WO2019170351A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines antriebssystems und antriebssystem für ein fahrzeug - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines antriebssystems und antriebssystem für ein fahrzeug Download PDF

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Alexander BIRK
Manuel Schwab
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present approach relates to a method and apparatus for operating a propulsion system and a propulsion system for a vehicle.
  • the electronics of an electric drive machine of a vehicle must be able to survive high voltage spikes, so that a reliable function of the components is ensured in the high-voltage system. This can be done by appropriate selection of components. For this purpose, either semiconductor components are used, which consist of these maximum voltages. Or the DC link capacities are increased in order to be able to absorb the energy from the electric drive machine during a "load shedding" with a reduced voltage amplitude.
  • DE 10 2013 213 802 A1 describes an active bridge rectifier with means for protection against overvoltage during load shedding, a vehicle electrical system with such a bridge rectifier, an associated operating method and means for implementing this method of operation.
  • a method for operating a drive system for a vehicle includes an electric drive device, a battery with a battery contactor, and an inverter for converting a DC voltage provided by the battery into an AC voltage for driving the drive device.
  • the method comprises a step of receiving and a step of outputting. In the step of receiving, an opening signal is received which causes opening of the battery contactor. In the step of outputting, in response to receiving the opening signal, a demagnetizing signal adapted to cause demagnetization of the driving means is output.
  • This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control device, for example in a device of a drive control device of the drive device.
  • the Demagnetleiterssignal can be output, for example, to a drive control device of the drive device or the inverter or to the inverter to cause demagnetization of the drive means can.
  • a drive control device of the drive device or the inverter or to the inverter to cause demagnetization of the drive means may be known methods be used, which cause a rapid degradation of the magnetic energy stored in the drive means.
  • switches of the inverter for example by a software of the drive control device, can be controlled in such a way that a Q current is regulated to zero by the drive device.
  • the method further comprises a step of reading in a recuperation signal representing an imminent or recuperation operation of the drive means, wherein the demagnetization signal can be output using the recuperation signal.
  • the recuperation signal can be provided, for example, by the inverter or the drive control device. It is also possible to fall back on known methods for detecting a recuperating drive. For example, the recuperation signal can be provided if it is detected that the stator of the drive device is energized or if a certain voltage is applied to the phase lines of the drive device.
  • the method may include a step of demagnetizing using the demagnetization signal, wherein in the demagnetizing step, the magnetic energy stored in the drive means is degraded, for example, within a period of less than 600 ps, more preferably less than 500 ps. After a request for opening the battery contactor caused by the opening signal, an actual opening of the battery contactor must be expected at the earliest after 2 ms. If the magnetic energy of the drive device is degraded in less than 600 ps, the demagnetization advantageously takes place before the actual opening of the battery contactor.
  • the method comprises a step of sending, in which an inverter signal is sent, which is designed to effect an inverter blockage of the inverter.
  • the inverter signal can be sent after demagnetization. This ensures that there is only a small amount of magnetic energy left through the inverter in the DC link or to the battery can be reloaded.
  • the inverter lock can be effected by opening all switches of the inverter.
  • the inverter signal can also be sent directly in response to the opening signal if the recuperation signal is not present or if a further recuperation signal is read in which excludes a recuperation process of the drive device.
  • the method may further include a step of providing the opening signal in response to a fault event.
  • the error event may be such that opening the battery contactor makes sense to avoid further undesirable events.
  • a fault event may be triggered by, for example, a cable break, an accident, a corroded connection, accidental disconnection of the connector (s), violation of a safety objective, and / or a problem in the battery.
  • the approach presented here also creates a device that is designed to perform the steps of a variant of a method presented here in appropriate facilities to drive or implement. Also by this embodiment of the approach in the form of a device, the approach underlying the approach can be solved quickly and efficiently.
  • a device may be an electrical device that processes electrical signals, such as sensor signals, and outputs control signals in response thereto.
  • the device may have one or more suitable interfaces, which may be formed in hardware and / or software.
  • the interfaces may be part of an integrated circuit in which functions of the device are implemented.
  • the interfaces may also be their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • a computer program product with program code which can be stored on a machine-readable carrier such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method according to one of the embodiments described above if the program is installed on a computer or a device is also of advantage is performed.
  • a drive system for a vehicle includes an electric drive device, a battery with a battery contactor, an inverter for converting a DC voltage provided by the battery into an AC voltage for driving the drive device, and the presented device.
  • the drive device of the drive system can be formed, for example, as an asynchronous machine, for example a three-phase asynchronous machine.
  • the device may, for example, be implemented or implementable in or a drive control device of the drive device.
  • Such a drive system can be used as a substitute for known drive systems, wherein the drive system presented here can advantageously carry out the method described above thanks to the device and thus minimizing an overvoltage in a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle with a drive system with a device for operating the drive system according to an embodiment
  • FIG. 2 is a schematic representation of a drive system according to an embodiment
  • FIG. 3 is a block diagram of a drive system according to an embodiment.
