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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regulieren eines Stromflusses in einem Antriebssystem, eine Vorrichtung, ein Antriebssystem und ein Fahrzeug.
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In elektrischen Antriebssystemen, beispielsweise für Fahrzeuge, können Hochvoltleitungen und Hochvoltanbindungen einerseits als Übertragungselemente zwischen Inverter und E-Maschine und anderseits als Übertragungselemente zwischen Batterie und Inverter dienen. Der Innenleiterstrom in den Hochvoltleitungen beziehungsweise das Verhalten des Inverters sowie der E-Maschine können durch Derating-Funktionen überwacht werden.
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DE 10 2018 006 425 A1 offenbart ein Temperaturbegrenzungssystem für Hochvoltanwendungen mit einer Hochvoltleitung, die einen Leitungskern, einen Leitungsschirm und eine Isolation aufweist.
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In
DE 10 2014 004 233 A1 ist ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug mit zwei Hochvoltkomponenten, einer elektrischen Verbindungsleitung sowie einer Schirmvorrichtung und des Weiteren einer Überwachungsvorrichtung zur Überwachung einer Strombelastung der Schirmvorrichtung gezeigt.
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DE 10 2015 011 001 A1 zeigt ein Verfahren zum Schützen einer eine erste Hochvoltkomponente mit einer zweiten Hochvoltkomponente verbindenden Schirmungsleitung in einem Kraftfahrzeug, wobei über der Schirmungsleitung wiederholt eine Spannung gemessen wird.
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DE 10 2019 008 315 A1 offenbart eine Strombegrenzungsvorrichtung für eine Leitungsschirmung eines elektrischen Leiters in einem elektrischen Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, mit einem Kaltleiterelement, welches mit einer elektrischen Masse das elektrischen Bordnetzes elektrisch gekoppelt ist.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Regulieren eines Stromflusses in einem Antriebssystem, eine verbesserte Vorrichtung, ein verbessertes Antriebssystem und ein verbessertes Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Mit dem hier vorgestellten Verfahren kann vorteilhafterweise eine höhere Zuverlässigkeit und höhere Sicherheit in einem Antriebssystem erreicht werden. Die EMV-Emissionen der Verkabelung können gezielt angepasst und gesteuert werden. Hierbei ist das Ziel die Lebensdauer des Gesamtsystems zu erhöhen und den Zustand des Systems zu überwachen. Ebenso kann das System dauerhaft thermisch stabil gehalten werden.
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Es wird ein Verfahren zum Regulieren eines Stromflusses in einem Antriebssystem für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei das Antriebssystem mindestens eine Hochvoltleitung umfasst und wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- Einlesen eines Leiterstromsignals, wobei das Leiterstromsignal eine Stromstärke eines Leiterstroms eines Leiters der Hochvoltleitung repräsentiert,
- Einlesen eines Schirmstromsignals, wobei das Schirmstromsignal eine Stromstärke eines von dem Leiterstrom induzierten Schirmstroms in einem Schirm der Hochvoltleitung repräsentiert, und
- Bereitstellen eines Regulierungssignals unter Verwendung des Leiterstromsignals und des Schirmstromsignals, um die Stromstärke des Leiterstroms zu reduzieren, wenn eine Gesamtstromstärke des Leiterstroms und des Schirmstroms einen vorbestimmten Grenzwert übersteigen.
