WO2023036495A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben eines elektrisch angetriebenen fahrzeugs - Google Patents

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WO2023036495A1
WO2023036495A1 PCT/EP2022/069092 EP2022069092W WO2023036495A1 WO 2023036495 A1 WO2023036495 A1 WO 2023036495A1 EP 2022069092 W EP2022069092 W EP 2022069092W WO 2023036495 A1 WO2023036495 A1 WO 2023036495A1
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traction battery
vehicle
intermediate circuit
charging
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Falco Sengebusch
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating an electrically powered vehicle. Furthermore, the invention relates to a drive train with a corresponding device and a vehicle with a drive train as well as a computer program and a computer-readable medium.
  • An electrically powered vehicle When an electrically powered vehicle is at rest, the traction battery is galvanically isolated from the rest of the high-voltage network.
  • An electrically powered vehicle is also referred to as a battery electric vehicle (BEV).
  • BEV battery electric vehicle
  • a traction battery is also referred to as a high-voltage (HV) battery.
  • the idle state of a vehicle is to be understood as meaning an operating state of a parked vehicle, the driver of which preferably leaves the vehicle and/or locks it. The idle state ends when the driver finds, opens and starts the vehicle again for a new journey.
  • the traction battery When the vehicle is started, the traction battery is connected to the high-voltage grid.
  • the traction battery is switched on via the switch.
  • the publication WO 2017/125204 A1 discloses an alternative to this, namely charging the intermediate circuit capacitor via a bidirectional DC voltage converter.
  • the bidirectional DC-DC converter is arranged between the high-voltage network and a low-voltage network, or a 12-volt vehicle electrical system.
  • energy is taken from the low-voltage network, preferably from a 12V battery.
  • the intermediate circuit capacitor is charged to the specified voltage (open-circuit voltage of the traction battery).
  • the charging process should usually take place as quickly as possible so that the driver does not experience any delay in the readiness to drive when the vehicle is started.
  • the DC-DC converter In the event of a fault in step-up operation, or boost operation, of the DC-DC converter, in which the low voltage, preferably 12 or 48 volts, from the low-voltage network is to be converted into the high voltage, preferably 400 or 700 volts, of the traction battery in order to charge the intermediate circuit capacitor , the DC-DC converter cannot charge the intermediate circuit capacitor before the traction battery is switched on. Commissioning or starting the vehicle is not possible in the event of a fault in step-up operation. The only remedy is to replace or repair the DC-DC converter. There is therefore a need for alternative solutions to a pre-charging circuit, which allow the intermediate circuit capacitor to be charged both when the pre-charging circuit is missing or defective and when the step-up converter function of the DC-DC converter is defective.
  • a method of operating an electrically powered vehicle includes a traction battery, a high-voltage network, with an intermediate circuit capacitor and high-voltage connections for connecting a charger for charging the traction battery via the high-voltage network, and switches for electrically disconnecting and connecting the traction battery to the high-voltage network.
  • the high-voltage network is separated from the traction battery by the switches.
  • the method comprises the steps: outputting a signal for controlling the connectable charging device for charging the intermediate circuit capacitor; Determining the voltage or the charge in the intermediate circuit capacitor; Outputting a signal to close the switch for connecting the traction battery to the high-voltage network depending on the determined voltage or charge.
  • a method of operating an electrically powered vehicle To supply an electric machine of an electric drive train of the electrically driven vehicle, the vehicle includes a traction battery, which can be electrically connected to a high-voltage network of the vehicle by means of switches or at least one switch. When the switches are closed, the traction battery is electrically connected to the high-voltage network; when the switches are open, the traction battery is electrically isolated from the high-voltage network.
  • the switches are preferably designed as contactors or relays.
  • the high-voltage network, or the DC voltage intermediate circuit includes an intermediate circuit capacitor, which is preferably discharged when the switches are open. When the vehicle is idle, the switch disconnects the high-voltage network from the traction battery.
  • An inverter is preferably connected to the high-voltage network for converting the DC voltage of the traction battery into a multi-phase AC voltage for supplying the electrical machine of the electrically driven vehicle.
  • the high-voltage network also includes high-voltage connections to which an on-board or off-board charger can be connected.