  • FIG. 4 is a flowchart of a method for operating a drive system according to an exemplary embodiment.
  • the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similarly acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.
  • FIG. 1 shows a purely schematic representation of a vehicle 100 having a drive system 105 with a device 110 for operating the drive system 105 according to an exemplary embodiment.
  • the device 110 is configured to operate the drive system 105.
  • the device 110 is designed to receive an opening signal 135, for example via an input interface.
  • the opening signal 135 causes opening of the battery contactor 125.
  • the device 110 is configured to output a demagnetization signal 140, for example via an output interface.
  • the device 110 comprises a determination device that is designed to determine the demagnetization signal 140 using the opening signal 135 using a determination rule, for example in the form of a logic operation.
  • Demagnetization signal 140 is configured to cause demagnetization of drive device 115.
  • the demagnetization is performed using the inverter 130.
  • the device 110 is designed to receive a recuperation signal 145 via the input interface, for example, which indicates whether the drive device 15 is currently recuperating. Additionally or alternatively, the device Device 110 is formed to output, for example via the output interface, an inverter signal 150, via which an inverter lock of the inverter 130 can be activated.
  • the device 110 may be connected via suitable lines to the battery 120 and / or the inverter 130 and / or the drive device 115.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a drive system 105 according to an exemplary embodiment. This may be the drive system 105 described in FIG. 1.
  • the drive device 115 is exemplified according to this embodiment as an asynchronous machine, short ASM shaped.
  • the opening signal is provided by a control device 200 of the vehicle.
  • the controller 200 is configured to provide the opening signal in response to a fault event.
  • the fault event may be, for example, a detected malfunction of the battery 120 or a detected or imminent collision of the vehicle.
  • the device 110 is designed to receive the opening signal provided by the control device 200.
  • the opening signal from the controller 200 is transmitted via a suitable electrical connection to terminals of the battery 120 and the device 110 so that the opening signal can both cause opening of the battery contactor 125 and be used by the device 110 for triggering the demagnetization process of the drive device 115 can.
  • the controller 200 is part of the device 110.
  • the device 110 may also be implemented as part of the inverter 130.
  • the device 110 is designed to output the demagnetization signal 140 to an interface to the inverter 130, the demagnetization signal 140 being designed to effect a switch position of the inverter 130 suitable for demagnetizing the drive device 115.
  • the device 110 is designed in accordance with an exemplary embodiment to receive a recuperation signal that represents an imminent or successful recuperation process of the drive device 115.
  • the recuperation signal is provided by the inverter 130 and received by the device 110 via an interface to the inverter 130.
  • the device 110 is designed to output the Demagnetmaschinessignal using the Rekuperationssignals.
  • the device 110 is designed to output the demagnetization signal only when the recuperation signal indicates that the drive device 115 is recursing. If the recuperation signal indicates no recuperation, an output of the Demagnetmaschinessignals is inhibited according to an embodiment, since no demagnetization of the drive means 115 is required.
  • the driving means 115 is demagnetized, and the magnetic energy stored in the driving means 115 is degraded to below 600 ps, for example within 500 ps.
  • the period of time for the removal of the stored magnetic energy is selected according to an embodiment such that demagnetization of the drive device 115 is completed as long as the battery contactor 125 is still closed.
  • the device 110 is configured to transmit an inverter signal configured to cause inverter blocking of the inverter 130. According to this embodiment, the device 110 sends the inverter signal after demagnetization. For example, device 110 is configured to supply the inverter signal a predetermined amount of time after the demagnetization signal has been transmitted or in response to the receipt of a signal indicative of a completed demagnetization of the drive means 15.
  • the device 10 presented here is advantageously designed to effect a minimization of overvoltage during load shedding.
  • the device 1 10 thereby allows minimizing the overvoltage even with drive devices 1 15 in the form of asynchronous machines.
  • the inverter lock in which the three switch pairs 205 of the inverter 130 shown in this embodiment are opened is permitted.
  • the device 110 presented here advantageously causes the demagnetization of the drive device 115 before the inverter lock is activated.
  • the control device 200 of the vehicle provides a signal that notifies that the battery contactor 125 is opened or its opening has been requested.
  • This opening signal is used as an event trigger.
  • the activation of this opening signal which may also be referred to as a "U contactor”, triggers a drive control device of the drive device 115, so that this drive control device begins to demagnetize the asynchronous machine.
  • the drive control device can also be referred to as engine control.
  • the drive control device can be part of the inverter 130, for example, or designed as a control device for the inverter 130.
  • a contactor opening of the battery contactor 125 is expected according to an embodiment at the earliest 2 ms after a request of the contactor opening (U_ter> x). Energy can be dissipated via the motor control system in ⁇ 500 ps. Thanks to the device 110 presented here, advantageously no increase in the intermediate circuit voltage is possible.
  • FIG. 3 shows a block diagram 300 for a drive system according to one exemplary embodiment.
  • This may be the drive system 105 described in FIG.