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Beispielsweise kann es sich bei der Hochvoltleitung um eine Leitung zum Leiten von elektrischem Strom innerhalb des elektrischen Antriebssystems handeln, beispielsweise in einem DC- oder AC-Kreis. Hierfür kann die Hochvoltleitung einen oder mehrere elektrische Leiter, beziehungsweise Innenleiter, umfassen, der oder die von einem Schirm umgeben sind. Im Betrieb, das heißt bei Bestromung mit dem Leiterstrom, kann durch Induktion in dem Schirm ein Schirmstrom generiert werden. Dieser Schirmstrom kann auch als Störstrom bezeichnet werden. Die Leitung kann sich durch den Leiterstrom sowie durch den vom Leiterstrom induzierten Schirmstrom erwärmen und dadurch zusätzlich die Übertragungselemente des Antriebssystems belasten. Um das Risiko einer Überhitzung und schnellerer Alterung zu minimieren, wenn dieser parasitäre Schirmstrom sich mit dem Leiterstrom aufsummiert, kann das hier vorgestellte Verfahren als kumulierte Derating Funktion eingesetzt werden. Hierfür wird durch das Einlesen des Leiterstromsignals einerseits die Stromstärke des Leiterstroms überwacht und andererseits durch Einlesen des Schirmstromsignals die Stromstärke des Schirmstroms. Wenn die Summe der Stromstärke des Leiterstroms und der Stromstärke des Schirmstroms den vorbestimmten Grenzwert, der für das jeweilige Antriebssystem optimiert sein kann, übersteigt, dann wird das Regulierungssignal bereitgestellt. Der vorbestimmte Grenzwert kann fest vorgegeben sein oder an einen aktuellen Zustand der Hochvoltleitung oder des Antriebssystems angepasst sein. Mittels des Regulierungssignals wird die Stromstärke des Leiterstroms reduziert, wodurch auch die Stromstärke des Schirmstroms verringert werden kann und die Temperatur der Hochvoltleitung und der angrenzenden Komponenten des Antriebssystems abnehmen kann. Somit kann unter Verwendung des Regulierungssignals die in die Hochvoltleitung eingespeiste Leistung soweit reduziert werden, dass keine Überhitzung eintritt oder die Temperatur innerhalb eins vorgegebenen Temperaturbereichs bleibt. Vorteilhafterweise kann dadurch die Lebensdauer des Systems erhöht werden. Durch die Lebensdauererweiterung und Überwachungen können weiterhin Kosteneinsparungen durch Tausch von defekten Hochvoltleitungen oder Reduzierung des Leitungsquerschnittes generiert werden.
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Erfindungsgemäß weist das Verfahren einen Schritt des Bestimmens der Gesamtstromstärke unter Verwendung des Leiterstromsignals und des Schirmstromsignals auf. Beispielsweise kann die Stromstärke des Leiterstroms mit der Stromstärke des Schirmstroms summiert werden, um die Gesamtstromstärke zu erhalten. Vorteilhafterweise kann dadurch ein Erfassen der exakten Stromstärke der Hochvoltleitung und daraus folgend des gesamten Antriebssystems optimiert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Einlesens von mindestens einem Parameter des Antriebssystems umfassen, wobei im Schritt des Bereitstellens das Regulierungssignal unter Verwendung des Parameters bereitgestellt werden kann. Beispielsweise können verschiedene Parameter, wie zum Beispiel eine Geometrie der Hochvoltleitung oder ihr Verlegeweg innerhalb des Antriebssystems, sowie beispielsweise Grenzwerte der Umgebungstemperatur des Antriebssystems zum Beispiel in einem Steuergerät (ECU) hinterlegt sein. Im Schritt des Bereitstellens kann das Regulierungssignal entsprechend der spezifischen Parameter des Antriebssystems bereitgestellt werden, um vorteilhafterweise den Stromfluss optimiert auf das betreffende System zu regulieren.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Bereitstellens des Leiterstroms in den Leiter aufweisen, wobei die Stromstärke des Leiterstroms unter Verwendung eines Anforderungssignals und des Regulierungssignals eingestellt werden kann. Beispielsweise kann das Anforderungssignal eine Anforderung an eine Stromstärke repräsentieren, die zum Beispiel durch Betätigen eines Gaspedals des Fahrzeugs erzeugt werden kann. Der Leiterstrom kann beispielsweise durch einen Inverter reguliert werden. Vorteilhafterweis kann hierbei die angeforderte Stromstärke mit der für das Antriebssystem optimalen Stromstärke abgeglichen und der Leiterstrom entsprechend optimiert bereitgestellt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Erfassens der Stromstärke des Schirmstroms unter Verwendung einer Erfassungseinrichtung aufweisen. Beispielsweise