DE102022209052A1

DE102022209052A1 - Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102022209052A1
Application number: DE102022209052.7A
Authority: DE
Inventors: Johannes GLÜCKLER; Morten Scherpelz; Stefan Spühler; Christian Mittelberger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-08-31
Filing date: 2022-08-31
Publication date: 2024-02-29
Also published as: CN117621861A; US20240067000A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (1) eines Fahrzeugs, der eine erste elektrische Maschine (2) mit einer ersten Leistungselektronik (6), eine zweite elektrische Maschine (3) mit einer zweiten Leistungselektronik (7) und ein zwischen die elektrischen Maschinen und einen Abtrieb (5) geschaltetes Getriebe (4) aufweist, wobei in einem symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen (2, 3) die erste und die zweite elektrische Maschine mit einem gleichen Drehmoment und Drehmomentgradienten betrieben werden, wobei während der Ausführung einer Schaltung in dem Getriebe (4) mit einem nicht-symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen (2, 3) die erste und die zweite elektrische Maschine mit einem unterschiedlichen Drehmoment und/oder Drehmomentgradienten betrieben werden. Dann, wenn während eines symmetrischen Betriebs erkannt wird, dass in dem Getriebe (4) eine Schaltung mit einem nicht-symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen ausgeführt werden soll, vor der Ausführung der Schaltung der symmetrische Betrieb zur Bereitstellung eines Vorkonditionierbetriebs verlassen wird, wobei im Vorkonditionierbetrieb diejenige elektrische Maschine, die während der Ausführung der Schaltung mit einem höheren Drehmoment und/oder Drehmomentgradienten betrieben wird, mit einem limitierten Drehmoment und/oder Drehmomentgradienten betrieben wird, um über den Vorkonditionierbetrieb eine Temperatur der während der Ausführung der Schaltung mit höheren Drehmoment und/oder Drehmomentgradienten betrieben elektrischen Maschine (2, 3) und der dieser elektrischen Maschine zugeordneten Leistungselektronik (6, 7) vor Ausführung der Schaltung zu reduzieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs.
DE 10 2019 214 986 A1 und DE 10 2019 216 562 A1 offenbaren jeweils einen Antriebsstrang eines als Elektrofahrzeug ausgebildeten Fahrzeugs mit einer ersten elektrischen Maschine und einer zweiten elektrischen Maschine, wobei zwischen die beiden elektrischen Maschinen und einen Abtrieb, auf den beide elektrische Maschinen gemeinsam einwirken, ein Getriebe geschaltet ist.
Aus der Praxis ist es bekannt, dass ein Antriebsstrang eines Fahrzeugs mit zwei elektrischen Maschinen sowohl in einem symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen als auch in einem nicht-symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen betrieben werden kann. In einem symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen werden die erste elektrische Maschine und die zweite elektrische Maschine jeweils mit einem gleichen Drehmoment und einem gleichen Drehmomentgradienten belastet oder betrieben. In diesem Fall ist dann auch eine thermische Belastung der elektrischen Maschinen sowie von Leistungselektroniken, die den elektrischen Maschinen zugeordnet sind, identisch. In einem nicht-symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen werden die elektrischen Maschinen mit unterschiedlichen Drehmomenten und/oder unterschiedlichen Drehmomentgradienten belastet oder betrieben, wodurch sich dann für dieselben und die mit denselben zusammenwirkenden Leistungselektroniken unterschiedliche thermische Belastungen ergeben.
Von der thermischen Belastung einer elektrischen Maschine bzw. deren Leistungselektronik hängt ein Alterungszustand der jeweiligen Baugruppe ab, wobei unterschiedliche Alterungszustände der elektrischen Maschinen sowie der mit den elektrischen Maschinen zusammenwirkenden Leistungselektroniken die Gesamtlebensdauer des Antriebsstrangs reduzieren.
Aus DE 10 2019 214 986 A1 sowie DE 10 2019 216 562 A1 ist es bekannt, dass zur Ausführung einer Schaltung in dem zwischen die elektrischen Maschinen und den Abtrieb geschalteten Getriebe der Antriebsstrang, nämlich die beiden elektrischen Maschinen desselben, in einem nicht-symmetrischen Betrieb betrieben werden, wobei eine der elektrischen Maschinen als Haupt-Antriebsmaschine genutzt wird, wohingegen die jeweilige andere elektrische Maschine während der Schaltvorgänge zur Zugkraftunterstützung verwendet wird. Solche Lastschaltungen werden auch als elektrodynamische Schaltungen bezeichnet.
