WO2014202326A1 - Verfahren zum überprüfen der funktionsfähigkeit eines zwischenkreises - Google Patents

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WO2014202326A1
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Paul Mehringer
Jie Ge
Amalinda Christina Post
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for checking the operability of a DC link of an electric drive and an arrangement for carrying out the method.
  • Onboard network exists. This essentially consists of a 12 volt generator, a 12 volt battery and 12 volt consumers as well as a 12 volt starting system.
  • On-board network topologies especially in the hybrid propulsion technology for motor vehicles, multi-voltage systems with two or more energy storage devices are used.
  • a DC-DC converter which is also referred to as a DC / DC converter, is usually used.
  • a mild hybrid drive is a drive in which the electric drive works in parallel to the combustion engine and supports it to increase performance.
  • Such a mild hybrid drive like a boost recuperation system (BRS), includes two on-board systems, namely a high-voltage (48 V) and a low-voltage (12 V) vehicle electrical system.
  • a high-voltage electrical system or on the high-voltage side is an electric Used machine that operates both generator and motor with much higher power than a conventional generator and starter.
  • an inverter is usually used, which converts the current direction and current form between direct and alternating current for the electric machine.
  • a DC-DC converter is used to power the 12-volt electrical system.
  • high-voltage power consumers can also be connected next to the inverter.
  • the DC-DC converter is also in the opposite direction, ie that converts this energy from the low-voltage electrical system to the high-voltage electrical system, operated to improve the availability of the high-voltage electrical system or high-voltage system.
  • an energy store used on the high-voltage side for example, realized as a Li-ion battery or as a two-layer capacitor (DLC: Double Layer Capacitor) or Supercap and possibly with a separating element to the high-voltage electrical system or can be switched off.
  • a Li-ion battery or as a two-layer capacitor (DLC: Double Layer Capacitor) or Supercap and possibly with a separating element to the high-voltage electrical system or can be switched off.
  • DLC Double Layer Capacitor
  • An inverter usually consists of a semiconductor bridge circuit and an intermediate circuit which, as an energy buffer, smoothes the current or voltage ripple during the switching operation of the inverter.
  • the named intermediate circuit is an electrical device which consists of capacitors and, as an energy store, electrically couples a plurality of electrical networks on a common voltage level via an inverter.
  • a fully or partially defective DC link will lead to the failure of the inverter and often to the failure of the safety function of the drive. Therefore, a diagnosis or check of the DC link capacity in the vehicle is required.
  • Highside and Lowside switch has.
  • the current measurement is made circle. Due to many technical limitations within the inverter, however, the method is only conditionally applicable.
  • the multi-voltage network comprises at least one low-voltage and one high-voltage network or on-board network.
  • all the capacitors connected to the high-voltage electrical system can be included in the diagnosis if their own DC link capacitance or input capacitance is known.
  • These are, for example, connected high-voltage consumers or a two-layer capacitor used as a buffer memory. As a result, the corresponding intermediate circuit capacity to be diagnosed will increase.
  • the capacitance of a capacitor can basically be calculated with the following equation:
  • the DC-DC converter carries out the diagnosis of the DC link as follows:
  • the DC-DC converter sets a fixed current, eg. 20 A, with which the DC link is applied.
  • the DC-DC converter measures several times the voltage L, the voltage in the DC link, and the intervals between the sampling points at the set current l H v, the current in the DC link.
  • the DC-DC converter calculates the derivative of the voltage change from the voltage measurements and time intervals.
  • the DC-DC converter calculates the capacitance of the DC link according to the following equation:
  • the capacitance of a capacitor usually has a manufacturing tolerance, a temperature dependence and age-related changes.
  • a threshold will be the smallest possible
  • the DC link is defective if its capacity is smaller than this threshold x.
  • the presented method has the following advantages, at least in some of the embodiments:
  • the detection of the intermediate capacity is much more accurate because the DC-DC converter can adjust the charging current itself and at the same time measure the voltage change.
  • the measurement technique is better manageable than in other procedures. This reduces the faulty diagnosis while increasing safety.
  • the diagnosis of the DC link capacitance is also more accurate, since the internal resistance of the capacitors, which usually changes as a function of age and temperature, has no influence on the measurement of the capacitance in the proposed method.
