DE102021211529A1 - Method for varying the voltage level on an electric machine of an electric drive system of a motor vehicle - Google Patents

Method for varying the voltage level on an electric machine of an electric drive system of a motor vehicle Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren (7, 10) zum Variieren der Spannungslage an einer Elektromaschine (2) eines elektrischen Antriebssystems (1) eines Kraftfahrzeugs, welches die Elektromaschine (2), eine erste Batterie (3), eine zweite Batterie (4) und zumindest einen Gleichspannungswandler (5, 6) umfasst. Die Erfindung betrifft ferner ein elektrisches Antriebssystem (1) eines Kraftfahrzeugs, welches eine Elektromaschine (2), eine erste Batterie (3), eine zweite Batterie (4) und zumindest einen Gleichspannungswandler (5, 6) aufweist, wobei das elektrische Antriebssystem (1) ferner ein Steuersystem aufweist, welches zum Durchführen eines der Verfahren (7, 10) eingerichtet ist.The invention relates to methods (7, 10) for varying the voltage level in an electric machine (2) of an electric drive system (1) of a motor vehicle, which comprises the electric machine (2), a first battery (3), a second battery (4) and at least a DC-DC converter (5, 6). The invention also relates to an electric drive system (1) of a motor vehicle, which has an electric machine (2), a first battery (3), a second battery (4) and at least one DC voltage converter (5, 6), the electric drive system (1 ) further comprises a control system which is set up to carry out one of the methods (7, 10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Variieren der Spannungslage an einer Elektromaschine eines elektrischen Antriebssystems des Kraftfahrzeugs sowie ein elektrisches Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a method for varying the voltage level in an electric machine of an electric drive system of the motor vehicle and an electric drive system of a motor vehicle.

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Topologien von elektrischen Antriebssystemen bekannt, bei denen zwei Batterien und ein Gleichspannungswandler zum Einsatz kommen, welche mit der Elektromaschine des elektrischen Antriebssystems gekoppelt werden.Different topologies of electric drive systems are known from the prior art, in which two batteries and a DC voltage converter are used, which are coupled to the electric machine of the electric drive system.

Jegliche Energie einer oder beider Batterien kann dabei über den Gleichspannungswandler, welcher auch als DC/DC-Wandler bezeichnet werden kann, gewandelt werden. Dies führt oftmals zu einem Wirkungsgradnachteil bei dem elektrischen Antriebssystem.Any energy from one or both batteries can be converted via the DC voltage converter, which can also be referred to as a DC/DC converter. This often leads to an efficiency disadvantage in the electric drive system.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verfahren bereitzustellen, mittels welchem dieser Wirkungsgrad erhöht werden kann.The object of the invention is to provide a method by means of which this efficiency can be increased.

Die voranstehende Aufgabe wird durch die Gegenstände der Patentansprüche gelöst. Insbesondere wird die Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 1, das Verfahren gemäß Anspruch 5 sowie das elektrische Antriebssystem gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Vorteile und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem ersten der beiden erfindungsgemäßen Verfahren offenbart sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem zweiten der beiden erfindungsgemäßen Verfahren sowie dem erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.The above object is achieved by the subject matter of the patent claims. In particular, the object is achieved by the method according to claim 1, the method according to claim 5 and the electric drive system according to claim 10. Further advantages and details of the invention result from the dependent claims, the description and the drawings. Features and details that are disclosed in connection with the first of the two methods according to the invention naturally also apply in connection with the second of the two methods according to the invention and the electric drive system according to the invention, and vice versa, so that the disclosure of the individual aspects of the invention is always mutually related is or can be taken.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die eingangs gestellte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Variieren der Spannungslage an einer Elektromaschine eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, welches die Elektromaschine, eine erste Batterie, eine zweite Batterie und einen Gleichspannungswandler umfasst, wobei das elektrische Antriebssystem eine erste Topologie aufweist, bei der die erste Batterie mittels des Gleichspannungswandlers mit der Elektromaschine gekoppelt ist und die zweite Batterie direkt mit der Elektromaschine gekoppelt ist, und wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

  • - Ermitteln einer aktuellen oder voraussichtlichen Last der Elektromaschine, und
  • - Verändern des Ladezustandes der zweiten Batterie mittels Umladens von Energie zwischen der ersten Batterie und der zweiten Batterie in Abhängigkeit von der zuvor ermittelten Last der Elektromaschine.
According to a first aspect of the invention, the object at the outset is achieved by a method for varying the voltage level in an electric machine of an electric drive system of a motor vehicle, which comprises the electric machine, a first battery, a second battery and a DC-DC converter, the electric drive system having a first Has a topology in which the first battery is coupled to the electric machine by means of the DC/DC converter and the second battery is coupled directly to the electric machine, and the method has the steps:
  • - determining a current or expected load of the electric machine, and
  • - Changing the state of charge of the second battery by recharging energy between the first battery and the second battery depending on the previously determined load of the electric machine.

Grundsätzlich ist der Wirkungsgrad einer Elektromaschine im Allgemeinen von dem Drehmoment, der Drehzahl und der anliegenden Versorgungsspannung (hierin auch einfach nur als Spannung oder Spannungslage bezeichnet) abhängig. Die mechanischen Größen (Drehzahl, Drehmoment) werden dabei durch den Fahrerwunsch beeinflusst bzw. gesetzt, weshalb vorliegend als Freiheitsgrad zur Beeinflussung des Wirkungsgrades die Veränderung der Spannungslage genutzt wird. Dabei gilt, dass je höher die Leistung ist, desto höher sollte die Spannung sein. Eine hohe Leistung erfordert folglich eine hohe Spannung und eine niedrige Leistung erfordert eine niedrige Spannung.In principle, the efficiency of an electric machine is generally dependent on the torque, the speed and the applied supply voltage (herein simply referred to as voltage or voltage level). The mechanical variables (speed, torque) are influenced or set by the driver's request, which is why the change in the voltage level is used here as a degree of freedom for influencing the efficiency. The higher the power, the higher the voltage should be. Consequently, high power requires high voltage and low power requires low voltage.

Bei Antriebssystemen mit Batterie bzw. bei Batterieantrieben verhält sich die Spannungslage aber entgegengesetzt des Optimums des Wirkungsgrades der Elektromaschine. Bei hohen Lasten sinkt die Batteriespannung aufgrund des Stromes und des inneren Widerstandes in der Batterie. Durch die sinkende Spannungslage sinkt auch der Wirkungsgrad der Elektromaschine.In the case of drive systems with a battery or battery drives, however, the voltage level behaves in the opposite direction to the optimum efficiency of the electric machine. At high loads, the battery voltage drops due to the current and internal resistance in the battery. Due to the falling voltage level, the efficiency of the electric machine also falls.

Durch den Gleichspannungswandler kann die Spannungslage verändert werden. Dabei hängt der Wirkungsgrad des Gleichspannungswandlers in dem elektrischen Antriebssystem von der Spannungslage auf der Eingangsseite (auch Primärseite) und auf der Ausgangsseite (auch Sekundärseite) und vom Strom ab. Im Allgemeinen gilt dabei: je höher die Differenz der Spannung zwischen dem Eingang und Ausgang ist, desto niedriger ist der Wirkungsgrad. Bei niedrigen Leistungen sinkt der Wirkungsgrad drastisch ab.The voltage level can be changed by the DC voltage converter. The efficiency of the DC-DC converter in the electric drive system depends on the voltage level on the input side (also the primary side) and on the output side (also the secondary side) and on the current. In general, the higher the difference in voltage between the input and output, the lower the efficiency. At low power levels, the efficiency drops drastically.

