DE102022201196A1

DE102022201196A1 - Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs in einem Trennzustand

Info

Publication number: DE102022201196A1
Application number: DE102022201196.1A
Authority: DE
Inventors: Jens Achstetter; Wolfgang Häge
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-02-04
Filing date: 2022-02-04
Publication date: 2023-08-10

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs (1) in einem Trennzustand, in dem eine leitende Verbindung zwischen einem elektrischen Energiespeicher (4) und einem Wechselrichter (3) der elektrischen Maschine (2), insbesondere einer Asynchronmaschine, getrennt wird, wobei der Trennzustand erfasst wird und der Wechselrichter (3) bei erfasstem Trennzustand in einer Wechselrichtersperre betrieben wird, wobei zur Erfassung des Trennzustands ein Spannungsgrenzwert (9, 9') in Abhängigkeit eines Betriebsparameters festgelegt wird, wobei der Wechselrichter (3) bei Überschreiten des Spannungsgrenzwert (9, 9')s in der Wechselrichtersperre betrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs in einem Trennzustand, in dem eine leitende Verbindung zwischen einem elektrischen Energiespeicher und einem Wechselrichter der elektrischen Maschine, insbesondere einer Asynchronmaschine, getrennt wird, wobei der Trennzustand erfasst wird und der Wechselrichter bei erfasstem Trennzustand in einer Wechselrichtersperre betrieben wird.
Kraftfahrzeuge, die elektrische Maschinen als Traktionsantrieb aufweisen sowie Verfahren zur Steuerung des Betriebs derartiger Kraftfahrzeuge sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Bei einem Betrieb des Kraftfahrzeugs ist über alle Betriebszustände sicherzustellen, dass keine kritischen Zustände auftreten. Beispielsweise könnten grundsätzlich Zustände entstehen, bei denen die Zwischenkreisspannung eine zulässige Höchstgrenze überschreitet, sodass potenziell eine Beschädigung oder eine Zerstörung von Bauteilen möglich wäre.
Unter anderem sind sogenannte Lastabwürfe bekannt, in denen ein Batterieschütz öffnet und somit die leitende Verbindung zwischen einem elektrischen Energiespeicher bzw. einer Batterie und einem der elektrischen Maschine zugeordneten Wechselrichter trennt. Wird die elektrische Maschine beispielsweise während der Öffnung des Batterieschützes generatorisch betrieben, ist es möglich, dass die Ströme vor Öffnen des Batterieschützes nicht auf null geregelt werden konnten, beispielsweise wenn das Batterieschütz schlagartig geöffnet wird. In diesem Fall fließen Ströme aus der elektrischen Maschine in den Zwischenkreis, wobei die Zwischenkreisspannung, die zum Beispiel an einem Zwischenkreiskondensator anliegt, ansteigen kann.
Um derartige Zustände zu vermeiden, ist es bekannt, entweder eine maximal zulässige Rekuperationsleistung über sämtliche Betriebszustände hinweg zu begrenzen oder eine über alle Betriebszustände definierte Schwelle vorzugeben, ab der eine Wechselrichtersperre eingenommen wird. Die beschriebene Schwelle ist über den Betrieb nicht veränderbar, sodass diese für alle Betriebszustände hinweg gewährleisten muss, dass in einem Trennzustand, in dem die leitende Verbindung zwischen dem Wechselrichter und dem elektrischen Energiespeicher spontan getrennt wird, keine derart kritischen Zustände auftreten, die eine Beschädigung von Bauteilen bewirken können. Da das Auslösen der beschriebenen Schwelle, beispielsweise eine Software-Schwelle, üblicherweise mit einer gewissen Totzeit behaftet ist, die aus der Taktung des Wechselrichters rührt, muss zusätzlich ein gewisser Zeitpuffer bzw. Sicherheitspuffer eingeplant werden.
