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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug gemäß den Hauptansprüchen.
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In herkömmlichen Elektrofahrzeugen wird elektrische Energie aus einem Batteriespeicher entnommen, über einen Wechselrichter geführt und je nach Fahranforderungen kann in unterschiedlicher Stärke einer oder mehreren elektrischen Antriebsmaschinen zugeführt. Auf diese Weise kann eine komfortable und effiziente Fahrt des Elektrofahrzeugs erreicht werden. Problematisch ist jedoch dabei, dass die Zuführung von elektrischer Energie an die elektrischen Antriebsmaschinen, beispielsweise im Bereich der Räder, oftmals ausschließlich nach aktuell gerade benötigter elektrischer Energie erfolgt, wobei der aktuelle oder zukünftige Zustand der elektrischen Leitungen, die diese elektrischer Energie führt oder führen soll, unberücksichtigt bleibt. Auf diese Weise kann es vorkommen, dass entsprechende Leitungsabschnitte auch kurzzeitig mit einer hohen elektrischen Energie beaufschlagt werden, so dass sich diese Leitungsabschnitte schnell erhitzen und nachfolgend beispielsweise wieder abkühlen. Dies jedoch führt zu einer schnelleren Alterung dieser Leitungsabschnitte, beispielsweise durch eine Zersetzung oder Umformung eines Materials des Kunststoffschutzmantels dieser Leitungsabschnitte. Hierdurch wird schließlich die Alterung der Leitungsabschnitte und somit die Störungsneigung des Fahrzeugs erhöht, beispielsweise durch eine erhöhte Ausfallneigung des Fahrzeugs in späteren Lebenszyklusphasen des Fahrzeugs.
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Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug, wobei das Antriebssystem eine Energiequelle, zumindest eine elektrische Antriebsmaschine, zumindest einen Wechselrichter und eine elektrische Leitungseinheit zur Versorgung der elektrischen Antriebsmaschine und des Wechselrichters mit elektrischer Energie aus der Energiequelle aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- - Einlesen eines Übertragungsparameters, der eine aktuelle oder zukünftig geplante Übertragung einer elektrischen Energie zwischen der Energiequelle, dem Wechselrichter und/oder der elektrischen Antriebsmaschine über zumindest einen Zweig der Leitungseinheit repräsentiert;
- - Ermitteln eines Sollübertragungsparameters unter Verwendung des Übertragungsparameters und eines Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes, das einen physikalischen Zustand zumindest eines Zweigs der Leitungseinheit bei einer Übertragung von elektrischer Energie mit unterschiedlichen Werten des Übertragungsparameters abbildet, wobei der Sollübertragungsparameter einem gewünschten physikalischen Zustand des Zweigs der Leitungseinheit entspricht; und
- - Ansteuern einer Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Energiequelle, dem Wechselrichter und/oder der elektrischen Antriebsmaschine über den zumindest einen Zweig der Leitungseinheit unter Verwendung des Sollübertragungsparameters.
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Unter einem elektrischen Antriebssystem kann beispielsweise ein Verbund aus zumindest einer (elektrischen) Energiequelle, einer elektrischen Antriebsmaschine, einem Wechselrichter und einer elektrischen Leitungseinheit verstanden werden. Die Energiequelle kann beispielsweise als Akkumulator, eine Batterie oder eine Brennstoffzelle ausgestaltet sein. Eine elektrische Antriebsmaschine kann als Elektromotor zur Fortbewegung des Kraftfahrzeugs verstanden werden. Denkbar ist jedoch auch, dass die elektrische Antriebsmaschine in einem Bremsmodus Energie wieder rückgewinnt und hiermit die Energiequelle speisen kann. Unter einer elektrischen Leitungseinheit kann eine Verkabelungseinheit verstanden werden, die beispielsweise mehrere Zweige aufweist, um elektrische Energie zwischen unterschiedlichen Komponenten des Antriebssystems leiten oder verteilen zu können. Ein solcher Zweig kann beispielsweise eine elektrische Hochvolt-Leitung sein, die einen metallischen Innenleiter aufweist, der von einem (metallischen) Schirm umgeben ist, so dass eine möglichst geringe Abstrahlung von elektromagnetischen Feldern bei Betrieb dieser Leitung bzw. dieses Zweiges auftritt. Unter einem Wechselrichter kann beispielsweise ein elektronisches Bauelement verstanden werden, welches in der Lage ist, Gleichstrom in Wechselstrom oder umgekehrt zu wandeln. Unter einem Übertragungsparameter kann vorliegend beispielsweise eine physikalische Größe oder ein Wert verstanden werden. Beispielsweise kann der Übertragungsparameter eine aktuelle Temperatur oder ein aktueller Stromfluss über einen Zweig der Leitungseinheit repräsentieren. Dabei kann der Übertragungsparameter direkt oder indirekt auf die aktuell übertragene Energie über den Zweig der Leitungseinheit Rückschluss geben. Unter einem Sollübertragungsparameter kann ein gewünschter Wert einer zu übertragenden elektrischen Energie über den mindestens einen Zweig der Leitungseinheit oder über einen gewünschten Zustand der Leitungseinheit oder einem oder mehrerer einzelner Zweige der Leitungseinheit verstanden werden. Dabei kann der Sollübertragungsparameter so gewählt sein, dass der betreffende Zweig der Leitungseinheit, über welchen die elektrische Energie geführt wird, ein bestimmtes Kriterium erfüllt, beispielsweise eine möglichst geringe Temperaturschwankung erfährt, sodass sein Alterungsverhalten möglichst optimiert wird, also eine Alterung möglichst hinausgezögert wird. Hierzu wird beispielsweise ein Übertragungsmodell und/oder ein Kennfeld verwendet, in welchem ein Zusammenhang zwischen dem Übertragungsparameter und zumindest dem Sollübertragungsparameter abgelegt ist. Denkbar ist jedoch auch, dass der Sollübertragungsparameter unter Verwendung von weiteren Parametern bestimmt wird, wie dies nachfolgend noch näher ausgeführt wird.