In einem nicht-symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen während der Ausführung einer Schaltung im Getriebe wird demnach eine der elektrischen Maschinen im Vergleich zur jeweils anderen elektrischen Maschine mit einem höheren Drehmoment und/oder einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben, wobei dann diese elektrische Maschine und die mit derselben zusammenwirkende Leistungselektronik einer höheren thermischen Belastung ausgesetzt ist und stärker altert.
Es besteht Bedarf daran, eine infolge eines nicht-symmetrischen Betriebs des Antriebsstrangs verursachte unterschiedliche thermische Belastung und damit unterschiedliche Alterung der elektrischen Maschinen sowie der mit den elektrischen Maschinen zusammenwirkenden Leistungselektroniken zu begrenzen, um so die Gesamtlebensdauer der Antriebsstrangs zu erhöhen. Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren und Steuergerät zum Betreiben eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird dann, wenn während eines symmetrischen Betriebs der elektrischen Maschinen erkannt wird, dass in dem Getriebe eine Schaltung mit einem nicht-symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen ausgeführt werden soll, vor der Ausführung der Schaltung der symmetrische Betrieb der elektrischen Maschinen zur Bereitstellung eines Vorkonditionierbetriebs der elektrischen Maschinen verlassen.
Im Vorkonditionierbetrieb der elektrischen Maschinen wird diejenige elektrische Maschine, die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, mit einem limitierten Drehmoment und/oder mit einem limitierten Drehmomentgradienten belastet oder betrieben, um über den Vorkonditionierbetrieb eine Temperatur der während der Ausführung der Schaltung mit dem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit dem höheren Drehmomentgradienten belasteten oder betrieben elektrischen Maschine und der dieser elektrischen Maschine zugeordneten Leistungselektronik vor Ausführung der Schaltung zu reduzieren.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass dann, wenn während des symmetrischen Betriebs der elektrischen Maschinen des Antriebsstrangs erkannt wird, dass in dem Getriebe eine Schaltung in dem nicht-symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen des Antriebsstrangs ausgeführt werden soll, vor Ausführung der Schaltung der symmetrische Betrieb der elektrischen Maschinen gezielt verlassen wird, um über einen Vorkonditionierbetrieb der elektrischen Maschinen des Antriebsstrangs die thermische Belastung derjenigen elektrischen Maschine, die während der Ausführung der Schaltung im Getriebe im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine mit einem höheren Drehmoment und/oder einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, zu reduzieren.
Mit der hier vorliegenden Erfindung kann das Temperaturniveau, auf welches die während der Schaltungsausführung stärker belastete elektrische Maschine bzw. deren Leistungselektronik erhitzt wird, abgesenkt werden.
Ferner können mit der hier vorliegenden Erfindung trotz eines nicht-symmetrischen Betriebs der elektrischen Maschinen des Antriebsstrangs die thermischen Belastungen der beiden elektrischen Maschinen sowie deren Leistungselektroniken aneinander angeglichen werden. Insgesamt kann hierdurch die Gesamtlebensdauer des Antriebsstrangs erhöht werden.
Vorzugsweise wird während des Vorkonditionierbetriebs der elektrischen Maschinen des Antriebsstrangs das Drehmoment und/oder der Drehmomentgradient derjenigen elektrischen Maschine, die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, derart limitiert, dass das Drehmoment und/oder der Drehmomentgradient dieser elektrischen Maschine gegenüber dem symmetrischen Betrieb des Antriebsstrangs reduziert ist. Hierdurch kann die thermische Belastung der während der Schaltungsausführung im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine mit einem höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten belasteten oder betriebenen elektrischen Maschine vorteilhaft reduziert werden.
Vorzugsweise wird während des Vorkonditionierbetriebs der elektrischen Maschinen des Antriebsstrangs das Drehmoment und/oder der Drehmomentgradient derjenigen elektrischen Maschine, die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine geringeren Drehmoment und/oder mit einem geringeren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, gegenüber dem symmetrischen Betrieb des Antriebsstrangs angehoben wird, um die Limitierung von Drehmoment und/oder Drehmomentgradient der anderen elektrischen Maschine zumindest teilweise zu kompensieren. Dies dient dazu, dass durch den Vorkonditionierbetrieb der elektrischen Maschinen des Antriebsstrangs die Performance des Antriebsstrangs des Fahrzeugs nicht oder nur in begrenztem Umfang reduziert wird.