kann der Schirmstroms durch einen Sensor an der Hochvoltleitung erfasst werden. Das hat den Vorteil, dass die durch den Leiterstrom induzierte Stromstärke des Schirmstroms optimal erfasst und das Bestimmen der Gesamtstromstärke optimiert werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Schritte des Verfahrens wiederholt durchgeführt werden. Beispielsweise können das Leiterstromsignal und das Schirmstromsignal in vorbestimmten Zeitintervallen von beispielsweise zehn Sekunden eingelesen und unter Verwendung der Signale die Gesamtstromstärke bestimmt werden. Das hat den Vorteil, dass das Antriebssystem kontinuierlich überwacht und der Stromfluss bei Bedarf umgehend reguliert werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren einen Schritt des Ausgebens eines Warnsignals ansprechend auf das Regulierungssignal umfassen, um vor einer Überlastung des Antriebssystems zu warnen. Beispielsweise kann das Warnsignal an eine Nutzerschnittstelle zu einem Nutzer des Fahrzeugs ausgegeben werden, beispielsweise um eine Warnleuchte zu aktivieren. Das Warnsignal kann zum Beispiel ausgegeben werden, wenn die Gesamtstromstärke für eine vorbestimmte Zeitspanne und zusätzlich oder alternativ wiederholt bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs den Grenzwert erreicht oder überschreitet. Vorteilhafterweise können dadurch zum Beispiel defekte Leitungen ausgetauscht und Schäden durch Überhitzung vermieden werden.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstellen aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Zudem wird ein Antriebssystem zum Antreiben eines Fahrzeugs vorgestellt, wobei das Antriebssystem einen Inverter, eine elektrische Maschine, mindestens Hochvoltleitung und eine Variante der zuvor vorgestellten Vorrichtung umfasst. Vorteilhafterweise kann das Antriebssystem mittels der Vorrichtung und eine optimierten Derating Funktion durch eine Variante des zuvor vorgestellten Verfahrens langlebig und kostensparend ausgeführt werden.
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Zudem wird ein Fahrzeug mit einer Variante des zuvor vorgestellten Antriebssystems vorgestellt. Durch den Einsatz des hier vorgestellten Antriebssystems kann vorteilhafterweise eine Temperaturentwicklung im Fahrzeug überwacht, vorausgesagt und gesteuert werden, wodurch die Lebensdauer des Fahrzeugs verlängert und eine Gefahr durch eventuell auftretende Schäden im Gesamtsystem minimiert werden kann.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Hochvoltleitung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Regulieren eines Stromflusses in einem Antriebssystem für ein Fahrzeug;
- 4 ein Regelmodell eines Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Regulieren eines Stromflusses in einem Antriebssystem für ein Fahrzeug; und
- 6 ein Blockschaltbild eines Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines Fahrzeugs 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Fahrzeug 100 als Elektrofahrzeug ausgebildet und umfasst ein Antriebssystem 105 zum Antreiben des Fahrzeugs 100. Das Antriebssystem 105 umfasst lediglich beispielhaft eine Batterie 110, die durch eine Gleichstromverkabelung, hier zwei parallele Hochvoltleitungen (DC-Kreis), mit einem Inverter 115 verbunden ist. Der Inverter 115 ist in diesem Ausführungsbeispiel wiederum durch eine Wechselstromverkabelung mit einer elektrischen Maschine 120 zum Antreiben des Fahrzeugs 100 verbunden. Beispielhaft ist der Inverter 115 ausgebildet, um aus der von der Batterie 110 bereitgestellten Gleichspannung eine dreiphasige Wechselspannung (AC-Kreis) zu generieren. Daher sind zwischen Inverter 115 und elektrischer Maschine 120 beispielhaft drei parallele Hochvoltleitungen 125, 126, 127 vorgesehen. Der Inverter 115 ist ausgebildet, um durch die Hochvoltleitungen 125, 126, 127 geleitete Leiterströme bereitzustellen. Die Hochvoltleitungen 125, 126, 127 sind gemäß einem Ausführungsbeispiel über geeignete Hochvoltanbindungen mit dem Inverter 115 und der elektrischen Maschine 120 verbunden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Inverter 115 ausgebildet, um einen Wert der Stromstärke des Leiterstroms der Hochvoltleitung 125 mittels eines Leiterstromsignals 130 an eine Vorrichtung 135 bereitzustellen. Der Wert der Stromstärke des Leiterstroms der Hochvoltleitung 125 kann auf geeignete Weise bestimmt, beispielsweise innerhalb des Inverters 115 gemessen oder berechnet werden.