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Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass nun nicht mehr allein ein aktuell benötigter Wert von elektrischer Energie über zumindest einen Teil bzw. Zweig der Leitungseinheit geführt wird, sondern dass gezielt überprüft wird, ob die aktuelle Energieanforderung an die elektrische Antriebsmaschine auch nicht zu längerfristigen übermäßigen Abnutzungserscheinungen wie zum Beispiel einer zu schnellen Alterung führt. Unter Verwendung des Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes kann somit beispielsweise eine Verringerung der über den betreffenden Zweig der Leitungseinheit zu übertragenden elektrischen Energie erreicht werden, wenn aktuell eine zu hohe Energieübertragung angefordert wäre oder durchgeführt wird, so dass sich die Leitung übermäßig erhitzen und somit zu schnell altern würde.
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Der hier vorgestellte Ansatz bietet somit den Vorteil einer langfristigen Überwachung von Komponenten des elektrischen Antriebssystems des Fahrzeugs, so dass möglichst geringe Verschleißerscheinungen in diesem Antriebssystem auftreten. Dies erhöht einerseits die Verfügbarkeit des Antriebssystems bzw. des damit ausgestatteten Fahrzeugs und reduziert andererseits Wartungskosten.
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Günstig ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Einlesens als Übertragungsparameter eine Temperatur und/oder ein Stromfluss über zumindest einen Zweig der Leitungseinheit eingelesen wird und/oder wobei im Schritt des Ermittelns der Sollübertragungsparameter eine elektrische Leistungseinheit derart ermittelt wird, dass ein Stromfluss über den zumindest einen Zweig der Leitungseinheit eine Temperatur des Zweigs der Leitungseinheit bewirkt, die einen Temperaturschwellwert nicht überschreitet. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil, dass ein derartiger Übertragungsparameter technisch einfach zu messen oder erfassen ist und andererseits einen sehr präzisen Rückschluss auf den aktuellen Belastungszustand der Leitungseinheit bzw. des betreffenden Zweigs der Leitungseinheit liefert.
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Besonders günstig ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Ermittelns als Übertragungsmodell ein vortrainiertes Modell verwendet wird, bei dem ein Zusammenhang zwischen dem Übertragungsparameter und dem Sollübertragungsparameter derart abgelegt ist, dass die Leitungseinheit hinsichtlich eines Alterungsverhaltensoptimiert wird. Ferner kann auch das Übertragungsmodell als maschineller Lernalgorithmus, als Funktionalzusammenhang, als neuronales Netz und/oder als Nachschlagetabelle ausgebildet sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, durch einen derart ausgestaltetes Übertragungsmodell und/oder ein Kennfeld sehr detailreich und präzise einen Zusammenhang zwischen dem Übertragungsparameter und dem Sollübertragungsparameter abbilden zu können.
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Bei einer besonders präzise arbeitenden Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann im Schritt des Einlesens ein ferner zumindest ein eine physikalische Größe repräsentierender Zustandsparameter der Energiequelle, des Wechselrichters und/oder der elektrischen Antriebsmaschine eingelesen werden, wobei im Schritt des Ermittelns der Sollübertragungsparameters ferner unter Verwendung des Zustandsparameter und des Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes ermittelt wird. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, in dem elektrischen Antriebssystem vorliegende Komponenten bzw. deren (Betriebs-) Parameter mit zu berücksichtigen können. Beispielsweise kann als eine solche physikalische Größe der Energiequelle eine (aktuelle) Speicherkapazität, eine Größe eines Puffers der Batterie zum Anfahren oder die Auslegung einer Batterie als Hochvolt-Batterie repräsentiert. Alternativ oder zusätzlich kann als Zustandsparameter ein Füllstand, eine Spannung und/oder eine Temperatur des Energiespeichers verwendet werden.
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Ferner kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes im Schritt des Einlesens ferner ein Historienparameter und/oder ein Fahrtwegparameter eingelesen werden, wobei der Historienparameter einen vergangenen Verlauf oder vergangene Werte des Übertragungsparameters abbildet und wobei der Fahrtwegparameter einen Bedarf von elektrischer Energie für eine zukünftige Fahrt des Fahrzeugs auf einem geplanten Fahrtweg repräsentiert. Dabei kann im Schritt des Ermittelns der Sollübertragungsparameters ferner unter Verwendung des Historienparameters und/oder des Fahrtwegparameters sowie des Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes ermittelt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, ein in der Vergangenheit liegendes Belastungsszenario für den zumindest einen Zweig der Leitungseinheit mit berücksichtigen zu können, so dass eventuell eine Schädigung des betreffenden Zweigs der Leitungseinheit erkannt oder zumindest abgespeichert ist und auf diese Weise eine noch vorsichtigere Belastung des Zweigs der Leitungseinheit bei einer Energieübertragung über diesen Zweig erfolgen kann, so dass die Alterung oder Wartungsanfälligkeit eines solchen Antriebssystems nochmals herabgesetzt oder verbessert ist.
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Unter einem Fahrtwegparameter kann beispielsweise ein Parameter und/oder eine Größe verstanden werden, welche (geplante) Strecke mit dem Fahrzeug noch zu fahren ist und somit auch eine unmittelbar bevorstehende zukünftige Belastung des Zweigs der Leitungseinheit berücksichtigt werden kann. Beispielsweise kann, wenn das Fahrzeug noch eine lange Wegstrecke zu fahren hat und somit noch ein längerer Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine zu erwarten ist, zur Vermeidung einer übermäßigen Erhitzung der Antriebsmaschine oder zumindest eines Teils der Leitungseinheit eine Reduktion der über den betreffenden Zweig der Leitungseinheit geführte Energie reduziert werden.
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Von Vorteil ist weiterhin eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der im Schritt des Einlesens der Übertragungsparameter und/oder ein weiterer Parameter aus einem fahrzeugexternen Speicher eingelesen wird oder unter Verwendung einer leitungsgebundenen Übertragungseinheit, einer Drahtlos-Übertragungseinheit und/oder einer optischen Übertragungseinheit eingelesen wird. Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, das Verfahren in einer beliebigen Einheit im Fahrzeug oder in einer zentralen Auswertungseinheit stationär betreiben zu können, so dass beispielsweise eine Flexibilität besteht, ob die mit dem vorliegenden Ansatz verarbeitete Daten schnell erhalten werden können oder sollen, wenn die Verarbeitung direkt im Fahrzeug erfolgt, oder ob die verarbeiteten Daten Energie-effizient beispielsweise in dem stationären Rechenzentrum ausgeführt werden kann.