  • the method is less complex than known methods.
  • the constant current is regulated by the DC-DC converter and adjusted as needed.
  • the DC voltage converter can observe the voltage curve exactly and select the favorable measuring point. In addition, no complex signal filtering is required. Rather, a simple averaging to increase the measurement reliability is sufficient.
  • the measuring process of the proposed method is shorter than that of other methods.
  • the diagnosis can be carried out in the time phase of the charging of the intermediate circuit or pre-charging without holding up a special diagnosis time.
  • This phase is necessary to avoid high currents during the connection of high-voltage energy storage devices in the DC link capacitor due to high differential voltage. Therefore, it is charged to a certain value before connection and the differential voltage is reduced.
  • the diagnosis of the DC link in the time phase of charging or startup can be performed, the potential danger due to the defective DC link can be better averted or the safety function can be better ensured.
  • the error in the safety-relevant situation is prevented at an early stage before the vehicle is set in motion.
  • the diagnosis of the DC link with the proposed method can also be performed in the time phase of the caster.
  • the DC-DC converter operates in the normal mode "conversion from high-voltage to low-voltage on-board electrical system" with the regulated discharge current.
  • the DC link is discharged in a regulated manner.
  • the intermediate capacity can also be calculated using the same algorithm.
  • the controlled discharge of the DC link can also be used simultaneously as a safety function to quickly discharge the high-voltage DC link with a high voltage of higher than 60 V when switched off.
  • FIG. 1 shows in a flow chart a possible embodiment of the described method.
  • Figure 2 shows an embodiment of the arrangement for performing the method in egg nem multi-voltage electrical system.
  • FIG. 1 shows a possible sequence of the presented method in one
  • a current is set, which is applied to a DC link of a high-voltage network in a multi-voltage network. This means that, depending on the operating situation, the DC link is charged or discharged with this current.
  • the adjustment of the current can be made by a DC-DC converter or by a unit in this DC-DC converter.
  • a measurement of the voltage in the DC link will be made. This measurement is repeated n times (arrow 14), where n is an integer that can be predefined. Each measurement is assigned a sampling point, but n can also be adapted as a function of the acquired voltage values during the course of the process. The time intervals between the sampling points are predetermined or are measured.
  • step 16 the capacitance of the intermediate circuit is calculated.
  • the calculated capacity is compared to a threshold in a subsequent step 18. If the threshold value is exceeded, an error message is issued in step 20. Otherwise, the method can be started again from step 10, as indicated by arrow 22.
  • the process is terminated as soon as the defined upper or lower voltage threshold of the DC link is reached or an instruction to terminate the diagnosis has arrived from the higher-level system.
  • the method for the diagnosis of the DC link with the aid of the DC-DC converter can be carried out in two different situations.
  • the high-voltage battery is not yet switched on the high-voltage on-board network.
  • the DC-DC converter is ready for operation after the active wake-up condition.
  • the high-voltage vehicle electrical system is already discharged, ie the intermediate circuit voltage is less than 5 V.
  • the power consumers in the high-voltage on-board electrical system are disconnected or disconnected from the electrical system or their own DC link capacitance due to their input capacitors is known and can be included in the calculation.
  • the inverter is still in the off state or in the standby state, ie. H. no power load is activated.
  • the logic power consumption for the inverter can be neglected compared to the charging current.
  • the DC-DC converter activates the operating mode "Conversion from low-voltage to high-voltage network" with the current control.
  • the DC link is charged with a constant current of, for example, 20 A.
  • the microcontroller scans the DC link voltage via a voltage measuring device and records the measured value with the associated time stamp. According to equation (2), the time derivatives of the intermediate circuit voltage are calculated one after the other. After the DC link voltage has reached a defined threshold or the defined sampling number is reached, the measurement stops. In the microcontroller of the DC-DC converter or alternatively in the controller of the other system, eg. As the inverter, when the measurement data is transmitted there, the mean value of the voltage derivative is formed and calculated the DC link capacity according to the equation (3). If the calculated DC link capacitance falls below the defined minimum capacity limit, an error message is signaled via the DC link.
  • the high-voltage battery is disconnected from the high-voltage on-board network.
  • the DC-DC converter is still active.