Bei der ersten Topologie besteht nun ein Vorteil darin, dass die zweite Batterie ohne weiteren Gleichspannungswandler auskommt, sodass dieser Gleichspannungswandler im Vergleich zu einer Topologie mit einem zweiten Gleichspannungswandler, hierin auch als zweite Topologie bezeichnet, in dem Antriebssystem eingespart werden kann und das Kraftfahrzeug kostengünstiger, einfacher und mit Gewichtseinsparung ausgebildet werden kann. Ein Nachteil dieser ersten Topologie besteht jedoch darin, dass die Elektromaschine direkt an die zweite Batterie, also ohne Gleichspannungswandler dazwischen, gekoppelt ist. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dennoch die Spannung bzw. Spannungslage an der Elektromaschine variiert werden, um den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebssystems insgesamt, insbesondere den Wirkungsgrad der Elektromaschine, zu erhöhen.The advantage of the first topology is that the second battery does not require a further DC-DC converter, so that this DC-DC converter can be saved in the drive system compared to a topology with a second DC-DC converter, also referred to herein as the second topology, and the motor vehicle is more cost-effective. can be formed more easily and with weight savings. A disadvantage of this first topology, however, is that the electric machine is coupled directly to the second battery, ie without a DC voltage converter in between. However, the voltage or voltage level at the electric machine can be varied by means of the method according to the invention in order to increase the overall efficiency of the electric drive system, in particular the efficiency of the electric machine.

In dem ersten Schritt des Verfahrens wird hierzu eine aktuelle oder voraussichtliche Last der Elektromaschine ermittelt. Eine voraussichtliche Last kann prädiktiv bzw. durch Prädiktion ermittelt werden. Durch die Prädiktion kann ermittelt werden, ob in nachfolgenden Betriebssituationen des elektrischen Antriebssystems bzw. Kraftfahrzeugs eher ein hochlastiger Betrieb anstehet (z. B. bei einer Autobahnfahrt) oder ein niedriglastiger Betrieb ansteht (z. B. im Stadtverkehr). Für die Prädiktion können entsprechend beispielsweise Navigationsdaten, Aufzeichnungen eines oder mehrerer Fahrprofile oder dergleichen verwendet werden.In the first step of the method, a current or probable load on the electric machine is determined for this purpose. An expected load can be determined predictively or by prediction. The prediction can be used to determine whether, in subsequent operating situations of the electric drive system or motor vehicle, high-load operation is more likely (e.g. when driving on the freeway) or low-load operation is more likely (e.g. in city traffic). Accordingly, for example, navigation data, recordings of one or more driving profiles or the like can be used for the prediction.

In dem zweiten Schritt des Verfahrens wird schließlich der Ladezustand der zweiten Batterie, welche direkt mit der Elektromaschine gekoppelt ist, verändert. Dies erfolgt dadurch, dass Energie zwischen der ersten Batterie und der zweiten Batterie umgeladen wird. Dies wiederum erfolgt in Abhängigkeit von der zuvor ermittelten Last der Elektromaschine und hat zum Ergebnis, dass die Spannungslage an die aktuelle oder voraussichtliche Last angepasst bzw. verändert werden kann, um den Wirkungsgrad des elektrischen Antriebssystems möglichst hoch zu halten.Finally, in the second step of the method, the state of charge of the second battery, which is directly coupled to the electric machine, is changed. This is done by recharging energy between the first battery and the second battery. This in turn takes place as a function of the previously determined load of the electric machine and has the result that the voltage level can be adapted or changed to the current or anticipated load in order to keep the efficiency of the electric drive system as high as possible.

Der Ladezustand wird im Englischen auch als State of Charge (kurz: SoC) bezeichnet. Der Ladezustand bzw. SoC kennzeichnet die noch verfügbare Kapazität bzw. Energie einer Batterie im Verhältnis zum Nominalwert. Wenn vorliegend von Batterien gesprochen wird, sind dabei selbstverständlich wiederaufladbare Batterien bzw. Akkumulatoren gemeint.The state of charge is also referred to in English as the State of Charge (abbreviated: SoC). The state of charge or SoC characterizes the still available capacity or energy of a battery in relation to the nominal value. If batteries are mentioned here, rechargeable batteries or accumulators are of course meant.

Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Ladezustand der zweiten Batterie bei niedriger Last abgesenkt wird und/oder der Ladezustand der zweiten Batterie bei hoher Last angehoben wird. Mit anderen Worten kann bei dem bereits erwähnten niedriglasten Betrieb der Ladezustand aktuell oder prädiktiv abgesenkt werden, um die Spannung gering zu halten, und bei dem bereits erwähnten hochlastigen Betrieb aktuell oder prädiktiv angehoben werden, um die Spannung hoch zu bringen, sodass jeweils die Spannung an die Last der Elektromaschine angepasst werden kann, sodass der Wirkungsgrad der Elektromaschine hochgehalten wird. In particular, it can be provided that the state of charge of the second battery is lowered when the load is low and/or the state of charge of the second battery is raised when the load is high. In other words, in the already mentioned low-load operation, the state of charge can be actually or predictively lowered in order to keep the voltage low, and in the already mentioned high-load operation it can be actually or predictively increased in order to bring the voltage up, so that the voltage in each case the load of the electric machine can be adjusted so that the efficiency of the electric machine is kept high.

Durch diese Art der Variierung der Spannungslage ist eine eher langfristige Beeinflussung der Spannungslage an der Elektromaschine möglich. Demgegenüber ist auch eine kurzfristige Beeinflussung der Spannungslage an der Elektromaschine möglich, die im Folgenden näher beschrieben wird und zusätzlich oder alternativ zu der langfristigen Beeinflussung ausgeführt werden kann.By varying the voltage level in this way, it is possible to influence the voltage level on the electric machine for a longer period of time. In contrast, a short-term influencing of the voltage level at the electric machine is possible, which is described in more detail below and can be carried out in addition or as an alternative to the long-term influencing.

Hierfür kann vorgesehen werden, dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte aufweist:

  • - Ermitteln einer aktuellen oder voraussichtlichen Spannung der zweiten Batterie für die ermittelte (aktuelle oder voraussichtliche) Last der Elektromaschine,
  • - Ermitteln einer wirkungsgradoptimalen Spannung der Elektromaschine für die ermittelte (aktuelle oder voraussichtliche) Last, und
  • - Verändern der Spannung der zweiten Batterie mittels Umladens von Energie zwischen der ersten Batterie und der zweiten Batterie in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen oder voraussichtlichen Spannung und der ermittelten betriebsoptimierten Spannung.
For this purpose, it can be provided that the method also has the following steps:
  • - Determining a current or expected voltage of the second battery for the determined (current or expected) load of the electric machine,
  • - Determining an efficiency-optimal voltage of the electric machine for the determined (current or expected) load, and
  • - Changing the voltage of the second battery by recharging energy between the first battery and the second battery depending on the determined current or expected voltage and the determined operation-optimized voltage.