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Auch kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes im Schritt des Einlesens ein weiterer Übertragungsparameter eingelesen wird, der eine aktuelle oder zukünftig geplante Übertragung einer elektrischen Energie zwischen der Energiequelle, dem Wechselrichter und/oder der elektrischen Antriebsmaschine über zumindest einen weiteren Zweig der Leitungseinheit repräsentiert;
dass im Schritt des Ermittelns ein weiterer Sollübertragungsparameter unter Verwendung des weiteren Übertragungsparameters und des Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes ermittelt wird, das einen physikalischen Zustand zumindest des weiteren Zweigs der Leitungseinheit bei einer Übertragung von elektrischer Energie mit unterschiedlichen Werten des weiteren Übertragungsparameters abbildet, wobei der weitere Sollübertragungsparameter einer Übertragung einem gewünschten physikalischen Zustand des zumindest einen weiteren Zweig der Leitungseinheit entspricht; und
dass im Schritt des Ansteuerns eine Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Energiequelle, dem Wechselrichter und/oder der elektrischen Antriebsmaschine über den weiteren Zweig der Leitungseinheit unter Verwendung des weiteren Sollübertragungsparameters angesteuert wird. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, nicht nur die Ansteuerung der Energieübertragung auf einem einzigen, überwachten Zweig vornehmen zu können, sondern dass eine gezielte und optimierte Ermittlung der Ströme über mehrere bzw. alle Zweige der Leitungseinheit erreicht werden kann, so dass eine gleichmäßige Belastung und somit gleichmäßige Alterung der einzelnen Abschnitte bzw. Zweige der Leitungseinheit realisierbar ist.
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Um das vorstehend genannte Verfahren effizient und schnell umsetzen zu können, kann gemäß einer besonders guten Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes separat ein Verfahren zur Generierung eines Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes zur Verwendung in einem Verfahren gemäß einer hier vorgestellten Variante zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems für ein Fahrzeug realisiert werden, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- - Einlesen eines Zusammenhangs zwischen mehreren Übertragungsparametern und je eines einem der Übertragungsparameter zugeordneten Sollübertragungsparameters, wobei die Übertragungsparameter eine Übertragung einer bestimmten Menge von elektrischer Energie zwischen der Energiequelle, dem Wechselrichter und/oder dem elektrischen Antriebsmaschine über zumindest einen Zweig der Leitungseinheit abbilden, und wobei wobei der Sollübertragungsparameter einem gewünschten physikalischen Zustand des zumindest einen Zweigs der Leitungseinheit entspricht; und
- - Erstellen und Abspeichern des Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes.
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Eine solche Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes bietet den Vorteil, unter Verwendung von Vorab-Untersuchungen, beispielsweise in einem Labor, bestimmte Wirkungen von einem oder mehreren Übertragungsparametern oder physikalischen Größen auf die physikalischen Zustände der Leitungseinheit oder Teilen bzw. Zweigen der Leitungseinheit ermitteln und abspeichern zu können. Diese Kenntnis kann nachfolgend während des Betriebs dann beispielsweise als Übertragungsmodell und/oder Kennfeld bei der Ansteuerung einer Übertragung von elektrischer Energie über Teile der Leitungseinheit herangezogen werden, um einen möglichst alterungsoptimierten, störungsarmen und verschleißarmen Betrieb der Leitungseinheit umzusetzen. Auf eine derartige Weise kann auch das Übertragungsmodell und/oder Kennfeld schnell realisiert oder erstellt werden, so dass der gewünschte Zusammenhang zwischen dem Übertragungsparameter und dem Sollübertragungsparameter technisch einfach umgesetzt werden kann.
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Weiterhin kann gemäß einer Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes im Schritt des Einlesens eine geometrische Größe zumindest des einen Zweigs der Leitungseinheit, ein Abstand des Zweigs der Leitungseinheit zu einem weiteren Zweig der Leitungseinheit, eine Materialeigenschaft des zumindest einen Zweigs der Leitungseinheit und/oder eine physikalische Größe der Energiequelle der elektrischen Antriebsmaschine oder des Wechselrichters eingelesen wird, wobei im Schritt des Erstellens und Abspeicherns das Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes ferner unter Verwendung der geometrische Größe zumindest des einen Zweigs der Leitungseinheit, des Abstands des Zweigs der Leitungseinheit zu einem weiteren Zweig der Leitungseinheit, einer Materialeigenschaft des zumindest einen Zweigs der Leitungseinheit und/oder einer physikalischen Größe der Energiequelle der elektrischen Antriebsmaschine oder des Wechselrichters erstellt wird. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, bestimmte Kenngrößen von Teilen der Leitungseinheit mit berücksichtigen zu können, die beispielsweise für ein Erhitzungsverhalten auf dem Zweig der Leitung bei einem hohen Stromtransfer relevant sind.
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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 die 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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Daneben betrifft die Erfindung einen Stromrichter, insbesondere Wechselrichter, für ein Kraftfahrzeug mit einer Variante einer hier vorgestellten Vorrichtung. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, mittels einer Variante der hier vorgestellten Vorrichtung eine Übertragung von elektrischer Energie sehr präzise steuern zu können, um eine Leitungseinheit möglichst verschleißarmen betreiben zu können.
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Daneben betrifft die Erfindung ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einer elektrischen Maschine und einem Wechselrichter. Das elektrische Antriebssystem zeichnet sich weiterhin dadurch aus, dass der Stromrichter wie hier vorgestellt ausgebildet ist. Ferner kann auch eine Getriebeeinrichtung vorgesehen sein, die ein Getriebe zum Reduzieren der Drehzahl der elektrischen Maschine sowie ein Differenzial aufweisen.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Achsantrieb und/oder einem Stromrichter. Das Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass der elektrische Achsantrieb und/oder der Stromrichter wie beschrieben ausgebildet ist.
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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 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs;
- 2 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs;
- 3 eine schematische Darstellung von Größen, die in der Vorrichtung Berücksichtigung für die Ansteuerung des Energieflusses über Zweige der Leitungseinheit finden können;
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug;
- 5 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems für ein Fahrzeug;
- 6 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 60 zur Generierung eines Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes zur Verwendung in einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug; und
- 7 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Generierung eines Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes zur Verwendung in einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug.