  • the inverter is switched off or in standby mode, ie. H. all power loads are disabled.
  • the logic power consumption for the inverter can be neglected compared to the discharge current.
  • the DC-DC converter sets the operating mode "Conversion from high-voltage to low-voltage on-board electrical system” and regulates a constant discharge current from the DC link.
  • the microcontroller of the DC-DC converter samples the intermediate circuit voltage via a voltage measuring device and records the measured value with the associated time stamp. According to equation (2), the time derivatives of the intermediate circuit voltage are calculated one after the other. After the intermediate circuit voltage has fallen below a defined threshold or the defined sampling number is reached, the measurement stops.
  • the microcontroller of the DC-DC converter or alternatively in the controller of the other system, eg. As the inverter, when the measured data are transmitted there, the mean value of the voltage derivative is formed and calculated the intermediate circuit capacity according to equation (3). If the calculated DC link capacity falls below the defined minimum capacity limit, an error message is reported via the DC link.
  • the current measurement and voltage measurement with temperature compensation can be provided.
  • temperature sensors should be placed on the corresponding current and voltage sensor. The process is easy to implement.
  • One possible application is given in a boost recuperation system.
  • FIG. 2 shows a multi-voltage network, in this case a multi-voltage on-board network, which is designated overall by the reference numeral 50.
  • This multi-voltage network 50 comprises a low-voltage network 52 and a high-voltage network 54, which is connected to one another via a DC voltage converter 56.
  • This DC-DC converter 56 is connected to terminal 31, denoted by reference numeral 58, of a motor vehicle.
  • the high-voltage network 54 comprises an intermediate circuit 60 in an inverter 62, which is assigned a capacitance C Z K 64, an electric machine 66, which is operated as a motor or generator, a high-voltage accumulator 68 and a high-power consumer 70.
  • the low-voltage network 52 comprises a low-voltage accumulator 72 , a series of resistors 74, only three of which are shown here, and an optional starter 76.
  • a first unit 80 for setting a fixed current or current value is provided, with which the high-voltage network 54 can be acted upon. Furthermore, a second unit 82 for measuring
  • Voltages in the high-voltage network 54 and a third unit 84 for calculating the capacitance 64 of the intermediate circuit 60 is provided. These units 80, 82 and 84 may also be provided outside the DC-DC converter 56.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Anordnung zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Zweischenkreises (60) in einem Mehrspannungsnetz (50), das einen Gleichspannungswandler (56) umfasst, vorgestellt. Bei dem Verfahren wird ein fester Strom eingestellt, mit dem der Zwischenkreis (60) beaufschlagt wird, und eine Spannung, die am Zwischenkreis (60) anliegt, an zeitlich aufeinanderfolgenden Abtastpunkten gemessen, wobei aus den gemessenen Spannungswerten unter Berücksichtigung von Zeitabständen zwischen den Abtastpunkten eine Kapazität (64) des Zwischenkreises (60) berechnet wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Zwischenkreises
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Zwischenkreises eines elektrischen Antriebs und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
Als Antrieb von Kraftfahrzeugen werden neben Verbrennungsmotoren immer häufiger Elektromotoren als elektrische Antriebe eingesetzt, die alternativ oder ergänzend, insbesondere bei Hybridantrieben, zu herkömmlichen Verbrennungsmotoren Verwendung finden.
Zu beachten ist, dass in konventionellen Fahrzeugen regelmäßig nur ein
Bordnetz existiert. Dieses besteht im Wesentlichen aus einem 12-Volt-Generator, einer 12-Volt-Batterie und 12-Volt-Verbrauchern sowie einem 12-Volt- Startsystem. In zukünftigen Bordnetztopologien, insbesondere bei der Hybridantriebstechnik für Kraftfahrzeuge, werden Mehrspannungsbordnetze mit zwei oder mehr Energiespeichern verwendet. Zum Energietransfer von einem höheren Spannungsnetz zum 12-Volt-Bordnetz oder umgekehrt wird dabei üblicherweise ein Gleichspannungswandler, der auch als DC/DC-Wandler bezeichnet wird, eingesetzt.