Folglich kann insgesamt ein Verfahren bereitgestellt werden, bei dem das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

  • - Ermitteln einer aktuellen oder voraussichtlichen Last der Elektromaschine, und
  • - Ermitteln einer aktuellen oder voraussichtlichen Spannung der zweiten Batterie für die ermittelte (aktuelle oder voraussichtliche) Last der Elektromaschine,
  • - Ermitteln einer wirkungsgradoptimalen Spannung der Elektromaschine für die ermittelte (aktuelle oder voraussichtliche) Last, und
  • - Verändern der Spannung der zweiten Batterie mittels Umladens von Energie zwischen der ersten Batterie und der zweiten Batterie in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen oder voraussichtlichen Spannung und der ermittelten betriebsoptimierten Spannung.
Consequently, a method can be provided overall, in which the method has the following steps:
  • - determining a current or expected load of the electric machine, and
  • - Determining a current or expected voltage of the second battery for the determined (current or expected) load of the electric machine,
  • - Determining an efficiency-optimal voltage of the electric machine for the determined (current or expected) load, and
  • - Changing the voltage of the second battery by recharging energy between the first battery and the second battery depending on the determined current or expected voltage and the determined operation-optimized voltage.

Dabei wird in dem letztgenannten Schritt ebenfalls der Ladezustand der zweiten Batterie durch Umladen von Energie verändert, wobei dieser Schritt von den ermittelten Spannungen abhängig ist, die wiederum von der ermittelten Last abhängen, sodass auch bei dem letztgenannten Schritt das Verändern des Ladezustands in Abhängig von der zuvor ermittelten Last der Elektromaschine erfolgt.In the last-mentioned step, the state of charge of the second battery is also changed by recharging energy, this step being dependent on the voltages determined, which in turn depend on the load determined, so that the state of charge is also changed in the latter step as a function of the previously determined load of the electric machine takes place.

Weil die zweite Batterie und die Elektromaschine direkt miteinander gekoppelt sind, entspricht die an der zweiten Batterie anliegende Spannung der an der Elektromaschine anliegenden Spannung. Im Allgemeinen sinkt die Spannung an einer Batterie unter Belastung ab. Wird z. B. von der Elektromaschine eine hohe Last gefordert, wird aus der zweiten Batterie ein hoher Strom entnommen, wodurch die Spannung an der zweiten Batterie sinkt, womit auch die Spannung an der Elektromaschine sinkt. Dies ist kontraproduktiv zum Wirkungsgrad der Elektromaschine. Wirkungsgradoptimal bedeutet dabei, dass der Betrieb auf einen optimalen Wirkungsgrad ausgerichtet wird. Durch das Ermitteln sowohl der aktuellen oder voraussichtlichen Spannung als auch der wirkungsgradoptimalen Spannung sowie das Verändern der Spannung der zweiten Batterie (welche bei der ersten Topologie der Spannung der Elektromaschine entspricht, wie erläutert worden ist) mittels des Umladens der Energie lässt sich allerdings der Wirkungsgrad der Elektromaschine und damit des elektrischen Antriebssystems optimieren. Die wirkungsgradoptimale Spannung kann teilweise oder in Gänze analog zu dem später beschriebenen zweiten Verfahren bestimmt werden. Die Last der Elektromaschine kann prognostiziert werden und zu diesem prognostizierten Lastpunkt kann die Spannung an der zweiten Batterie ermittelt oder prognostiziert werden. Dabei ist die Spannung der zweiten Batterie eine Funktion des Ladezustands und des Stroms durch die zweite Batterie. Der Strom der Elektromaschine ist dabei die Summe aus dem Strom der zweiten Batterie und dem Strom, welcher von dem Gleichspannungswandler aus der ersten Batterie in das vorliegende Netz der Elektromaschine, auch als Traktionsnetz bezeichnet, geladen wird. Die wirkungsgradoptimale Spannung ist die Spannungslage, welche idealerweise an den Klemmen der Elektromaschine anliegen sollte.Because the second battery and the electric machine are coupled directly to one another, the voltage present at the second battery corresponds to the voltage present at the electric machine. In general, the voltage across a battery will drop under load. If e.g. B. required by the electric machine a high load, a high current is drawn from the second battery, causing the voltage across the second battery decreases, which also reduces the voltage across the electric machine. This is counterproductive to the efficiency of the electric machine. Optimum efficiency means that operation is aimed at optimum efficiency is judged. By determining both the current or expected voltage and the efficiency-optimal voltage and changing the voltage of the second battery (which corresponds to the voltage of the electric machine in the first topology, as has been explained) by means of reloading the energy, however, the efficiency of the Optimize the electric machine and thus the electric drive system. The efficiency-optimal voltage can be determined in part or in its entirety analogously to the second method described later. The load of the electric machine can be predicted and the voltage at the second battery can be determined or predicted at this predicted load point. The voltage of the second battery is a function of the state of charge and the current through the second battery. The current of the electric machine is the sum of the current of the second battery and the current which is charged by the DC-DC converter from the first battery into the existing network of the electric machine, also referred to as the traction network. The optimum efficiency voltage is the voltage level that should ideally be present at the terminals of the electric machine.

Dabei kann vorgesehen sein, dass die Spannung der zweiten Batterie abgesenkt wird, wenn die aktuelle oder voraussichtliche Spannung höher als die betriebsoptimierte Spannung ist, und/oder die Spannung der zweiten Batterie angehoben wird, wenn die aktuelle oder voraussichtlich Spannung geringer als die betriebsoptimierte Spannung ist. Wird beispielsweise ermittelt, dass die Spannung an der zweiten Batterie angehoben werden soll, dann kann durch den Gleichspannungswandler Energie von der ersten Batterie in Richtung der zweiten Batterie geladen werden. Tatsächlich muss die Energie beim Laden von der ersten Batterie in Richtung der zweiten Batterie nicht zwingend in der anderen Batterie ankommen bzw. die zweite Batterie auch laden. Es kann durchaus vorkommen, dass zwar Energie umgeladen wird, welche aber bereits von der Elektromaschine in mechanische Energie oder von anderen Verbrauchern gewandelt wird. Auf das Umladen hin sinkt der Stromfluss aus der zweiten Batterie, der sich aus der Differenz des Stroms an der Elektromaschine und des Stroms an dem Gleichspannungswandler ergibt, was wiederum zu einem Spannungsanstieg führt. Umgekehrt kann die Spannung der zweiten Batterie zusätzlich abgesenkt werden, wenn ein zusätzlicher Stromfluss aus der zweiten Batterie über den Gleichspannungswandler in Richtung der ersten Batterie geladen wird.It can be provided that the voltage of the second battery is lowered when the current or anticipated voltage is higher than the operationally optimized voltage, and/or the voltage of the second battery is increased when the current or anticipated voltage is lower than the operationally optimized voltage . If, for example, it is determined that the voltage at the second battery should be increased, then energy can be charged from the first battery in the direction of the second battery by the DC-DC converter. In fact, when charging from the first battery in the direction of the second battery, the energy does not necessarily have to arrive in the other battery or also charge the second battery. It can certainly happen that energy is reloaded, but which is already being converted into mechanical energy by the electric machine or by other consumers. The flow of current from the second battery, which results from the difference between the current at the electric machine and the current at the DC-DC converter, decreases as a result of the recharging, which in turn leads to an increase in voltage. Conversely, the voltage of the second battery can also be lowered if an additional flow of current from the second battery is charged via the DC-DC converter in the direction of the first battery.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die eingangs erwähnte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Variieren der Spannungslage an einer Elektromaschine eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, welches die Elektromaschine, eine erste Batterie, eine zweite Batterie, einen ersten und einen zweiten Gleichspannungswandler umfasst, wobei das elektrische Antriebssystem eine zweite Topologie aufweist, bei der die erste Batterie mittels des ersten Gleichspannungswandlers mit der Elektromaschine gekoppelt ist und die zweite Batterie mittels des zweiten Gleichspannungswandlers mit der Elektromaschine gekoppelt ist, und wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