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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 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs 100, welches beispielsweise als Elektrofahrzeug ausgebildet ist. Hierzu umfasst das Kraftfahrzeug 100 eine elektrische Energiequelle 105, die beispielsweise als Energiespeicher, Batterie oder Akkumulator oder auch als Brennstoffzelle ausgestaltet ist. Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug 100 einen Inverter bzw. einen Wechselrichter 110, der ausgebildet ist, um elektrischer Energie aus der Energiequelle 105 in eine elektrische Energie umzuwandeln, mit der beispielsweise die elektrische Antriebsmaschine 115 betrieben werden kann. Die elektrische Antriebsmaschine 115 ist aber ausgebildet, um Räder 120 des Kraftfahrzeugs 100 anzutreiben.
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Um nun elektrische Energie von der Energiequelle 105 zum Wechselrichter 110 bzw. vom Wechselrichter 110 zur elektrischen Antriebsmaschine 115 übertragen zu können, wird eine Leitungseinheit 125 verwendet, in welcher einzelne Zweige 125`, 125", beispielsweise in der Form von einzelnen Leitungen zur Führung eines entsprechenden Stroms eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Leitungseinheit 125 zwei Leitungen bzw. Zweige 125' aufweisen, um einen Gleichstrom von der Energiequelle 105 zum Wechselrichter 110 zuführen. Die Leitungseinheit 125 kann ferner auch drei einzelne Leitungen oder Zweige 125'' umfassen, um beispielsweise eine 3-phasige Wechselspannung vom Wechselrichter 110 zur elektrischen Antriebsmaschine 115 zu führen, die im Wechselrichter 110 aus der von der elektrischen Energiequelle 105 bezogenen elektrischen Energie gewandelt wurde.
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Um nun einen möglichst verschleißarmen Betrieb des elektrischen Antriebssystems 130 zu ermöglichen, welcher die Energiequelle 105, wenn Wechselrichter 110, die elektrische Antriebsmaschine 115 und die Leitungseinheit 125 umfasst, ist gemäß dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel für das Kraftfahrzeug 100 eine Vorrichtung 140 zum Betreiben des elektrischen Antriebssystems 130 vorgesehen. Auf die Funktionsweise dieser Vorrichtung 140 zum Betreiben des elektrischen Antriebssystems 130 wird nachfolgend noch detaillierter eingegangen. Zumindest ist die Vorrichtung 140 mit dem Wechselrichter 110 verbunden, beispielsweise über eine optische Datenübertragungsverbindung und somit ausgebildet, um einem Energiefluss oder allgemein einen Parameter der Übertragung von elektrischer Energie in zumindest einem der Zweige 125`, 125" der Leitungseinheit 125 anzusteuern. Für eine solche Ansteuerung können in der Vorrichtung 140 neben fahrzeuginternen Parametern auch Daten aus zumindest einer fahrzeugexternen Quelle wie beispielsweise einem Cloud-Server 150 herangezogen werden, die beispielsweise über eine Mobilfunk-Datenverbindung zur Vorrichtung 140 übertragen werden. Beispielsweise können solche Daten eine Information über die aktuelle Höhe der Position des Kraftfahrzeugs 100 über dem Meeresspiegel, ein Fahrbahnprofil oder eine aktuelle Verkehrsdichte im Bereich um das Kraftfahrzeug 100 oder auf einem geplanten Fahrweg des Kraftfahrzeugs 100 darstellen. Diese Daten können, wie es später noch näher beschrieben wird, für die Steuerung eines Energieflusses über einen oder mehrere Zweige 125`, 125" der Leitungseinheit 125 verwendet werden.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Kraftfahrzeugs 100. Im Unterschied zu dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs 100 wird nun auch eine zweite Achse des Kraftfahrzeugs 100 angetrieben. Hierzu wird zunächst über eine Energieverteilungseinheit 200 die aus der Energiequelle 105 gelieferte elektrischer Energie auf den Wechselrichter 110 sowie einen zweiten Wechselrichter 210 verteilt, wobei der zweite Wechselrichter 210 eine zweite elektrische Antriebsmaschine 215 mit elektrischer Energie speist, die die Räder 220 der zweiten Achse antreibt. Die Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Energiequelle 105, der Energieverteilungseinheit 200, den Wechselrichtern 110 bzw. 210 sowie dem elektrischen Antriebsmaschinen 115 bzw. 215 wird dabei ebenfalls wieder über die Leitungseinheit 125 vorgenommen, die für diesen Fall deutlich mehr Zweige 125`, 125" aufweist, wie es aus der 2 erkennbar ist.
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Auch in diesem Fall wird in der Vorrichtung 140 eine Auswertung von fahrzeugenintern Parametern des Kraftfahrzeugs 100 sowie von Parametern aus der externen Quelle wie beispielsweise vom Cloud-Server 150 stammende Daten verwendet, um die Ansteuerung des elektrischen Leistungsfluss des in einzelnen Zweigen 125`, 125" der Leitungseinheit 125 vornehmen zu können.
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Bei der Ansteuerung des elektrischen Leistungsflusses ist hierbei speziell zu beachten, dass in den einzelnen Zweigen der Leitungseinheit 125, speziell in der Leitung selbst oder auch an einem entsprechenden Anschlussstecker einige Probleme auftreten können, die für einen optimierten, verschleißarmen Betrieb der Leitungseinheit bzw. des elektrischen Antriebssystems berücksichtigt werden sollten. Nachdem es sich bei den Zweigen der Leitungseinheit 125 oftmals um Hochvolt-Leitungen handelt, in welche eine große Menge von elektrischer Energie geführt wird, wäre in diesem Zusammenhang zunächst ein erstes, thermisches Problem zu beachten, welches sich in einer Erwärmung der Leitungsisolation und/oder des Mantels der elektrischen Leitung zeigt, wenn diese von einem hohen Stromfluss durchflossen wird. Hierdurch kann gegebenenfalls eine Materialbeschädigung auftreten, die zu einer schnelleren Alterung führt und dann in einem erforderlichen Ersatz des entsprechenden Leitungsstranges resultiert, was die Funktionsbereitschaft des Kraftfahrzeugs einschränkt und Wartungskosten verursacht. Andererseits wäre als zweites, elektrisches Problem zu nennen, dass bei einem höheren Stromfluss durch eine elektrische Leitung bzw. einen Stecker auch ein erhöhter Stromfluss in einem elektrischen Schirm dieser Leitung bzw. des Steckers entsteht oder induziert wird, was zu einer zusätzlichen Erwärmung der Leitung als solches führt, die oftmals bisher nicht beachtet wurde. Um nun eine möglichst effiziente Führung von elektrischer Energie zwischen den einzelnen Komponenten des elektrischen Antriebssystems 130 entsprechende Darstellung aus den 1 und 2 zu ermöglichen, wird vorliegend vorgeschlagen, eine Überwachung von Übertragungsparametern von elektrischer Energie über einen oder mehrere Zweige 125`, 125" der Leitungseinheit 120 vorzunehmen und durch entsprechende Ansteuerung der Energieverteilungseinheit 200 bzw. der Wechselrichter 110 oder 210 dafür Sorge zu tragen, das ein Stromfluss durch entsprechende Zweige 125`, 125" der Leitungseinheit 125 nicht zu hoch werden, die Leitung damit nicht zu stark zu erhitzen und nicht zu einer schnelleren Alterung dieser Zweige der Leitungseinheit führen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung von Größen, die in der Vorrichtung 140 Berücksichtigung für die Ansteuerung des Energieflusses über Zweige 125`, 125" der Leitungseinheit 125 finden können.