Es sind unterschiedliche Arten von Hybridantrieben bekannt. Als Mild- Hybridantrieb wird ein Antrieb bezeichnet, bei dem der Elektroantrieb parallel zum Verbrennungsmotor arbeitet und diesen zur Leistungssteigerung unterstützt. Ein solcher Mild-Hybridantrieb umfasst wie ein Boost-Rekuperationssystem (BRS) zwei Bordnetze, nämlich ein Hochvolt (48-V)- und ein Niedervolt (12-V)- Bordnetz. Im Hochvolt-Bordnetz bzw. auf der Hochvolt-Seite wird eine elektrische Maschine verwendet, die sowohl generatorisch als auch motorisch mit viel höherer Leistung als ein konventioneller Generator und Starter arbeitet. Zur Ansteue- rung der elektrischen Maschine in dem definierten motorischen oder generatorischen Betrieb wird in der Regel ein Inverter eingesetzt, der die Stromrichtung und Stromform zwischen Gleich- und Wechselstrom für die elektrische Maschine umrichtet. Da der konventionelle Generator für das 12-Volt-Bordnetz nicht mehr vorhanden ist, wird ein Gleichspannungswandler eingesetzt, um das 12-Volt- Bordnetz zu versorgen. Auf der Hochvolt-Seite können auch Hochvolt-Stromverbraucher neben dem Inverter angeschlossen sein. Oft wird der Gleichspannungswandler auch in umgekehrter Richtung, d. h. das dieser Energie aus dem Niedervolt-Bordnetz zu dem Hochvolt-Bordnetz wandelt, betrieben, um die Verfügbarkeit des Hochvolt- Bordnetzes bzw. Hochvolt-Systems zu verbessern.
Zu beachten ist, dass ein auf der Hochvolt-Seite verwendeter Energiespeicher bspw. als eine Li-Ion-Batterie oder auch als ein Zweischichtkondensator (DLC: Double Layer Capacitor) bzw. Supercap realisiert und möglicherweise mit einem Trennelement zum Hochvolt-Bordnetz zu- bzw. abschaltbar sein kann.
Ein Inverter besteht in der Regel aus einer Halbleiter-Brückenschaltung und einem Zwischenkreis, der als Energiepuffer die Strom- bzw. Spannungswelligkeit während des Schaltvorgangs des Inverters glättet. Bei dem genannten Zwischenkreis handelt es sich um eine elektrische Einrichtung, die aus Kondensato- ren besteht und als Energiespeicher mehrere elektrische Netze auf einer gemeinsamen Spannungsebene über Inverter elektrisch koppelt. Ein voll oder teilweise defekter Zwischenkreis wird zum Ausfall des Inverters und oft auch zum Versagen der Sicherheitsfunktion des Antriebs führen. Daher ist eine Diagnose bzw. Überprüfung der Zwischenkreiskapazität im Fahrzeug erforderlich.
Daher werden Verfahren zur Diagnose der Zwischenkreiskapazität seitens des Inverters eingesetzt. Ein solches Verfahren ist bspw. in der Druckschrift DE 10 201 1 076 709 A1 beschrieben. Die Druckschrift beschreibt ein Verfahren zur Strommessung bei einer mehrphasigen Maschine, die einen mit einem Zwi- schenkreiskondensator versehenen Zwischenkreis und pro Phase einen
Highside- und Lowside-Schalter aufweist. Die Strommessung wird dabei im Zwi- schenkreis vorgenommen. Aufgrund vieler technischer Einschränkungen innerhalb des Inverters ist das Verfahren jedoch nur bedingt einsetzbar.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung. Mit dem vorgestellten Verfahren ist es möglich, in einem Mehrspannungsnetz bzw. Mehrspannungsbordnetz mit Hilfe des Gleichspannungswandlers den Zwischenkreis des elektrischen Antriebs zu diagnostizieren und damit dessen Funktionsfähigkeit zu überprüfen. Das Mehrspannungsnetz umfasst dabei zumindest ein Niedervolt- und ein Hochvoltnetz bzw. -Bordnetz.
Weiterhin können bei dem vorgestellten Verfahren alle an dem Hochvolt- Bordnetz angeschlossenen Kapazitäten in die Diagnose miteinbezogen werden, wenn deren eigene Zwischenkreiskapazität bzw. Eingangskapazität bekannt ist. Dies sind bspw. angeschlossene Hochvolt-Verbraucher oder auch ein als Puffer- Speicher verwendeter Zweischichtkondensator. Dadurch wird sich die entsprechend zu diagnostizierende Zwischenkreiskapazität erhöhen.