  • a contactor opening of the battery contactor is requested.
  • the opening signal is provided. This can lead to a voltage of the opening signal, also called U_ contactor, becoming greater than a value x.
  • U_ contactor a voltage of the opening signal
  • it is checked in response to the opening signal whether the drive device is recirculating.
  • a third block 315 follows in which demagnetization of the electric machine in the form of the drive means is effected.
  • a fourth block 320 follows, in which the inverter lock is activated and the battery contactor is opened. If the drive device is not recuperating, after the second block 310, the fourth block 320 follows, in which the inverter lock is activated and the battery contactor is opened.
  • FIG. 4 shows a flowchart of a method 400 for operating a drive system according to an exemplary embodiment.
  • This may be a method 400, which is designed to operate one of the drive systems 105 described in FIG. 1 or 2.
  • the method 400 may also be referred to as a method of minimizing overvoltage during load shedding.
  • the method 400 of this embodiment further includes a step 415 of providing a step 420 of reading in
  • Step 425 of demagnetizing and step 430 of transmitting Step 425 of demagnetizing and step 430 of transmitting.
  • step 405 of receiving an opening signal is received which causes opening of the battery contactor.
  • step 410 of outputting in response to receiving the opening signal, a demagnetization signal adapted to cause demagnetization of the drive means is output. The demagnetization is triggered in this case by receiving the opening signal.
  • step 415 of providing the opening signal is provided in response to an error event.
  • a recuperation signal is read in which represents an imminent or successful recuperation process of the drive device.
  • Step 410 is output using the recuperation signal.
  • the magnetic energy stored in the driving means is reduced within a predetermined maximum period of time.
  • step 430 of transmission an inverter signal is provided that is configured to cause inverter inhibition of the inverter.
  • the inverter signal is sent or sent either after demagnetization has occurred, if demagnification is not required.
  • an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

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Abstract

Der vorliegende Ansatz betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems (105) für ein Fahrzeug (100). Das Antriebssystem (105) umfasst eine elektrische Antriebseinrichtung (115), eine Batterie (120) mit einem Batterieschütz (125) und einen Wechselrichter (130) zum Wandeln einer von der Batterie (120) bereitgestellten Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Antreiben der Antriebseinrichtung (115). Das Verfahren umfasst einen Schritt des Empfangens und einen Schritt des Ausgebens. Im Schritt des Empfangens wird ein Öffnungssignal (135) empfangen, das ein Öffnen des Batterieschützes (125) bewirkt. Im Schritt des Ausgebens wird ansprechend auf das Empfangen des Öffnungssignals (135) ein Demagnetisierungssignal (140) ausgegeben, das dazu ausgebildet ist, um ein Demagnetisieren der Antriebseinrichtung (115) zu bewirken.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebssvstems
und Antriebssvstem für ein Fahrzeug
Der vorliegende Ansatz bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebssystems und ein Antriebssystem für ein Fahrzeug.
Die Elektronik einer elektrischen Antriebsmaschine eines Fahrzeugs muss in der Lage sein, hohe Spannungsspitzen zu überstehen, damit eine zuverlässige Funktion der Komponenten im Hochvolt-System sichergestellt ist. Dies kann durch geeignete Auswahl von Komponenten geschehen. Hierfür werden entweder Halbleiter-Bauteile verwendet, welche diesen maximalen Spannungen bestehen. Oder die Zwischenkreiskapazitäten werden erhöht, um die Energie aus der elektrischen Antriebsmaschine während eines„Lastabwurfs“ mit einer reduzierten Spannungsamplitude aufnehmen zu können.
Die DE 10 2013 213 802 A1 beschreibt einen aktiven Brückengleichrichter mit Mitteln zum Schutz vor Überspannungen bei Lastabwurf, ein Kraftfahrzeugbordnetz mit einem derartigen Brückengleichrichter, ein zugehöriges Betriebsverfahren und Mittel zur Implementierung dieses Betriebsverfahrens.
Vor diesem Hintergrund schafft der vorliegende Ansatz ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Betreiben eines Antriebssystems und ein verbessertes Antriebssystem für ein Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass bereits vor einem Öffnen eines Batterieschützes eine elektrische Antriebseinrichtung des Fahrzeugs demagnetisiert werden kann. Dadurch kann bei einem aus dem Öffnen des Batterieschützes resultierenden bevorstehenden Lastabwurf ein Umladen einer hohen magnetischen Energie von der Antriebseinrichtung in einen Zwischenkreis und/oder in die Batterie verhindert werden. Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems für ein Fahrzeug vorgestellt. Das Antriebssystem umfasst eine elektrische Antriebseinrichtung, eine Batterie mit einem Batterieschütz und einen Wechselrichter zum Wandeln einer von der Batterie bereitgestellten Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Antreiben der Antriebseinrichtung. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Empfangens und einen Schritt des Ausgebens. Im Schritt des Empfangens wird ein Öffnungssignal empfangen, das ein Öffnen des Batterieschützes bewirkt. Im Schritt des Ausgebens wird ansprechend auf das Empfangen des Öffnungssignals ein Demagnetisierungssignal ausgegeben, das dazu ausgebildet ist, um ein Demagnetisieren der Antriebseinrichtung zu bewirken.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät, beispielsweise in einer Vorrichtung einer Antriebsregelungseinrichtung der Antriebseinrichtung, implementiert sein.