Vorzugsweise wird der Vorkonditionierbetrieb der elektrischen Maschinen des Antriebsstrangs dann genutzt, wenn die Limitierung des Drehmoments und/oder Drehmomentgradienten derjenigen elektrische Maschine, die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, von der anderen elektrischen Maschine um mehr als einen vorgegebenen Anteil, vorzugsweise vollständig, kompensierbar ist. Auch dies dient dazu, die Auswirkung des Vorkonditionierbetriebs auf die Performance des Fahrzeugs entweder zu begrenzen oder vollständig auszuschließen.
Vorzugsweise wird dann, wenn während eines symmetrischen Betriebs der elektrischen Maschinen des Antriebsstrangs erkannt wird, dass in dem Getriebe eine Schaltung mit bzw. in einem nicht-symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen ausgeführt werden soll, für den Vorkonditionierbetrieb der elektrischen Maschinen eine Soll-Temperaturabsenkung für die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten belastete oder betriebene elektrische Maschine oder für die dieser elektrischen Maschine zugeordnete Leistungselektronik ermittelt, wobei abhängig von der Soll-Temperaturabsenkung die Limitierung von Drehmoment und/oder Drehmomentgradient der elektrischen Maschine ermittelt wird. Dann, wenn festgestellt wird, dass die für den Vorkonditionierbetrieb der elektrischen Maschinen ermittelte Limitierung von Drehmoment und/oder Drehmomentgradient derjenigen elektrischen Maschine, die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, im Vorkonditionierbetrieb von der anderen elektrische Maschine nicht vollständig kompensierbar ist, wird entweder die für den Vorkonditionierbetrieb ermittelte Limitierung unter Reduzierung der Performance des Antriebsstrangs dennoch vollständig vorgenommen oder alternativ wird für den Vorkonditionierbetrieb die Limitierung so angepasst, dass die Performance des Antriebsstrangs unverändert bleibt. Hiermit ist es möglich, über die Soll-Temperaturabsenkung die Limitierung von Drehmoment und/oder Drehmomentgradient gezielt vorzunehmen. Sollte die von der Soll-Temperaturabsenkung abhängige Limitierung von Drehmoment und/oder Drehmomentgradient durch die jeweilige andere elektrische Maschine nicht vollständig kompensierbar sein, so kann entweder unter Reduzierung der Performance die Limitierung von Drehmoment und/oder Drehmomentgradient vollständig erfolgen oder zur Vermeidung einer Reduzierung der Performance des Antriebsstrangs nur teilweise erfolgen.
Das erfindungsgemäße Steuergerät ist in Anspruch 9 definiert.
Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

1 ein Blockschaltbild eines Antriebsstrangs eines Fahrzeugs nach dem Stand der Technik,
2 einen exemplarischen zeitlichen Verlauf von Temperaturen, die sich nach dem Stand der Technik ausbilden,
3 einen exemplarischen zeitlichen Verlauf von Temperaturen, die sich nach der Erfindung ausbilden.

1 zeigt ein stark schematisiertes Blockschaltbild eines Antriebsstrangs 1 eines als Elektrofahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs. Der Antriebsstrang 1 verfügt über eine erste elektrische Maschine 2 und eine zweite elektrische Maschine 3, wobei beide elektrischen Maschinen 2, 3 mit einem gemeinsamen Getriebe 4 wirkverbunden sind und über das gemeinsame Getriebe 4 an einem gemeinsamen Abtrieb 5 Antriebsleistung bereitstellen können. Mit der ersten elektrischen Maschine 2 wirkt eine erste Leistungselektronik 6 und mit der zweiten elektrischen Maschine 3 eine zweite Leistungselektronik 7 zusammen. Der Antriebsstrang der 1 kann dabei, wie in DE 10 2019 214 986 A1 oder DE 10 2019 216 562 A1 ausgeführt sein. Diese Antriebsstrangkonfigurationen sind jedoch ausschließlich Beispiele.