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Um in der Vorrichtung 140 eine entsprechende Ansteuerung vornehmen zu können, wird beispielsweise über ein Signal als Zustandsparameter 300 ein Status des Energiespeichers 105 an die Vorrichtung 140 ermittelt. In diesem Zustandsparameter-Signal 300 kann beispielsweise eine Information über eine Pufferkapazität einer Brennstoffzelle als Energiespeicher zum Anfahren des Kraftfahrzeugs oder eine Information über die Kapazität der Hochvolt-Batterie enthalten sein.
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Weiterhin kann der Vorrichtung 140 eine Information oder ein Parameter über einen Wechselrichter 110 bzw. 210 bzw. Energieverteilungseinheit 200 mittels eines Wechselrichtersignals als Übertragungsparameter 310 übermittelt werden. Eine solche Information oder ein solcher Parameter kann beispielsweise eine Information über an den betreffenden Komponenten anliegende Spannung, ein über die betreffenden Komponenten fließende Strom, eine an den betreffenden Komponenten auftretende Frequenz inklusive gegebenenfalls Oberwellen, ein angefordertes Drehmoment, eine angeforderte Drehzahl oder entsprechende Temperaturwerte enthalten. Das Wechselrichtersignal bzw. der Übertragungsparameter 310 kann hierbei auch einen Hinweis auf einen Innenleiterstrom enthalten, der beispielsweise in einer Zeitspanne von t bis t1 fließt. Speziell das Wechselrichtersignal bzw. der Übertragungsparameter 310 kann in diesem Zusammenhang als Parameter verstanden werden, der eine Information über eine aktuelle Übertragung einer elektrischen Energie zwischen der Energiequelle, dem Wechselrichter und/oder der elektrischen Antriebsmaschine über zumindest einen Zweig der Leitungseinheit repräsentiert, da der oder die Wechselrichter 110 bzw. 210 oder die Energieverteilungseinheit 200 die Schnittstelle bilden, um die elektrische Energie von dem Energiespeicher 105 an die Antriebsmaschinen 115 bzw. 215 zu übermitteln.
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Zusätzlich oder alternativ aus einem Fahrverhaltensspeicher 315 über ein Speichersignal als Historienparameter 320 der Vorrichtung 140 eine Information über ein individuelles Fahrverhalten des Fahrers übermittelt werden, welches einer aktuellen Lastanforderung an das elektrische Antriebssystem des Kraftfahrzeugs entspricht. Zusätzlich oder alternativ kann der Vorrichtung 140 ein Servicesignal 325 eine Information aus einem Service- Datenspeicher 330 übermittelt werden, beispielsweise einen Hinweis darauf, in welchem Zustand sich das Energiebordnetz gerade befindet, ob Wartungsintervalle eingehalten wurden oder in Kürze ablaufen und/oder ob oder welche konkreten Alterungsparameter der Verbindung, also beispielsweise der Zwiege der Leitungseinheit oder entsprechende Steckverbindungen zu berücksichtigen sind. Ferner kann zusätzlich oder alternativ von dem Cloud-Speicher 150 ein entsprechendes Cloud-Signal als Fahrtwegparameter 335 eingelesen in der Vorrichtung 140 werden, aus welchem aktuelle Kartendaten bzw. Anzahl Profil für die aktuell befahrenen Fahrttrajektorie oder ein Hinweis auf eine aktuelle Verkehrssituation auf dieser Fahrttrajektorie und damit auch auf zukünftige Lastanforderungen entnommen werden kann. Denkbar ist auch, dass in der Vorrichtung 140 ein Maschinensignal als weiterer Zustandsparameter 340 von einer der elektrischen Antriebsmaschinen 115 bzw. 215 eingelesen wird, welches beispielsweise Informationen über eine Temperatur von Komponenten (beispielsweise des Gehäuses, Klemmen und/oder den Rotor oder Stator) der elektrischen Antriebsmaschine 115 bzw. 215 abbildet.