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Zudem ist eine Erfassungseinrichtung 140 vorgesehen, die ausgebildet ist, um eine Stromstärke eines Schirmstroms der Hochvoltleitung 125 direkt oder indirekt zu erfassen und unter Verwendung eines Schirmstromsignals 145 ebenfalls an die Vorrichtung 135 bereitzustellen. Beispielhaft ist die Erfassungseinrichtung 140 an der Hochvoltleitung 125 angeordnet. Zum Erfassen der Stromstärke des Schirmstroms kann auf geeignete Messverfahren und/oder Bestimmungsverfahren zurückgegriffen werden.
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Die Vorrichtung 135 ist in einem Ausführungsbeispiel ausgebildet ist, um unter Verwendung des Leiterstromsignals 130 und des Schirmstromsignals 145 eine Gesamtstromstromstärke von durch die Hochvoltleitung 125 fließenden Strömen zu bestimmen und ein Regulierungssignal 150 bereitzustellen, um die Stromstärke des von dem Inverter 115 in die Hochvoltleitung 125 eingespeisten Strom zu reduzieren, wenn eine Gesamtstromstärke des Leiterstrom und des Schirmstrom einen vorbestimmten Grenzwert übersteigen. Beispielsweise ist die Vorrichtung 135 ausgebildet, um die Stromstärken des Leiterstroms und des Schirmstroms zu addieren, um die Gesamtstromstärke zu erhalten. Der vorbestimmte Grenzwert kann als ein maximaler Wert für die Gesamtstromstärke vorgegeben sein oder beispielsweise basierend auf einem vorangegangenen zeitlichen Verlauf der Gesamtstromstärke bestimmt worden sein. Aus dem zeitlichen Verlauf der Gesamtstromstärke kann beispielsweise auf eine aktuelle Temperatur der Hochvoltleitung geschlossen werden und der vorbestimmte Grenzwert kann bei Überschreiten einer Maximaltemperatur oder Solltemperatur so gesetzt werden, dass der zukünftig durch die Hochvoltleitung fließende Gesamtstrom nicht zu einem weiteren Ansteigen der Temperatur der Hochvoltleitung führt. Zur Bestimmung des Grenzwerts wird gemäß einem Ausführungsbeispiel ein thermisches Modell der Hochvoltleitung verwendet, dass einen Zusammenhang zwischen einem zeitlichen Verlauf des durch die Hochvoltleitung fließenden Leiterstroms oder Gesamtstroms und der Temperatur der Hochvoltleitung beschreibt.
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Optional wird das Regulierungssignal 150 verwendet, um auch die Stromstärken der von dem Inverter 115 in die weiteren Hochvoltleitungen 126, 127 eingespeisten Ströme zu regulieren. In diesem Fall ist es ausreichend, wenn der Schirmstrom nur an einer der Hochvoltleitungen 125, 126, 127 erfasst wird.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel werden die weiteren Hochvoltleitungen 126, 127 in entsprechender Weise wie die Hochvoltleitung 125 separat überwacht. Dazu sind an den weiteren Hochvoltleitungen 126, 127 entsprechende Erfassungseinrichtungen zum Erfassen der Stromstärken der Schirmströme angeordnet und die Vorrichtung 135 oder entsprechende weitere Vorrichtungen sind ausgebildet, um unter Verwendung entsprechender Schirmstromsignale und entsprechender Leiterstromsignale, die Werte der Stromstärken der Leiterström durch die weiteren Hochvoltleitungen 126, 127 anzeigen, entsprechende Regulierungssignale bereitzustellen, um die Stromstärken der von dem Inverter 115 in weiteren Hochvoltleitungen 126, 127 eingespeisten Ströme gegebenenfalls zu reduzieren.