Die Kapazität eines Kondensators kann grundsätzlich mit der folgenden Gleichung berechnet werden:
C =—— (1 ) dU /dt
Mit einem konstanten Ladestrom kann der Ausdruck dU/dt in diskreter Form gebildet werden, d. h. dU _ AU _ U2 - Ul (2) dt At t2 - tj
Mit Hilfe der Funktion Rückspeisung mit Stromregelmöglichkeit des Gleichspannungswandlers kann die Diagnose des Gesamt-Zwischenkreises realisiert wer- den. Dabei ist das Verfahren einfach zu implementieren. Außerdem kann die
Messgenauigkeit erhöht werden. In Ausführung des vorgestellten Verfahrens führt der Gleichspannungswandler die Diagnose des Zwischenkreises wie folgt aus:
- Der Gleichspannungswandler stellt einen festen Strom ein, bspw. 20 A, mit dem der Zwischenkreis beaufschlagt wird.
- Der Gleichspannungswandler misst mehrmals die Spannung L , die Spannung im Zwischenkreis, und die Zeitabstände zwischen den Abtastpunkten bei dem eingestellten Strom lHv, dem Strom im Zwischenkreis.
- Der Gleichspannungswandler berechnet aus den Spannungsmessungen und Zeitabständen die Ableitung der Spannungsänderung.
- Der Gleichspannungswandler berechnet die Kapazität des Zwischenkreises nach der folgenden Gleichung:
C7 (3) u HV - Ist die berechnete Kapazität kleiner als der definierte Schwellenwert x, so wird der Gleichspannungswandler einen Fehler des Zwischenkreises melden.
Es ist weiterhin zu berücksichtigen, dass die Kapazität eines Kondensators in der Regel eine Herstellungstoleranz, eine Temperaturabhängigkeit und altersbeding- te Veränderungen aufweist. Ein Schwellenwert wird nach dem kleinstmöglichen
Wert der Kapazität unter den definierten Randbedingungen festgelegt. Der Zwischenkreis ist defekt, wenn seine Kapazität kleiner als dieser Schwellenwert x ist.
Das vorgestellte Verfahren weist, zumindest in einigen der Ausführungen, folgende Vorteile auf:
- Die Erfassung der Zwischenkapazität ist viel genauer, da der Gleichspannungswandler den Ladestrom selbst einstellen und gleichzeitig die Spannungsänderung messen kann. Außerdem ist die Messtechnik besser beherrschbar als bei anderen Verfahren. Dadurch wird die fehlerhafte Diagnose vermindert und gleichzeitig die Sicherheit erhöht.
- Die Diagnose der Zwischenkreiskapazität ist zudem genauer, da der Innenwi- derstand der Kondensatoren, der sich in der Regel altersbedingt und temperaturabhängig verändert, keinen Einfluss auf die Messung der Kapazität bei dem vorgeschlagenen Verfahren hat.
- Das Verfahren ist weniger komplex als bekannte Verfahren. Der konstante Strom wird vom Gleichspannungswandler geregelt und nach Bedarf eingestellt.
Den Spannungsverlauf kann der Gleichspannungswandler exakt beobachten und den günstigen Messpunkt auswählen. Außerdem ist keine komplexe Signalfilterung erforderlich. Vielmehr ist eine einfache Mittelwertbildung zur Erhöhung der Messsicherheit ausreichend.
- Der Messvorgang des vorgeschlagenen Verfahrens ist kürzer als derjenige anderer Verfahren. Zumal kann die Diagnose in der Zeitphase des Aufladen des Zwischenkreises bzw. Pre-Charging durchgeführt werden, ohne eine spezielle Diagnosezeit vorzuhalten. Diese Phase ist notwendig, um zu hohe Ströme wäh- rend der Zuschaltung von Hochvolt-Energiespeichern in den Zwischenkreiskon- densator aufgrund hoher Differenzspannung zu vermeiden. Deshalb wird vor Zuschaltung auf einen gewissen Wert aufgeladen und die Differenzspannung verringert. - Gerade weil die Diagnose des Zwischenkreises in der Zeitphase des Aufladens bzw. Hochlaufens durchgeführt werden kann, kann die mögliche Gefährdung aufgrund des defekten Zwischenkreises besser abgewandt bzw. die Sicherheitsfunktion besser gewährleistet werden. Der Fehler in der sicherheitsrelevanten Situation wird frühzeitig verhindert, bevor das Fahrzeug in Bewegung gesetzt wird.