In einem symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen 2, 3 werden die erste elektrische Maschine 2 und die zweite elektrische Maschine 3 mit einem gleichen Drehmoment und einem gleichen Drehmomentgradienten belastet oder betrieben. Infolge eines symmetrischen Betriebs sind die beiden elektrischen Maschinen 2, 3 sowie die mit denselben zusammenwirkenden Leistungselektroniken 6, 7 einer gleichen thermischen Belastung ausgesetzt. In einem nicht-symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen 2, 3 werden die erste elektrische Maschine 2 und die zweite elektrische Maschine 3 mit einem unterschiedlichen Drehmoment und/oder mit einem unterschiedlichen Drehmomentgradienten belastet oder betrieben, und zwar derart, dass eine elektrische Maschine im Vergleich zur jeweils anderen elektrischen Maschine mit einem höheren Drehmoment und/oder einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird.
Infolge eines solchen nicht-symmetrischen Betriebs ergeben sich dann für die elektrischen Maschinen 2, 3 und die denselben zugeordneten Leistungselektroniken 6, 7 eine unterschiedliche thermische Belastung.
Ein nicht-symmetrischer Betrieb des Antriebsstrang ist insbesondere dann erforderlich, wenn im Getriebe 4 eine Lastschaltung ausgeführt wird. Derartige Lastschaltung werden als elektrodynamische Schaltungen bezeichnet, bei welchen eine der elektrischen Maschinen als Haupt-Antriebsmaschine betrieben wird, während die jeweils andere elektrische Maschine während der Schaltvorgänge zur Zugkraftunterstützung genutzt wird. Welche dieser beiden elektrischen Maschinen während des nicht-symmetrischen Betriebs des Antriebsstrangs im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine mit einem höheren Drehmoment und/oder einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, hängt von der konkreten Konfiguration des Antriebsstrangs ab. Bei den Antriebssträngen gemäß DE 10 2019 214 985 A1 sowie gemäß DE 10 2019 216 562 A1 ist dies diejenige elektrische Maschine, die während der Schaltungsausführung zur Zugkraftunterstützung verwendet wird.
2 zeigt Temperaturverläufe 8, 9 für die elektrischen Maschinen 2, 3 bzw. für die mit den elektrischen Maschinen 2, 3 zusammenwirkenden Leistungselektroniken 6, 7, die sich dann ausbilden können, wenn nach dem Stand der Technik die elektrischen Maschinen 2, 3 zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 in einem symmetrischen Betrieb und zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 bei einer Schaltungsausführung in einem nicht-symmetrischen Betrieb betrieben werden. Ein Kurvenverlauf 10 visualisiert eine Temperatur eines Kühlmediums. Dann, wenn die elektrischen Maschinen 2, 3 zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 im symmetrischen Betrieb betrieben werden, ist die thermische Belastung der elektrischen Maschinen 2, 3 bzw. der Leistungselektroniken 6, 7 identisch. In diesem Fall verfügen dieselben dann über identische Temperaturen.
Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 werden dann die elektrischen Maschinen 2, 3 nicht-symmetrisch betrieben, wobei dann eine der elektrischen Maschinen im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine mit einem höheren Drehmoment und/oder einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird. Es weichen dann gemäß den Kurvenverläufen 8, 9 die Temperaturen der elektrischen Maschinen 2, 3 bzw. der Leistungselektroniken 6, 7 voneinander ab.
Zu derjenigen elektrischen Maschine, die während des nicht-symmetrischen Betriebs im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine mit einem höheren Drehmoment und/oder einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, gehört der Temperaturverlauf 8, diese wird demnach bis zum Zeitpunkt t2 auf ein höheres Temperaturniveau erhitzt. Demzufolge ist die thermische Belastung dieser elektrischen Maschine bzw. dieser Leistungselektronik, zu der der Temperaturverlauf 8 gehört, größer als die thermische Belastung der elektrischen Maschine oder der Leistungselektronik, zu welcher der Temperaturverlauf 9 gehört.
Wird nach dem Zeitpunkt t2 wieder in einen symmetrischen Betrieb zurückgekehrt, so nähern sich dann gemäß den Temperaturverläufen 8, 9 die Temperaturen der elektrischen Maschinen 2, 3 und damit deren Leistungselektroniken 6, 7 wieder an, infolge des unterschiedlichen Temperaturniveaus, auf welche die elektrischen Maschinen bzw. Leistungselektroniken zum Zeitpunkt t2 erhitzt wurden, verfügen dieselben jedoch über unterschiedliche Alterungsindizes bzw. unterschiedliche Lebensdauer-Schädigungen, dieselben sind also unterschiedlich gealtert.