Das Öffnungssignal zum Öffnen des Batterieschützes kann aufgrund einer Überspannung bereitgestellt worden sein. Das Öffnungssignal kann an einen Steueranschluss des Batterieschützes bereitgestellt werden. Dabei kann das Öffnungssignal abgegriffen werden und zusätzlich zum Bereitstellen des Demagnetisierungssignal verwendet werden. Das Batterieschütz ist Teil der Batterie. Das Öffnen des Batterieschützes verursacht eine Unterbrechung der Bereitstellung der Gleichspannung durch die Batterie. Somit wird ein Stromfluss zwischen Batterie und Wechselrichter unterbrochen. Bei der Batterie, dem Wechselrichter und der Antriebseinrichtung kann es sich um bekannte Elemente handeln, wie sie beispielsweise in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug verwendet werden. Bei der Antriebseinrichtung kann es sich somit um eine elektrische Maschine, beispielsweise um einen Drehstrommotor handeln.
Das Demagnetisierungssignal kann beispielsweise an eine Antriebsregelungseinrichtung der Antriebseinrichtung oder des Wechselrichters oder an den Wechselrichter ausgegeben werden, um das Demagnetisieren der Antriebseinrichtung bewirken zu können. Zum Demagnetisieren der Antriebseinrichtung kann auf bekannte Verfahren zurückgegriffen werden, die einen schnellen Abbau der in der Antriebseinrichtung gespeicherten magnetischen Energie bewirken. Beispielsweise können zum Demag- netisieren der Antriebseinrichtung Schalter des Wechselrichters, beispielsweise von einer Software der Antriebsregelungseinrichtung, derart angesteuert werden, dass ein Q-Strom durch die Antriebseinrichtung auf null geregelt wird.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren außerdem einen Schritt des Einlesens eines Rekuperationssignals auf, das einen bevorstehenden oder erfolgenden Rekuperationsvorgang der Antriebseinrichtung repräsentiert, wobei das Demagnetisierungssignal unter Verwendung des Rekuperationssignals ausgegeben werden kann. Das Rekuperationssignal kann beispielsweise von dem Wechselrichter oder der Antriebsregelungseinrichtung bereitgestellt werden. Dabei kann ebenfalls auf bekannte Verfahren zum Erkennen eines rekuperierenden Antriebs zurückgegriffen werden. Beispielsweise kann das Rekuperationssignal bereitgestellt werden, wenn erkannt wird, dass der Stator der Antriebseinrichtung bestromt ist oder wenn eine bestimmte Spannung an den Phasenleitungen der Antriebseinrichtung anliegt.
Das Verfahren kann einen Schritt des Demagnetisierens unter Verwendung des Demagnetisierungssignals aufweisen, wobei im Schritt des Demagnetisierens die in der Antriebseinrichtung gespeicherte magnetische Energie, beispielsweise innerhalb einer Zeitspanne von weniger als 600 ps, insbesondere von weniger als 500 ps abgebaut wird. Nach einem durch das Öffnungssignal bewirkten Anfordern des Öffnens des Batterieschützes ist frühstens nach 2 ms mit einem tatsächlichen Öffnen des Batterieschützes zu rechnen. Wenn die magnetische Energie der Antriebseinrichtung in unter 600 ps abgebaut wird, so erfolgt die Demagnetisierung vorteilhafterweise vor dem tatsächlichen Öffnen des Batterieschützes.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn das Verfahren einen Schritt des Sendens aufweist, in dem ein Wechselrichtersignal gesendet wird, das dazu ausgebildet ist, um eine Wechselrichtersperre des Wechselrichters zu bewirken. Beispielsweise kann im Schritt des Sendens das Wechselrichtersignal nach erfolgter Demagnetisierung gesendet werden. So kann sichergestellt werden, dass nur noch eine geringe magnetische Energie über den Wechselrichter in den Zwischenkreis oder zu der Batterie umgeladen werden kann. Die Wechselrichtersperre kann dadurch bewirkt werden, dass alle Schalter des Wechselrichters geöffnet werden.
Beispielsweise kann das Wechselrichtersignal ansprechend auf das Öffnungssignal auch direkt gesendet werden, wenn das Rekuperationssignal nicht anliegt oder ein weiteres Rekuperationssignal eingelesen wird, das einen Rekuperationsvorgang der Antriebseinrichtung ausschließt.