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In der Vorrichtung 140 können dann unter Verwendung der eingelesenen Parameter und von einem oder mehreren Übertragungsmodellen 350 und/oder Kennfeldern 355 beispielsweise ein entsprechender Sollübertragungsparameter 360 ermittelt und beispielsweise an einen oder mehrere der Wechselrichter 110 bzw. 210 und/oder die Energieverteilungseinheit 200 als Ansteuersignal übermittelt werden, welche dann ausgebildet sind, um eine dem Sollübertragungsparameter 360 entsprechende elektrische Energie von der Energiequelle 105 an die jeweils betreffende elektrische Antriebsmaschine 115 bzw. 215 über einen Zweig 125`, 125" der Leitungseinheit übermitteln zu können. Speziell kann hierbei ein Übertragungsmodell 350 verwendet werden, auf dessen Basis eine Berechnung eines zu führenden Stroms durch den Kabelsatz bzw. jeden Zweig der Leitungseinheit ermöglicht wird, woraus eine Temperatur dieses Zweigs der Leitungseinheit ermittelt oder abgeschätzt werden kann. Aus dieser Temperatur bzw. einer thermischen Entwicklung kann je Kabelsatz bzw. Zweig der Leitungseinheit auch ein Zustand der einzelnen Leitungen der Leitungseinheit bzw. dieser einzelnen Zweige der Leitungseinheit aus bekannten Materialdaten des Zweigs der Leitungseinheit bestimmt werden. In dem Übertragungsmodell 350 kann somit ein physischer Zustand zumindest eines Zweigs der Leitungseinheit bei der Übertragung von elektrischer Energie mit unterschiedlichen Werten des Übergangsparameters abgebildet werden. Hieraus lässt sich dann auch eine zu erwartende oder tatsächliche Temperaturbelastung dieses Zweigs der Leitungseinheit bestimmen, und über einen längeren Betriebszeitraum des elektrischen Antriebssystems abschätzen. Hieraus kann dann auch erkannt werden, dass beispielsweise in der Vergangenheit bereits eine höhere Temperaturbelastung stattgefunden hat und somit eine Alterung eines oder mehrerer Zweige der Leitungseinheit vorliegt. Fomit sollten möglicherweise diese Zweige nicht mehr mit einer hohen thermischen Belastung bei einem hohen Stromdurchfluss beaufschlagt werden. Dementsprechend kann nun der Sollübertragungsparameter 360 so eingestellt werden, dass die Temperaturbelastung in dem betreffenden Zweig der Leitungseinheit reduziert wird, was beispielsweise zu einer Ansteuerung einer Reduktion der Energiedurchleitung bzw. des Stromflusses über den entsprechenden Zweig der Leitungseinheit führt. Ferner können auch zur Bestimmung des Sollübertragungsparameters 160 Kennfelder 355 verwendet werden, die beispielsweise eine thermische Belastung der elektrischen Antriebsmaschinen 115 bzw. 215, der Wechselrichter 110 bzw. 210 und/oder der Energieverteilungseinheit 200 und eine thermische Belastung der Verkabelung (beispielsweise hinsichtlich eines ESB, vorbestimmten Leitungsdrähten oder Routenparametern), einer Batteriekapazität und/oder einer zu speichernden Ladungsmenge einer Brennstoffzelle in Abhängigkeit von beispielsweise einem aktuellen oder bisherigen Stromfluss oder einer anliegenden Spannung an den betreffenden Komponenten abbilden.
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Denkbar ist ferner auch, dass von der Vorrichtung 140 an den Fahrverhaltenspeicher 315 eine Information 365 übertragen wird, die eine Rückmeldung über eine Verfügbarkeit von elektrischer Leistung und/oder eine Information über eine Belastung der Verkabelung Beziehungsweise der Leitungseinheit an den Fahrer ausgibt, sodass der Fahrer möglicherweise einen Hinweis auf eine erhöhte Belastung von Komponenten des elektrischen Antriebssystems erhält, durch welche eine Verschlechterung des Alterungsverhaltens durch einen möglicherweise zu hohen Schirmstrom bzw. einen erhöhten Innenleiterstrom des jeweiligen Zweigs der Leitungseinheit resultiert.
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Zusammenfassend ist anzumerken, dass die Alterung von einzelnen HV-Leitungen (HV = Hochvolt) mit den heutigen mathematischen Methodiken nicht eindeutig bestimmt werden kann. Neben dem Innenleiterstrom enthält jede HV-Leitung eine zusätzliche Wärmequelle, die durch einen induzierten Schirmstrom gespeist werden kann. Über die Lebensdauer bzw. Alterung bzw. je nach Lastanforderung kann dies sicherheitskritisch werden. Des Weiteren regelt im heutigen Antriebsstrang nur der Wechselrichter den Antriebsstrang und sorgt dafür, dass der Motor nicht überhitzt. Die Verkabelung wird heute bisher nicht weiter abgesichert.
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Um nun eine möglichst Modellierung vornehmen zu können, werden von den einzelnen Hochvolt-Komponenten Daten von Innenleiterstrom, der Schirmströme der Leitungen sowie Informationen zur Temperatur für eine Zeit X (5*Tau der Verkabelung - thermisch ausgelegt) vom Steuergerät erfasst und in Kennfelder sowie Daten zur Leistungsverteilung hinterlegt.
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Im Steuergerät sind Daten zu einem elektrischen sowie elektro-thermischen Modell einzelner HV-Leitungssätze (beispielsweise in Bezug auf Geometrie, Kabel-Verlegewege, technische Daten) für den Gleichstrom- sowie Wechselstromkreis hinterlegt. In dem Steuergerät bzw. der Vorrichtung 140, die auch aus Master Energy ECU bezeichnet werden kann, sind unter anderem folgende Daten für das Energie-Bordnetzes hinterlegt:
- - Daten zum Wechselrichter (zum Beispiel aktuell anliegende Frequenz, fließender Strom, aktuelles Rippelverhalten)
- - Verhalten der elektrischen (Antriebs-) Maschine (Wirbelströme, Taktfrequenzen, Stromstärken, Deratingkurven etc.)
- - Kennfelder der einzelnen HV-Leitungssätze (Kabelrouten, Leitungslänge, Leitungsgeometrie)
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Die Vorrichtung 140 bzw. die Energie Master ECU oder eine diese Funktionalität realisierende (Software-) Funktion enthält von smarten Inverter/Wechselrichter 110, 210 sowie gegebenenfalls einer Energieverteilungseinheit 200 (PDU, PDE = Power Distribution Unit) Realdaten zu den einzelnen Innenleiterströmen der HV-Verkabelung bzw. der entsprechenden Zweige der Leitungseinheit und berechnet mithilfe der (Übertragungs-) Modelle die Temperatur sowie den Schirmstrom in den einzelnen Leitungssträngen bzw. Zweigen. Bei Überlastung bzw. Überschreiten der auf Systemebene festgelegten Grenzwerte erfolgt eine Leistungsreduzierung. Dies bedeutet, dass die durch einen Zweig der Leitungseinheit 125 geführte elektrische Leistung reduziert wird, sodass keine Überhitzung der Leitung in diesem Zweig der Leitungseinheit auftritt.
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Das System bzw. die Vorrichtung 140 respektive die Funktion soll als Absicherung der HV-Leitungen im Energiebordnetz dienen und die Alterung der HV-Verkabelung also der Leitungen der Zweige der Leitungseinheit virtuell berechnen und überwachen können.
