WO2017016747A1 - Method and device for operating an electric system - Google Patents

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WO2017016747A1
WO2017016747A1 PCT/EP2016/063878 EP2016063878W WO2017016747A1 WO 2017016747 A1 WO2017016747 A1 WO 2017016747A1 EP 2016063878 W EP2016063878 W EP 2016063878W WO 2017016747 A1 WO2017016747 A1 WO 2017016747A1
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voltage
current
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electrical system
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PCT/EP2016/063878
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Gholamabas Esteghlal
Markus Kretschmer
Frank Haefele
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the invention relates to a method for the operator of an electrical system, in particular of a motor vehicle, which has at least one rechargeable energy store, at least one consumer and at least one consumer
  • the invention relates to a device for operating the electrical system described above.
  • Low voltage section has a higher voltage level.
  • Low-voltage section electrically connected to each other by at least one DC-DC converter, for example, to charge an energy storage of the low-voltage section by energy from the high voltage section, thereby ensuring the operation of the system as a whole.
  • DC-DC converters are known, which are designed as multi-phase converters, which two or more connected in parallel
  • DC-DC converter for example flyback converter or resonant converter, in order to achieve a desired performance in particular uninterrupted
  • the inventive method with the features of claim 1 has the advantage that the DC-DC converter can be controlled individually, for example, to optimize the life of the DC-DC converter and the performance of the multi-phase converter.
  • the DC-DC converter can be controlled individually to ensure optimum operation.
  • Multiphase converter are determined.
  • the actual current is advantageously detected directly by means of sensors of the DC-DC converter.
  • the operating mode of the multi-phase converter results in particular from a drive strategy, for example, a lopsided or non-lopsided operation of
  • the internal control variables can also be detected directly by a sensor system of the respective DC-DC converter.
  • the desired current results in particular from the control of the electrical system, in particular from a higher-level instance, such as a motor vehicle control unit or the like.
  • Operating point a desired current of at least one DC-DC converter, a desired output voltage of at least one DC-DC converter and / or a module state of at least one of the DC voltage converter can be specified or varied.
  • one or more setpoint currents, setpoint output voltages and / or module states are thus varied or predetermined in order to optimize the operation of the electrical system.
  • the number of operating DC-DC converters during operation of the electrical system is adapted to the respective operating point. It is preferably provided that, depending on the current operating point, one or more of the
  • DC converter depending on their respective operating state, resulting, for example, from an operating temperature or aging phenomena are selected.
  • the desired currents or desired powers of the DC-DC converters are adjusted in dependence on the actual currents or actual powers of the individual DC-DC converters such that the actual currents / actual powers have the same current value or power value.
  • the DC-DC converter are de-energized to determine an electrical voltage of the at least one energy storage.
  • this deactivation can also be done by separation from the low voltage section.
  • DC voltage converter can be determined, wherein depending on the determined quality factors the DC-DC converter controlled, in particular Lactosenide conditions are specified. Depending on the current quality factors, which give an indication of the respective operating state of the DC-DC converter, in particular the activation
  • this partial function preferably switches the affected one
  • an electrical load of the electrical system in particular of the low-voltage section of the electrical system, is determined as a function of the determined actual currents.
  • output signals of a control complex or module of the multi-phase converter are taken into account in order to determine or at least estimate the load.
  • the energy store is preferred
  • the low voltage section understood as another consumer of the system.
  • the load external specifications, in particular external setpoint voltage specifications, the estimated / determined battery voltage and optionally external current setpoints, the setpoint currents, voltages and setpoint module states are determined and controllers or hardware drivers of
  • Multiphase converter provided. By the presented
  • the device according to the invention with the features of claim 8 is characterized by a specially prepared control unit, which has an operating strategy module that performs the method according to the invention.
  • Figure 1 is a schematic representation of an electrical
  • Figure 2 shows a structure of a control system of the electrical
  • FIG 3 is a schematic representation of an advantageous
  • FIGS. 4A to 4C schemes for current equalization
  • FIG. 5 shows a method for module deactivation
  • FIG. 6 shows a method for determining a setpoint voltage
  • Figure 7 shows a method for determining a desired current
  • FIG. 8 shows a method for determining a quality factor.
  • the electrical system 1 shows a simplified representation of an electrical system 1 of a motor vehicle not shown here.
  • the electrical system 1 has a high voltage section 2 and a low voltage section 3, which are electrically connected together by a multi-phase converter 4.
  • the high-voltage section 2 comprises a rechargeable high-voltage energy store 5, an inverter 6 and an electric machine 7 which is operated by the inverter 6.
  • the electric machine 7 can be operated by a motor or generator and is designed in particular as a drive machine of the motor vehicle.
  • Low-voltage section 3 includes a low-voltage energy storage 8, which is also designed to be rechargeable, and one or more
  • FIG. 2 shows a further illustration of the electrical system 1 with a controller complex 11, with the multi-phase converter 4, the N has parallel-connected DC-DC converter
  • the multi-phase converter 4 has a high voltage section side input voltage U in and a
  • Multiphase converter 4 results in an actual voltage U is , which is provided to the electrical system 10 available.
  • the control of the multiphase converter 4 results.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of an operating strategy instance, which is designed as an operating strategy module 12 of a control device of the motor vehicle.
  • the operating strategy module 12 decides how many modules depending on a current operating point of the electrical system 1
  • the operating strategy instance receives the desired voltage in the output U SO ii as the state variable, the current currents L, run the
  • the operating strategy module 12 is also the target current l !
  • the output of the operating strategy instance represents in addition to the target currents I SO K and voltages U so u also provides module states M m.
  • the operating strategy module 12 includes a module 13 for determining voltage, current, and module conditions, a load estimation module 14, a module state determination module 15, a current equalization module 16, and a state of charge or aging module 17 Low Voltage Energy Storage 8.
  • the operating strategy instance thus fulfills the following tasks in short form
  • Electricity equalization / power equalization due to the tolerance of the components, the modules can deliver different currents and / or powers under the same load. To different loads of
  • Modules / DC-DC converter to prevent, by modifying the target currents / target power for different modules the same
  • Module state determination The current states of the modules are calculated. Depending on the detected states, these are activated or deactivated. If a module is not switched on or off by the controller, but after a given time or dynamics, then this is
  • the modules 16 equate the flows or services, in particular so that everyone
  • DC converter delivers, for example, 50% of its rated power. For this purpose, either the high-voltage side or low-voltage side, the actual DC currents are measured.
  • PSFB converter When trained as a PSFB converter
  • LLC converter resonant converter
  • Performance class the arithmetic mean of these currents is preferably formed and limited to a maximum allowable current and supplied as a target current to the module 13, where a further modification of the currents are performed as needed and then the controller complex 11 are provided.
  • the task of the controller complex 11 is then by a suitable drive signal, in particular by a pulse-width modulated signal (PWM signal), to the semiconductor switches to equalize the currents or powers in particular percentage.
  • PWM signal pulse-width modulated signal
  • FIGS. 4A to 4C show different embodiments of the invention
  • Figure 4A shows a schematic representation of
  • FIG. 4B shows an exemplary embodiment for equalizing the current for two parallel-connected DC-DC converters of a PSFB converter with two current controls IC1 and IC2.
  • FIG. 4C shows an exemplary embodiment of FIG.
  • FIG. 5 shows in a flow diagram a method for implementing a module shutdown request.
  • a first step Sl the modules of the scalable multiphase converter 4 are checked for a defect. If a defect is detected (j), the respective module is switched off in a step S2. In this case, the shutdown can be done on a vorgebare period or dynamics. If the query shows that the modules are not defective (s), it will be in one
  • step S3 the magnitude of the peak power Psp is compared with a first limit value Gl. If the amount is smaller than the limit value Gl (]), then in a following step S4 the amount of the alternating power Pw is compared with a second limit value G2. If the alternating power or the amount of the alternating power is less than the second limit value D2 (j), then in a subsequent step S5, the basic power Pg with a third
  • Threshold G3 compared. If the basic power is less than the third limit value G3 (j), then in a step S6, the request for switching off the corresponding module or DC voltage converter, which is carried out in step S2. If one of the queries S3 to S6 yields a negative answer (s), the individual DC-DC converters are not switched off in accordance with step S7 and continue to operate.
  • the operating strategy has three manipulated variables, whereby the optimum can be influenced, namely the specification of the voltage to be set, limitation or equalization of the currents or powers and the direct shutdown of the individual modules / DC-DC converters.
  • the operating strategy has the task, a direct
  • the module 17 is a shutdown of all
  • the operating strategy checks whether there is a load change. This test can be seen by the peak load or the alternating load calculated in Module 14. Is none
  • DC-DC converter for a very short time, for example, 10 ms, switched off.
  • a shutdown of the DC-DC converter due to the optimization takes place in the same way, unless there is a defect. In this case, the affected module is switched off immediately.