  • - Ermitteln eines aktuellen Betriebspunktes der Elektromaschine mit Eingangsparametern der Elektromaschine,
  • - Ermitteln einer wirkungsgradoptimalen Spannung für die Elektromaschine und für zumindest einen der beiden Gleichspannungswandler, insbesondere zumindest des zweiten Gleichspannungswandlers, anhand von Kennfeldern der Elektromaschine und zumindest einem der beiden Gleichspannungswandler, insbesondere zumindest dem zweiten Gleichspannungswandler, und
  • - Einstellen der zuvor ermittelten wirkungsgradoptimalen Spannung an der Elektromaschine mittels Steuerns zumindest eines der beiden Gleichspannungswandler, insbesondere zumindest des zweiten Gleichspannungswandlers.
According to a second aspect of the invention, the object mentioned at the outset is achieved by a method for varying the voltage level in an electric machine of an electric drive system of a motor vehicle, which comprises the electric machine, a first battery, a second battery, a first and a second DC-DC converter, the The electric drive system has a second topology, in which the first battery is coupled to the electric machine by means of the first DC/DC converter and the second battery is coupled to the electric machine by means of the second DC/DC converter, and the method has the steps:
  • - Determination of a current operating point of the electric machine with input parameters of the electric machine,
  • - Determination of an efficiency-optimal voltage for the electric machine and for at least one of the two DC converters, in particular at least the second DC converter, based on characteristic diagrams of the electric machine and at least one of the two DC converters, in particular at least the second DC converter, and
  • - Adjusting the previously determined efficiency-optimal voltage on the electric machine by controlling at least one of the two DC converters, in particular at least the second DC converter.

Das zweite Verfahren löst dieselbe Aufgabe der Wirkungsgradoptimierung des elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, geht jedoch von einer anderen Topologie des Antriebssystems aus, die hierin als zweite Topologie bezeichnet wird, während die Topologie des ersten Verfahrens als erste Topologie bezeichnet wird. Dadurch unterscheiden sich die Schritte der Verfahren voneinander, weil bei dem ersten Verfahren eine Spannungsvariation durch eine Ladezustandsveränderung bewirkt wird und bei dem zweiten Verfahren eine Spannungsvariation mittels des zusätzlichen Gleichspannungswandlers möglich ist. Der zusätzlich Gleichspannungswandler bei der zweiten Topologie erhöht zwar die Kosten des Antriebssystems, ermöglicht jedoch auch eine höhere Betriebsflexibilität.The second method solves the same task of optimizing the efficiency of the electric drive system of a motor vehicle, but assumes a different topology of the drive system, which is referred to herein as the second topology, while the topology of the first method is referred to as the first topology. As a result, the steps of the method differ from one another because in the first method a voltage variation is caused by a change in the state of charge and in the second method a voltage variation is possible by means of the additional DC voltage converter. The additional DC-DC converter in the second topology increases the cost of the drive system, but also allows for greater operational flexibility.

In dem ersten Schritt des zweiten Verfahrens wird der aktuelle Betriebspunkt der Elektromaschine ermittelt. Hierfür werden die Eingangsparameter, insbesondere Drehzahl und Drehmoment, ermittelt. Die Eingangsparameter der Elektromaschine werden dabei u.a. durch die aktuelle Fahrgeschwindigkeit und den Fahrerwunsch bestimmt.In the first step of the second method, the current operating point of the electric machine is determined. For this purpose, the input parameters, in particular speed and torque, are determined. The input parameters of the electric machine are determined by the current driving speed and the driver's request, among other things.

In dem zweiten Schritt des zweiten Verfahrens wird die wirkungsgradoptimale Spannung für die Elektromaschine und für zumindest einen der beiden Gleichspannungswandler, insbesondere zumindest für den zweiten Gleichspannungswandler, anhand von Kennfeldern der Elektromaschine und zumindest einem der beiden Gleichspannungswandler, insbesondere zumindest dem zweiten Gleichspannungswandler, ermittelt. Möglichkeiten der Ermittlung der wirkungsgradoptimalen Spannung werden im Folgenden detailliert erörtert.In the second step of the second method, the efficiency-optimal voltage for the electric machine and for at least one of the two DC-DC converters, in particular at least for the second DC-DC converter, based on characteristic diagrams of the electric machine and at least one of the two DC converters, in particular at least the second DC converter. Possibilities of determining the optimum efficiency voltage are discussed in detail below.

Schließlich wird in dem dritten Schritt die zuvor ermittelte wirkungsgradoptimale Spannung an der Elektromaschine mittels Steuerns zumindest eines der beiden Gleichspannungswandler, insbesondere zumindest des zweiten Gleichspannungswandlers, eingestellt, um den Wirkungsgrad zu optimieren. Dabei kann ein Steuersystem des Antriebssystems, etwa in Form einer Steuereinheit, zum Einsatz kommen. Das Steuersystem kann auch die anderen beiden Schritte übernehmen. Gleichermaßen kann auch ein Steuersystem beim ersten Verfahren zum Einsatz kommen.Finally, in the third step, the previously determined efficiency-optimal voltage on the electric machine is set by controlling at least one of the two DC-DC converters, in particular at least the second DC-DC converter, in order to optimize the efficiency. A control system of the drive system, for example in the form of a control unit, can be used here. The control system can also take over the other two steps. Likewise, a control system can also be used in the first method.

Es kann vorgesehen sein, dass das Ermitteln der wirkungsgradoptimalen Spannung umfasst, dass aus einer Vielzahl von vordefinierten Kennfeldern der Elektromaschine ein wirkungsgradoptimales Kennfeld der Elektromaschine ausgewählt wird, bei dem der aktuelle Betriebspunkt der Elektromaschine einen optimalen Wirkungsgrad aufweist. Bei den vordefinierten Kennfeldern kann es sich dabei um solche handeln, die vorab am Prüfstand definiert worden sind. Auch kann der Wirkungsgrad aktuell anhand der Systemparameter in Abhängigkeit von Spannung, Drehzahl und Drehmoment ermittelt werden. Aus diesen Daten kann ein neues Wirkungsgrad-Kennfeld ermittelt werden, was dann als ein weiteres vordefiniertes Kennfeld zur Verfügung gestellt werden kann, um ggf. ausgewählt zu werden. Die Kennfelder bilden dabei für verschiedene Spannungen den Verlauf des Drehmoments über der Drehzahl ab.It can be provided that the determination of the efficiency-optimal voltage includes that an efficiency-optimal characteristic map of the electric machine is selected from a large number of predefined characteristic diagrams of the electric machine, at which the current operating point of the electric machine has an optimum efficiency. The predefined maps can be those that have been defined in advance on the test bench. The current efficiency can also be determined using the system parameters as a function of voltage, speed and torque. A new efficiency map can be determined from this data, which can then be made available as a further predefined map to be selected if necessary. The characteristic diagrams depict the progression of the torque over the speed for different voltages.

Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass das Ermitteln der wirkungsgradoptimalen Spannung für die Elektromaschine und für zumindest einen der beiden Gleichspannungswandler umfasst, dass für das wirkungsgradoptimale Kennfeld der Elektromaschine der Wirkungsgrad zumindest eines der beiden Gleichspannungswandler, insbesondere zumindest des zweiten Gleichspannungswandlers, ermittelt wird. Im Anschluss kann validiert werden, ob das Einstellen der zuvor ermittelten wirkungsgradoptimalen Spannung an der Elektromaschine zu einer Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads für die Elektromaschine und zumindest einen der beiden Gleichspannungswandler, insbesondere zumindest des zweiten Gleichspannungswandlers, führt. So kann sichergestellt werden, dass eine Spannungsvariation nur dann vorgenommen wird, wenn der Gesamtwirkungsgrad des Antriebssystems erhöht werden kann. Anderenfalls kann die Spannungsvariation unterbleiben oder beispielsweise durch Iteration auf einen Wert verändert werden, welcher ggf. zu einer Optimierung des Gesamtwirkungsgrades führt.It can also be provided that the determination of the efficiency-optimal voltage for the electric machine and for at least one of the two DC-DC converters includes determining the efficiency of at least one of the two DC-DC converters, in particular at least the second DC-DC converter, for the efficiency-optimal characteristic map of the electric machine. It can then be validated whether setting the previously determined efficiency-optimal voltage on the electric machine leads to an increase in the overall efficiency for the electric machine and at least one of the two DC-DC converters, in particular at least the second DC-DC converter. This ensures that the voltage is only varied if the overall efficiency of the drive system can be increased. Otherwise, the voltage variation can be omitted or changed, for example by iteration, to a value that possibly leads to an optimization of the overall efficiency.

Alternativ kann vorgesehen werden, dass das Ermitteln einer wirkungsgradoptimalen Spannung umfasst, dass für den aktuellen Betriebspunkt der Elektromaschine je eine Kennlinie der Elektromaschine und zumindest einer der beiden Gleichspannungswandler, insbesondere zumindest des zweiten Gleichspannungswandlers, ermittelt wird und aus beiden Kennlinien die wirkungsgradoptimale Spannung ermittelt wird. Das bedeutet insbesondere, dass aus einer Vielzahl an, insbesondere vordefinierten, Kennfeldern der Elektromaschine zu einem gewünschten Betriebspunkt eine Kennlinie ermittelt wird. Aus, insbesondere vordefinierten, Kennlinien zumindest eines der beiden Gleichspannungswandler, insbesondere zumindest des zweiten Gleichspannungswandlers, wird dann eine Kennlinie des jeweiligen Gleichspannungswandlers ermittelt. Aus diesen Kennlinien wird dann das Gesamtoptimum ermittelt.Alternatively, it can be provided that the determination of an efficiency-optimal voltage includes that for the current operating point of the electric machine, a characteristic curve of the electric machine and at least one of the two DC-DC converters, in particular at least the second DC-DC converter, is determined and the efficiency-optimal voltage is determined from both characteristic curves. This means in particular that a characteristic curve is determined from a large number of, in particular predefined, characteristic diagrams of the electric machine at a desired operating point. A characteristic of the respective DC-DC converter is then determined from, in particular, predefined, characteristics of at least one of the two DC-DC converters, in particular at least of the second DC-DC converter. The overall optimum is then determined from these characteristic curves.

Generell muss die hier beschriebe Spannungsvariation dabei nicht sprunghaft durchgeführt werden. Vorteilhafterweise kann die Variation kontinuierlich, z. B. durch eine lineare Rampe verändert werden. So kann die Wirkungsgradoptimierung kontinuierlich überwacht und verbessert werden.In general, the voltage variation described here does not have to be carried out in leaps and bounds. Advantageously, the variation can be continuous, e.g. B. be changed by a linear ramp. In this way, efficiency optimization can be continuously monitored and improved.

Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass beide Gleichspannungswandler direkt mit der Elektromaschine gekoppelt sind oder nur eine der beiden Gleichspannungswandler direkt mit der Elektromaschine gekoppelt ist, wobei die zweite Batterie mit beiden Gleichspannungswandlern direkt gekoppelt ist. Die als erstes erwähnte Variante dieser zweiten Topologie ermöglicht eine freie Wahl der Spannungslage an der Elektromaschine. Ggf. können auch Wirkungsgrad- und Leistungsvorteile gegenüber der ersten Topologie erzielt werden. Dabei muss die Leistungsfähigkeit der Gleichspannungswandler der jeweiligen Batterie entsprechen. Nachteilig ist die Verlustleistung bei jeglicher Energienutzung. Bei der als zweites genannten Variante ist ebenfalls eine freie Wahl der Spannungslage an der Elektromaschine möglich. Ggf. können ebenfalls Wirkungsgrad- und Leistungsvorteile gegenüber der ersten Topologie erzielt werden. Allerdings kommt es zu einer doppelten Verlustleistung der Energie der ersten Batterie und die Leistungsfähigkeit des zweiten Gleichspannungswandlers muss der Leistung der Elektromaschine entsprechen.In principle, it can be provided that both DC voltage converters are directly coupled to the electric machine or only one of the two DC voltage converters is directly coupled to the electric machine, with the second battery being directly coupled to both DC voltage converters. The variant of this second topology mentioned first allows the voltage level on the electric machine to be freely selected. If necessary, efficiency and performance advantages can also be achieved compared to the first topology. The performance of the DC-DC converter must correspond to the respective battery. A disadvantage is the power loss with any energy use. In the second variant mentioned, a free choice of the voltage level on the electric machine is also possible. If necessary, efficiency and performance advantages can also be achieved compared to the first topology. However, the energy loss of the first battery is doubled and the performance of the second DC voltage converter must correspond to the performance of the electric machine.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein elektrisches Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs, welches eine Elektromaschine, eine erste Batterie, eine zweite Batterie und zumindest einen Gleichspannungswandler aufweist, wobei das elektrische Antriebssystem ferner ein Steuersystem aufweist, welches zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung oder des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung eingerichtet ist.According to a third aspect of the invention, the object mentioned is achieved by an electric drive system of a motor vehicle, which has an electric machine, a first battery, a second battery and at least one DC-DC converter, the elec ric drive system further comprises a control system which is set up to carry out the method according to the first aspect of the invention or the method according to the second aspect of the invention.

Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung gemäß von Ausführungsbeispielen nachfolgend näher erläutert. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder der Figur hervorgehenden Merkmale, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, können sowohl für sich als auch in den beliebigen verschiedenen Kombinationen erfindungswesentlich sein. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer ersten Topologie eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs;
  • 2 eine schematische Darstellung einer ersten Variante einer zweiten Topologie eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs;
  • 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Variante einer zweiten Topologie eines elektrischen Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs;
  • 4 eine schematische Darstellung eines ersten Verfahrens für das elektrische Antriebssystem der 1; und
  • 5 eine schematische Darstellung eines zweiten Verfahrens für das elektrische Antriebssystem der 2 und 3.
The invention is explained in more detail below based on exemplary embodiments with reference to the attached drawings. All of the features resulting from the claims, the description or the figure, including structural details, can be essential to the invention both on their own and in any various combinations. Show it:
  • 1 a schematic representation of a first topology of an electric drive system of a motor vehicle;
  • 2 a schematic representation of a first variant of a second topology of an electric drive system of a motor vehicle;
  • 3 a schematic representation of a second variant of a second topology of an electric drive system of a motor vehicle;
  • 4 a schematic representation of a first method for the electric drive system of 1 ; and
  • 5 a schematic representation of a second method for the electric drive system of 2 and 3 .