- Die Diagnose des Zwischenkreises mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann ebenfalls in der Zeitphase des Nachlaufs durchgeführt werden. Der Gleichspannungswandler arbeitet in dem normalen Modus "Wandlung vom Hochvolt- ins Niedervolt-Bordnetz" mit dem geregelten Entladestrom. Der Zwischenkreis wird dadurch geregelt entladen. Mit dem gleichen Algorithmus kann ebenfalls die Zwischenkapazität berechnet werden. - Das geregelte Entladen des Zwischenkreises kann auch gleichzeitig als eine Sicherheitsfunktion, um den Hochvolt-Zwischenkreis mit einer Hochspannung von höher als 60 V beim Ausschalten schnell zu entladen, verwendet werden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht zur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt in einem Flussdiagramm eine mögliche Ausführung des beschriebenen Verfahrens.
Figur 2 zeigt eine Ausführung der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens in ei nem Mehrspannungsbordnetz.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt einen möglichen Ablauf des vorgestellten Verfahrens in einem
Flussdiagramm. In einem ersten Schritt 10 wird ein Strom eingestellt, mit dem ein Zwischenkreis eines Hochvoltnetzes in einem Mehrspannungsnetz beaufschlagt wird. Das bedeutet, dass je nach Betriebssituation der Zwischenkreis mit diesem Strom aufgeladen oder entladen wird. Das Einstellen des Stroms kann von einem Gleichspannungswandler bzw. von einer Einheit in diesem Gleichspannungswandler vorgenommen werden. In einem nächsten Schritt 12 wird eine Messung der Spannung im Zwischenkreis vorgenommen werden. Diese Messung wird n-mal wiederholt (Pfeil 14), wobei n eine ganze Zahl ist, die vorab vorgegeben werden kann. Jeder Messung ist ein Abtastpunkt zugeordnet, n kann aber auch in Abhängigkeit der erfassten Spannungswerte während des Ablaufs des Verfahrens angepasst werden. Die zeitlichen Abstände zwischen den Abtastpunkten sind vorgegeben oder werden gemessen.
Anschließend wird in einem Schritt 16 die Kapazität des Zwischenkreises berechnet. Die berechnete Kapazität wird in einem darauffolgenden Schritt 18 mit einem Schwellenwert verglichen. Wird der Schwellenwert überschritten, erfolgt eine Fehlermeldung in Schritt 20. Andernfalls kann das Verfahren wieder mit Schritt 10 begonnen werden, wie dies mit Pfeil 22 verdeutlicht ist.
Der Vorgang wird beendet, sobald die definierte obere bzw. untere Spannungsschwelle des Zwischenkreises erreicht wird oder eine Anweisung zum Beenden der Diagnose aus dem übergeordneten System angekommen ist.
Es werden somit an zeitlich aufeinanderfolgenden Abtastpunkten Spannungswerte ermittelt.
Das Verfahren zur Diagnose des Zwischenkreises mit Hilfe des Gleichspannungswandlers kann in zwei unterschiedlichen Situationen durchgeführt werden.
1 . In der Zeitphase Aufladens des Zwischenkreises:
Voraussetzungen für die Diagnose mit dem Verfahren:
- Die Hochvolt-Batterie ist noch nicht an dem Hochvolt-Bord netz eingeschaltet.
- Der Gleichspannungswandler ist betriebsbereit nach der aktiven Weckbedingung.
- Das Hochvolt-Bordnetz ist bereits entladen, d. h. die Zwischenkreisspannung ist kleiner als 5 V. - Die Leistungsverbraucher im Hochvolt-Bordnetz sind im ausgeschalteten Zustand bzw. vom Bordnetz getrennt oder deren eigene Zwischenkreiskapazitat bedingt durch ihre Eingangskondensatoren ist bekannt und kann in die Berechnung mit einbezogen werden.