Um einer solchen unterschiedlichen thermischen Belastung und unterschiedlichen Alterung der elektrischen Maschinen 2, 3 und der denselben zugeordneten Leistungselektroniken 6, 7 entgegenzuwirken, wird erfindungsgemäß dann, wenn während eines symmetrischen Betriebs des Antriebsstrangs 1 erkannt wird, dass in dem Getriebe 4 eine Schaltung in einem nicht-symmetrischen Betrieb die elektrischen Maschinen 2, 3 des Antriebsstrangs 1 ausgeführt werden soll, vor der Ausführung der Schaltung der symmetrische Betrieb verlassen, und zwar unter Bereitstellung eines Vorkonditionierbetriebs der elektrischen Maschinen 2, 3 des Antriebsstrangs 1.
In dem Vorkonditionierbetrieb der elektrischen Maschinen 2, 3 wird diejenige elektrische Maschine, die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, mit einem limitierten Drehmoment und/oder mit einem limitierten Drehmomentgradienten belastet oder betrieben, der gegenüber dem Drehmoment und/oder Drehmomentgradienten des symmetrischen Betriebs reduziert ist.
Hierdurch kann über den Vorkonditionierbetrieb der elektrischen Maschinen 2, 3 eine Temperatur der während der Ausführung der Schaltung mit dem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit dem höheren Drehmomentgradienten belasteten oder betriebenen elektrischen Maschine und der dieser elektrischen Maschine zugeordneten Leistungselektronik vor Ausführung der Schaltung reduziert werden. Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 weiter beschrieben, wobei in 3 die Kurvenverläufe 8' und 9` Temperaturverläufe sind, die sich bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausbilden können, und wobei der Kurvenverlauf 10' wiederum einer Kühlmitteltemperatur entspricht.
In 3 wird der Antriebsstrang 1 zwischen den Zeitpunkten t0 und t2 sowie nach dem Zeitpunkt t4 in einem symmetrischen Betrieb betrieben, in welchem demnach die erste elektrische Maschine 2 und die zweite elektrische Maschine 3 mit dem gleichen Drehmoment und dem gleichen Drehmomentgradienten belastet oder betrieben werden, sodass deren thermische Belastung identisch ist und sich deren Temperaturen identisch entwickeln.
In 3 wird zum Zeitpunkt t1 zum Beispiel auf Grundlage einer Schaltsteuerungssoftware erkannt, dass beginnen mit dem Zeitpunkt t3 eine Schaltung im Getriebe 4 in einem nicht-symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen 2, 3 des Antriebsstrangs 1 durchgeführt werden soll. Vor dem Zeitpunkt t3, also vor der Ausführung der Schaltung im Getriebe 4, wird dann zum Zeitpunkt t2 der symmetrische Betrieb der elektrischen Maschinen 2, 3 zur Bereitstellung des Vorkonditionierbetriebs der elektrischen Maschinen 2, 3 verlassen, wobei der Vorkonditionierbetrieb in 3 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 erfolgt.
Zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 wird diejenige elektrische Maschine, die während der Ausführung der Schaltung zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 mit einem höheren Drehmoment und/oder einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird und demnach einer höheren thermischen Belastung ausgesetzt ist, mit einem limitierten Drehmoment und/oder einem limitierten Drehmomentgradienten betrieben. 3 kann entnommen werden, dass zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 das Temperaturniveau gemäß dem Kurvenverlauf 8` für die bei Schaltungsausführung höher belastete elektrische Maschine gegenüber dem Temperaturniveau des symmetrischen Betriebs zum Zeitpunkt t2 abgesenkt wird.
Beginnend mit dem Zeitpunkt t3 erfolgt demnach die Erwärmung der bei Schaltungsausführung höher belasteten elektrischen Maschine bzw. der dieser zugeordneten Leistungselektronik ausgehend von einem geringeren Temperaturniveau, sodass die elektrische Maschine bzw. die Leistungselektronik, die bei Schaltungsausführung höher belastet ist, auf ein geringeres Temperaturniveau erhitzt wird.