Gleichartige oder identische Elemente sind in den 1 bis 5 mit denselben Bezugszeichen versehen.Similar or identical elements are in the 1 until 5 provided with the same reference numbers.

1 zeigt ein elektrisches Antriebssystem 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches für ein Kraftfahrzeug (nicht gezeigt) eingerichtet ist oder in einem solchen verbaut ist. 1 shows an electric drive system 1 according to an exemplary embodiment of the invention, which is set up for a motor vehicle (not shown) or is installed in one.

Das elektrische Antriebssystem 1 aus 1 ist gemäß einer ersten Topologie ausgeführt. Es weist eine Elektromaschine 2, zwei Batterien 3, 4 und einen einzigen Gleichspannungswandler 5 auf. Die erste Batterie 3 ist mittels des Gleichspannungswandlers 5 mit der Elektromaschine 2 gekoppelt. Die zweite Batterie 4 hingegen ist direkt, das heißt ohne Gleichspannungswandler dazwischen, mit der Elektromaschine 2 gekoppelt.The electric drive system 1 off 1 is implemented according to a first topology. It has an electric machine 2, two batteries 3, 4 and a single DC-DC converter 5. The first battery 3 is coupled to the electric machine 2 by means of the DC voltage converter 5 . The second battery 4, on the other hand, is coupled directly to the electric machine 2, that is to say without a DC/DC converter in between.

Die 2 und 3 zeigen eine alternative Topologie eines elektrischen Antriebssystems 1 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese zweite Topologie weist gegenüber der ersten Topologie einen weiteren Gleichspannungswandler 6 auf, welcher auch als zweiter Gleichspannungswandler 6 bezeichnet wird, wobei der andere Gleichspannungswandler 5 in der zweiten Topologie auch als erster Gleichspannungswandler 5 bezeichnet wird.The 2 and 3 show an alternative topology of an electric drive system 1 according to a further embodiment of the invention. Compared to the first topology, this second topology has a further DC-DC converter 6 , which is also referred to as the second DC-DC converter 6 , the other DC-DC converter 5 in the second topology also being referred to as the first DC-DC converter 5 .

In der ersten Variante der zweiten Topologie aus 2 befindet sich die zweite Batterie 4 zwischen den beiden Gleichspannungswandlern 5, 6. Außerdem ist die Elektromaschine 2 hinter beiden Gleichspannungswandlern 5, 6 und beiden Batterien 3, 4 geschaltet.In the first variant of the second topology off 2 the second battery 4 is located between the two DC converters 5, 6. In addition, the electric machine 2 is connected behind the two DC converters 5, 6 and the two batteries 3, 4.

In der zweiten Variante der zweiten Topologie aus 3 befindet sich die Elektromaschine 2 zwischen den beiden Gleichspannungswandlern 5, 6 und den beiden Batterien 3, 4. Jede der Batterien 3, 4 ist jeweils über einen der beiden Gleichspannungswandler 5, 6 mit der Elektromaschine 2 gekoppelt.In the second variant of the second topology off 3 the electric machine 2 is located between the two DC converters 5, 6 and the two batteries 3, 4. Each of the batteries 3, 4 is coupled to the electric machine 2 via one of the two DC converters 5, 6.

4 zeigt rein schematisch ein erstes Verfahren 7 zum Variieren der Spannungslage an der Elektromaschine 2 des Antriebssystems 1 gemäß der ersten Topologie und aus 1 anhand von schematisch abgebildeten Verfahrensschritten 8, 9. 4 shows purely schematically a first method 7 for varying the voltage level at the electric machine 2 of the drive system 1 according to the first topology and FIG 1 based on process steps 8, 9 shown schematically.

In dem ersten Verfahrensschritt 8 wird dabei eine aktuelle oder voraussichtliche Last der Elektromaschine 2 ermittelt. Der Verfahrensschritt 8 kann entsprechend dazu dienen, eine langfristige Prognose zu ermitteln und eine prädizierte Leistungsanforderung der Elektromaschine 2 zu erkennen bzw. abzudecken. Ist beispielsweise langfristig absehbar, dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs auf der Autobahn schnell fahren will, dann wird vorab der SOC der zweiten Batterie 4 frühzeitig erhöht (was durch eine Ladeleistung in die zweite Batterie 4 aus der ersten Batterie 3 erreicht wird). Auf kurzfristige Leistungsanforderungen kann aber auch kurzfristig durch Variation der Ladeleistung reagiert werden. Unabhängig vom oben aufgeführten, kann durch eine Erhöhung der Ladeleistung die Spannung an der zweiten Batterie 4 auch kurzfristig erhöht werden. Dies kann auch dann erfolgen, wenn langfristig eine Entladung der zweiten Batterie 4 nach dem oben aufgeführten Verfahrensschritt gefordert ist. Das heißt, dass beide Verfahrensschritte parallel die Ladeleistung regeln. Eine Priorisierung zwischen kurzfristiger und langfristiger Anforderung ist möglich, z. B. kurzfristiger Anforderung vor langfristiger Anforderung.In the first method step 8, a current or probable load of the electric machine 2 is determined. Method step 8 can accordingly serve to determine a long-term prognosis and to identify or cover a predicted power requirement of electric machine 2 . For example, if it is foreseeable in the long term that the driver of the motor vehicle will want to drive fast on the freeway, then the SOC of the second battery 4 is increased early (which is achieved by charging the second battery 4 from the first battery 3). However, short-term performance requirements can also be reacted to in the short term by varying the charging power. Irrespective of what is stated above, the voltage at the second battery 4 can also be increased for a short time by increasing the charging power. This can also be done if long-term discharge of the second battery 4 is required after the method step listed above. This means that both process steps regulate the charging power in parallel. A prioritization between short-term and long-term requirements is possible, e.g. B. short-term requirement before long-term requirement.

Nun kann in einem nicht explizit gezeigten Verfahrensschritt ein Ermitteln einer wirkungsgradoptimalen Spannung für die Elektromaschine 2 und für den Gleichspannungswandler 5 anhand von Kennfeldern der Elektromaschine 2 und dem Gleichspannungswandler 5 erfolgen.In a method step that is not explicitly shown, an efficiency-optimal voltage for the electric machine 2 and for the DC-DC converter 5 can now be determined using characteristic diagrams of the electric machine 2 and the DC-DC converter 5 .

In einem weiteren, wiederum explizit gezeigten, Verfahrensschritt 9 wird der Ladezustand der zweiten Batterie 4 mittels Umladens von Energie zwischen der ersten Batterie 3 und der zweiten Batterie 4 in Abhängigkeit von der zuvor ermittelten Last der Elektromaschine 2 verändert.In a further method step 9, again shown explicitly, the state of charge of the second battery 4 is determined by recharging energy between the first battery 3 and the second battery 4 changed depending on the previously determined load of the electric machine 2.