- Der Inverter ist noch im ausgeschalteten Zustand oder im Standby-Zustand, d. h. keine Leistungsbelastung ist aktiviert. Der Logikstromverbrauch für den Inverter kann gegenüber dem Ladestrom vernachlässigt werden.
- Eine Forderung zum Aufladen des Zwischenkreises vom übergeordneten System, z. B. dem Elektrischen Energie-Management (EEM), ist bereits angekommen, unabhängig davon, über welchen Kommunikationsweg der Befehl am Gleichspannungswandler vorgegeben wird.
Danach aktiviert der Gleichspannungswandler die Betriebsart "Wandlung von Niedervolt- ins Hochvolt-Netz" mit der Stromregelung. Der Zwischenkreis wird mit einem konstant geregelten Strom von bspw. 20 A aufgeladen.
Der MikroController tastet die Zwischenkreisspannung über eine Spannungsmesseinrichtung ab und nimmt den Messwert mit dem zugehörigen Zeitstempel auf. Gemäß der Gleichung (2) werden die zeitlichen Ableitungen der Zwischenkreisspannung hintereinander berechnet. Nachdem die Zwischenkreisspannung eine definierte Schwelle erreicht hat oder die definierte Abtastzahl erreicht wird, stoppt die Messung. Im Mikrocontroller des Gleichspannungswandler oder alternativ im Controller des anderen Systems, z. B. dem Inverter, wenn die Messdaten dorthin übertragen werden, wird der Mittelwert der Spannungsableitung gebildet und die Zwischenkreiskapazität gemäß der Gleichung (3) berechnet. Sollte die berechnete Zwischenkreiskapazität die definierte minimale Kapazitätsgrenze unterschreiten, so wird eine Fehlermeldung über den Zwischenkreis gemeldet.
2. In der Zeitphase des Entladens des Zwischenkreises:
Voraussetzung für die Diagnose mit dem Verfahren:
- Die Hochvolt-Batterie ist vom Hochvolt-Bord netz abgetrennt. - Der Gleichspannungswandler ist noch aktiv.
- Die Leistungsverbraucher im Hochvolt-Bordnetz sind ausgeschaltet bzw. vom Bordnetz abgetrennt oder deren eigene Zwischenkreiskapazitat bedingt durch ih re Eingangskondensatoren ist bekannt und kann in die Berechnung mit einbezogen werden.
- Der Inverter ist ausgeschaltet oder im Standby-Zustand, d. h. alle Leistungsbelastungen sind deaktiviert. Der Logikstromverbrauch für den Inverter kann gegenüber den Entladestrom vernachlässigt werden.
- Eine Forderung zum Entladen des Zwischenkreises vom übergeordneten System, bspw. dem Elektrischen Energie-Management (EEM), ist bereits angekommen, unabhängig davon, über welchen Kommunikationsweg der Befehl an den Gleichspannungswandler vorgegeben wird.
Der Gleichspannungswandler stellt die Betriebsart "Wandlung von Hochvolt- ins Niedervolt-Bordnetz" ein und regelt einen konstanten Entladestrom vom Zwischenkreis. Der Mikrocontroller des Gleichspannungswandler tastet die Zwi- schenkreisspannung über eine Spannungsmesseinrichtung ab und nimmt den Messwert mit dem zugehörigen Zeitstempel auf. Gemäß der Gleichung (2) werden die zeitlichen Ableitungen der Zwischenkreisspannung hintereinander berechnet. Nachdem die Zwischenkreisspannung eine definierte Schwelle unterschritten hat oder die definierte Abtastzahl erreicht wird, stoppt die Messung. Im Mikrocontroller des Gleichspannungswandler oder alternativ im Controller des anderen Systems, z. B. des Inverters, wenn die Messdaten dorthin übertragen werden, wird der Mittelwert der Spannungsableitung gebildet und die Zwischen- kreiskapazität gemäß Gleichung (3) berechnet. Sollte die berechnete Zwischen- kreiskapazität die definierte minimale Kapazitätsgrenze unterschreiten, so wird eine Fehlermeldung über den Zwischenkreis gemeldet.