  • the setpoint voltage U so n is normally specified by an external instant (U SO iLextem) such as a control unit or the like.
  • U SO iLextem an external instant
  • the setpoint voltage U SO ii at a load change or adjusted in the Nuiast range A zero load exists when the base load is lower than an applicable limit value.
  • the energy store 8 is charged and the setpoint voltage can be equal to the battery voltage for
  • Charging voltage can be set. In the event of sudden switching on or off of large loads, overvoltages or undervoltages in the vehicle electrical system 10 can occur. Here, depending on the sign of the peak load and the currently specified external setpoint voltage U s0) Lextern time the specifications for the controller complex 11 is changed. This behavior also applies to small loads, but with different parameters.
  • FIG. 6 shows a method for determining the setpoint voltage U so n.
  • steps S3, S4 and S5 are executed as described above. If the last condition according to step S5 is also satisfied, then in step S8 the setpoint voltage U so n is predetermined as a function of the state of charge of the low-voltage energy storage device 8.
  • step S3 If the condition of step S3 is not fulfilled, the desired voltage as a function of the external reference voltage setting U so n_ extem or UsEx, a temporal voltage difference AU (t), and the sign of the
  • Peak power PSP (Sign (Psp)) determined in a step S9.
  • step S4 the target voltage is determined as a function of the external target voltage specification, the temporal voltage difference and the sign of the AC power Pw in a step S10.
  • step S5 If only the condition of step S5 is not fulfilled (n), then the externally specified setpoint voltage UsEx is determined as setpoint voltage U so in a step S1 1.
  • FIG. 7 shows in a flowchart a method for determining a desired current or desired state of the individual modules of the multiphase DC-DC converter or the individual ones
  • Multiphase converter 4 determined. If the current power can be provided by a single module or a single DC-DC converter, depending on a quality factor QMx, where x for the module or the respective DC-DC converter is checked, which of the modules is suitable for this purpose.
  • the quality factor QM is a function of the active time tM, the current load and the module state.
  • the module state is calculated in the instance or module 15.
  • the figure of merit QM has a value between 0 and 1. "0" means that the module in question is defective and can not be used.
  • the quality factor QM is also integrated as a function of time t.
  • the active module can be changed.
  • the time-dependent quality factor QM is again highly integrated to "1" according to a predefined function
  • step S15 the parallel-connected DC-DC converters 4_1 and 4_2 are activated in step S15.
  • the quality factor QM1 is also compared with the limit value of 0.5 in a step S16. If the queries of step S14 and step S16 indicate that the quality factor QM1 is not greater than 0.5 and the quality factor QM2 is greater than 0.5, then in a step S17
  • Module 4_2 is activated and module 4_1 deactivated. Is the quality factor QM1, however greater than 0.5, the module 4_1 is activated in step S18 and the module 4_2 is deactivated.
  • step S15 If both modules 4_1 and 4_2 are activated according to step S15, the currents are as described above in a subsequent step S19
  • the currents are then limited in each case in a step S20 to a maximum limit value and / or an external predetermined setpoint current.
  • the quality factors QM1 and QM2 result as a function of the active time of the modules 4_1 and 4_2 (tM1, 2) and of the module states (Mzu1, Mzu2).
  • a multiphase converter 4 is also considered, which comprises two modules or DC-DC converters 4_1 and 4_2.
  • FIG. 8 shows a method for determining the quality factor QM on the basis of the quality factor QM 1 of the module 4_1.
  • the module state Mzu1 the active time tM1 and a current load I B are considered.
  • the temperature value T of the DC-DC converter 4_1 is considered as the module state Mzu1.
  • T1 it is detected that the module is hot, at a temperature value of T2 that the module is too hot and threatened with damage, and at a T3 temperature value, it is assumed that the module is defective due to overheating.
  • T1 the module state Mzu1
  • the quality factor QM1 results. Accordingly, the quality factor QM2 or each quality factor of each further module or DC-DC converter 4_N is used.
  • the multi-phase converter becomes the currents and / or powers of the active modules
  • the target current of the higher-level instance is determined by the number of
  • DC-DC converter divided and used as a limit for the individual modules.

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Abstract

The invention relates to a method for operating an electric system (1) of a motor vehicle, which comprises at least one rechargeable energy storage device (5, 8), at least one consumer (9) and at least one multi-phase converter (4) with several direct current converters (4_1, 4_2,.... 4_N) which are connected in parallel. According to the invention, the direct current converters (4_1, 4_2, 4_N) are controlled in accordance with a current operational point of the electric system (1).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Verfahren und Vorrichtung zum Betreihen eines elektrischen Systems Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiber» eines elektrischen Systems, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, das wenigstens einen wiederauf lad baren Energiespeicher, mindestens einen Verbraucher und wenigstens einen  The invention relates to a method for the operator of an electrical system, in particular of a motor vehicle, which has at least one rechargeable energy store, at least one consumer and at least one consumer
Multiphasenwandler mit mindestens zwei insbesondere parallel geschalteten Gleichspannungswandlern aufweist. Has multi-phase converter with at least two, in particular parallel-connected DC-DC converters.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben des oben beschriebenen elektrischen Systems. Furthermore, the invention relates to a device for operating the electrical system described above.
Stand der Technik State of the art
Elektrische Systeme in Kraftfahrzeugen erlangen insbesondere aufgrund der Verwendung elektrischer Antriebsmaschinen eine immer höhere Bedeutung im Automobilbau. Dabei ist von besonderer Bedeutung, dass derartige elektrische Systeme in der Regel Abschnitte mit unterschiedlichen Spannungsniveaus aufweisen. So ist es bekannt, den Abschnitt des elektrischen Systems, der die elektrische Antriebs m aschine aufweist, als Hochspannungsabschnitt auszubilden, der im Vergleich zu dem das Bordnetz bildenden Electrical systems in motor vehicles are becoming increasingly important in the automotive industry, in particular because of the use of electric drive machines. It is of particular importance that such electrical systems generally have sections with different voltage levels. It is thus known to form the section of the electrical system which has the electric drive machine as a high-voltage section which, in comparison to that forming the vehicle electrical system
Niederspannungsabschnitt ein höheres Spannungsniveau aufweist. Low voltage section has a higher voltage level.
Üblicherweise sind der Hochspannungsabschnitt und der Usually, the high voltage section and the
Niederspannungsabschnitt durch wenigstens einen Gleichspannungswandler elektrisch miteinander verbunden, um beispielsweise einen Energiespeicher des Niedrigspannungsabschnitts durch Energie aus dem Hochspannungsabschnitt aufzuladen und dadurch den Betrieb des Systems insgesamt zu gewährleisten. Weiterhin sind Gleichspannungswandler bekannt, die als Multiphasenwandler ausgebildet sind, welche zwei oder mehr parallel geschaltete Low-voltage section electrically connected to each other by at least one DC-DC converter, for example, to charge an energy storage of the low-voltage section by energy from the high voltage section, thereby ensuring the operation of the system as a whole. Furthermore, DC-DC converters are known, which are designed as multi-phase converters, which two or more connected in parallel
Gleichspannungswandler, beispielsweise Sperrwandler oder Resonanzwandler, aufweisen, um eine gewünschte Leistung insbesondere unterbrechungsfrei zu erzielen, DC-DC converter, for example flyback converter or resonant converter, in order to achieve a desired performance in particular uninterrupted,
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass die Gleichspannungswandler individuell angesteuert werden, um beispielsweise die Lebensdauer der Gleichspannungswandler sowie die Leistung des Multiphasenwandlers zu optimieren. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebspunkt des elektrischen Systems die Gleichspannungswandler angesteuert werden. Es ist somit vorgesehen, dass zunächst ein aktueller Betriebspunkt des elektrischen Systems bestimmt wird, um darüber zu entscheiden, welcher der The inventive method with the features of claim 1 has the advantage that the DC-DC converter can be controlled individually, for example, to optimize the life of the DC-DC converter and the performance of the multi-phase converter. According to the invention, provision is made for the DC-DC converters to be activated as a function of a current operating point of the electrical system. It is thus provided that first a current operating point of the electrical system is determined in order to decide which of the