Bei niedriger Last der Elektromaschine 2 kann so der Ladezustand der zweiten Batterie 4 abgesenkt werden. Dies hat zur Folge, dass die Spannung sinkt und entsprechend auf ein Niveau gebracht werden kann, bei der sie dem niedrigsten Lastniveau entspricht. Wiederum kann der Ladestand der zweiten Batterie 4 aber auch bei hoher Last erhöht werden. Wenn also eine hohe Last gefordert ist oder gefordert werden sollte, was prädiktiv erkannt werden kann, dann kann der Ladezustand erhöht werden, wodurch wiederum die Spannung an der zweiten Batterie 4 und der Elektromaschine 2 steigt und die hohen Lasten möglich sind.When the load on the electric machine 2 is low, the state of charge of the second battery 4 can thus be lowered. As a result, the voltage drops and can accordingly be brought to a level at which it corresponds to the lowest load level. Again, the state of charge of the second battery 4 can also be increased when the load is high. So if a high load is or should be required, which can be detected predictively, then the state of charge can be increased, which in turn increases the voltage at the second battery 4 and the electric machine 2 and the high loads are possible.

Möglich ist aber auch, was hier schematisch nicht gezeigt ist, dass das Verfahren 7 die weiteren Schritte eines Ermittelns einer aktuellen oder voraussichtlichen Spannung der zweiten Batterie 4 für die ermittelte Last der Elektromaschine 2 und ein Ermitteln einer wirkungsgradoptimalen Spannung der Elektromaschine 2 für die ermittelte Last aufweist. Dann kann der zweite Verfahrensschritt 9 darin bestehen, dass die Spannung der zweiten Batterie 4 mittels Umladens von Energie zwischen der ersten Batterie 3 und der zweiten Batterie 4 in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen oder voraussichtlichen Spannung und der ermittelten betriebsoptimierten Spannung verändert wird.However, it is also possible, which is not shown schematically here, for the method 7 to carry out the further steps of determining a current or expected voltage of the second battery 4 for the determined load of the electric machine 2 and determining an efficiency-optimal voltage of the electric machine 2 for the determined load having. The second method step 9 can then consist in changing the voltage of the second battery 4 by recharging energy between the first battery 3 and the second battery 4 depending on the determined current or expected voltage and the determined operation-optimized voltage.

5 zeigt rein schematisch ein zweites Verfahren 10 zum Variieren der Spannungslage an der Elektromaschine 2 des Antriebssystems 1 gemäß der zweiten Topologie und aus 2 oder 3 anhand von schematisch abgebildeten Verfahrensschritten 11, 12, 13. 5 shows purely schematically a second method 10 for varying the voltage level at the electric machine 2 of the drive system 1 according to the second topology and FIG 2 or 3 based on process steps 11, 12, 13 shown schematically.

In dem ersten Verfahrensschritt 11 des Verfahrens 10 erfolgt ein Ermitteln eines aktuellen Betriebspunktes der Elektromaschine 2 mit Eingangsparametern wie Drehzahl und Drehmoment der Elektromaschine 2 entsprechend des Fahrerwunsches des Kraftfahrzeugs. Der Verfahrensschritt 11 kann im Wesentlichen dem Verfahrensschritt 8 des ersten Verfahrens 7 gleichen.In the first method step 11 of the method 10, a current operating point of the electric machine 2 is determined with input parameters such as speed and torque of the electric machine 2 according to the driver's request for the motor vehicle. The method step 11 can essentially be the same as the method step 8 of the first method 7 .

In dem zweiten Verfahrensschritt 12 des Verfahrens 10 erfolgt ein Ermitteln einer wirkungsgradoptimalen Spannung für die Elektromaschine 2 und für zumindest einen der beiden Gleichspannungswandler 5, 6 anhand von Kennfeldern der Elektromaschine 2 und zumindest einem der beiden Gleichspannungswandler 5, 6.In the second method step 12 of method 10, a voltage with optimal efficiency is determined for electric machine 2 and for at least one of the two DC-DC converters 5, 6 based on characteristic diagrams of electric machine 2 and at least one of the two DC-DC converters 5, 6.

In dem dritten Verfahrensschritt 13 des Verfahrens 10 erfolgt schließlich ein Einstellen der zuvor ermittelten wirkungsgradoptimalen Spannung an der Elektromaschine 2 mittels Steuerns zumindest eines der beiden Gleichspannungswandler 5, 6.Finally, in the third method step 13 of the method 10, the previously determined efficiency-optimal voltage is set at the electric machine 2 by controlling at least one of the two DC-DC converters 5, 6.

Bezugszeichenlistereference list

11
Antriebssystemdrive system
22
Elektromaschineelectric machine
33
erste Batteriefirst battery
44
zweite Batteriesecond battery
55
erster Gleichspannungswandlerfirst DC converter
66
zweiter Gleichspannungswandlersecond DC converter
77
erstes Verfahrenfirst procedure
8, 98, 9
Verfahrensschritteprocess steps
1010
zweites Verfahrensecond procedure
11, 12, 1311, 12, 13
Verfahrensschritteprocess steps

Claims (10)

