiter betrieben werden können, wohingegen die elektrische Maschine nicht mehr weiter betrieben wird und das Kraftfahrzeug, zum Beispiel, über einen zusätzlich vorhandenen Verbrennungsmotor weiter betrieben wird.
• Ebenso ist es möglich, dass das Kraftfahrzeug beispielsweise hangabwärts fährt bzw. an einer negativen Steigung fährt und aufgrund des von der elektrischen Maschine bereitgestellten Stroms ein Stromfluss zunächst im Normalzustand in den elektrischen Energiespeicher vorliegt, beispielsweise um den elektrischen Energiespeicher zu laden. Übersteigt der Ladezustand des elektrischen Energiespeichers, beispielsweise dessen Spannung, einen vordefinierten Wert, kann die Leistungstrennung gewünscht werden, um eine Beschädigung des elektrischen Energiespeichers auszuschließen.
• In diesem Zustand kann wiederum die Trennung, wie beschrieben durchgeführt werden, um den elektrischen Energiespeicher zu schützen. In Anbetracht der beschriebenen Betriebszustände kann es sich bei der elektrischen Maschine um einen Traktionsantrieb handeln, der mechanisch an den restlichen Antriebsstrang angekoppelt bleibt oder von diesem trennbar ist. Die elektrische Maschine kann jedoch auch jeden weiteren Antrieb betreffen, beispielsweise auch einen Stellmotor, Aktor oder dergleichen. Wird von dem Normalzustand in den Trennzustand übergegangen, wird kein Strom mehr von der elektrischen Maschine aus dem elektrischen Energiespeicher aufgenommen und auch kein Strom mehr von der elektrischen Maschine in den elektrischen Energiespeicher gespeist. Die elektrische Maschine kann somit weiter betrieben werden, in dem die gewünschten Solldrehmomente und die damit verbundenen Ströme eingestellt werden.
• Bezugszeichenliste

1-3

Block

4-8

Kurve

9

Zeitpunkt

10

Kurve

Claims (10)

1. Verfahren zur Leistungstrennung eines elektrischen Energiespeichers von einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher von der elektrischen Maschine getrennt wird, indem für einen aktuellen Betriebszustand der elektrischen Maschine ein Solldrehmoment ermittelt und eingestellt wird, bei welchem Solldrehmoment zwischen der elektrischen Maschine und dem elektrischen Energiespeicher kein Strom fließt, wobei eine Leistungstrennung durchgeführt wird, wenn eine vordefinierte Randbedingung vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine d-,q-Stromkombination für den aktuellen Betriebszustand ermittelt wird, bei der ein Strom zwischen elektrischer Maschine und elektrischem Energiespeicher null beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die d,q-Stromkombination in Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Maschine in dem aktuellen Betriebszustand ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der q-Strom in Abhängigkeit von der Drehzahl und dem d-Strom und wenigstens in Abhängigkeit von einem Parameter der elektrischen Maschine eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der q-Strom gemäß $$I_{sqReƒ}=\left(\frac{K_T\ast {\omega }_m}{2\ast R_S}\right)+\sqrt{\left(\frac{K_T\ast {\omega }_m+P_{Vert}}{2\ast R_S}\right)-I_{sdRef\_1}^2}$$

   

   ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Solldrehmoment in dem aktuellen Betriebszustand gemäß $$T_{el\_T0\_IdcNull}=K_T\ast \left(-\left(\frac{K_T\ast {\omega }_m}{2\ast R_S}\right)+\sqrt{\left(\frac{K_T\ast {\omega }_m+P_{Vert}}{2\ast R_S}\right)-I_{sdRef\_1}^2}\right)$$

   

   ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher von der elektrischem Maschine in Abhängigkeit von einem Betriebszustand getrennt wird, insbesondere in Abhängigkeit von einer Spannung des elektrischen Energiespeichers und/oder in Abhängigkeit von einer Leistungsanforderung wenigstens eines elektrischen Verbrauchers und/oder in Abhängigkeit von einer Drehzahl der elektrischen Maschine.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verlustleitung mittels einer Kennlinie in Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Maschine ermittelt wird oder vernachlässigt wird.
9. Steuerungseinrichtung für eine elektrische Maschine eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche auszuführen.
10. Kraftfahrzeug, umfassend eine Steuerungseinrichtung nach dem vorangehenden Anspruch.

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