Wie 3 entnommen werden kann, wird während des Vorkonditionierbetriebs der elektrischen Maschinen 2, 3 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 das Drehmoment und/oder der Drehmomentgradient derjenigen elektrischen Maschine, die während der Ausführung der Schaltung zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine geringeren Drehmoment und/oder mit einem geringen Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, gegenüber dem symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen 2, 3 des Antriebsstrangs angehoben bzw. erhöht, sodass dann im Vorkonditionierbetrieb der elektrischen Maschinen 2, 3 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 diese elektrische Maschine einer höheren thermischen Belastung ausgesetzt ist. Dies erfolgt mit dem Ziel, die Limitierung des Drehmoments und/oder des Drehmomentgradienten derjenigen elektrischen Maschine, die bei Schaltungsausführung höher belastet und im Vorkonditionierbetrieb bezüglich ihres Drehmoments und/oder Drehmomentgradienten limitiert ist, zumindest teilweise zu kompensieren, vorzugsweise vollständig zu kompensieren.
Der Vorkonditionierbetrieb der elektrischen Maschinen 2, 3 wird vorzugsweise dann genutzt, wenn die Limitierung des Drehmoments und/oder des Drehmomentgradienten derjenigen elektrischen Maschine 2, 3, die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zu anderen elektrischen Maschine 3, 2 höheren Drehmoment und/oder höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird und demnach einer höheren thermischen Belastung ausgesetzt ist, von der anderen elektrischen Maschine um mehr als einen definierten Anteil, vorzugsweise vollständig, kompensiert werden kann. Hierdurch kann dann sichergestellt werden, dass die Performance des Antriebsstrangs 1 nicht oder nur in einem definierten Umfang reduziert wird.
Dann, wenn während eines symmetrischen Betriebs des Antriebsstrangs, in 1 zum Zeitpunkt t1, erkannt wird, dass in dem Getriebe 4 zum Zeitpunkt t3 eine Schaltung mit einem nicht-symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen 2, 3 des Antriebstrangs 1 ausgeführt werden soll, kann für den Vorkonditionierbetrieb eine Soll-Temperaturabsenkung für die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmoment belasteten oder betriebenen elektrischen Maschine ermittelt werden. Diese Soll-Temperaturabsenkung ist in 3 als ΔT_SOLL gekennzeichnet. Abhängig von dieser Soll-Temperaturabsenkung ΔT_SOLL kann zum Beispiel kennfeldabhängig oder kennlinienabhängig für die während der Ausführung der Schaltung mit dem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und mit dem höheren Drehmomentgradienten belastete oder betriebene elektrische Maschine eine Reduzierung von Drehmoment und/oder Drehmomentgradient ermittelt werden, welche die Soll-Temperaturabsenkung ΔT_SOLL bereitstellt. Kann diese Reduzierung von Drehmoment und/oder Drehmomentgradient durch die andere elektrische Maschine, die bei der Schaltungsausführung geringer belastet wird, im Vorkonditionierbetrieb nicht vollständig kompensiert werden, so kann vorgesehen sein, die für den Vorkonditionierbetrieb ermittelte Limitierung unter Reduzierung der Performance des Antriebsstrangs dennoch vollständig vorzunehmen. In diesem Fall liegt dann der Schwerpunkt auf der Begrenzung des Temperaturniveaus für die bei Schaltungsausführung stärker belastete elektrische Maschine.
Alternativ kann dann, wenn von der bei Schaltungsausführung weniger belasteten elektrischen Maschine die Limitierung des Drehmoments und/oder Drehmomentgradienten nicht vollständig kompensiert werden kann, für den Vorkonditionierbetrieb die Limitierung so angepasst werden, dass die Performance des Antriebsstrangs unverändert bleibt. In diesem Fall wird dann eine stärkere thermische Belastung derjenigen elektrischen Maschine, die während der Schaltungsausführung im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine mit einem höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten und demnach stärker belastet oder betrieben wird, zugelassen.