Ferner ist zu berücksichtigen, dass auch nach Einnehmen der Wechselrichtersperre der Strom über die Dioden des Wechselrichters abgebaut wird, sodass solange Energie in den Zwischenkreis zurückfließt, bis der Strom vollständig abgebaut wurde. Dadurch kann die Zwischenkreisspannung auch nach Einlegen der Wechselrichtersperre noch weiter ansteigen. Somit ist stets ein Kompromiss bei der Auslegung der Begrenzung der maximalen Rekuperationsleistung oder der Definition der Schwelle nötig, da zum einen in Betriebszuständen die Rekuperationsleistung unnötig eingeschränkt und die Schwelle unnötig gering gewählt ist, um über alle Betriebszustände hinweg das Auftreten kritischer Zustände sowie die Beschädigung von Bauteilen zu vermeiden. Dies führt dazu, dass die Effizienz bezogen auf die maximale Rekuperationsleistung zumindest in ausgewählten Betriebszuständen weit hinter ihren Möglichkeiten zurückbleibt, wobei zusätzlich Bremsvorgänge des Kraftfahrzeugs durch die nicht optimal ausgeschöpfte Rekuperation verbesserungswürdig sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein demgegenüber verbessertes Verfahren anzugeben, bei dem insbesondere ein effizienterer Betrieb ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Wie beschrieben, betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs in einem Trennzustand. Der Trennzustand bezeichnet einen Zustand, in dem eine leitende Verbindung zwischen einem elektrischen Energiespeicher und einem Wechselrichter der elektrischen Maschine, insbesondere einer Asynchronmaschine, getrennt wird. Der Trennzustand bezeichnet insbesondere einen Zustand, bei dem die leitende Verbindung spontan außerhalb eines Regelbetriebs getrennt wird. Der Trennzustand kann somit insbesondere als Fehlerzustand erachtet werden. Im Speziellen tritt der Trennzustand derart spontan auf bzw. wird derart spontan eingenommen, dass eine kontrollierte Reduzierung der Ströme vor Trennung der leitenden Verbindung zwischen dem elektrischen Energiespeicher und dem Wechselrichter ausbleibt bzw. nicht realisiert werden kann.
Der Trennzustand kann erfasst werden und der Wechselrichter bei erfasstem Trennzustand in einer Wechselrichtersperre betrieben werden. Als Wechselrichtersperre wird derjenige Zustand des Wechselrichters bezeichnet, in dem die einzelnen Schalter des Wechselrichters geöffnet sind. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass zur Erfassung des Trennzustands ein Spannungsgrenzwert in Abhängigkeit eines Betriebsparameters festgelegt wird, wobei der Wechselrichter bei Überschreiten des Spannungsgrenzwerts in der Wechselrichtersperre betrieben wird. Mit anderen Worten sieht die Erfindung vor, dass der Trennzustand zwar durch Überschreiten einer definierten Schwelle, nämlich bei Überschreiten des Spannungsgrenzwerts, eintritt und somit erfasst werden kann, der Spannungsgrenzwert jedoch nicht für sämtliche Betriebszustände fest vorgegeben wird, sondern in Abhängigkeit eines Betriebsparameters bestimmt wird. Der Spannungsgrenzwert verändert sich somit je nach Betriebszustand zusammen mit dem Betriebsparameter, sodass der Spannungsgrenzwert für den jeweiligen vorliegenden Betriebszustand optimal gewählt werden kann.
Dadurch ist es nicht erforderlich, die Schwelle bzw. den Spannungsgrenzwert so auszulegen, dass dieser für sämtliche Betriebszustände einen sicheren Betrieb erlaubt, stattdessen kann der Spannungsgrenzwert für einzelne Betriebszustände in Abhängigkeit des Betriebsparameters festgelegt werden, sodass für jeden Betriebszustand der passende Spannungsgrenzwert bestimmt werden kann. Dadurch wird insbesondere verhindert, dass der Spannungsgrenzwert in Betriebszuständen, die einen deutlich höheren Spannungsgrenzwert erlauben würden, dennoch ein allgemeingültiger Spannungsgrenzwert verwendet wird, der zu einem ineffizienten Betrieb des Kraftfahrzeugs führt. Mit anderen Worten schlägt die Erfindung das Nachführen eines Schwellenwerts vor, der in Abhängigkeit des Betriebsparameters nachgeführt werden kann. Der Spannungsgrenzwert kann beispielsweise als „Software-Schwelle“ verstanden werden, die in Abhängigkeit des Betriebsparameters für verschiedene Betriebszustände, beispielsweise in Realzeit, bestimmt werden kann, sodass bei einer Veränderung des Betriebsparameters auch eine Veränderung des Spannungsgrenzwerts vorgenommen werden kann.
Der Betriebsparameter kann beispielsweise eine Zwischenkreisspannung und/oder eine Spannung eines elektrischen Energiespeichers und/oder eine Drehzahl der elektrischen Maschine betreffen oder die genannten Parameter einzeln oder in beliebiger Kombination umfassen. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Betriebsparameter die Zwischenkreisspannung bzw. die Spannung des elektrischen Energiespeichers betrifft. Da in dem Trennzustand die elektrische Verbindung zwischen dem elektrischen Energiespeicher und dem Wechselrichter getrennt ist, ist in dem Trennzustand die Steuerung des Betriebs basierend auf der Zwischenkreisspannung vorteilhaft. Es ist somit möglich, die Zwischenkreisspannung in die Festlegung des Spannungsgrenzwerts einzubeziehen, sodass das Erfassen des Trennzustands und das Betreiben des Wechselrichters in der Wechselrichtersperre direkt oder indirekt in Abhängigkeit von der Zwischenkreisspannung durchgeführt werden kann. Hierbei kann weiter die Drehzahl der elektrischen Maschine mit einbezogen werden, um die Bestimmung des Spannungsgrenzwerts weiter zu verbessern.