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Die Vorrichtung 135 kann in den Inverter 115 integriert sein, beispielsweise als Teil einer Steuereinrichtung zum Steuern eines Schaltverhaltens von Schaltelementen des Inverters 115. Alternativ kann die Vorrichtung 135 extern zu dem Inverter 115 realisiert sein, beispielsweise als Teil eines Steuergeräts des Antriebssystems 105.
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Mit anderen Worten ausgedrückt, sind die Hochvoltleitungen 125, 126, 127 mittels induzierten Schirmströmen als weitere thermische Quellen erwärmbar und belasten somit zusätzlich die Übertragungselemente zwischen Inverter 115 und elektrischer Maschine 120. Der beschriebene Ansatz ermöglicht es, den Innenleiterstrom zumindest einer der Hochvoltleitung 125, 126, 127 beziehungsweise das Verhalten des Inverters 115 sowie der E-Maschine 120 zu überwachen. Somit kann zuverlässig eine Überhitzung und eine schnelle Alterung vermieden werden. Das System ist somit durch eine optimierte Derating Funktion überwachbar.
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In entsprechender Weise können die Hochvoltleitungen zwischen der Batterie 110 und dem Inverter 115 überwacht werden. Ein Leiterstrom durch diese Hochvoltleitungen kann ebenfalls dadurch reduziert werden, dass der von dem Inverter in die Hochvoltleitungen 125, 126, 127 eingespeiste Strom reduziert wird.
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2 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Hochvoltleitung 125 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die hier dargestellte Hochvoltleitung 125, die auch als HV-Leitung bezeichnet werden kann, entspricht oder ähnelt einer der in der vorangegangenen Figur beschriebenen Hochvoltleitungen. Dabei umfasst die Hochvoltleitung 125 in diesem Ausführungsbeispiel einen Leiter 200 zum Leiten von elektrischem Strom. Um den Leiter 200 herum ist lediglich beispielhaft ein Schirm 205 angeordnet, in dem ein Schirmstrom von einem Leiterstrom des Leiters 200 induzierbar ist. Der Leiter 200 und der Schirm 205 sind durch eine Isolierschicht voneinander getrennt. Optional ist der Schirm 205 von einem Mantel umgeben.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300 zum Regulieren eines Stromflusses in einem Antriebssystem für ein Fahrzeug. Das hier dargestellte Verfahren 300 ist beispielhaft in einem Fahrzeug, wie es in der vorangegangenen 1 beschrieben wurde, durchführbar. Hierfür weist das Verfahren 300 einen Schritt 305 des Einlesens eines Leiterstromsignals auf. In diesem Schritt 305 wird ein Leiterstromsignal eingelesen, das eine Stromstärke eines Leiterstroms eines Leiters der Hochvoltleitung repräsentiert. Zudem umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 310 des Einlesens eines Schirmstromsignals, wobei das Schirmstromsignal eine Stromstärke eines von dem Leiterstrom induzierten Schirmstroms in einem Schirm der Hochvoltleitung repräsentiert oder durch die Funktion berechnet werden kann. Im folgenden Schritt 315 des Bereitstellend wird unter Verwendung des Leiterstromsignals und des Schirmstromsignals ein Regulierungssignal bereitgestellt, wenn eine Gesamtstromstärke des Leiterstroms und des Schirmstroms einen vorbestimmten Grenzwert übersteigen. Dadurch ist die Stromstärke des Leiterstroms zu reduzierbar.
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In diesem Ausführungsbeispiel werden die Schritte 305, 310, 315 des Verfahrens 300 lediglich beispielhaft wiederholt durchgeführt, um das Antriebssystem kontinuierlich zu überwachen und den Stromfluss zu regulieren.
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Mit anderen Worten wird mit dem Verfahren 300 eine kumulierte Derating-Funktion durchgeführt. Entsprechend kann das Verfahren 300 auch als electrical wiring shield current monitoring system bezeichnet werden. Diese erfolgt über eine Regelung des Antriebssystems in Bezug auf den Innenleiterstrom, sodass der induzierte Schirmstrom die Verkabelung nicht zusätzlich belastet. In einem Ausführungsbeispiel kann der Schirmstrom beispielsweise durch einen Sensor erfasst und mitgeregelt werden.