Das Verfahren kann außerdem einen Schritt des Bereitstellens des Öffnungssignals ansprechend auf ein Fehlerereignis umfassen. Das Fehlerereignis kann derart sein, dass ein Öffnen des Batterieschützes zur Vermeidung weiterer unerwünschter Ereignisse sinnvoll ist. Ein solches Fehlerereignis kann beispielsweise durch einen Kabelbruch einen Unfall, einen korrodierten Anschluss, eine versehentliche Trennung des oder der Anschlüsse, ein Verletzen eines Sicherheitsziels und/oder ein Problem in der Batterie ausgelöst werden.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form einer Vorrichtung kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
Ein Antriebssystem für ein Fahrzeug weist eine elektrische Antriebseinrichtung, eine Batterie mit einem Batterieschütz, einen Wechselrichter zum Wandeln einer von der Batterie bereitgestellten Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Antreiben der Antriebseinrichtung und die vorgestellte Vorrichtung auf. Die Antriebseinrichtung des Antriebssystems kann beispielsweise als eine Asynchronmaschine, beispielsweise eine Drehstrom-Asynchronmaschine ausgeformt sein. Die Vorrichtung kann beispielsweise in die oder eine Antriebsregelungseinrichtung der Antriebseinrichtung implementiert oder implementierbar sein. Ein solches Antriebssystem kann als Ersatz für bekannte Antriebssysteme verwendet werden, wobei das hier vorgestellte Antriebssystem vorteilhafterweise dank der Vorrichtung das oben beschriebene Verfahren ausführen kann und somit ein Minimieren einer Überspannung bei einem
Lastabwurf ermöglicht.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Antriebssystem mit einer Vorrichtung zum Betreiben des Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 ein Blockschaltbild für ein Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
Fig. 1 zeigt eine rein schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Antriebssystem 105 mit einer Vorrichtung 1 10 zum Betreiben des Antriebssystems 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Das Antriebssystem 105 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um das Fahrzeug 100 anzutreiben. Das Antriebssystem 105 weist eine elektrische Antriebseinrichtung 1 15, eine Batterie 120 mit einem Batterieschütz 125, einen Wechselrichter 130 zum Wandeln einer von der Batterie 120 bereitgestellten Gleichspannung in eine, beispielsweise dreiphasige, Wechselspannung zum Antreiben der Antriebseinrichtung 1 15 und die Vorrichtung 1 10 auf.
Die Vorrichtung 1 10 ist dazu ausgebildet, um das Antriebssystem 105 zu betreiben. Hierzu ist die Vorrichtung 1 10 dazu ausgebildet, um ein Öffnungssignal 135, beispielsweise über eine Eingangsschnittstelle, zu empfangen. Das Öffnungssignal 135 bewirkt ein Öffnen des Batterieschützes 125. Ansprechend auf das Empfangen des Öffnungssignals 135 ist die Vorrichtung 1 10 dazu ausgebildet, um ein Demagnetisierungssignal 140 auszugeben, beispielsweise über eine Ausgangsschnittstelle. Beispielsweise weist die Vorrichtung 1 10 eine Bestimmungseinrichtung auf, die ausgebildet ist, um unter Verwendung einer Bestimmungsvorschrift, beispielsweise in Form einer logischen Verknüpfung, das Demagnetisierungssignal 140 unter Verwendung des Öffnungssignals 135 zu bestimmen. Das Demagnetisierungssignal 140 ist dazu ausgebildet, ein Demagnetisieren der Antriebseinrichtung 115 zu bewirken. Beispielsweise wird das Demagnetisieren unter Verwendung des Wechselrichters 130 durchgeführt.
Optional ist die Vorrichtung 1 10 ausgebildet, um beispielsweise über die Eingangsschnittstelle ein Rekuperationssignal 145 zu empfangen, das anzeigt, ob die Antriebseinrichtung 1 15 momentan rekupiert. Zusätzlich oder alternativ ist die Vorrich- tung 110 ausgebildet, um beispielsweise über die Ausgangsschnittstelle ein Wechselrichtersignal 150 auszugeben, über das eine Wechselrichtersperre des Wechselrichters 130 aktiviert werden kann.
Zum Übertragen zumindest einiger der genannten Signale 135, 140, 145, 150 kann die Vorrichtung 110 über geeignete Leitungen mit der Batterie 120 und/oder dem Wechselrichter 130 und/oder der Antriebseinrichtung 115 verbunden sein.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Antriebssystems 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das in Fig. 1 beschriebene Antriebssystem 105 handeln.