Der beschriebene Trennzustand kann aus einem Normalbetrieb eingenommen werden, insbesondere aus einem generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine. Wie zuvor beschrieben, kann der Trennzustand grundsätzlich als Fehlerzustand aufgefasst werden, der eintritt, wenn ein Batterieschütz zum Schutz elektrischer Komponenten des Kraftfahrzeugs spontan öffnet. Als Normalbetrieb kann insbesondere ein Betrieb des Kraftfahrzeugs und seiner Komponenten, insbesondere des Wechselrichters und der elektrischen Maschine außerhalb eines Fehlerfalls verstanden werden, d.h., wenn sämtliche Einrichtungen des Kraftfahrzeugs bzw. der elektrischen Maschine innerhalb ihrer gewünschten Parameter betrieben werden.
In dem generatorischen Betrieb speist die elektrische Maschine bekanntermaßen Strom in den elektrischen Energiespeicher, um den elektrischen Energiespeicher aufzuladen, beispielsweise wenn die elektrische Maschine ein Drehmoment aus dem Antriebsstrang aufnimmt um zu rekuperieren, beispielsweise um das Kraftfahrzeug zu bremsen. Der generatorische Betrieb besitzt das größte Potenzial einen kritischen Zustand auszulösen, da hier Strom von der elektrischen Maschine über den Wechselrichter in den elektrischen Energiespeicher gespeist werden soll. Wird die Verbindung zwischen dem elektrischen Energiespeicher und dem Wechselrichter spontan getrennt, kann dies zu einem Überschreiten der zulässigen Zwischenkreisspannung führen, die potenziell gefährlich für elektrische Bauteile des Kraftfahrzeugs ist.
Durch das Nachführen des Spannungsgrenzwerts kann der generatorische Betrieb möglichst effizient betrieben werden, wobei insbesondere in verschiedenen Betriebszuständen, beispielsweise in verschiedenen Ladungszuständen des elektrischen Energiespeichers oder des Zwischenkreises, eine möglichst hohe Rekuperationsleistung realisiert werden kann, ohne zu riskieren, dass bei einem auftretenden Trennzustand eine Beschädigung elektrischer Bauteile auftritt. Hierzu wird der Spannungsgrenzwert in Abhängigkeit des Betriebsparameters nachgeführt, sodass stets die passende Schwelle für das Erfassen des Trennzustands und das damit einhergehende Einleiten der Wechselrichtersperre ausgewählt werden kann.
Wie zuvor beschrieben, kann es sich bei dem Trennzustand um einen Fehlerzustand handeln. Der Trennzustand kann beispielsweise aufgrund eines Fehlerzustands, insbesondere einer Trennung durch eine Schutzeinrichtung des elektrischen Energiespeichers, ausgelöst werden. Der Trennzustand bezeichnet somit einen Fehlerzustand, in dem eine schlagartige bzw. pulsartige Unterbrechung der leitenden Verbindung zwischen elektrischem Energiespeicher und Wechselrichter auftritt. Das Einnehmen des Trennzustands kann insbesondere mit einer Schalteröffnung verglichen werden. Hierbei kann der Trennzustand insbesondere darin bestehen, dass ein Batterieschütz öffnet und somit die leitende Verbindung trennt. Der Fehlerzustand kann somit in einem fehlerhaften Verhalten des elektrischen Energiespeichers oder dessen Ansteuerung bzw. der Ansteuerung des Batterieschützes bestehen. Ist beispielsweise der Strom in den elektrischen Energiespeicher oder aus dem elektrischen Energiespeicher oberhalb eines maximalen Batteriestroms, kann das Auslösen des Batterieschützes auftreten und somit der Trennzustand eingeleitet werden, indem, insbesondere schlagartig, die elektrische Verbindung zwischen elektrischen Energiespeicher Wechselrichter getrennt wird.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass der Trennzustand verifiziert wird, insbesondere durch wenigstens eine Filtereinrichtung. Das Verifizieren des Trennzustands erlaubt, dass der Betrieb der Wechselrichtersperre bzw. der Maßnahmen, die bei Vorliegen des Trennzustands ergriffen werden, ausschließlich dann durchgeführt werden, wenn tatsächlich ein Trennzustand auftritt. Mit anderen Worten stellt die Filtereinrichtung sicher, dass der Trennzustand tatsächlich vorliegt und korrekt erfasst wurde. Als Filtereinrichtung können grundsätzlich bekannte Filter verwendet werden, die auf den Betriebsparameter angewendet werden können. Beispielsweise kann grundsätzlich die Veränderung oder die Geschwindigkeit der Veränderung des Betriebsparameters betrachtet bzw. ermittelt werden.