Gleichspannungswandler wie angesteuert beziehungsweise betrieben werden soll. Dadurch wird erreicht, dass in Abhängigkeit von dem aktuellen DC-DC converter how to be driven or operated. This will accomplish that, depending on the current
Betriebspunkt die Gleichspannungswandler individuell angesteuert werden, um einen optimalen Betrieb zu gewährleisten. Operating point, the DC-DC converter can be controlled individually to ensure optimum operation.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Bestimmung des aktuellen Betriebspunkts wenigstens ein Ist-Strom, ein According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that for determining the current operating point at least one actual current, a
Betriebsmodus des Multiphasenwandlers, wenigstens eine Ausgangsspannung des Multiphasenwandlers, wenigstens eine interne Regelgröße des Operating mode of the multi-phase converter, at least one output voltage of the multi-phase converter, at least one internal controlled variable of the
Multiphasenwandlers und/oder wenigstens ein Soll-Strom des Multiphase converter and / or at least one desired current of
Multiphasenwandlers ermittelt werden. Der Ist-Strom wird vorteilhafterweise mittels Sensoren der Gleichspannungswandler direkt erfasst. Der Betriebsmodus des Multiphasenwandlers ergibt sich insbesondere aus einer Ansteuerstrategie, die beispielsweise einen lückenden oder nicht-lückenden Betrieb der Multiphase converter are determined. The actual current is advantageously detected directly by means of sensors of the DC-DC converter. The operating mode of the multi-phase converter results in particular from a drive strategy, for example, a lopsided or non-lopsided operation of
Gleichspannungswandler vorgibt. Die internen Regelgrößen können ebenfalls durch eine Sensorik des jeweiligen Gleichspannungswandlers direkt erfasst werden. Der Soll-Strom ergibt sich insbesondere aus der Ansteuerung des elektrischen Systems, insbesondere aus einer übergeordneten Instanz, wie beispielsweise einer Kraftfahrzeugsteuereinheit oder dergleichen. Specifies DC-DC converter. The internal control variables can also be detected directly by a sensor system of the respective DC-DC converter. The desired current results in particular from the control of the electrical system, in particular from a higher-level instance, such as a motor vehicle control unit or the like.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass in Abhängigkeit des aktuellen Furthermore, it is preferably provided that, depending on the current
Betriebspunkts ein Soll-Strom wenigstens eines Gleichspannungswandlers, eine Soll-Ausgangsspannung mindestens eines Gleichspannungswandlers und/oder ein Modulzustand wenigstens eines der Gleichspannungswandler vorgegeben oder variiert werden. In Abhängigkeit des ermittelten Betriebspunkts werden somit einer oder mehrere Soll-Ströme, Soll-Ausgangsspannungen und/oder Modulzustände variiert oder vorgegeben, um den Betrieb des elektrischen Systems zu optimieren. Insbesondere wird beispielsweise durch das Vorgeben eines Modulzustands„eingeschalter oder„ausgeschalter die Anzahl der arbeitenden Gleichspannungswandler in Betrieb des elektrischen Systems an den jeweiligen Betriebspunkt angepasst. Bevorzugt ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebspunkt einer oder mehrere der Operating point a desired current of at least one DC-DC converter, a desired output voltage of at least one DC-DC converter and / or a module state of at least one of the DC voltage converter can be specified or varied. As a function of the determined operating point, one or more setpoint currents, setpoint output voltages and / or module states are thus varied or predetermined in order to optimize the operation of the electrical system. In particular, for example, by specifying a module state "switched on" or "switched off", the number of operating DC-DC converters during operation of the electrical system is adapted to the respective operating point. It is preferably provided that, depending on the current operating point, one or more of the
Gleichspannungswandler in Abhängigkeit ihres jeweiligen Betriebszustands, der sich beispielsweise aus einer Betriebstemperatur oder Alterungserscheinungen ergibt, ausgewählt werden. DC converter depending on their respective operating state, resulting, for example, from an operating temperature or aging phenomena are selected.
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Soll-Ströme oder Soll-Leistungen der Gleichspannungswandler in Abhängigkeit der Ist- Ströme oder Ist-Leistungen der einzelnen Gleichspannungswandler derart angepasst werden, dass die Ist- Ströme/Ist-Leistungen den gleichen Stromwert beziehungsweise Leistungswert aufweisen. Es erfolgt somit eine Stromgleichstellung und/oder Furthermore, it is preferably provided that the desired currents or desired powers of the DC-DC converters are adjusted in dependence on the actual currents or actual powers of the individual DC-DC converters such that the actual currents / actual powers have the same current value or power value. There is thus a power equalization and / or
Leistungsgleichstellung der Gleichspannungswandler. Hierdurch werden Power equalization of the DC-DC converter. This will be
fertigungstoleranzbedingte Unterschiede der Gleichspannungswandler bei gleicher Belastung, die zu unterschiedlichen Ist-Strömen und/oder Ist-Leistungen, führen, kompensiert. Durch Modifizierung der Soll-Ströme beziehungsweise Soll- Leistungen für verschiedene Gleichspannungswandler wird der gleiche manufacturing tolerance-related differences of the DC-DC converter with the same load, which lead to different actual currents and / or actual powers, compensated. By modifying the desired currents or desired power for different DC-DC converter is the same
Strombetrag beziehungsweise Leistungsbetrag für diese Amount of electricity or amount of benefit for this
Gleichspannungswandler erreicht DC-DC converter achieved
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Gleichspannungswandler stromlos geschaltet werden, um eine elektrische Spannung des wenigstens einen Energiespeichers zu bestimmen. Werden alle Gleichspannungswandler stromlos geschaltet, der According to a preferred embodiment of the invention is further provided that the DC-DC converter are de-energized to determine an electrical voltage of the at least one energy storage. Are all DC voltage converter de-energized, the
Multiphasenwandler also insgesamt deaktiviert, beispielsweise durch Öffnen aller Halbleiterschalter des Multiphasenwandlers, so wird erreicht, dass die elektrische Verbindung zwischen Hochspannungsabschnitt und Niedrigspannungsabschnitt unterbrochen wird. Damit entspricht beispielsweise die aktuelle elektrische Spannung im Niedrigspannungsabschnitt der (Lade-)Spannung des So multi-phase converter thus disabled altogether, for example by opening all semiconductor switches of the multi-phase converter, it is achieved that the electrical connection between the high-voltage section and low-voltage section is interrupted. Thus, for example, corresponds to the current voltage in the low voltage section of the (charge) voltage of the
Energiespeichers in dem Niedrigspannungsabschnitt, zumindest wenn an den Niedrigspann ungsabschnitt angeschlossene Verbraucher deaktiviert sind, wobei diese Deaktivierung auch durch Trennung von dem Niedrigspannungsabschnitt erfolgen kann. Energy storage in the low voltage section, at least if at the Low voltage ungsabschnitt connected consumers are disabled, this deactivation can also be done by separation from the low voltage section.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Bestimmung des aktuellen Betriebspunkts aktuelle Gütefaktoren der According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that for determining the current operating point current quality factors of
Gleichspannungswandler ermittelt werden, wobei in Abhängigkeit der ermittelten Gütefaktoren die Gleichspannungswandler angesteuert, insbesondere Betriebsbeziehungsweise Modulzustände vorgegeben werden. In Abhängigkeit der aktuellen Gütefaktoren, die einen Hinweis auf den jeweiligen Betriebszustand der Gleichspannungswandler geben, wird insbesondere die Aktivierung DC voltage converter can be determined, wherein depending on the determined quality factors the DC-DC converter controlled, in particular Betriebsbeziehungsweise module conditions are specified. Depending on the current quality factors, which give an indication of the respective operating state of the DC-DC converter, in particular the activation
beziehungsweise Deaktivierung der einzelnen Gleichspannungswandler durchgeführt. Soll ein Gleichspannungswandler nicht per Regler ein- oder abgeschaltet werden, sondern gemäß einer vorgegebenen Zeit oder Dynamik, dann schaltet diese Teilfunktion bevorzugt das betroffene or deactivation of the individual DC-DC converter performed. If a DC-DC converter should not be switched on or off by means of a regulator, but according to a predetermined time or dynamics, then this partial function preferably switches the affected one
Modul/Gleichspannungswandler oder Teile davon ein oder aus. Module / DC-DC converter or parts thereof on or off.
Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass in Abhängigkeit von den ermittelten Ist-Strömen eine elektrische Last des elektrischen Systems, insbesondere des Niedrigspannungsabschnitts des elektrischen Systems, bestimmt wird. Dabei werden insbesondere auch Ausgangssignale eines Regier- Komplexes oder Moduls des Multiphasenwandlers berücksichtigt, um die Last zu bestimmen oder zumindest abzuschätzen. Dabei wird bevorzugt der Energiespeicher Furthermore, it is preferably provided that an electrical load of the electrical system, in particular of the low-voltage section of the electrical system, is determined as a function of the determined actual currents. In particular, output signals of a control complex or module of the multi-phase converter are taken into account in order to determine or at least estimate the load. In this case, the energy store is preferred
insbesondere des Niedrigspannungsabschnitts als weiterer Verbraucher des Systems verstanden. Abhängig von den berechneten Soll-Strömen, der Last, externen Vorgaben, insbesondere externen Soll-Spannungsvorgaben, der geschätzten/bestimmen Batteriespannung und optional externer Strom- Sollvorgaben, werden die Soll-Ströme, Spannungen und Soll-Modulzustände bestimmt und Reglern beziehungsweise Hardwaretreibern des especially the low voltage section understood as another consumer of the system. Depending on the calculated set currents, the load, external specifications, in particular external setpoint voltage specifications, the estimated / determined battery voltage and optionally external current setpoints, the setpoint currents, voltages and setpoint module states are determined and controllers or hardware drivers of
Multiphasenwandlers zur Verfügung gestellt. Durch die vorgestellte Multiphase converter provided. By the presented
Betriebsstrategie werden die einzelnen Gleichspannungswandler Operating strategy are the individual DC-DC converter
beziehungsweise die einzelnen Module des Multiphasenwandlers gleichmäßig belastet, wodurch ihre Lebensdauer erhöht und Schaltvorgänge optimiert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 zeichnet sich durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät aus, das ein Betriebsstrategie- Modul aufweist, das das erfindungsgemäße Verfahren durchführt. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile, Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus dem zuvor Beschriebenen sowie aus den Ansprüchen. or the individual modules of the multi-phase converter evenly loaded, thereby increasing their life and switching operations are optimized. The device according to the invention with the features of claim 8 is characterized by a specially prepared control unit, which has an operating strategy module that performs the method according to the invention. This results in the already mentioned advantages, Further features and advantages will become apparent from the above-described and from the claims.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen In the following, the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Show this
Figur 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Figure 1 is a schematic representation of an electrical
Systems eines Kraftfahrzeugs,  System of a motor vehicle,
Figur 2 einen Aufbau eines Regelsystems des elektrischen Figure 2 shows a structure of a control system of the electrical
Systems,  Systems,
Figur 3 eine schematische Darstellung eines vorteilhaften Figure 3 is a schematic representation of an advantageous
Betriebsstrategie- Moduls des elektrischen Systems,  Operating strategy module of the electrical system,
Figuren 4A bis 4C Schemata zur Stromgleichstellung, FIGS. 4A to 4C schemes for current equalization,
Figur 5 ein Verfahren zur Modulabschaltung, FIG. 5 shows a method for module deactivation,
Figur 6 ein Verfahren zur Bestimmung einer Soll-Spannung, FIG. 6 shows a method for determining a setpoint voltage,
Figur 7 ein Verfahren zur Bestimmung eines Soll-Stroms und Figure 7 shows a method for determining a desired current and
Figur 8 ein Verfahren zur Bestimmung eines Gütefaktors. FIG. 8 shows a method for determining a quality factor.
Figur 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung ein elektrisches System 1 eines hier nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs. Das elektrische System 1 weist einen Hochspannungsabschnitt 2 und einen Niedrigspannungsabschnitt 3 auf, die elektrisch durch einen Multiphasenwandler 4 miteinander verbunden sind. Der Hochspannungsabschnitt 2 umfasst vorliegend einen wiederaufladbaren Hochspannungsenergiespeicher 5, einen Wechselrichter 6 sowie eine elektrische Maschine 7, die durch den Wechselrichter 6 betrieben wird. Die elektrische Maschine 7 kann dabei motorisch oder generatorisch betrieben werden und ist insbesondere als Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Der 1 shows a simplified representation of an electrical system 1 of a motor vehicle not shown here. The electrical system 1 has a high voltage section 2 and a low voltage section 3, which are electrically connected together by a multi-phase converter 4. In the present case, the high-voltage section 2 comprises a rechargeable high-voltage energy store 5, an inverter 6 and an electric machine 7 which is operated by the inverter 6. The electric machine 7 can be operated by a motor or generator and is designed in particular as a drive machine of the motor vehicle. Of the
Niedrigspannungsabschnitt 3 umfasst einen Niedrigspannungsenergiespeicher 8, der ebenfalls wiederaufladbar ausgebildet ist, sowie einen oder mehrere Low-voltage section 3 includes a low-voltage energy storage 8, which is also designed to be rechargeable, and one or more
Verbraucher 9, Zusammen bilden der Energiespeicher 8 und die Verbraucher 9 das Bordnetz 10 des Kraftfahrzeugs, Consumers 9, together form the energy store 8 and the consumer 9, the electrical system 10 of the motor vehicle,
Figur 2 zeigt eine weitere Darstellung des elektrischen Systems 1 mit einem Regler-Komplex 11, mit dem Multiphasenwandler 4, der N parallel geschalteten Gleichspannungswandler aufweist Der Multiphasenwandler 4 weist eine hochspannungsabschnittsseitige Eingangsspannung Uin sowie eine Figure 2 shows a further illustration of the electrical system 1 with a controller complex 11, with the multi-phase converter 4, the N has parallel-connected DC-DC converter The multi-phase converter 4 has a high voltage section side input voltage U in and a
niedrigspannungsabschnittsseitige Ausgangsspannung Uout auf, die sich aus der Parallelschaltung und dem Betrieb der Gleichspannungswandler 4_1, 4_2 bis 4_N ergibt. Durch das Ansteuern der Gleichspannungswandler des Low voltage section side output voltage U out , resulting from the parallel connection and the operation of the DC-DC converter 4_1, 4_2 to 4_N. By driving the DC-DC converter of
Multiphasenwandlers 4 ergibt sich eine Ist-Spannung Uist, die dem Bordnetz 10 zur Verfügung gestellt wird. Dem Reglerkomplex 11 werden ein Soll -Strom lson sowie eine Soll-Spannung Uson sowie ein Ist- Strom des Multiphasenwandlers 4 auf der Hochspannungsseite lhv sowie der Niedrigspannungsseite zugeführt. Insbesondere hieraus und aus dem Ist-Strom \ ergibt sich die Ansteuerung des Multiphasenwandlers 4. Multiphase converter 4 results in an actual voltage U is , which is provided to the electrical system 10 available. The controller 11, a target complex stream so l n and a target voltage U n as well as an actual current to be supplied to the multiphase converter 4 on the high voltage side hv l as well as the low voltage side. In particular, from this and from the actual current, the control of the multiphase converter 4 results.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Betriebsstrategieinstanz, die als Betriebsstrategiemodul 12 eines Steuergeräts des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Das Betriebsstrategie-Modul 12 entscheidet in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebspunkt des elektrischen Systems 1, wie viele Module FIG. 3 shows a schematic representation of an operating strategy instance, which is designed as an operating strategy module 12 of a control device of the motor vehicle. The operating strategy module 12 decides how many modules depending on a current operating point of the electrical system 1
beziehungsweise Gleichspannungswandler 4_1, 4_2 ... 4_N beziehungsweise welche Teile eines Moduls, wie beispielsweise ein Tiefsatzsteller, aktiv sein sollen. Die Betriebsstrategieinstanz erhält als Zustandsgröße die gewünschte Spannung im Ausgang USOii, die aktuellen Ströme L, Lauf der or DC-DC converter 4_1, 4_2 ... 4_N or which parts of a module, such as a Tiefsatzsteller to be active. The operating strategy instance receives the desired voltage in the output U SO ii as the state variable, the current currents L, run the
Niedrigspannungsseite und der Hochspannungsseite den Betriebsmodus des Muitiphasenswandlers 4 (lückender- oder nicht lückender Betrieb), die aktuell am Ausgang des Multiphasenwandlers 4 gemessene Spannung U,5t sowie interne Regelgrößen (Vorsteuerung, Adaptionen und Regelausgangssignal des Regler- Komplexes 11). Optional wird dem Betriebsstrategie-Modul 12 außerdem der Sollstrom lso!| als Eingangswert lson_extem sowie eine Sollspannung US0[Lextem zugeführt. Damit kann eine externe Instanz einen gewünschten Sollstrom für ein oder mehrere der Module beziehungsweise Gleichspannungswandler 4_1, 4 2, ...» 4_N vorgeben. Der Ausgang der Betriebsstrategieinstanz stellt neben den Sollströmen ISOK und Spannungen Usou auch Modulzustände Mm bereit. Low-voltage side and the high-voltage side, the operating mode of Muitiphasenswandlers 4 (lückender- or non-lopsided operation), the currently measured at the output of the multi-phase transformer 4 voltage U, 5t and internal control variables (feedforward control, adaptations and control output signal of the controller complex 11). Optionally, the operating strategy module 12 is also the target current l ! | as input value l so n_extem and a setpoint voltage U S0 [ Lextem supplied. In this way, an external instance can generate a desired setpoint current for one or more of the modules or DC / DC converters 4_1, 4 2, ... '4-n pretend. The output of the operating strategy instance represents in addition to the target currents I SO K and voltages U so u also provides module states M m.
Das Betriebsstrategie-Modul 12 umfasst ein Modul 13 zur Bestimmung von Sollwerten der Spannung, des Stroms und der Modulzustände, ein Modul 14 zur Lastabschätzung, ein Modul 15 zur Modulzustandsbestimmung, ein Modul 16 zur Stromgleichstellung sowie ein Modul 17 zur Ermittlung eines Ladezustands oder Alterungszustands des Niederspannungsenergiespeichers 8. The operating strategy module 12 includes a module 13 for determining voltage, current, and module conditions, a load estimation module 14, a module state determination module 15, a current equalization module 16, and a state of charge or aging module 17 Low Voltage Energy Storage 8.