Die Antriebseinrichtung 115 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft als eine Asynchronmaschine, kurz ASM, ausgeformt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird das Öffnungssignal von einer Steuereinrichtung 200 des Fahrzeugs bereitgestellt. Beispielsweise ist die Steuereinrichtung 200 ausgebildet, um das Öffnungssignal ansprechend auf ein Fehlerereignis bereitzustellen. Das Fehlerereignis kann beispielsweise eine erkannte Fehlfunktion der Batterie 120 oder eine erkannte oder bevorstehende Kollision des Fahrzeugs sein. Die Vorrichtung 110 ist ausgebildet, um das von der Steuereinrichtung 200 bereitgestellte Öffnungssignal zu empfangen. Beispielhaft wird das Öffnungssignal von der Steuereinrichtung 200 über eine geeignete elektrische Verbindung zu Anschlüssen der Batterie 120 und der Vorrichtung 110 übertragen, sodass das Öffnungssignal sowohl das Öffnen des Batterieschützes 125 bewirken kann als auch von der Vorrichtung 110 zum Triggern des Demagnetisierungsvorgangs der Antriebseinrichtung 115 verwendet werden kann.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel ist die Steuereinrichtung 200 Teil der Vorrichtung 110. Die Vorrichtung 110 kann auch als Teil des Wechselrichters 130 ausgeführt sein. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 110 ausgebildet, um das Demagnetisierungssignal 140 an eine Schnittstelle zu dem Wechselrichter 130 auszugeben, wobei das Demagnetisierungssignal 140 ausgebildet ist, um eine zum De- magnetisieren der Antriebseinrichtung 115 geeignete Schalterstellung des Wechselrichters 130 zu bewirken.
Die Vorrichtung 110 ist gemäß einem Ausführungsbeispiel dazu ausgebildet, um ein Rekuperationssignal zu empfangen, das einen bevorstehenden oder erfolgenden Rekuperationsvorgang der Antriebseinrichtung 115 repräsentiert. Beispielsweise wird das Rekuperationssignal von dem Wechselrichter 130 bereitgestellt und von der Vorrichtung 110 über eine Schnittstelle zu dem Wechselrichter 130 empfangen. Dabei ist die Vorrichtung 110 ausgebildet, das Demagnetisierungssignal unter Verwendung des Rekuperationssignals auszugeben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 110 ausgebildet, um das Demagnetisierungssignal nur dann auszugeben, wenn das Rekuperationssignal anzeigt, dass die Antriebseinrichtung 115 rekur- piert. Zeigt das Rekuperationssignal keine Rekuperation an, so wird eine Ausgabe des Demagnetisierungssignals gemäß einem Ausführungsbeispiel unterbunden, da keine Demagnetisierung der Antriebseinrichtung 115 erforderlich ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird unter Verwendung des Demagnetisierungssignals die Antriebseinrichtung 115 demagnetisiert, wobei die in der Antriebseinrichtung 115 gespeicherte magnetische Energie in unter 600ps, beispielsweise innerhalb von 500ps, abgebaut wird. Die Zeitspanne zum Abbau der gespeicherten magnetischen Energie ist gemäß einem Ausführungsbeispiel so gewählt, dass das Demagnetisieren der der Antriebseinrichtung 115 abgeschlossen wird, solange der Batterieschütz 125 noch geschlossen ist.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 110 dazu ausgebildet, um ein Wechselrichtersignal zu senden, das dazu ausgebildet ist, um eine Wechselrichtersperre des Wechselrichters 130 zu bewirken. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sendet die Vorrichtung 110 das Wechselrichtersignal nach erfolgter Demagnetisierung. Beispielsweise ist die Vorrichtung 110 ausgebildet, um das Wechselrichtersignal eine vorbestimmte Zeitdauer nach dem Senden des Demagnetisierungssignals oder ansprechend auf den Empfang eines eine abgeschlossene Demagnetisierung der Antriebseinrichtung 1 15 anzeigenden Signals bereitzustellen.
Im Folgenden wird das hier vorgestellte Antriebssystem 105 noch einmal mit anderen Worten eingehender beschrieben.
Bei elektrischen Antrieben, wie der Antriebseinrichtung 1 15, in Automobilen hat man häufig mit Spannungsspitzen zu tun, die von einigen Mikrosekunden bis zu mehreren hundert Millisekunden dauern können. Die kritischste Spannungsspitze im Automobil ist als„Lastabwurf“ bekannt. Dieser wird durch eine Unterbrechung des Batterieanschlusses verursacht, während ein Generator, hier beispielsweise die dann als Generator fungierende Antriebseinrichtung 1 15, die Batterie 120 lädt. Das kann aufgrund von Kabelbrüchen, Unfällen, korrodierten Anschlüssen, eine versehentliche Trennung oder durch ein Verletzen eines Sicherheitsziels geschehen. Das Spannungsdelta zur Normalspannung, welches während des Lastabwurfs entsteht, kann je nach rekuperierter Leistung, Induktivität der Antriebsmaschine und Größe des Zwischenkreises in einem elektrischen Antrieb auch über 100 V hoch sein.
Die hier vorgestellte Vorrichtung 1 10 ist vorteilhafterweise dazu ausgebildet, um eine Minimierung einer Überspannung beim Lastabwurf zu bewirken.