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Mit dieser Regelung kann beispielsweise die Maximaltemperatur innerhalb der überwachten Hochvoltleitung oder des Gesamtsystems stabil gehalten werden. Dabei kann die Maximaltemperatur systemspezifisch vorgegeben sein. Eine dazu erforderliche Temperaturregulierung kann einfach durch eine Anpassung und gegebenenfalls Reduktion der von dem Inverter abgegebenen Leistung erfolgen. Dadurch wird eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Sicherheit erreicht. Ferner können die EMV-Emissionen der Verkabelung gezielt angepasst und gesteuert werden. Dadurch kann die Lebensdauer des Gesamtsystems erhöht und der Zustand des Systems überwacht werden. Durch die Lebensdauererweiterung und Überwachungen sind Kosteneinsparungen durch Vermeiden eines erforderlichen Tauschs von defekten Hochvoltleitungen oder Reduzierung des Leiterkerns der Hochvoltleitung generierbar. Ebenso wird das System dauerhaft thermisch stabil gehalten.
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4 zeigt ein Regelmodell eines Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier modellierte Antriebssystem entspricht oder ähnelt dem in der vorangegangenen 1 beschriebenen Antriebssystem. Dabei ist die Vorrichtung 135 ausgebildet, um das Leiterstromsignal 130 einzulesen, das die Stromstärke des Leiterstroms in einer Hochvoltleitung, wie sie in der vorangegangenen 1 beschrieben wurde, repräsentiert. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein durch das Leiterstromsignal 130 repräsentierter Wert des Leiterstroms modellhaft unter Verwendung eines Kombinierers 400 geregelt, der lediglich beispielhaft als Teil des in der vorangegangenen 1 beschriebenen Inverters ausgebildet ist. Der Kombinierer 400 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um ein Stromsignal 402, das auch als ILeiter_Systemrequest bezeichnet wird, mit dem Regulierungssignal 150 zu kombinieren, um eine geregelte Stromstärke des Leiterstroms zu bestimmen. Die Vorrichtung 135 ist wiederum ausgebildet, um neben dem Leiterstromsignal 130 auch das Schirmstromsignal 145 einzulesen, das lediglich beispielhaft von der Erfassungseinrichtung 140 bereitstellbar ist. Unter Verwendung des Leiterstromsignals 130 und des Schirmstromsignals 145 ist die Vorrichtung 135 in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um eine Gesamtstromstärke zu bestimmen und unter Verwendung eines Gesamtstromsignals 405 bereitzustellen. Unter Verwendung des Gesamtstromsignals 405 ist lediglich beispielhaft das Regulierungssignal 150 an lediglich beispielhaft den Regulierer 400 bereitstellbar. Beispielsweise ist der Regulierer 400 ausgebildet, um einen Wert des Regulierungssignals 150 von einem Wert des Stromsignals 402 zu subtrahieren, um einen Wert des in die Hochvoltleitung eingespeisten Stroms einzustellen. Der Wert des in die Hochvoltleitung eingespeisten Stroms kann direkt über das Leiterstromsignal 130 angezeigt werden, wenn der Wert bekannt ist, oder beispielsweise gemessen werden und als Messwert über das Leiterstromsignal 130 angezeigt werden.