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Der Pufferspeicher der Funktion oder ECU ist zeitlich für thermische Betrachtungen der Verkabelung auf 5*Tau ausgelegt und speichert den aktuellen Zustand der Leitung. Tau repräsentiert hierbei eine Zeitkonstante, wobei beispielsweise nach Ablauf einer Zeit von ca. 3 Zeitkonstanten Tau das Ausgangssignal ca. 95 % der Größe des Eingangssignals erreicht hat, wenn die Systemverstärkung K = 1 ist.
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Auf Basis der Information des Verkabelungszustandes kann eine Lebensdauerberechnung in der Vorrichtung 140 bzw. Funktion oder Master IC durch die erfassten Daten erfolgen. Hierbei werden beispielsweise Werkstattintervalle individuell auf die Belastung der individuellen Verkabelung oder Zweige der Leitungseinheit bestimmt und beispielsweise in einer Service-Cloud berechnet und/oder gespeichert. In der Service-Cloud können auch zentrale Lebensdauermodelle hinterlegt sein, sodass der jeweilige Kabelstrang bzw. Zweig der Leitungseinheit 125 besser nach Alterung eingestuft werden kann.
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Des Weiteren erhält der Fahrer von der Energieverteilungseinheit 200 als beispielsweise Energiemaster ECU (oder eine entsprechende Software-Funktion) eine Rückmeldung, wie viel elektrische Leistung maximal zur Verfügung steht und wie viele Kilometer hiermit noch gefahren werden können. System verantwortliche legen gemeinsam mit Komponentenverantwortlichen (zum Beispiel für Verkabelung, PDU, Inverter, elektrische Maschine, Batterie) jeweils die Maximaltemperatur Tmax der Leitung bzw. dem Zweig der Leitungseinheit 125 fest. Diese ist individuell auf das elektrische Antriebssystem abgestimmt und entspricht nicht der maximalen Kabeltemperatur TKa- bel_Max aus einem Datenblatt. Es erfolgt als Lösung des hier beschriebenen Problems somit gemäß dem hier vorgestellten Ansatz eine Leistungsreduzierung durch eine Software im gesamten Antriebssystem.
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Die Datenübertragung zum Beispiel zwischen der PDU oder dem Inverter/Wechselrichter und der ECU bzw. der Vorrichtung 140 kann optisch, galvanisch isoliert, Kupfer-basiert (beispielsweise mittels einer Zweidrahtleitung) oder über eine Funkverbindung verlaufen. Die Kommunikation kann über mehrere Medien erfolgen, sodass das elektrische Antriebssystem eine Redundanz aufweist und so das Steuergerät bzw. die Vorrichtung 140 mit einem höheren ASEL-Level eingestuft wird.
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Die Vorrichtung 140 bzw. ECU oder eine entsprechend Software-Funktion kann sowohl für batteriebetriebene Fahrzeuge als auch für Brennstoffzellenfahrzeuge verwendet werden, wobei dann die Energiequelle 105 einerseits durch die Batterie oder einen entsprechenden Akku oder anderenfalls die Brennstoffzelle gebildet sein kann.
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Des Weiteren soll das elektrische Antriebssystem auf Basis des Kartenmaterials bzw. eingespeicherten Busstrecken oder Navigationsstrecken den Energiebedarf vorab berechnen können. Entsprechend kann ein Wechselrichter oder eine smarte PDU bzw. Energieverteilungseinheit 200 Maßnahmen einleiten, um die Anforderungen des Nutzers/Fahrers (Busstrecke bis zur nächsten Ladesäule, oder zum Beispiel Leistungsbegrenzung des elektrischen Antriebssystems - da das Verkabelungssystem bzw. ein oder mehrere Zweige die Leitungseinheit 125 zu sehr erhitzt ist/sind) gerecht zu werden und entsprechend die Energie den einzelnen Komponenten in Abhängigkeit des Zustands der Energiequelle 105 wie der Batterie zur Verfügung zu stellen. Diese Maßnahmen erfolgen unter Berücksichtigung der der ermittelten einzelnen Innenleiterströme der Leitungszweige sowie der induzierten Schirmströme und der daraus resultierenden Erwärmung der Verkabelung bzw. Zweige der Leitungseinheit. Die Schirmströme und Innenleiterströme können hierbei als allgemein Innenleiterströme betrachtet oder zusammengefasst werden.
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Mithilfe im elektrischen Antriebssystem oder in einer Cloud befindlichen Übertragungsmodellen der Hochvolt-Verkabelung (AC/DC-Kreis) können somit Aussagen zu Alterung im System getroffen und verfolgt werden, die dann beispielsweise auch als Basis für eine konkrete Ansteuerung von Strömen durch die einzelnen Zweige der Leitungseinheiten verwendet werden, sodass eine elektro-induzierte thermische Beeinflussung reduziert werden kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Erfassung des Rippels im DC-Antriebsstrang erfolgen und für eine Ansteuerung des Stromflusses durch einen oder mehrere Zweige der Leitungseinheit 105 verwendet. Hierbei wird beispielsweise die Spannungsdifferenz zwischen zwei HV-Komponenten im Steuergerät bzw. der Vorrichtung 140 zentral erfasst und es wird ein Soll-/Ist-Vergleich der Spannung bzw. der erwarteten Spannung durchgeführt werden. Die Daten der einzelnen Energiebordnetzkomponenten werden durch die „Energy Master ECU“, also beispielsweise die Energieverteilungseinheit oder durch eine entsprechende „Software-Funktion“ zentral erfasst. Hierbei trifft die „Energy Master ECU“ bzw. die Software-Funktion die Entscheidung, in welchen Leitungssträngen bzw. Zweigen der Leitungseinheit Anpassungen hinsichtlich eines durch diese Zweige geführten Stroms getroffen werden, sodass der jeweilige HV-Leistungsstrang sowie die beiden verknüpften Komponenten zum Beispiel PDU und Inverter/Wechselrichter zusätzlich geschützt werden können. Hierbei lässt sich eine Erhöhung der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit des HV-Leitungssatzes erreichen.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 400 zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug, wobei das Antriebssystem eine Energiequelle, zumindest eine elektrische Antriebsmaschine, zumindest einen Wechselrichter und eine elektrische Leitungseinheit zur Versorgung der elektrischen Antriebsmaschine und des Wechselrichters mit elektrischer Energie aus der Energiequelle aufweist. Das Verfahren 400 umfasst einen Schritt 410 des Einlesens eines Übertragungsparameters, der eine aktuelle oder zukünftig geplante Übertragung einer elektrischen Energie zwischen der Energiequelle, dem Wechselrichter und/oder der elektrischen Antriebsmaschine über zumindest einen Zweig der Leitungseinheit repräsentiert. Weiterhin umfasst das Verfahren 400 einen Schritt 420 des Ermittelns eines Sollübertragungsparameters unter Verwendung des Übertragungsparameters und eines Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes, das einen physikalischen Zustand zumindest eines Zweigs der Leitungseinheit bei einer Übertragung von elektrischer Energie mit unterschiedlichen Werten des Übertragungsparameters abbildet, wobei der Sollübertragungsparameter einem gewünschten physikalischen Zustand des Zweigs der Leitungseinheit entspricht. Schließlich umfass das Verfahren 400 einen Schritt 430 des Ansteuerns einer Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Energiequelle, dem Wechselrichter und/oder der elektrischen Antriebsmaschine über den zumindest einen Zweig der Leitungseinheit unter Verwendung des Sollübertragungsparameters.