Ein hier vorgestellter Lösungsansatz ist breit anwendbar, kosteneffizient und bauraumneutral umsetzbar sowie anwendbar. Vorteilhafterweise ermöglicht die Vorrichtung 1 10 dabei ein Minimieren der Überspannung auch bei Antriebseinrichtungen 1 15 in Form von Asynchronmaschinen. Eine ohne Demagnetisierung alternativ mögliche Überspannungserkennungsschaltung alleine, welche bei Aktivierung einen 3-phasigen Kurzschluss, kurz auch„AKS/3PS“ genannt, der Antriebseinrichtung 1 15 ansteuert und damit die generierte Leistung schlagartig verringert und innerhalb der Antriebseinrichtung 1 15 in Wärme umsetzt und wobei die Zwischenkreisspannung nicht weiter ansteigt, lässt sich unter Verwendung von Asynchronmaschinen meist nicht umsetzten, da die auftretenden Kurzschlussströme das Leistungsmodul zerstören können. Somit ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel als Fehlerreaktion die Wechselrichtersperre, bei der die gemäß diesem Ausführungsbeispiel die gezeigten drei Schalterpaare 205 des Wechselrichters 130 geöffnet werden, zulässig. Bei dieser Schalterstellung, die auch als„WRS/6SO“ bezeichnet werden kann, wird zwingend die komplette Magnetisierungsenergie der Asynchronmaschine in den Zwischenkreis umgeladen. Ist die Magnetisierungsenergie im Vergleich zur Kapazität des Zwischenkreiskondensators 210 zu hoch, dann steigt die Zwischenkreisspannung sehr stark an.
Um dies zu verhindern, bewirkt die hier vorgestellte Vorrichtung 110 vorteilhafterweise das Demagnetisieren der Antriebseinrichtung 115, bevor die Wechselrichtersperre aktiviert wird.
Das Fahrzeug, gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Steuereinrichtung 200 des Fahrzeugs, stellt ein Signal bereit, welches mitteilt, dass das Batterieschütz 125 geöffnet wird bzw. dessen Öffnung angefordert wurde. Dieses Öffnungssignal wird als Event-Trigger verwendet. Die Aktivierung dieses Öffnungssignals, das auch als „U_Schütz“ bezeichnet werden kann, triggert eine Antriebsregelungseinrichtung der Antriebseinrichtung 115 an, sodass diese Antriebsregelungseinrichtung beginnt, die Asynchronmaschine zu demagnetisieren. Die Antriebsregelungseinrichtung kann auch als Motorregelung bezeichnet werden. Die Antriebsregelungseinrichtung kann beispielsweise Teil des Wechselrichters 130 sein oder als eine Steuereinrichtung für den Wechselrichter 130 ausgeführt sein.
Eine Schützöffnung des Batterieschützes 125 wird gemäß einem Ausführungsbeispiel frühestens 2 ms nach einer Anforderung der Schützöffnung (U_Schütz > x) erwartet. Energie kann über die Motorregelung gezielt in <500 ps abgebaut werden. Dank der hier vorgestellten Vorrichtung 110 ist so vorteilhafterweise kein Anstieg der Zwischenkreisspannung möglich.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild 300 für ein Antriebssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um das in Fig. 2 beschriebene Antriebssystem 105 handeln. In einem ersten Block 305 wird eine Schützöffnung des Batterieschützes angefordert. Ansprechend auf das Anfordern der Schützöffnung wird das Öffnungssignal bereitgestellt. Die kann dazu führen, dass das eine Spannung des auch als U_Schütz be- zeichneten Öffnungssignal größer als ein Wert x wird. In einem zweiten Block 310 wird ansprechend auf das Öffnungssignal überprüft, ob die Antriebseinrichtung reku- periert. Wenn die Antriebseinrichtung rekuperiert, folgt ein dritter Block 315, in dem eine Demagnetisierung der E-Maschine in Form der Antriebseinrichtung bewirkt wird. Nach der Demagnetisierung folgt ein vierter Block 320, in dem die Wechselrichtersperre aktiviert wird und das Batterieschütz geöffnet ist. Wenn die Antriebseinrichtung nicht rekuperiert, folgt nach dem zweiten Block 310 der vierte Block 320, in dem die Wechselrichtersperre aktiviert wird und das Batterieschütz geöffnet ist.
Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 zum Betreiben eines Antriebssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dabei kann es sich um ein Verfahren 400 handeln, das zum Betreiben eines der in Fig. 1 oder 2 beschriebenen Antriebssysteme 105 ausgebildet ist. Das Verfahren 400 kann auch als ein Verfahren zum Minimieren einer Überspannung bei einem Lastabwurf bezeichnet werden.
Das Verfahren 400 umfasst zumindest einen Schritt 405 des Empfangens und einen Schritt 410 des Ausgebens.
Optional umfasst das Verfahren 400 gemäß diesem Ausführungsbeispiel außerdem einen Schritt 415 des Bereitstellens, einen Schritt 420 des Einlesens, einen
Schritt 425 des Demagnetisierens und einen Schritt 430 des Sendens.