In 3 weisen die beiden elektrischen Maschinen 2, 3 bzw. die mit denselben zusammenwirkenden Leistungselektroniken 6, 7 zum Zeitpunkt t4 ein identisches Temperaturniveau auf. Dies ist jedoch rein exemplarischer Natur. Selbstverständlich können die Temperaturniveaus der elektrischen Maschinen 2, 3 bzw. der Leistungselektroniken 6, 7 zum Zeitpunkt t4 voneinander abweichen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät, welches eingerichtet ist, das oben beschriebene Verfahren automatisch auszuführen. Bei diesem Steuergerät kann es sich insbesondere um ein Steuergerät handeln, welches den Betrieb der elektrischen Maschinen 2, 3 steuert und/oder regelt und die Antriebsleistung bzw. ein angefordertes Drehmoment zwischen den beiden elektrischen Maschinen 2, 3 aufteilt. Bei einem solchen Steuergerät handelt es sich vorzugsweise um ein elektronisches Steuergerät, welches über hardwareseitige Mittel und softwareseitige Mittel zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verfügt. Zu den hardwareseitigen Mitteln zählen Datenschnittstellen, um mit den an der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beteiligten Baugruppen Daten auszutauschen, so zum Beispiel mit den elektrischen Maschinen 2, 3 und/oder den Leistungselektroniken 6, 7. Zu den hardwareseitigen Mitteln zählen weiterhin ein Prozessor zur Datenverarbeitung und ein Speicher zur Datenspeicherung. Zu den softwareseitigen Mitteln zählen Programmbausteine, die im Steuergerät zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens implementiert sind.
Dann, wenn das Steuergerät während eines symmetrischen Betriebs der elektrischen Maschinen erkannt, dass in dem Getriebe 4 eine Schaltung mit einem nicht-symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen 2, 3 ausgeführt werden soll, steuert das Steuergerät vor der Ausführung der Schaltung die elektrischen Maschinen 2, 3 so an, dass der symmetrische Betrieb der elektrischen Maschinen 2, 3 zur Bereitstellung eines Vorkonditionierbetriebs verlassen wird. Im Vorkonditionierbetrieb steuert das Steuergerät diejenige elektrische Maschine 2, 3, die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine 2, 3 höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, mit einem limitierten Drehmoment und/oder mit einem limitierten Drehmomentgradienten an, um über den Vorkonditionierbetrieb eine Temperatur der während der Ausführung der Schaltung mit dem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit dem höheren Drehmomentgradienten belasteten oder betrieben elektrischen Maschine 2, 3 und der dieser elektrischen Maschine zugeordneten Leistungselektronik 6, 7 vor Ausführung der Schaltung zu reduzieren.
Mit der Erfindung kann dem Problem einer unterschiedlichen thermischen Belastung und unterschiedlichen Alterung von elektrischen Maschinen und von mit den elektrischen Maschinen zusammenwirkenden Leistungselektroniken entgegengewirkt werden. Über einen Vorkonditionierbetrieb der elektrischen Maschinen bzw. Leistungselektroniken vor Ausführung einer elektrodynamischen Schaltung im nicht-parallelen Betrieb der elektrischen Maschinen kann die thermische Belastung der elektrischen Maschinen sowie der Leistungselektroniken angeglichen werden, um auch deren Alterung und damit Lebensdauer-Schädigung einander anzugleichen und so für eine maximale Lebensdauer und damit Betriebsdauer eines Antriebsstrangs zu sorgen.