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5 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 140 zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug, wobei das Antriebssystem eine Energiequelle, zumindest eine elektrische Antriebsmaschine, zumindest einen Wechselrichter und eine elektrische Leitungseinheit zur Versorgung der elektrischen Antriebsmaschine und des Wechselrichters mit elektrischer Energie aus der Energiequelle aufweist. Die Vorrichtung 140 umfasst eine Schnittstelle 510 zum Einlesen eines Übertragungsparameters, der eine aktuelle oder zukünftig geplante Übertragung einer elektrischen Energie zwischen der Energiequelle, dem Wechselrichter und/oder der elektrischen Antriebsmaschine über zumindest einen Zweig der Leitungseinheit repräsentiert. Weiterhin umfasst die Vorrichtung 140 eine Einheit 520 zum Ermitteln eines Sollübertragungsparameters unter Verwendung des Übertragungsparameters und eines Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes, das einen physikalischen Zustand zumindest eines Zweigs der Leitungseinheit bei einer Übertragung von elektrischer Energie mit unterschiedlichen Werten des Übertragungsparameters abbildet, wobei der Sollübertragungsparameter einem gewünschten physikalischen Zustand des Zweigs der Leitungseinheit entspricht. Schließlich umfass die Vorrichtung 140 eine Einheit 530 zum Ansteuern einer Übertragung von elektrischer Energie zwischen der Energiequelle, dem Wechselrichter und/oder der elektrischen Antriebsmaschine über den zumindest einen Zweig der Leitungseinheit unter Verwendung des Sollübertragungsparameters. Denkbar ist ferner auch noch, dass die Einheit 510 zum Einlesen ausgebildet ist, um Zustandsparameter 300 340, Historienparameter 320 325 und/oder Fahrtwegparameter 335 einzulesen und in der Einheit 520 zum Ermitteln diese Parameter zur Ermittlung der Sollparameter zu verwenden.
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6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 600 zur Generierung eines Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes zur Verwendung in einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug. Das Verfahren 600 umfasst einen einen Schritt 610 des Einlesens eines Zusammenhangs zwischen mehreren Übertragungsparametern und je eines einem der Übertragungsparameter zugeordneten Sollübertragungsparameters, wobei die Übertragungsparameter eine Übertragung einer bestimmten Menge von elektrischer Energie zwischen der Energiequelle, dem Wechselrichter und/oder dem elektrischen Antriebsmaschine über zumindest einen Zweig der Leitungseinheit abbilden, und wobei wobei der Sollübertragungsparameter einem gewünschten physikalischen Zustand des zumindest einen Zweigs der Leitungseinheit entspricht. Ferner umfasst das Verfahren 600 einen Schritt 620 des Erstellens und Abspeichern des Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes.
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7 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 700 zur Generierung eines Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes zur Verwendung in einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug. Die Vorrichtung 700 umfasst einen eine Einheit 710 zum Einlesen eines Zusammenhangs zwischen mehreren Übertragungsparametern und je eines einem der Übertragungsparameter zugeordneten Sollübertragungsparameters, wobei die Übertragungsparameter eine Übertragung einer bestimmten Menge von elektrischer Energie zwischen der Energiequelle, dem Wechselrichter und/oder dem elektrischen Antriebsmaschine über zumindest einen Zweig der Leitungseinheit abbilden, und wobei wobei der Sollübertragungsparameter einem gewünschten physikalischen Zustand des zumindest einen Zweigs der Leitungseinheit entspricht. Ferner umfasst die Vorrichtung 700 eine Einheit 720 zum Erstellen und Abspeichern des Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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Bezugszeichen
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- 100
- Kraftfahrzeug
- 105
- Energiequelle
- 110
- Wechselrichter, Inverter
- 115
- elektrische Antriebsmaschine
- 120
- Räder
- 130
- elektrisches Antriebssystem
- 140
- Vorrichtung zum Betreiben
- 150
- Cloud-Speicher
- 200
- Energieverteilungseinheit
- 210
- weiterer Wechselrichter
- 215
- weitere elektrische Antriebsmaschine
- 220
- weitere Räder
- 300
- Zustandsparameter
- 310
- Übertragungsparameter
- 315
- Fahrverhaltensspeicher
- 320
- Historienparameter
- 325
- Servicesignal
- 330
- Service- Datenspeicher
- 335
- Fahrtwegparameter
- 340
- Zustandsparameter
- 350
- Übertragungsmodell
- 355
- Kennfeld
- 360
- Sollübertragungsparameter
- 365
- Information
- 400
- Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Antriebssystems
- 410
- Schritt des Einlesens
- 420
- Schritt des Ermittelns
- 430
- Schritt des Ansteuerns
- 510
- Einheit zum Einlesen
- 520
- Einheit zum Ermitteln
- 530
- Einheit zum Ansteuern
- 600
- Verfahren zur Generierung eines Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes
- 610
- Schritt des Einlesens
- 620
- Schritt des Erstellens und Abspeicherns
- 700
- Vorrichtung zur Generierung eines Übertragungsmodells und/oder Kennfeldes
- 710
- Einheit zum Einlesen
- 720
- Einheit zum Erstellen und Abspeichern