Die Filtereinrichtung kann beispielsweise die Verifizierung des Trennzustands basierend auf einer Ableitung der Zwischenkreisspannung oder einer Veränderung der Zwischenkreisspannung durchführen. Dadurch wird gewährleistet, dass die Veränderung der Zwischenkreisspannung bzw. deren Ableitung nach der Zeit auf das Vorliegen eines Trennzustands hindeutet. Die Reaktion auf den Trennzustand kann somit nur dann ausgeführt werden, wenn der Trennzustand tatsächlich vorliegt und korrekt verifiziert wurde. Beispielsweise wird ein Veränderungsgrenzwert oder ein Ableitungsgrenzwert vorgegeben, bei dessen Überschreiten der Trennzustand verifiziert wird.
Das Verfahren kann ferner dahingehend weitergebildet werden, dass eine maximale Rekuperationsleistung in Abhängigkeit des Betriebsparameters begrenzt wird. Demnach kann die Rekuperationsleistung für einzelne Betriebszustände verschieden festgelegt werden. Beispielsweise kann der Betriebsparameter, also zum Beispiel die Zwischenkreisspannung und/oder die Drehzahl und/oder die Spannung des elektrischen Energiespeichers, in das Bestimmen der maximalen Rekuperationsleistung mit einbezogen werden.
Wie zuvor in Bezug auf den Spannungsgrenzwert beschrieben, kann dadurch erreicht werden, dass die maximale Rekuperationsleistung nicht über alle Betriebszustände hinweg gleichartig begrenzt wird und somit Betriebszustände auftreten können, in denen die eigentlich mögliche Rekuperationsleistung weit hinter der maximalen Rekuperationsleistung zurückbleibt. Stattdessen kann die Rekuperationsleistung für jeden einzelnen Betriebszustand individuell festgelegt werden, nämlich durch das Begrenzen der Rekuperationsleistung auf eine in Abhängigkeit des Betriebsparameters festgelegte maximale Rekuperationsleistung. Dadurch kann in jedem Betriebszustand eine möglichst optimale Rekuperationsleistung realisiert werden, ohne ein Risiko in Bezug auf eine Beschädigung elektrischer Bauteile bei Auftreten eines kritischen Zustands, insbesondere eines Trennzustands, eingehen zu müssen.
Eine Begrenzung der Rekuperationsleistung kann insbesondere vor Erfassen des Trennzustands, insbesondere in einem Normalzustand, durchgeführt werden. Wird das Kraftfahrzeug in dem Normalzustand betrieben, d.h. insbesondere in einem Zustand, in dem die elektrische Maschine, der Wechselrichter und der elektrische Energiespeicher innerhalb ihrer Sollwerte betrieben werden, kann die Begrenzung der Rekuperationsleistung vorgenommen werden. Hierbei kann bereits der Betriebsparameter erfasst werden und die maximale Rekuperationsleistung in Bezug auf den aktuellen Betriebsparameter festgelegt werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass in dem Normalbetrieb eine möglichst hohe Rekuperationsleistung abgerufen werden kann. Tritt der Trennzustand auf, wird durch das Begrenzen der Rekuperationsleistung auf die für den aktuellen Betriebszustand festgelegte maximale Rekuperationsleistung dennoch sichergestellt, dass kein kritischer Zustand auftreten kann.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass ein Maximalwert der Rekuperationsleistung einer ersten Zwischenkreisspannung, insbesondere einer größeren Zwischenkreisspannung, auf einen ersten Maximalwert und bei einer zweiten Zwischenkreisspannung, insbesondere einer niedrigeren Zwischenkreisspannung, auf einen zweiten Maximalwert begrenzt wird und/oder dass der Spannungsgrenzwert bei einer ersten Zwischenkreisspannung, insbesondere einer größeren Zwischenkreisspannung, auf einen ersten Spannungsgrenzwert und bei einer zweiten Zwischenkreisspannung, insbesondere einer niedrigeren Zwischenkreisspannung, auf einen zweiten Spannungsgrenzwert festgelegt wird.