Die Betriebsstrategieinstanz erfüllt somit in Kurzform folgende Aufgaben; The operating strategy instance thus fulfills the following tasks in short form;
Stromgleichstellung/Leistungsgleichstellung: die Module können aufgrund der Toleranz der Bauelemente bei gleicher Belastung unterschiedliche Ströme und/oder Leistungen liefern. Um unterschiedliche Belastungen der Electricity equalization / power equalization: due to the tolerance of the components, the modules can deliver different currents and / or powers under the same load. To different loads of
Module/Gleichspannungswandler zu verhindern, wird durch eine Modifizierung der Sollströme/Sollleistungen für verschiedene Module der gleiche Modules / DC-DC converter to prevent, by modifying the target currents / target power for different modules the same
Strombetrag/Leistungsbetrag erreicht. Amount of electricity / amount of benefits reached.
Abschätzung Batterieladespannung: wenn die Ladespannung des Battery charging voltage estimate: when the charging voltage of the
Niedrigspannungsenergiespeichers 8 nicht zur Verfügung steht, wird dieser durch das Modul 17 abgeschätzt. Low voltage energy storage 8 is not available, this is estimated by the module 17.
Modulzustandsbestimmung: Die aktuellen Zustände der Module werden berechnet. In Abhängigkeit der erfassten Zustände werden diese aktiviert oder deaktiviert. Soll ein Modul nicht per Regler ein- oder abgeschaltet werden, sondern nach einer vorgegebenen Zeit oder Dynamik, dann wird diese Module state determination: The current states of the modules are calculated. Depending on the detected states, these are activated or deactivated. If a module is not switched on or off by the controller, but after a given time or dynamics, then this is
Teilfunktion das betroffene Modul oder Teile davon ein- oder abschalten. Subfunction to turn on or off the affected module or parts of it.
Lastabschätzung: Abhängig von den gemessenen Strömen und Load Estimation: Depends on the measured currents and
Ausgangssignalen des Regler-Komplexes 11 wird die am Bordnetz 10 vorliegende eingeschaltete Last abgeschätzt. Output signals of the controller complex 11, the present on-board power supply 10 is estimated.
Bestimmung Sollwerte: Abhängig von den errechneten Sollströmen, dem Determination of setpoints: Depending on the calculated setpoint currents, the
Laststrom, externen Sollspannungsvorgaben, eingeschätzter Ladespannung und optional externer Stromsollvorgabe, werden die Sollströme, Spannungen und Sollmodulzustände bestimmt und Reglern beziehungsweise Hardwaretreibern des Multiphasenwandlers 4 zur Verfügung gestellt. Load current, external setpoint voltage specifications, estimated charging voltage and optional external current setpoint, the setpoint currents, voltages and Target module states determined and provided to controllers or hardware drivers of the multi-phase converter 4 available.
Durch die Betriebsstrategieinstanz beziehungsweise das Betriebsstrategie- Modul 12 werden die Gleichspannungswandler des Multiphasenwandlers 4 gleichmäBtg belastet, Schaltvorgänge optimiert und die Lebensdauer des elektrischen By the operating strategy instance or the operating strategy module 12, the DC-DC converter of the multi-phase converter 4 gleichmäBtg charged, optimized switching operations and the life of the electric
Systems 1 und des Multiphasenwandlers 4 erhöht. Im Folgenden sollen die einzelnen Betriebsstrategie verfahren beziehungsweise Module näher erörtert werden: Systems 1 and the multi-phase converter 4 increases. In the following, the individual operating strategy will be dealt with or modules will be discussed in more detail:
Werden mehrere der Gleichspannungswandler 4_1, 4_2, 4_N am Ausgang parallel geschaltet oder bei einem Resonanzwandler mit mehreren If several of the DC-DC converter 4_1, 4_2, 4_N connected in parallel at the output or in a resonant converter with several
Tiefsetzstellen (Bucks) am Ausgang, können aufgrund der unterschiedlichen Bauelementtoleranzen unterschiedliche Ströme fließen oder Leistungen erzielt werden. Dies bedeutet, dass die Bauelemente unterschiedlich belastet werden und damit unterschiedlich altern. Um den Multiphasenwandler 4 Bucks at the output, different currents can flow or achievements can be achieved due to the different component tolerances. This means that the components are loaded differently and thus age differently. To the multi-phase converter 4
lebensdaueroptimal belasten zu können, werden durch das Modul 16 die Ströme oder Leistungen gleichgestellt, insbesondere so dass jeder To be able to load life optimally, the modules 16 equate the flows or services, in particular so that everyone
Gleichspannungswandler beispielsweise 50% seiner Nennleistung liefert. Dazu werden entweder Hochspannungsseitig oder Niedrigspannungsseitig die Ist- Gleichströme gemessen. Bei einem als PSFB-Wandler ausgebildeten DC converter delivers, for example, 50% of its rated power. For this purpose, either the high-voltage side or low-voltage side, the actual DC currents are measured. When trained as a PSFB converter
Multiphasenwandler (PS FB= Phase Shifted Füll Bridge), kann durch Ansteuern der Halbleiterschalter auf der Hochspannungsseite das Verhatten des Wandlers beeinflusst werden. Daher werden gegebenenfalls die gemessenen Ströme der Niedrigspannungsseite zuerst auf die Hochspannungsseite umgerechnet Bei einem Resonanzwandler (LLC-Wandler) kann durch Ansteuern der Multiphase converter (PS FB = Phase Shifted Filled Bridge), can be influenced by driving the semiconductor switches on the high voltage side, the wetting of the converter. Therefore, if necessary, the measured currents of the low-voltage side are first converted to the high-voltage side. In a resonant converter (LLC converter), by driving the
Halbleiterschalter auf der Niedrigspannungsseite das Verhalten des Wandlers beeinflusst werden. Daher werden gegebenenfalls die gemessenen Ströme von der Hochspannungsseite zuerst auf die Niedrigspannungsseite umgerechnet. Bei parallel geschalteten Gleichspannungswandlern gleichen Typs und Semiconductor switch on the low-voltage side, the behavior of the converter can be influenced. Therefore, if necessary, the measured currents are first converted from the high-voltage side to the low-voltage side. For parallel-connected DC-DC converters of the same type and
Leistungsklasse wird bevorzugt der arithmetische Mittelwert dieser Ströme gebildet und auf einen maximal zulässigen Strom begrenzt und als Sollstrom dem Modul 13 zugeführt, wo eine weitere Modifizierung der Ströme je nach Bedarf durchgeführt und dann dem Regler-Komplex 11 zur Verfügung gestellt werden. Die Aufgabe des Regler- Komplexes 11 ist dann durch ein geeignetes Ansteuerungssignal, insbesondere durch einen pulsweiten moduliertes Signal (PWM- Signal), an die Halbleiterschalter, die Ströme beziehungsweise Leistungen insbesondere prozentual gleichzustellen. Performance class, the arithmetic mean of these currents is preferably formed and limited to a maximum allowable current and supplied as a target current to the module 13, where a further modification of the currents are performed as needed and then the controller complex 11 are provided. The task of the controller complex 11 is then by a suitable drive signal, in particular by a pulse-width modulated signal (PWM signal), to the semiconductor switches to equalize the currents or powers in particular percentage.
Durch die Gleichstellung der Ströme/Leistungen wird die asymmetrische By equalizing the currents / powers becomes the asymmetric
Belastung der Bauelemente verhindert und damit eine optimale Lebensdauer des Multiphasenwandlers 4 erreicht. Prevents load on the components and thus achieves optimum life of the multi-phase converter 4.
Figuren 4A bis 4C zeigt unterschiedliche Ausführungsbeispiele für die  FIGS. 4A to 4C show different embodiments of the invention
Stromgleichstellung, Figur 4Ä zeigt eine schematische Darstellung zur  Current equalization, Figure 4A shows a schematic representation of
Stromgleichstellung N parallel geschalteter Gleichspannungswandler 4 1 bis 4_W. Figur 4B zeigt ein Ausführungsbespiel zur Stromgleichstellung für zwei parallel geschaltete Gleichspannungswandler eines PSFB-Wandlers mit zwei Stromkontrollen IC1 und IC2. Figur 4C zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Current equalization N parallel-connected DC-DC converter 4 1 to 4_W. FIG. 4B shows an exemplary embodiment for equalizing the current for two parallel-connected DC-DC converters of a PSFB converter with two current controls IC1 and IC2. FIG. 4C shows an exemplary embodiment of FIG
Stromgleichstellung für zwei parallel geschaltete Gleichspannungswandler eines Resonanz-Wandlers mit drei Tiefsetzstellern (Bucks) und zwei entsprechenden Stromkontrollern 31C1 und 3IC2. Current equalization for two parallel-connected DC-DC converters of a resonant converter with three buck-boosters (Bucks) and two corresponding current controllers 31C1 and 3IC2.