Zur weiteren Steigung der Messgenauigkeit können die Strommessung und Spannungsmessung mit Temperaturkompensation vorgesehen werden. In diesem Fall sind Temperatursensoren an dem entsprechenden Strom- und Spannungssensor zu platzieren. Das Verfahren ist leicht realisierbar. Eine mögliche Anwendung ist in einem Boost-Rekuperationssystem gegeben.
Figur 2 zeigt ein Mehrspannungsnetz, in diesem Fall ein Mehrspannungsbord- netz, das insgesamt mit der Bezugsziffer 50 bezeichnet ist. Dieses Mehrspannungsnetz 50 umfasst ein Niedervoltnetz 52 und ein Hochvoltnetz 54, die über einen Gleichspannunsgwandler 56 miteinander verbunden ist. Dieser Gleichspannungswandler 56 ist mit Klemme 31 , mit Bezugsziffer 58 bezeichnet, eines Kraftfahrzeugs verbunden.
Das Hochvoltnetz 54 umfasst einen Zwischenkreis 60 in einem Inverter 62, dem eine Kapazität CZK 64 zugeordnet ist, eine elektrische Maschine 66, die als Motor oder Generator betrieben wird, einen Hochvoltspeicher 68 und einen Hochleistungsverbraucher 70. Das Niedervoltnetz 52 umfasst einen Niedervoltspeicher 72, eine Reihe von Widerständen 74, von denen hier nur drei gezeigt sind, und einen optionalen Starter 76.
In dem Gleichspannungswandler 56 ist eine erste Einheit 80 zum Einstellen eines festen Stroms bzw. Stromwerts vorgesehen, mit dem das Hochvoltnetz 54 beauf- schlagt werden kann. Weiterhin ist eine zweite Einheit 82 zum Messen von
Spannungen im Hochvoltnetz 54 und eine dritte Einheit 84 zum Berechnen der Kapazität 64 des Zwischenkreises 60 vorgesehen. Diese Einheiten 80, 82 und 84 können auch außerhalb des Gleichspannungswandlers 56 vorgesehen sein.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Zwischenkreises (60) in einem Mehrspannungsnetz (50), das ein Hochvoltnetz (54) und ein Niedervoltnetz (52) sowie einen Gleichspannungswandler (56) umfasst, wobei ein fester Strom eingestellt wird, mit dem der Zwischenkreis (60) beaufschlagt wird, und eine Spannung, die am Zwischenkreis (60) anliegt, an zeitlich aufeinanderfolgenden Abtastpunkten gemessen wird, wobei aus den gemessenen Spannungswerten unter Berücksichtigung von Zeitabständen zwischen den Abtastpunkten eine Kapazität (64) des Zwischenkreises (60) berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem die berechnete Kapazität (64) mit einem Schwellenwert verglichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem bei Unterschreiten des Schwellenwerts eine Fehlermeldung gegeben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das während eines Aufladens des Zwischenkreises (60) durchgeführt wird und der Strom, mit dem der Zwischenkreis (60) beaufschlagt wird, dazu dient, den Zwischenkreis (60) aufzuladen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das während eines Entladens des Zwischenkreises (60) durchgeführt wird und der Strom, mit dem der Zwischenkreis (60) beaufschlagt wird, dazu dient, den Zwischenkreis (60) zu entladen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem bei der Spannungsmessung eine Temperaturkompensation vorgenommen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem bei einer Messung des Stroms, mit dem der Zwischenkreis (60) beaufschlagt wird, eine Temperaturkompensation vorgenommen wird.
8. Anordnung zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Zwischenkreises (60) in einem Mehrspannungsnetz (50), das ein Hochvoltnetz (54) und ein Niedervoltnetz (52) sowie einen Gleichspannungswandler (56) umfasst, mit einer ersten Einheit (80) zum Einstellen eines festen Stroms, mit dem der Zwischenkreis (60) beaufschlagt wird, einer zweiten Einheit (82) zum Messen von Spannungen am Zwischenkreis (60) und einer dritten Einheit (84) zum Berechnen einer Kapazität des Zwischenkreises (60).
9. Anordnung nach Anspruch 8, bei der die erste Einheit (80), die zweite Einheit (82) und die dritte Einheit (84) in dem Gleichspannungswandler (56) vorgesehen sind.
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