Hierbei kann grundsätzlich der erste Maximalwert höher liegen als der zweite Maximalwert bzw. der erste Spannungsgrenzwert höher liegen als der zweite Spannungsgrenzwert. Mit anderen Worten kann die jeweilige Schwelle umso höher liegen, je höher der zugehörige Betriebsparameter erfasst wurde. Ist beispielsweise die erste Zwischenkreisspannung größer als die zweite Zwischenkreisspannung kann der erste Maximalwert größer gewählt werden als der zweite Maximalwert. Ist die erste Zwischenkreisspannung niedriger als die zweite Zwischenkreisspannung muss auch der erste Maximalwert geringer gewählt werden als der zweite Maximalwert. Ebenso kann bei einer ersten Zwischenkreisspannung, die größer ist als eine zweite Zwischenkreisspannung der erste Spannungsgrenzwert größer gewählt werden als der zweite Spannungsgrenzwert. Allgemein kann somit festgehalten werden, dass je höher die Spannung in dem aktuellen Betriebszustand ist, desto höher die jeweilige Schwelle, d.h. der Maximalwert bzw. der Spannungsgrenzwert, gewählt werden kann. Je niedriger die Spannung, insbesondere die Zwischenkreisspannung, in dem aktuellen Betriebszustand liegt, desto niedriger muss auch die Schwelle gelegt werden.
Ebenso kann berücksichtigt werden, dass je größer der Abstand zwischen der Zwischenkreisspannung und dem Spannungsgrenzwert festgelegt ist, desto länger stellt sich eine Zeitdauer ein, bis der Wechselrichter in die Wechselrichtersperre versetzt wird. Je höher die maximale Rekuperationsleistung in einem solchen Betriebszustand zugelassen wird, desto schneller wird der Spannungsgrenzwert erreicht. Da sich die beiden Effekte somit entgegenwirken, können insbesondere im Bereich niedriger Zwischenkreisspannungen gegenüber herkömmlichen fest vorgegebenen Begrenzungen der Rekuperationsleistung deutlich höhere Rekuperationsleistungen zugelassen werden. Dies verbessert insbesondere die Regulationswirkung, dabei niedrigeren Zwischenkreisspannungen eine Einspeisung elektrische Energie in den elektrischen Energiespeicher vorteilhafter ist, als bei vergleichsweise hohen Zwischenkreisspannungen.
Dies ermöglicht insbesondere, dass bei einem Trennzustand, also einem Lastabwurf, bei einer vergleichsweise hohen Zwischenkreisspannung bereits bei einem geringen Anstieg der Zwischenkreisspannung in die Wechselrichtersperre geschaltet werden kann. Die Zeitdauer, in der eine fehlerhafte Regelung durchgeführt werden könnte, ist somit verkürzt, sodass die Ströme in dem Zwischenkreis weniger stark ansteigen und somit auch weniger Energie in den Zwischenkreis gelangen kann. Bei vergleichsweise niedriger Zwischenkreisspannung bzw. Batteriespannung vor Eintritt des Lastabwurfs liegt ein vergleichsweise großer Abstand zwischen der jeweiligen Schwelle und einer für eine Beschädigung elektrischer Komponenten ausreichenden kritischen Zwischenkreisspannung. Daher ist es erforderlich, dass die Schwelle schon bei vergleichsweise niedrigeren Spannungen eine Abschaltung bzw. einen Übergang in die Wechselrichtersperre auslöst, um so Beschädigungen elektrischer Bauteile zu vermeiden.
Der Abstand zwischen dem Spannungsgrenzwert und der Zwischenkreisspannung kann letztlich beliebig festgelegt werden bzw. kann in Abhängigkeit eines konkreten Systems aus elektrischer Maschine, elektrischem Energiespeicher und Wechselrichter festgelegt werden. Der Abstand, der zwischen dem Spannungsgrenzwert und der Zwischenkreisspannung eingehalten werden muss, wobei bei Unterschreiten des Abstands der Trennzustand erfasst und die Wechselrichtersperre ausgelöst wird, kann variabel oder festgelegt, d.h. vordefiniert, sein. Beispielsweise kann ein Abstand von 100 V bei einer Zwischenkreisspannung von 300 V oder ein Abstand von 50 V bei einer Zwischenkreisspannung von 400 V festgelegt sein. Wie beschrieben, kann je höher die Zwischenkreisspannung liegt, ein umso geringerer Abstand ausreichen. Grundsätzlich kann der Abstand zwischen der Zwischenkreisspannung und dem Spannungsgrenzwert in einem Intervall zwischen 50 V und 150 V liegen. Wie beschrieben, kann dieser fest vorgegeben sein, beispielsweise ein Spannungsgrenzwert festgelegt werden, der stets 50 V über der Zwischenkreisspannung liegt oder der Abstand selbst kann variabel ausgestaltet sein, sodass ein größerer Abstand bei niedrigeren Zwischenkreisspannungen, beispielsweise 150 V bei 250 V Zwischenkreisspannung und ein niedrigerer Abstand bei höheren Zwischenkreisspannungen, beispielsweise 50 V bei 400 V, eingestellt werden kann.