Im Folgenden wird das Modul 15 zur Modulzustandsbestimmung näher erläutert. Dazu zeigt Figur 5 in einem Flussdiagram ein Verfahren zur Umsetzung einer Modulabschaltanforderung. In einem ersten Schritt Sl werden die Module der skalierbaren Multiphasenwandlers 4 auf einen Defekt geprüft. Wird ein Defekt erfasst (j) so wird das jeweilige Modul in einem Schritt S2 abgeschaltet. Dabei kann das Abschalten auf eine vorgebare Zeitdauer oder Dynamik erfolgen. Ergibt die Abfrage, dass die Module nicht defekt sind (n) so wird in einem In the following, module 15 for module state determination will be explained in more detail. For this purpose, FIG. 5 shows in a flow diagram a method for implementing a module shutdown request. In a first step Sl, the modules of the scalable multiphase converter 4 are checked for a defect. If a defect is detected (j), the respective module is switched off in a step S2. In this case, the shutdown can be done on a vorgebare period or dynamics. If the query shows that the modules are not defective (s), it will be in one
darauffolgenden Schritt S3 der Betrag der Spitzenleistung Psp mit einem ersten Grenzwert Gl verglichen. Ist der Betrag kleiner als der Grenzwert Gl (]) so wird in einem folgenden Schritt S4 der Betrag der Wechselleistung Pw mit einem zweiten Grenzwert G2 verglichen. Ist die Wechselleistung beziehungsweise der Betrag der Wechselleistung kleiner als der zweite Grenzwert D2 (j), so wird in einem darauffolgenden Schritt S5 die Grundleistung Pg mit einem dritten following step S3, the magnitude of the peak power Psp is compared with a first limit value Gl. If the amount is smaller than the limit value Gl (]), then in a following step S4 the amount of the alternating power Pw is compared with a second limit value G2. If the alternating power or the amount of the alternating power is less than the second limit value D2 (j), then in a subsequent step S5, the basic power Pg with a third
Grenzwert G3 verglichen. Ist die Grundleistung kleiner als der dritte Grenzwert G3 (j) so erfolgt in einem Schritt S6 die Aufforderung zum Abschalten des entsprechenden Moduls beziehungsweise Gleichspannungwandlers, das in dem Schritt S2 durchgeführt wird. Ergibt eine der Abfragen S3 bis S6 eine negative Antwort (n), so werden die einzelnen Gleichspannungswandler gemäß Schritt S7 nicht abgeschalten und weiter betrieben. Dadurch, dass mehrere Gleichspannungswandler 4_1, 4_2 bis 4_N am Ausgang parallel geschaltet sind, können diese individuell abgeschaltet oder eingeschaltet werden. Wie beziehungsweise wann oder welcher Gleichspannungswandler für die Optimierung der Schaltverluste oder der Lebensdauer der Bauelemente ein- oder abgeschaltet werden soll, entscheidet die Betriebsstrategie durch Vorgabe von Sollstrom, Sollspannung und in Abhängigkeit von dem Modulzustand Mzu. Die Betriebsstrategie hat drei Stellgrößen, womit das Optimum beeinflusst werden kann, nämlich die Vorgabe der einzustellenden Spannung, Begrenzung beziehungsweise Gleichstellung der Ström oder Leistungen und die direkte Abschaltung der einzelnen Module/Gleichspannungswandler. Threshold G3 compared. If the basic power is less than the third limit value G3 (j), then in a step S6, the request for switching off the corresponding module or DC voltage converter, which is carried out in step S2. If one of the queries S3 to S6 yields a negative answer (s), the individual DC-DC converters are not switched off in accordance with step S7 and continue to operate. The fact that several DC-DC converters 4_1, 4_2 to 4_N are connected in parallel at the output, these can be switched off individually or turned on. How or when or which DC-DC converter should be switched on or off for the optimization of the switching losses or the life of the components, decides the operating strategy by specifying the desired current, nominal voltage and depending on the module state Mzu. The operating strategy has three manipulated variables, whereby the optimum can be influenced, namely the specification of the voltage to be set, limitation or equalization of the currents or powers and the direct shutdown of the individual modules / DC-DC converters.
Weiterhin hat die Betriebsstrategie die Aufgabe, eine direkte Furthermore, the operating strategy has the task, a direct
Abschaltanforderung aller Module zur Bestimmung der Batteriespannung beziehungsweise der Ladespannung der Niedrigspannungsenergiespeichers 8 auszuführen. Abschaltanforderung all modules to determine the battery voltage or the charging voltage of the low voltage energy storage 8 to perform.
Umsetzung Modulabschaltanforderung: Um die Ladespannung des Implementation module switch-off request: To change the charging voltage of the
Niedrigspannungsenergiespeichers 8 unter Last oder im Null- Lastbereich zu bestimmen, wird durch das Modul 17 eine Abschaltung aller To determine low-voltage energy storage 8 under load or in the zero load range, the module 17 is a shutdown of all
Gleichspannungswandler angefordert, sodass alle Halbleiterschalter der Gleichspannungswandler gleichzeitig geöffnet werden, um eine DC converter requested so that all the semiconductor switches of the DC-DC converter are opened simultaneously to a
Stromunterbrechung zu erreichen. Dabei prüft die Betriebsstrategie, ob ein Lastwechsel vorliegt. Diese Prüfung ist über Spitzenlast beziehungsweise Wechsellast, die in Modul 14 berechnet wird, ersichtlich. Liegt keine To achieve power interruption. The operating strategy checks whether there is a load change. This test can be seen by the peak load or the alternating load calculated in Module 14. Is none
Laständerung vor und ist die Grundlast kleiner als eine vorgegebenen Schwelle beziehungsweise ein vorgegebener Grenzwert, dann werden alle Load change before and the base load is less than a predetermined threshold or a predetermined limit, then all
Gleichspannungswandler für eine sehr kurze Zeit, von beispielsweise 10 ms, abgeschaltet. Eine Abschaltung der Gleichspannungswandler aufgrund der Optimierung findet auf die gleiche Weise statt, es sei denn, es liegt einen Defekt vor. In diesem Fall wird das betroffene Modul sofort abgeschaltet. DC-DC converter for a very short time, for example, 10 ms, switched off. A shutdown of the DC-DC converter due to the optimization takes place in the same way, unless there is a defect. In this case, the affected module is switched off immediately.
Bestimmung Sollspannung: Die Sollspannung Uson wird normalerweise von einer externen Instant (USOiLextem) wie beispielsweise ein Steuergerät oder dergleichen, vorgegeben. Um eine Unter- beziehungsweise Überspannung oder ein dauerndes Laden und Entladen des Niedrigspannungsenergiespeichers 18 zu vermeiden, wird die Sollspannung USOii bei einem Lastwechsel beziehungsweise im Nuiastbereich angepasst Eine Nulllast liegt vor, wenn die Grundlast kleiner als ein applizierbarer Grenzwert ist. In diesem Fall ist der Energiespeicher 8 geladen und die Sollspannung kann gleich der Batteriespannung zur Determination of target voltage: The setpoint voltage U so n is normally specified by an external instant (U SO iLextem) such as a control unit or the like. In order to avoid an under- or overvoltage or a permanent charging and discharging of the low-voltage energy storage 18, the setpoint voltage U SO ii at a load change or adjusted in the Nuiast range A zero load exists when the base load is lower than an applicable limit value. In this case, the energy store 8 is charged and the setpoint voltage can be equal to the battery voltage for
Ladespannung gesetzt werden. Bei plötzlichem Ein- oder Abschalten großer Lasten, können Über- beziehungsweise Unterspannungen im Bordnetz 10 auftreten. Hier wird abhängig vom Vorzeichen der Spitzenlast und der aktuell vorgegebenen externen Sollspannung Us0)Lextern zeitlich die Vorgaben für den Regler- Komplex 11 verändert. Dieses Verhalten gilt auch für kleine Lasten, jedoch mit anderen Parametern. Charging voltage can be set. In the event of sudden switching on or off of large loads, overvoltages or undervoltages in the vehicle electrical system 10 can occur. Here, depending on the sign of the peak load and the currently specified external setpoint voltage U s0) Lextern time the specifications for the controller complex 11 is changed. This behavior also applies to small loads, but with different parameters.
Figur 6 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen der Sollspannung Uson. Dazu werden die Schritte S3, S4 und S5 zuvor beschrieben ausgeführt. Ist auch die letzte Bedingung gemäß Schritt S5 erfüllt, so wird in Schritt S8 die Sollspannung Uson als Funktion des Ladezustands des Niedrigspannungsenergiespeichers 8 vorgegebenen. FIG. 6 shows a method for determining the setpoint voltage U so n. For this purpose, steps S3, S4 and S5 are executed as described above. If the last condition according to step S5 is also satisfied, then in step S8 the setpoint voltage U so n is predetermined as a function of the state of charge of the low-voltage energy storage device 8.