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Zudem ist in einem Ausführungsbeispiel ansprechend auf das Regulierungssignal 150 ein Warnsignal 410 ausgebbar, um vor einer Überlastung des Antriebssystems 105 zu warnen.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300 zum Regulieren eines Stromflusses in einem Antriebssystem für ein Fahrzeug. Das hier dargestellte Verfahren 300 entspricht oder ähnelt dem in der vorangegangenen 3 beschriebenen Verfahren, mit dem Unterschied, dass es zusätzliche Schritte umfasst. So umfasst das Verfahren 300 in diesem Ausführungsbeispiel einen Schritt 500 des Einlesens von mindestens einem Parameter des Antriebssystems sowie einen Schritt 505 des Erfassens der Stromstärke des Schirmstroms unter Verwendung einer Erfassungseinrichtung, wie sie in den vorangegangenen 1 und 4 beschrieben wurde. Erst im Anschluss an diese Schritte 500, 505 erfolgen in diesem Ausführungsbeispiel der Schritt 305 des Einlesens eines Leiterstromsignals und der Schritt 310 des Einlesens eines Schirmstromsignals. Lediglich beispielhaft wird unter Verwendung des Leiterstromsignals und des Schirmstromsignals in einem zusätzlichen Schritt 510 des Bestimmens die Gesamtstromstärke bestimmt. Wenn die Gesamtstromstärke des Leiterstroms und des Schirmstroms einen vorbestimmten Grenzwert übersteigen, dann wird im Schritt 315 des Bereitstellens das Regulierungssignal bereitgestellt, um die Stromstärke des Leiterstroms zu reduzieren, wobei in diesem Ausführungsbeispiel das Regulierungssignal unter Verwendung des Parameters bereitgestellt wird, der im vorangegangenen Schritt 500 des Einlesens eingelesen wurde.
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In diesem Ausführungsbeispiel folgt auf den Schritt 315 des Bereitstellens des Regulierungssignals ein Schritt 515 des Bereitstellens des Leiterstroms in den Leiter. Dabei wird lediglich beispielhaft die Stromstärke des Leiterstroms unter Verwendung eines Anforderungssignals und des Regulierungssignals eingestellt. Zudem umfasst das Verfahren 300 in diesem Ausführungsbeispiel einen Schritt 520 des Ausgebens eines Warnsignals ansprechend auf das Regulierungssignal, um vor einer Überlastung des Antriebssystems zu warnen.
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Mit anderen Worten wird die Verkabelung des Antriebssystems inklusive der vorhandenen Schirmströme werden für die Gesamtsystem Derating Funktion mitbetrachtet und integriert. Ziel ist es, die Lebensdauer der Verkabelung zu verlängern, höhere Sicherheit zu erhalten, EMV-Emissionen gezielt anzupassen und das System in einem thermischen sowie elektrisch stabilen Zustand zu halten. Zudem werden die E-Maschine sowie der Wechselrichter abgesichert.
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6 zeigt ein Blockschaltbild eines Antriebssystems 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das hier dargestellte Antriebssystem 105 entspricht oder ähnelt dem in den vorangegangenen 1 und 4 dargestellten Antriebssystem und ist ausgebildet, um ein Verfahren, wie es in den vorangegangenen 3 und 5 beschrieben wurde, umzusetzen. Auch in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Antriebssystem 105 eine Vorrichtung 135, die ausgebildet ist, um ein Leiterstromsignal 130 und ein Schirmstromsignal 145 einzulesen. In diesem Ausführungsbeispiel ist unter Verwendung des Leiterstromsignals 130 und des Schirmstromsignals 145 das Regulierungssignal 150 zum Reduzieren eines Stromflusses 600 in der Hochvoltleitung 125 an eine Steuereinrichtung 605 des Inverters 115 bereitstellbar. Die Steuereinrichtung 605 ist in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um ein Anforderungssignal 610 von einer Nutzerschnittstelle 615 einzulesen, wobei das Anforderungssignals 610 lediglich beispielhaft eine von einem Nutzer des Fahrzeugs 100 geforderte Drehzahl der elektrischen Maschine 120 repräsentiert. Alternativ wir über die Nutzerschnittstelle 615 das Anforderungssignal 610 einer Steuereinrichtung zum autonomen Betreiben des Fahrzeugs eingelesen. Die Steuereinrichtung 605 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Anforderungssignals 610 die Stromstärken der von dem Inverter 115 in die Hochvoltleitungen 125 einzuspeisenden Leiterströme so zu bestimmen, dass die von dem Nutzer geforderte Drehzahl der elektrischen Maschine 120 erreicht wird.
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Unter Verwendung des Anforderungssignals 610 und des Regulierungssignals 150 ist die Steuereinrichtung 605 lediglich beispielhaft ausgebildet, um ein Steuersignal 620 an die Transistoren 625 des Inverters 115 bereitzustellen, um diese entsprechend sowohl der Anforderung durch den Nutzer als auch einem durch das Regulierungssignal 150 veranlassten Reduzieren des Stromflusses anzusteuern. Die Transistoren 625 sind in diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um unter Verwendung des Steuersignals 620 den Stromfluss 600 zu regulieren. Zudem ist an den Transistoren 625 lediglich beispielhaft die Stromstärke des Stromflusses 600 messbar und mittels des Leiterstromsignals 130 an die Vorrichtung 135 bereitstellbar.