Daneben betrifft die Erfindung eine Steuerungseinrichtung für den Betrieb einer elektrischen Maschine eines Kraftfahrzeugs, die zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Sämtliche Vorteile, Einzelheiten Merkmale, die in Bezug das Verfahren beschrieben wurden, sind vollständig auf die Steuerungseinrichtung übertragbar. Die Steuerungseinrichtung kann Bestandteil eines Kraftfahrzeug sein bzw. kann ein solches Kraftfahrzeug eine Steuerungseinrichtung umfassen. Das Kraftfahrzeug umfasst dabei insbesondere zusätzlich einen elektrischen Energiespeicher, einen Wechselrichter und eine elektrische Maschine.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. näher erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:

1 einen schematischen Ausschnitt eines Kraftfahrzeugs;
2 ein schematisches Diagramm von Betriebsparametern eines Kraftfahrzeugs bei Auftreten eines Trennzustands; und
3 ein schematisches Diagramm einer Begrenzung einer Rekuperationsleistung.

1 zeigt einen schematischen Ausschnitt eines Kraftfahrzeugs 1, umfassend eine elektrische Maschine 2, einen Wechselrichter 3 und einen elektrischen Energiespeicher 4. Der elektrische Energiespeicher 4 ist lediglich beispielhaft über eine Schutzeinrichtung 5, insbesondere einen Batterieschütz, mit dem Wechselrichter 3 verbunden. Die Schutzeinrichtung 5 kann die elektrische Verbindung trennen, insbesondere in einem Trennzustand. Das Kraftfahrzeug 1 weist ferner eine Steuerungseinrichtung 6 auf, die dazu ausgebildet ist, die einzelnen Komponenten anzusteuern, insbesondere den Wechselrichter 3 und die elektrische Maschine 2 zu steuern. Die elektrische Maschine 2 ist insbesondere als Asynchronmaschine ausgeführt.
Tritt ein Trennzustand auf, beispielsweise aufgrund einer Abweichung eines elektrischen Parameter des elektrischen Energiespeichers 4, insbesondere bei Überschreitung eines maximal zulässigen Batteriestroms, trennt die Schutzeinrichtung 5 die elektrische Verbindung zwischen dem Wechselrichter 3 und dem elektrischen Energiespeicher 4. Die Steuerungseinrichtung 6 ist dabei dazu ausgebildet, den Trennzustand zu erfassen. Die Steuerungseinrichtung 6 kann eine Schwelle festlegen, insbesondere einen Spannungsgrenzwert bestimmen, bei dessen Überschreitung der Trennzustand erfasst und der Wechselrichter 3 in eine Wechselrichtersperre versetzt bzw. in einer solchen betrieben wird.
Der Spannungsgrenzwert wird nicht für sämtliche Betriebszustände fest vorgegeben, sondern in Abhängigkeit eines Betriebsparameters des Kraftfahrzeugs 1, insbesondere der elektrischen Maschine 2, des elektrischen Energiespeichers 4 bzw. des Wechselrichters 3 für den aktuellen Betriebszustand bestimmt. Als Betriebsparameter wird insbesondere eine Drehzahl des Rotors der elektrischen Maschine 2 und/oder eine Zwischenkreisspannung des Wechselrichters 3 und/oder eine Batteriespannung des elektrischen Energiespeichers 4 verwendet. Mit anderen Worten legt die Steuerungseinrichtung 6 den Spannungsgrenzwert für den aktuellen Betriebszustand fest. Hierzu wird beispielsweise die Zwischenkreisspannung im Wechselrichter 3 im aktuellen Betriebszustand betrachtet, sodass der Spannungsgrenzwert, ab dem der Wechselrichter 3 in der Wechselrichtersperre betrieben wird, in Abhängigkeit der Zwischenkreisspannung des aktuellen Betriebszustands festgelegt werden kann.
2 zeigt schematisch einen Verlauf der Zwischenkreisspannung 7 über der Zeit, wobei zu einem Zeitpunkt 8 ein Trennzustand vorliegt, das heißt dass die Schutzeinrichtung 5 öffnet, sodass sich die Zwischenkreisspannung 7 erhöht. Der Trennzustand kann beispielsweise als sogenannter „Lastabwurf“ erachtet werden, in dem unerwartet die leitende Verbindung zwischen dem elektrischen Energiespeicher 4 und dem Wechselrichter 3 getrennt wird. In der Zeit, bis der Trennzustand erfasst wurde, wird der Wechselrichter 3 weiter betrieben, sodass elektrische Energie aus der elektrischen Maschine 2 in den Zwischenkreis fließt und somit die Zwischenkreisspannung 7 ansteigt.