Wird die Bedingung von Schritt S3 nicht erfüllt, so wird die Soll-Spannung als Funktion der externen Soll-Spannungsvorgabe Uson_extem beziehungsweise UsEx, einer zeitlichen Spannungsdifferenz AU(t), und dem Vorzeichen der If the condition of step S3 is not fulfilled, the desired voltage as a function of the external reference voltage setting U so n_ extem or UsEx, a temporal voltage difference AU (t), and the sign of the
Spitzenleistung PSP (Sign(Psp)) in einem Schritt S9 bestimmt. Wird die Peak power PSP (Sign (Psp)) determined in a step S9. Will the
Bedingung von Schritt S4 nicht erfüllt (n), so wird die Soll-Spannung als Funktion der externen Soll-Spannungsvorgabe, der zeitlichen Spannungsdifferenz sowie dem Vorzeichen der Wechsel leistung Pw in einem Schritt S10 bestimmt. Condition of step S4 not met (n), the target voltage is determined as a function of the external target voltage specification, the temporal voltage difference and the sign of the AC power Pw in a step S10.
Wird lediglich die Bedingung von Schritt S5 nicht erfüllt (n), so wird als Soll- Spannung Usoii die extern vorgegebene Soll-Spannung UsEx in einem Schritt S1 1 bestimmt. If only the condition of step S5 is not fulfilled (n), then the externally specified setpoint voltage UsEx is determined as setpoint voltage U so in a step S1 1.
Figur 7 zeigt in einem Flussdiagramm ein Verfahren zur Bestimmung eines Soll- Stroms oder Soll-Zustands der einzelnen Module des Multiphasen- Gleichspannungswandlers beziehungsweise der einzelnen FIG. 7 shows in a flowchart a method for determining a desired current or desired state of the individual modules of the multiphase DC-DC converter or the individual ones
Gleichspannungswandler. Abhängig von der aktuellen Last PM1 , PM2 wird die Anzahl der für den Betrieb notwendigen Gleichspannungswandler des DC converter. Depending on the current load PM1, PM2, the number of DC / DC converters required for operation will be
Multiphasenwandler 4 bestimmt. Wenn die aktuelle Leistung durch ein einzelnes Modul beziehungsweise einen einzelnen Gleichspannungswandler gestellt werden kann, wird abhängig von einem Gütefaktor QMx, wobei x für das Modul beziehungsweise den jeweiligen Gleichspannungswandler steht, geprüft, welches der Module hierfür geeignet ist. Der Gütefaktor QM ist eine Funktion der Aktivzeit tM, der Strombelastung und des Modulzustands. Dem Modulzustand wird in der Instanz beziehungsweise dem Modul 15 berechnet. Der Gütefaktor QM hat einen Wert zwischen 0 und 1.„0" bedeutet, dass das betreffende Modul defekt ist und nicht verwendet werden kann. ,, bedeutet, dass das betreffende Modul einsatzbereit ist und verwendet werden kann. Ein Zwischenwert, von beispielsweise kleiner gleich 0,4 bedeutet, dass dieses Modul zu heiß ist und nicht verwendet werden sollte. Um nicht immer das gleiche Modul auszuwählen, wird außerdem der Gütefaktor QM abhängig von der Zeit t herunter integriert.Multiphase converter 4 determined. If the current power can be provided by a single module or a single DC-DC converter, depending on a quality factor QMx, where x for the module or the respective DC-DC converter is checked, which of the modules is suitable for this purpose. The quality factor QM is a function of the active time tM, the current load and the module state. The module state is calculated in the instance or module 15. The figure of merit QM has a value between 0 and 1. "0" means that the module in question is defective and can not be used. ,, means that the module in question is ready for use and can be used, an intermediate value of, for example, less than or equal to 0.4 means that this module is too hot and should not be used In order not always to select the same module, the quality factor QM is also integrated as a function of time t.
Damit kann nach einer vorgegebenen Zeit das aktive Modul gewechselt werden. Um das Modul nicht sofort nach Deaktivierung wieder auszuwählen, wird der zeitabhängige Gütefaktor QM nach einer vorgegebenen Funktion wieder auf„1 " hochintegriert. Wenn die geforderte Leistung nicht durch ein Thus, after a predetermined time, the active module can be changed. In order not to select the module again immediately after deactivation, the time-dependent quality factor QM is again highly integrated to "1" according to a predefined function
Modul/Gleichspannungswandler realisierbar ist, wird dementsprechend dieModul / DC converter is realized, is accordingly the
Anzahl der Module erhöht. Das Ab-/Einschalten der Module, wenn nicht über die Soll-Vorgabe des Reglerkomplexes 11 realisiert, wird durch die Instanz 15 umgesetzt. Diese wird nach einer vorgegebenen Zeit oder Dynamik das betroffene Modul oder Teile davon ein- oder abschalten. Ein Einschalten der nicht-defekten Module findet insbesondere pausenlos statt. Number of modules increased. The switching on / off of the modules, if not realized via the setpoint specification of the controller complex 11, is implemented by the instance 15. This will turn on or off the affected module or parts thereof after a given time or dynamics. Switching on the non-defective modules takes place in particular non-stop.
Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Zustandsbestimmung von Modul 15 und zwei parallel geschaltete Gleichspannungswandlern 4_1 und 4_2. Dabei wird in einem ersten Schritt S12 geprüft, ob die Sollleistung Ps = υΜιι x I größer ist als der Maximalwert Pmx der aktuellen Ist-Leistung, mit PX=Ps/Pmx > 1. FIG. 7 shows an embodiment of the state determination of module 15 and two DC-DC converters 4_1 and 4_2 connected in parallel. In this case, it is checked in a first step S12 whether the target power P = υ Μ ιι x I is greater than the maximum value Pmx the current actual performance, with PX = Ps / Pmx>. 1
Ist dies nicht der Fall (n) wird geprüft, ob das Verhältnis aus Sollleistung Ps zu dem minimalen Leistungswert der Ist-Leistung Pmn < 1 ist (Schritt S13), mit Pn = Ps/Pmn -5 1. Ist dies nicht der Fall (n) wird in einem Schritt S14 der Gütefaktor QM2 mit einem Grenzwert von 0,5 verglichen. Ist der Gütefaktor kleiner als 0,5If this is not the case (n), it is checked whether the ratio of target power Ps to the minimum power value of the actual power Pmn <1 (step S13), with Pn = Ps / Pmn -5 1. If this is not the case ( n), the quality factor QM2 is compared with a limit value of 0.5 in a step S14. If the quality factor is less than 0.5
(n), so werden im Schritt S15 die parallel geschalteten Gleichspannungswandler 4_1 und 4_2 aktiviert. Vorliegend auf den Schritt S13 wird außerdem in einem Schritt S16 der Gütefaktor QM1 mit dem Grenzwert von 0,5 verglichen. Ergeben die Abfragen von Schritt S14 und S16, dass der Gütefaktor QM1 nicht größer als 0,5 und der Gütefaktor QM2 größer als 0,5 ist, so wird in einem Schritt S17 das(n), the parallel-connected DC-DC converters 4_1 and 4_2 are activated in step S15. In the present case, at step S13, the quality factor QM1 is also compared with the limit value of 0.5 in a step S16. If the queries of step S14 and step S16 indicate that the quality factor QM1 is not greater than 0.5 and the quality factor QM2 is greater than 0.5, then in a step S17
Modul 4_2 aktiviert und das Modul 4_1 deaktiviert. Ist der Gütefaktor QM1 jedoch größer 0,5, so wird das Modul 4_1 in Schritt S18 aktiviert und das Modul 4_2 deaktiviert. Module 4_2 is activated and module 4_1 deactivated. Is the quality factor QM1, however greater than 0.5, the module 4_1 is activated in step S18 and the module 4_2 is deactivated.
Werden beide Module 4_1 und 4_2 gemäß Schritt S15 aktiviert, so werden die Ströme wie zuvor beschrieben in einem darauffolgenden Schritt S19 If both modules 4_1 and 4_2 are activated according to step S15, the currents are as described above in a subsequent step S19
gleichgestellt. Darüber hinaus werden anschließend in jedem Fall in einem Schritt S20 die Ströme auf einen maximalen Grenzwert und/oder einen externen vorgegebenen Sollstrom begrenzt. equal. In addition, the currents are then limited in each case in a step S20 to a maximum limit value and / or an external predetermined setpoint current.
Die Gütefaktoren QM1 und QM2 ergeben sich in Abhängigkeit von der Aktivzeit der Module 4_1 und 4_2 (tM1 ,2) sowie der Modulzustände (Mzu1 , Mzu2). The quality factors QM1 and QM2 result as a function of the active time of the modules 4_1 and 4_2 (tM1, 2) and of the module states (Mzu1, Mzu2).