Bezugszeichen

1: Antriebsstrang
2: elektrische Maschine
3: elektrische Maschine
4: Getriebe
5: Abtrieb
6: Leistungselektronik
7: Leistungselektronik
8: Temperaturverlauf
8': Temperaturverlauf
9: Temperaturverlauf
9': Temperaturverlauf
10: Temperaturverlauf
10': Temperaturverlauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019214986 A1 [0002, 0005, 0019]
DE 102019216562 A1 [0002, 0005, 0019, 0022]
DE 102019214985 A1 [0022]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs (1) eines Fahrzeugs, wobei der Antriebsstrang (1) eine erste elektrische Maschine (2) mit einer ersten Leistungselektronik (6), eine zweite elektrische Maschine (3) mit einer zweiten Leistungselektronik (7) und ein zwischen die elektrischen Maschinen (2, 3) und einen Abtrieb (5) geschaltetes Getriebe (4) aufweist, wobei in einem symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen (2, 3) des Antriebsstrangs (1) die erste elektrische Maschine (2) und die zweite elektrische Maschine (3) mit einem gleichen Drehmoment und mit einem gleichen Drehmomentgradienten belastet oder betrieben werden, wobei während der Ausführung einer Schaltung in dem Getriebe (4) mit einem nicht-symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen (2, 3) die erste elektrische Maschine (2) und die zweite elektrische Maschine (3) mit einem unterschiedlichen Drehmoment und/oder mit einem unterschiedlichen Drehmomentgradienten belastet oder betrieben werden, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn während eines symmetrischen Betriebs der elektrischen Maschinen (2, 3) erkannt wird, dass in dem Getriebe (4) eine Schaltung mit einem nicht-symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen (2, 3) ausgeführt werden soll, vor der Ausführung der Schaltung der symmetrische Betrieb der elektrischen Maschinen (2, 3) zur Bereitstellung eines Vorkonditionierbetriebs verlassen wird, im Vorkonditionierbetrieb diejenige elektrische Maschine (2, 3), die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine (2, 3) höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, mit einem limitierten Drehmoment und/oder mit einem limitierten Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, um über den Vorkonditionierbetrieb eine Temperatur der während der Ausführung der Schaltung mit dem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit dem höheren Drehmomentgradienten belasteten oder betrieben elektrischen Maschine (2, 3) und der dieser elektrischen Maschine zugeordneten Leistungselektronik (6, 7) vor Ausführung der Schaltung zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Vorkonditionierbetriebs das Drehmoment und/oder der Drehmomentgradient derjenigen elektrischen Maschine (2, 3), die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, derart limitiert wird, dass das Drehmoment und/oder der Drehmomentgradient dieser elektrischen Maschine gegenüber dem symmetrischen Betrieb reduziert ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während des Vorkonditionierbetriebs das Drehmoment und/oder der Drehmomentgradient derjenigen elektrischen Maschine (2, 3), die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine geringeren Drehmoment und/oder mit einem geringeren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, gegenüber dem symmetrischen Betrieb des Antriebsstrangs angehoben wird, um die Limitierung von Drehmoment und/oder Drehmomentgradient der anderen elektrischen Maschine zumindest teilweise zu kompensieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkonditionierbetrieb dann genutzt wird, wenn die Limitierung des Drehmoments und/oder Drehmomentgradienten derjenigen elektrischen Maschine (2, 3), die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, von der anderen elektrischen Maschine um mehr als einen vorgegebenen Anteil kompensierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorkonditionierbetrieb ausschließlich dann genutzt wird, wenn die Limitierung des Drehmoments und/oder Drehmomentgradienten derjenigen elektrischen Maschine (2, 3), die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, von der anderen elektrischen Maschine vollständig kompensierbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn während eines symmetrischen Betriebs der elektrischen Maschinen (2, 3) erkannt wird, dass in dem Getriebe (4) eine Schaltung mit einem nicht-symmetrischen Betrieb der elektrischen Maschinen (2, 3) ausgeführt werden soll, für den Vorkonditionierbetrieb eine Soll-Temperaturabsenkung für die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten belastete oder betriebene elektrische Maschine oder für die dieser elektrischen Maschine zugeordnete Leistungselektronik ermittelt wird, wobei abhängig von der Soll-Temperaturabsenkung die Limitierung von Drehmoment und/oder Drehmomentgradient der elektrischen Maschine ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn festgestellt wird, dass die für den Vorkonditionierbetrieb ermittelte Limitierung von Drehmoment und/oder Drehmomentgradient derjenigen elektrischen Maschine, die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, im Vorkonditionierbetrieb von der anderen elektrische Maschine nicht vollständig kompensierbar ist, die für den Vorkonditionierbetrieb ermittelte Limitierung unter Reduzierung der Performance des Antriebsstrangs (1) dennoch vollständig vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn festgestellt wird, dass die für den Vorkonditionierbetrieb ermittelte Limitierung von Drehmoment und/oder Drehmomentgradient derjenigen elektrischen Maschine, die während der Ausführung der Schaltung mit einem im Vergleich zur anderen elektrischen Maschine höheren Drehmoment und/oder mit einem höheren Drehmomentgradienten belastet oder betrieben wird, im Vorkonditionierbetrieb von der anderen elektrische Maschine nicht vollständig kompensierbar ist, für den Vorkonditionierbetrieb die Limitierung so angepasst wird, dass die Performance des Antriebsstrangs (1) unverändert bleibt.
Steuergerät eines Fahrzeugs, welches eingerichtet ist, das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 automatisch auszuführen.