Im Schritt 405 des Empfangens wird ein Öffnungssignal empfangen, das ein Öffnen des Batterieschützes bewirkt. Im Schritt 410 des Ausgebens wird ansprechend auf das Empfangen des Öffnungssignals ein Demagnetisierungssignal ausgegeben, das dazu ausgebildet ist, um ein Demagnetisieren der Antriebseinrichtung zu bewirken. Das Demagnetisieren wird in diesem Fall durch das Empfangen des Öffnungssignals getriggert. Im optionalen Schritt 415 des Bereitstellens wird das Öffnungssignal ansprechend auf ein Fehlerereignis bereitgestellt.
Im optionalen Schritt 420 des Einlesens wird ein Rekuperationssignal eingelesen, das einen bevorstehenden oder erfolgenden Rekuperationsvorgang der Antriebseinrichtung repräsentiert. In diesem Fall wird das Demagnetisierungssignal im
Schritt 410 unter Verwendung des Rekuperationssignals ausgegeben.
Im optionalen Schritt 425 des Demagnetisierens wird unter Verwendung des Demagnetisierungssignals die in der Antriebseinrichtung gespeicherte magnetische Energie innerhalb einer vorbestimmten maximalen Zeitspanne abgebaut.
Im optionalen Schritt 430 des Sendens wird ein Wechselrichtersignal gesendet, das dazu ausgebildet ist, um eine Wechselrichtersperre des Wechselrichters zu bewirken. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 430 des Sendens das Wechselrichtersignal entweder nach erfolgter Demagnetisierung gesendet oder gesendet, wenn keine Demagnisierung erforderlich ist.
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder“ -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
Bezuqszeichen Fahrzeug
Antriebssystem
Vorrichtung
elektrische Antriebseinrichtung
Batterie
Batterieschütz
Wechselrichter
Öffnungssignal
Demagnetisierungssignal
Rekuperationssignal
Wechselrichtersignal Steuereinrichtung
Schalter
Zwischenkreiskondensator Blockschaltbild
erster Block
zweiter Block
dritter Block
vierter Block Verfahren zum Betreiben eines Antriebssystems Schritt des Empfangene
Schritt des Ausgebens
Schritt des Bereitstellens
Schritt des Einlesens
Schritt des Demagnetisierens
Schritt des Sendens

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (400) zum Betreiben eines Antriebssystems (105) für ein Fahrzeug (100), wobei das Antriebssystem (105) eine elektrische Antriebseinrichtung (115), eine Batterie (120) mit einem Batterieschütz (125) und einen Wechselrichter (130) zum Wandeln einer von der Batterie (120) bereitgestellten Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Antreiben der Antriebseinrichtung (115) aufweist, und wobei das Verfahren (400) die folgenden Schritte umfasst:
Empfangen (405) eines Öffnungssignals (135), das ein Öffnen des Batterieschützes (125) bewirkt; und
Ausgeben (410) eines Demagnetisierungssignals (140) ansprechend auf das Empfangen des Öffnungssignals (135), wobei das Demagnetisierungssignal (140) dazu ausgebildet ist, um ein Demagnetisieren der Antriebseinrichtung (115) zu bewirken.
2. Verfahren (400) gemäß Anspruch 1 , mit einem Schritt (420) des Einlesens eines Rekuperationssignals (145), das einen bevorstehenden oder erfolgenden Rekupera- tionsvorgang der Antriebseinrichtung (115) repräsentiert, wobei das Demagnetisierungssignal (140) unter Verwendung des Rekuperationssignals (145) ausgegeben wird.
3. Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (425) des Demagnetisierens unter Verwendung des Demagnetisierungssignals (140), wobei im Schritt (425) des Demagnetisierens die in der Antriebseinrichtung (115) gespeicherte magnetische Energie in einer Zeitspanne von weniger alsßOO ps abgebaut wird.
4. Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (430) des Sendens eines Wechselrichtersignals (150), das dazu ausgebildet ist, um eine Wechselrichtersperre des Wechselrichters (130) zu bewirken.
5. Verfahren (400) gemäß Anspruch 4, bei dem im Schritt (430) des Sendens das Wechselrichtersignal (150) nach erfolgter Demagnetisierung gesendet wird.
6. Verfahren (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, mit einem Schritt (415) des Bereitstellens des Öffnungssignals (135) ansprechend auf ein Fehlerereignis.
7. Vorrichtung (110), die eingerichtet ist, um Schritte des Verfahrens (400) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten auszuführen und/oder anzusteuern.
8. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (400) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen und/oder anzusteuern.
9. Antriebssystem (105) für ein Fahrzeug (100), wobei das Antriebssystem (105) eine elektrische Antriebseinrichtung (115), eine Batterie (120) mit einem Batterieschütz (125), einen Wechselrichter (130) zum Wandeln einer von der Batterie (120) bereitgestellten Gleichspannung in eine Wechselspannung zum Antreiben der Antriebseinrichtung (115) und die Vorrichtung (110) gemäß Anspruch 7 aufweist.
10. Antriebssystem (105) gemäß Anspruch 9, bei der die Antriebseinrichtung (115) als eine Asynchronmaschine ausgeformt ist.
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