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Wenn eine Temperatur der Hochvoltleitung 125 in einem zulässigen Temperaturbereich liegt, ist die Steuereinrichtung 605 beispielsweise ausgebildet, um das Steuersignal 620 ausschließlich entsprechend dem Anforderungssignal 610 bereitzustellen. Wenn die Temperatur der Hochvoltleitung 125 dagegen außerhalb des zulässigen Temperaturbereichs liegt, ist die Steuereinrichtung 605 beispielsweise ausgebildet, um das Steuersignal 620 zusätzlich unter Verwendung des Regulierungssignals 150 bereitzustellen. Dies führt beispielsweise dazu, dass die Stromstärke des von dem Inverter 115 in die Hochvoltleitung 125 eingespeisten Leiterstrom geringer ausfällt, als von dem Nutzer gewünscht.
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In der hier dargestellten Regelung ist die Verkabelung im Antriebssystem 105 mit abgesichert durch das Erfassen der Stör- beziehungsweise Schirmströme. Gleichzeitig ist mit dieser Methodik ermöglicht, die Temperatur des Gesamtsystems stabil zu halten. Hierbei kann in einem Ausführungsbeispiel bei einer Überlastung des Hochvoltsystems eine Reduktion der Leistung durch den Inverter 115 erfolgen, der hier als ein Wechselrichter ausgeführt ist. Mit anderen Worten besteht neben einer Derating Funktion in Bezug auf einen Innenleiterstrom eine kumulierte Derating Funktion. Diese erfolgt über eine Regelung des Antriebssystems 105 in Bezug auf den Innenleiterstrom der Hochvoltleitung 125 oder aller Hochvoltleitungen zwischen dem Inverter 115 und der elektrischen Maschine 120, sodass der induzierte Schirmstrom die Verkabelung nicht zusätzlich belastet. Der Schirmstrom kann in einem Ausführungsbeispiel durch einen Sensor erfasst und mitgeregelt werden. Mit dieser neuen Regelung ist eine höhere Zuverlässigkeit und höhere Sicherheit ermöglicht, zudem sind die EMV-Emissionen der Verkabelung gezielt anpassbar und steuerbar. Hierbei ist das Ziel, die Lebensdauer des Gesamtsystems zu erhöhen und den Zustand des Systems zu überwachen. Durch die Lebensdauererweiterung und Überwachungen sind Kosteneinsparungen durch Tausch von defekten Hochvoltleitungen generierbar. Ebenso ist es möglich, das System thermisch dauerhaft stabil zu halten.
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Bezugszeichen
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- 100
- Fahrzeug
- 105
- Antriebssystem
- 110
- Batterie
- 115
- Inverter
- 120
- elektrische Maschine
- 125
- Hochvoltleitung
- 130
- Leiterstromsignal
- 135
- Vorrichtung
- 140
- Erfassungseinrichtung
- 145
- Schirmstromsignal
- 150
- Regulierungssignal
- 200
- Leiter
- 205
- Schirm
- 300
- Verfahren
- 305
- Schritt des Einlesens eines Leiterstromsignals
- 310
- Schritt des Einlesens eines Schirmstromsignals
- 315
- Schritt des Bereitstellens eines Regulierungssignals
- 400
- Kombinierer
- 402
- Stromsignal
- 405
- Gesamtstromsignal
- 410
- Warnsignal
- 500
- Schritt des Einlesens eines Parameters
- 505
- Schritt des Erfassens
- 510
- Schritt des Bestimmens
- 515
- Schritt des Bereitstellens eines Leiterstroms
- 520
- Schritt des Ausgebens
- 600
- Stromfluss
- 605
- Steuereinrichtung
- 610
- Anforderungssignal
- 615
- Nutzerschnittstelle
- 620
- Steuersignal