Verfahren (7) zum Variieren der Spannungslage an einer Elektromaschine (2) eines elektrischen Antriebssystems (1) eines Kraftfahrzeugs, welches die Elektromaschine (2), eine erste Batterie (3), eine zweite Batterie (4) und einen Gleichspannungswandler (5) umfasst, wobei das elektrische Antriebssystem (1) eine erste Topologie aufweist, bei der die erste Batterie (3) mittels des Gleichspannungswandlers (5) mit der Elektromaschine (2) gekoppelt ist und die zweite Batterie (4) direkt mit der Elektromaschine (2) gekoppelt ist, und wobei das Verfahren (7) die Schritte aufweist: - Ermitteln einer aktuellen oder voraussichtlichen Last der Elektromaschine (2), und - Verändern des Ladezustandes der zweiten Batterie (4) mittels Umladens von Energie zwischen der ersten Batterie (3) und der zweiten Batterie (4) in Abhängigkeit von der zuvor ermittelten Last der Elektromaschine (2).Method (7) for varying the voltage level on an electric machine (2) of an electric drive system (1) of a motor vehicle, which comprises the electric machine (2), a first battery (3), a second battery (4) and a DC voltage converter (5). , wherein the electric drive system (1) has a first topology in which the first battery (3) is coupled to the electric machine (2) by means of the DC voltage converter (5) and the second battery (4) is coupled directly to the electric machine (2). and wherein the method (7) comprises the steps of: - Determining a current or expected load of the electric machine (2), and - Changing the state of charge of the second battery (4) by recharging energy between the first battery (3) and the second battery (4) depending on the previously determined load of the electric machine (2). Verfahren (7) nach Anspruch 1, wobei der Ladezustand der zweiten Batterie (4) bei niedriger Last abgesenkt wird und/oder der Ladezustand der zweiten Batterie (4) bei hoher Last angehoben wird.Method (7) according to claim 1 , wherein the state of charge of the second battery (4) is lowered at low load and / or the state of charge of the second battery (4) is raised at high load. Verfahren (7) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren (7) ferner die Schritte aufweist: - Ermitteln einer aktuellen oder voraussichtlichen Spannung der zweiten Batterie (4) für die ermittelte Last der Elektromaschine (2), - Ermitteln einer wirkungsgradoptimalen Spannung der Elektromaschine (2) für die ermittelte Last, und - Verändern der Spannung der zweiten Batterie (4) mittels Umladens von Energie zwischen der ersten Batterie (3) und der zweiten Batterie (4) in Abhängigkeit von der ermittelten aktuellen oder voraussichtlichen Spannung und der ermittelten betriebsoptimierten Spannung.Method (7) according to claim 1 or 2 , wherein the method (7) further comprises the steps: - determining a current or expected voltage of the second battery (4) for the determined load of the electric machine (2), - determining an efficiency-optimal voltage of the electric machine (2) for the determined load, and - changing the voltage of the second battery (4) by recharging energy between the first battery (3) and the second battery (4) depending on the determined current or ahead visible voltage and the determined operation-optimized voltage. Verfahren (7) nach Anspruch 3, wobei die Spannung der zweiten Batterie (4) abgesenkt wird, wenn die aktuelle oder voraussichtliche Spannung höher als die betriebsoptimierte Spannung ist, und/oder die Spannung der zweiten Batterie (4) angehoben wird, wenn die aktuelle oder voraussichtlich Spannung geringer als die betriebsoptimierte Spannung ist.Method (7) according to claim 3 , The voltage of the second battery (4) being lowered when the current or anticipated voltage is higher than the operationally optimized voltage, and/or the voltage of the second battery (4) being raised when the current or anticipated voltage is lower than the operationally optimized tension is. Verfahren (10) zum Variieren der Spannungslage an einer Elektromaschine (2) eines elektrischen Antriebssystems (1) eines Kraftfahrzeugs, welches die Elektromaschine (2), eine erste Batterie (3), eine zweite Batterie (4), einen ersten und einen zweiten Gleichspannungswandler (5, 6) umfasst, wobei das elektrische Antriebssystem (1) eine zweite Topologie aufweist, bei der die erste Batterie (3) mittels des ersten Gleichspannungswandlers (5) mit der Elektromaschine (2) gekoppelt ist und die zweite Batterie (4) mittels des zweiten Gleichspannungswandlers (6) mit der Elektromaschine (2) gekoppelt ist, und wobei das Verfahren (10) die Schritte aufweist: - Ermitteln eines aktuellen Betriebspunktes der Elektromaschine (2) mit Eingangsparametern der Elektromaschine (2), - Ermitteln einer wirkungsgradoptimalen Spannung für die Elektromaschine (2) und für zumindest einen der beiden Gleichspannungswandler (5, 6) anhand von Kennfeldern der Elektromaschine (2) und zumindest einem der beiden Gleichspannungswandler (5, 6), und - Einstellen der zuvor ermittelten wirkungsgradoptimalen Spannung an der Elektromaschine (2) mittels Steuerns zumindest eines der beiden Gleichspannungswandler (5, 6).Method (10) for varying the voltage level on an electric machine (2) of an electric drive system (1) of a motor vehicle, comprising the electric machine (2), a first battery (3), a second battery (4), a first and a second DC voltage converter (5, 6), wherein the electric drive system (1) has a second topology in which the first battery (3) is coupled to the electric machine (2) by means of the first DC voltage converter (5) and the second battery (4) by means of the second DC voltage converter (6) is coupled to the electric machine (2), and wherein the method (10) has the steps: - Determining a current operating point of the electric machine (2) with input parameters of the electric machine (2), - Determination of an efficiency-optimal voltage for the electric machine (2) and for at least one of the two DC converters (5, 6) based on characteristics of the electric machine (2) and at least one of the two DC converters (5, 6), and - Setting the previously determined efficiency-optimal voltage on the electric machine (2) by controlling at least one of the two DC-DC converters (5, 6). Verfahren (10) nach Anspruch 5, wobei das Ermitteln der wirkungsgradoptimalen Spannung umfasst, dass aus einer Vielzahl von vordefinierten Kennfeldern der Elektromaschine (2) ein wirkungsgradoptimales Kennfeld der Elektromaschine (2) ausgewählt wird, bei dem der aktuelle Betriebspunkt der Elektromaschine (2) einen optimalen Wirkungsgrad aufweist.Method (10) according to claim 5 , wherein the determination of the efficiency-optimal voltage comprises that from a large number of predefined characteristic diagrams of the electric machine (2) an efficiency-optimal characteristic diagram of the electric machine (2) is selected, at which the current operating point of the electric machine (2) has an optimum efficiency. Verfahren (10) nach Anspruch 6, wobei das Ermitteln der wirkungsgradoptimalen Spannung für die Elektromaschine (2) und für zumindest einen der beiden Gleichspannungswandler (5, 6) umfasst, dass für das wirkungsgradoptimale Kennfeld der Elektromaschine (2) der Wirkungsgrad zumindest eines der beiden Gleichspannungswandler (5, 6) ermittelt wird und validiert wird, ob das Einstellen der zuvor ermittelten wirkungsgradoptimalen Spannung an der Elektromaschine (2) zu einer Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads für die Elektromaschine (2) und zumindest einen der beiden Gleichspannungswandler (5, 6) führt.Method (10) according to claim 6 , wherein determining the efficiency-optimal voltage for the electric machine (2) and for at least one of the two DC-DC converters (5, 6) includes determining the efficiency of at least one of the two DC-DC converters (5, 6) for the efficiency-optimal characteristic map of the electric machine (2). and it is validated whether the setting of the previously determined efficiency-optimal voltage on the electric machine (2) leads to an increase in the overall efficiency for the electric machine (2) and at least one of the two DC-DC converters (5, 6). Verfahren (10) nach Anspruch 5, wobei das Ermitteln einer wirkungsgradoptimalen Spannung umfasst, dass für den aktuellen Betriebspunkt der Elektromaschine (2) je eine Kennlinie der Elektromaschine (2) und zumindest einer der beiden Gleichspannungswandler (5, 6) ermittelt wird und aus beiden Kennlinien die wirkungsgradoptimale Spannung ermittelt wird.Method (10) according to claim 5 , wherein the determination of an efficiency-optimal voltage comprises that for the current operating point of the electric machine (2) a characteristic curve of the electric machine (2) and at least one of the two DC-DC converters (5, 6) is determined and the efficiency-optimal voltage is determined from both characteristic curves. Verfahren (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei beide Gleichspannungswandler (5, 6) direkt mit der Elektromaschine (2) gekoppelt sind oder nur einer der beiden Gleichspannungswandler (5, 6) direkt mit der Elektromaschine (2) gekoppelt ist, wobei die zweite Batterie (4) mit beiden Gleichspannungswandlern (5, 6) direkt gekoppelt ist.Method (10) according to any one of Claims 5 until 8th , wherein both DC-DC converters (5, 6) are coupled directly to the electric machine (2) or only one of the two DC-DC converters (5, 6) is coupled directly to the electric machine (2), the second battery (4) having both DC-DC converters ( 5, 6) is directly coupled. Elektrisches Antriebssystem (1) eines Kraftfahrzeugs, welches eine Elektromaschine (2), eine erste Batterie (3), eine zweite Batterie (4) und zumindest einen Gleichspannungswandler (5, 6) aufweist, wobei das elektrische Antriebssystem (1) ferner ein Steuersystem aufweist, welches zum Durchführen eines der Verfahren (7, 10) nach einem der voranstehenden Ansprüche eingerichtet ist.Electrical drive system (1) of a motor vehicle, which has an electric machine (2), a first battery (3), a second battery (4) and at least one DC voltage converter (5, 6), the electrical drive system (1) also having a control system , which is set up to carry out one of the methods (7, 10) according to any one of the preceding claims.
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