Übersteigt die Zwischenkreisspannung 7 einen für diesen Betriebszustand festgelegten Spannungsgrenzwert 9, überführt die Steuerungseinrichtung 6 den Wechselrichter 3 in die Wechselrichtersperre, sodass ein weiterer Anstieg der Zwischenkreisspannung 7 verhindert wird und elektrische Komponenten des Kraftfahrzeugs 1 geschützt werden. Beispielhaft ist ein weiterer Betriebszustand dargestellt, in dem eine weitere Zwischenkreisspannung 7' eingenommen wird, und ebenfalls zu dem Zeitpunkt 8 der Lastabwurf auftritt. Wie beschrieben, wird der Spannungsgrenzwert 9' in Abhängigkeit von der Zwischenkreisspannung 7` festgelegt bzw. bestimmt, insbesondere derjenigen Zwischenkreisspannung 7', die vor dem Trennzustand vorlag.
Daraus ergibt sich, dass zwischen der Zwischenkreisspannung 7, 7' und dem jeweiligen Spannungsgrenzwert 9, 9' ein Abstand 10, 10' eingehalten wird. Der Abstand 10, 10' kann für alle Zwischenkreisspannungen 7, 7' gleich festgelegt werden, beispielsweise 100 V, sodass die Spannungsgrenzwerte 9, 9' stets um den festen Abstand 10, 10' oberhalb der Zwischenkreisspannung 7, 7' liegen. Ebenso ist es möglich, den Abstand 10, 10' variabel zu bestimmen, beispielsweise in Abhängigkeit der aktuellen Zwischenkreisspannung 7, 7'. Hierbei kann sich zum Beispiel ergeben, dass der Abstand 10' zwischen dem Spannungsgrenzwert 9' und der Zwischenkreisspannung 7' geringer ist als der Abstand 10 zwischen dem Spannungsgrenzwert 9 und der Zwischenkreisspannung 7. Es kann generell bei höheren Zwischenkreisspannungen 7, 7' ein geringerer Abstand 10, 10' gewählt werden als bei vergleichsweise niedrigeren Zwischenkreisspannungen 7, 7'. Zum Beispiel kann für eine Zwischenkreisspannung 7, 7' von 300V ein Abstand 10, 10' von 100 V und für eine Zwischenkreisspannung 7, 7` von 400 V ein Abstand 10, 10' von 50 V gewählt werden. Die Zahlenbeispiele sind selbstverständlich beliebig auf den aktuellen Anwendungsfall anpassbar bzw. entsprechend übertragbar.
3 zeigt eine weitere Ausgestaltung des beschriebenen Verfahrens, bei der die Rekuperationsleistung auf eine maximale Rekuperationsleistung 11 - 11" begrenzt wird. Hierbei ist die Steuerungseinrichtung 6 dazu ausgebildet, die maximale Rekuperationsleistung 11 - 11" für einzelne Betriebszustände 12, 13, 14 verschieden festzulegen. Die Rekuperationsleistung 11 - 11" wird insbesondere bezogen auf eine in dem jeweiligen Betriebszustand 12, 13, 14 vorherrschende Zwischenkreisspannung 7, 7', 7" begrenzt. Mit anderen Worten wird die Rekuperationsleistung 11 - 11" nicht für sämtliche Betriebszustände 12-14 festgelegt, sondern die Rekuperationsleistung 11 - 11" wird für jeden einzelnen Betriebszustand 12-14 individuell festgelegt. Hierbei kann die in dem jeweiligen Betriebszustand 12-14 vorherrschende Zwischenkreisspannung 7-7" herangezogen werden, um die maximale Rekuperationsleistung 11 - 11" festzulegen.
Lediglich beispielhaft liegt in einem Betriebszustand 12 eine Zwischenkreisspannung 7 vor. Die Steuerungseinrichtung 6 begrenzt daher die Rekuperationsleistung auf die maximale Rekuperationsleistung 11. Ändert sich in einem Betriebszustand 13 die bisherige Zwischenkreisspannung 7 in die Zwischenkreisspannung 7`, verändert die Steuerungseinrichtung 6 die maximale Rekuperationsleistung 11 in die maximale Rekuperationsleistung 11'. 3 zeigt weiter, dass, wenn sich die Zwischenkreisspannung 7' beim Übergang in den Betriebszustand 14 in die Zwischenkreisspannung 7" verändert, die Steuerungseinrichtung 6 die maximale Rekuperationsleistung 11' aus dem Betriebszustand 13 in die maximale Rekuperationsleistung 11" im Betriebszustand 14 ändert.
Vorteilhafterweise ist es somit möglich, dass die maximale Rekuperationsleistung 11-11" in den jeweiligen Betriebszuständen 12-14 auf den dort vorliegenden Betriebsparameter angepasst werden kann. Je nach vorherrschender Zwischenkreisspannung 7-7" wird somit die dazu korrespondierende Rekuperationsleistung 11 - 11" bestimmt. Daher ist es nicht erforderlich, eine Rekuperationsleistung festzulegen, die über den gesamten Betrieb der elektrischen Maschine 2 bzw. des Wechselrichters 3 sicherstellen muss, dass keine kritischen Zustände auftreten. Stattdessen kann der Betriebsparameter mit einbezogen werden und somit sichergestellt werden, dass stets die optimale Leistung rekuperiert werden kann.