Beispielhaft wird auch hierbei ein Multiphasenwandler 4 betrachtet, der zwei Module beziehungsweise Gleichspannungswandler 4_1 und 4_2 umfasst. By way of example, a multiphase converter 4 is also considered, which comprises two modules or DC-DC converters 4_1 and 4_2.
Figur 8 zeigt ein Verfahren zur Bestimmung des Gütefaktors QM anhand des Gütefaktors QM 1 des Moduls 4_1. Dazu werden der Modulzustand Mzu1 , die Aktivzeit tM1 sowie eine Strombelastung lB betrachtet. Ais Modulzustand Mzu1 wird dabei der Temperaturwert T des Gleichspannungswandlers 4_1 betrachtet. Bei einem Temperaturwert von T1 wird erkannt, dass das Modul heiß ist, bei einem Temperaturwert von T2, dass das Modul zu heiß ist und Beschädigungen drohen, und bei einem Temperarturwert von T3 wird davon ausgegangen, dass das Modul aufgrund von Überhitzung defekt ist. Entsprechend werden FIG. 8 shows a method for determining the quality factor QM on the basis of the quality factor QM 1 of the module 4_1. For this, the module state Mzu1, the active time tM1 and a current load I B are considered. In this case, the temperature value T of the DC-DC converter 4_1 is considered as the module state Mzu1. At a temperature value of T1, it is detected that the module is hot, at a temperature value of T2 that the module is too hot and threatened with damage, and at a T3 temperature value, it is assumed that the module is defective due to overheating. Become accordingly
Gütefaktoren von QM10=1 , QM1 i=0,7, QM12=0,4 und QM13=0 beispielhaft vorgegeben. Weiterhin nimmt der Gütefaktor QM1 mit Aktivzeit ab Quality factors of QM1 0 = 1, QM1 i = 0.7, QM1 2 = 0.4 and QM1 3 = 0 given by way of example. Furthermore, the quality factor QM1 decreases with active time
(durchgezogene Linie). Umso länger das Modul deaktiviert ist (gestrichelte Linie), desto mehr nimmt der Gütefaktor QM wieder zu. Weiterhin nimmt der Gütefaktor QM1 mit zunehmender Strom belastung ab. Durch Kombination und Vergleich der einzelnen Parameter ergibt sich der Gütefaktor QM1. Entsprechend wird dem Gütefaktor QM2 beziehungsweise mit Jedem Gütefaktor jedes weiteren Moduls beziehungsweise Gleichspannungswandlers 4_N vorgegangen. (solid line). The longer the module is deactivated (dashed line), the more the quality factor QM increases again. Furthermore, the quality factor QM1 decreases with increasing current load. By combining and comparing the individual parameters, the quality factor QM1 results. Accordingly, the quality factor QM2 or each quality factor of each further module or DC-DC converter 4_N is used.
Wenn mehr als ein Gleichspannungswandler-Modul das Multiphasenwandler aktiv ist, werden die Ströme und/oder Leistungen der aktiven Module When more than one DC-to-DC converter module is active, the multi-phase converter becomes the currents and / or powers of the active modules
gleichgestellt, um die gleiche Belastung der Module zu erreichen, wie bereits erwähnt. Die Ströme aller Module werden auf ihren Maximalwert und equal to achieve the same load on the modules as mentioned earlier. The currents of all modules are at their maximum value and
gegebenenfalls auf den Sollstrom der übergeordneten Instanz begrenzt. Hierfür wird der Sollstrom der übergeordneten Instanz durch die Anzahl der if necessary, limited to the target stream of the higher-level instance. Therefor the target current of the higher-level instance is determined by the number of
Gleichspannungswandler dividiert und als Begrenzung für die einzelnen Module verwendet. DC-DC converter divided and used as a limit for the individual modules.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Systems (1) eines Method for operating an electrical system (1) of a
Kraftfahrzeugs, das wenigstens einen wiederauf ladbaren Energiespeicher (5,8), mindestens einen Verbraucher (9) und wenigstens einen Motor vehicle, the at least one rechargeable energy storage (5.8), at least one consumer (9) and at least one
Multiphasenwandler (4) mit mehreren insbesondere parallel geschalteten Gleichspannungswandlern (4_1, 4_2, 4_N) aufweist, dadurch Multiphase converter (4) with a plurality of in particular parallel-connected DC-DC converters (4_1, 4_2, 4_N), characterized
gekennieichnet, dass in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebspunkt des elektrischen Systems (i) die Gleichspannungswandler (4_1, 4_2, 4_N) angesteuert werden. gekennieichnet that in response to a current operating point of the electrical system (i) the DC-DC converter (4_1, 4_2, 4_N) are controlled.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur A method according to claim 1, characterized in that the
Bestimmung des aktuellen Betriebspunkts wenigstens ein Iststrom, ein Betriebsmodus des Multiphasenwandlers (4), wenigstens eine Determining the current operating point at least one actual current, an operating mode of the multi-phase converter (4), at least one
Ausgangsspannung des Multiphasenwandlers (4), mindestens eine interne Regelgröße des Multiphasenwandlers (4) und oder wenigstens ein Sollstrom des Multiphasenwandlers (4) ermittelt werden. Output voltage of the multi-phase converter (4), at least one internal controlled variable of the multi-phase converter (4) and or at least one desired current of the multi-phase converter (4) can be determined.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch Method according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit des aktuellen Betriebspunktes ein Sollstrom wenigstens eines der Gleichspannungswandler (4_1, 4 2, 4_N), eine Sollausgangsspannung mindestens eines Gleichspannungswandlers (4_1, 4_2, 4_N) und/oder ein Modulzustand wenigstens eines in that, as a function of the current operating point, a nominal current of at least one of the DC-DC converters (4_1, 4 2, 4_N), a nominal output voltage of at least one DC-DC converter (4_1, 4_2, 4_N) and / or a module state of at least one
Gleichspannungswandlers (4_1, 4_2, 4_N) vorgegeben oder variiert werden. DC voltage converter (4_1, 4_2, 4_N) can be specified or varied.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch Method according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Sollströme oder Soli-Leistungen der characterized in that the desired currents or soli powers of the
Gleichspannungswandler (4_1, 4_2, .... 4_N) in Abhängigkeit der Iststöme oder Ist-Leistungen der Gleichspannungswandler (4_1, 4_2, .... 4_N) derart angepasst werden, dass die Istströme oder Ist-Leistungen den gleichen Stromwert beziehungsweise Leistungswert aufweisen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichspannungswandler (4_1, 4_2, 4_N) stromlos geschaltet werden, um eine Ladespannung des wenigstens einen Energiespeichers (5,8) zu bestimmen. DC-DC converter (4_1, 4_2, .... 4_N) depending on the Iststöme or actual powers of the DC-DC converter (4_1, 4_2, .... 4_N) are adapted such that the actual currents or actual powers have the same current value or power value , Method according to one of the preceding claims, characterized in that the DC-DC converter (4_1, 4_2, 4_N) are de-energized to determine a charging voltage of the at least one energy storage device (5,8).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Betriebspunktes ein Gütefaktor wenigstens eines der Gleichspannungswandler (4_1, 4 2, 4_N) ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit des ermittelnden Gütefaktors derMethod according to one of the preceding claims, characterized in that for determining the operating point a quality factor of at least one of the DC voltage converter (4_1, 4 2, 4_N) is determined, wherein depending on the determining quality factor of the
ultiphasenwandler (4) angesteuert wird.  ultiphasenwandler (4) is driven.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von den ermittelten Istströmen eine elektrische Last des elektrischen Systems, insbesondere eines Method according to one of the preceding claims, characterized in that, depending on the determined actual currents, an electrical load of the electrical system, in particular a
Niedrigspannungsabschnitts des elektrischen Systems bestimmt wird. Low-voltage section of the electrical system is determined.
Vorrichtung zu Betreiben eines elektrischen Systems, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, das wenigstens einen wiederauflad baren Energiespeicher (5,8), wenigstens einen elektrischen Verbraucher (9), wenigstens einen Multiphasenwandler (4) mit mindestens zwei insbesondere parallel geschalteten Gleichspannungswandlern (4_1, 4_2, 4_N) aufweist, gekennzeichnet durch ein speziell hergerichtetes Steuergerät, das ein Betriebsstrategie- Modul (12) aufweist, dass das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 durchführt. Device for operating an electrical system, in particular a motor vehicle, the at least one rechargeable ble energy storage (5,8), at least one electrical load (9), at least one multi-phase converter (4) with at least two parallel-connected DC-DC converters (4_1, 4_2, 4_N ), characterized by a specially prepared control unit, which has an operating strategy module (12), that performs the method according to one or more of claims 1 to 7.
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