Die in 2 und 3 beschriebenen Ausgestaltungen können in Kombination realisiert werden. Es kann die maximale Rekuperationsleistung 11 - 11 „auf den jeweiligen Betriebsparameter angepasst werden und gleichzeitig der Spannungsgrenzwert 9, 9', der ein Erfassen des Trennzustands und einen Übergang in die Wechselrichtersperre auslöst, basierend auf dem Betriebsparameter festgelegt werden. Somit kann zum einen sichergestellt werden, dass die maximal erlaubte Rekuperationsleistung 11 - 11“ kritische Zustände ausschließt und der Trennzustand ausreichend schnell erfasst werden kann und die Wechselrichtersperre ausreichend schnell eingeleitet werden kann.
Die in Bezug auf die einzelnen Fig. beschriebenen Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind daher beliebig isoliert realisierbar, miteinander kombinierbar, untereinander austauschbar und aufeinander übertragbar.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: elektrische Maschine
3: Wechselrichter
4: elektrischer Energiespeicher
5: Schutzeinrichtung
6: Steuerungseinrichtung
7 - 7": Zwischenkreisspannung
8: Zeitpunkt
9, 9': Spannungsgrenzwert
10, 10': Abstand
11 - 11": Rekuperationsleistung

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Betriebs eines Kraftfahrzeugs (1) in einem Trennzustand, in dem eine leitende Verbindung zwischen einem elektrischen Energiespeicher (4) und einem Wechselrichter (3) der elektrischen Maschine (2), insbesondere einer Asynchronmaschine, getrennt wird, wobei der Trennzustand erfasst wird und der Wechselrichter (3) bei erfasstem Trennzustand in einer Wechselrichtersperre betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des Trennzustands ein Spannungsgrenzwert (9, 9') in Abhängigkeit eines Betriebsparameters festgelegt wird, wobei der Wechselrichter (3) bei Überschreiten des Spannungsgrenzwert (9, 9')s in der Wechselrichtersperre betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter eine Zwischenkreisspannung (7, 7', 7") und/oder eine Spannung eines elektrischen Energiespeichers (4) und/oder eine Drehzahl der elektrischen Maschine (2) betrifft.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennzustand aus einem Normalbetrieb eingenommen wird, insbesondere aus einem generatorischen Betrieb der elektrischen Maschine (2).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennzustand aufgrund eines Fehlerzustands, insbesondere einer Trennung durch eine Schutzeinrichtung (5) des elektrischen Energiespeichers (4), ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennzustand verifiziert wird, insbesondere durch wenigstens eine Filtereinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung die Verifizierung des Trennzustands basierend auf einer Ableitung der Zwischenkreisspannung (7, 7', 7") oder einer Veränderung der Zwischenkreisspannung (7, 7', 7") durchführt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine maximale Rekuperationsleistung (11, 11', 11") in Abhängigkeit des Betriebsparameters begrenzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Begrenzung der Rekuperationsleistung (11, 11', 11") vor Erfassen des Trennzustands, insbesondere in einem Normalzustand, durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maximalwert der Rekuperationsleistung (11, 11', 11") bei einer ersten Zwischenkreisspannung (7, 7', 7"), insbesondere einer größeren Zwischenkreisspannung (7, 7', 7"), auf einen ersten Maximalwert und bei einer zweiten Zwischenkreisspannung (7, 7', 7"), insbesondere einer niedrigeren Zwischenkreisspannung (7, 7', 7"), auf einen zweiten Maximalwert begrenzt wird und/oder dass der Spannungsgrenzwert (9, 9') bei einer ersten Zwischenkreisspannung (7, 7', 7"), insbesondere einer größeren Zwischenkreisspannung (7, 7', 7"), auf einen ersten Spannungsgrenzwert (9, 9') und bei einer zweiten Zwischenkreisspannung (7, 7', 7"), insbesondere einer niedrigeren Zwischenkreisspannung (7, 7', 7"), auf einen zweiten Spannungsgrenzwert (9, 9') festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein variabler oder festgelegter Abstand (10, 10') zwischen dem Spannungsgrenzwert (9, 9') und der Zwischenkreisspannung (7, 7', 7") eingehalten wird, insbesondere ein Abstand (10, 10') von 100V bei einer Zwischenkreisspannung (7, 7', 7") von 300V oder ein Abstand (10, 10') von 50V bei einer Zwischenkreisspannung (7, 7', 7") von 400V.
Steuerungseinrichtung (6) für den Betrieb einer elektrischen Maschine (2) eines Kraftfahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (6) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.