  • the electrical energy from an external energy source can be converted into direct voltage for charging the traction battery.
  • the external energy source can be in the form of an alternating current source, preferably the public power grid, or a direct current source, preferably another vehicle.
  • the switches are closed in order to electrically connect the traction battery to the high-voltage grid.
  • the method therefore provides the following steps when the switches are open, that is to say when the high-voltage network is disconnected from the traction battery by means of the switches: outputting a signal for controlling the charger that can be connected in order to charge the intermediate circuit capacitor.
  • the charger is activated to charge the intermediate circuit capacitor in the high-voltage network. This is preferably done by means of a continuously increasing charging voltage, so that no high currents arise in the high-voltage network during the charging process of the intermediate circuit capacitor.
  • the voltage at or the charge on the intermediate circuit capacitor is also determined.
  • the voltage at or the charge of the intermediate circuit capacitor is determined by means of a voltage measuring device, a current measuring device and/or an integrator element.
  • a signal to close the switch is output. In this way, the switches are closed and the electrical connection between the high-voltage network and the traction battery is established without high equalizing currents loading the high-voltage network.
  • the signal for closing the switch is preferably output when the difference between the determined voltage or the charge equivalent and the voltage of the traction battery falls below a predetermined or specifiable threshold value or the determined voltage or the charge equivalent exceeds a specifiable voltage value.
  • the charging device which is connected to an external energy source, preferably charges the intermediate circuit up to a predetermined voltage.
  • the charger preferably emits a status signal to a higher-level control unit that the intermediate circuit capacitor is sufficiently charged and the switches can be activated.
  • the charger is preferably set up to regulate the charging voltage from 0 volts to the specified voltage.
  • a charger that can be connected to the high-voltage terminals of the high-voltage grid is controlled and used instead for pre-charging or charging the intermediate circuit capacitor or the intermediate circuit.
  • the charger must be connected to a power grid or preferably to another vehicle in order to draw the required energy from there.
  • the traction battery can be switched on.
  • the electrically powered vehicle can then be started again or put into operation and preferably driven to the nearest workshop or, in an emergency, to a charging point.
  • the vehicle also includes a low-voltage network and a bidirectional DC-DC converter for supplying the low-voltage network with power from the high-voltage network and vice versa.
  • the method initially includes the step of determining an error message from the DC-DC converter before the method steps already described are carried out.
  • the vehicle also includes a low-voltage network and a bidirectional DC-DC converter for supplying the low-voltage network with power from the high-voltage network and vice versa.
  • the low-voltage network or vehicle electrical system preferably has a voltage of 12, 24 or 48 volts and is used to supply the control devices and electronics of the electrically driven vehicle.
  • the low-voltage network preferably includes a vehicle electrical system battery with the corresponding voltage of the vehicle electrical system.
  • the bidirectional DC-DC converter is used to supply and charge the low-voltage network from the high-voltage network, for this purpose it is operated as a step-down converter. For this purpose, the DC-DC converter is connected on the one hand to the high-voltage network and on the other hand to the low-voltage network.
  • the DC-DC converter Since the DC-DC converter is bidirectional, it can also transport electrical energy from the low-voltage network to the high-voltage network, and it is operated as a step-up converter.
  • the method additionally includes the step of receiving an error message from the DC/DC converter that the operation of the DC-DC converter does not work. This step is carried out before the method steps described so far are carried out. It is therefore advantageous first to check whether the DC-DC converter is defective and only in this case is the charging of the intermediate circuit capacitor controlled by outputting a signal for controlling the connectable charging device.
  • the error message from the DC-DC converter describes an error in the boost operation of the DC-DC converter.
  • the method includes the step of receiving an error message from the DC/DC converter.
  • the error message of the DC-DC converter means or describes that the operation of the DC-DC converter as a step-up converter does not work.
  • a more precise error message is advantageously determined, so that the connectable charging device for charging the intermediate circuit capacitor is only activated when the DC-DC converter is no longer able to transfer the energy from the low-voltage network to the high-voltage network.
  • the charging device is connected to an external energy source in order to charge the intermediate circuit capacitor.
  • the charger is connected to a public power grid or to a high-voltage grid of another vehicle.
  • the charger converts the electrical energy from an external energy source into a DC voltage for charging the intermediate circuit capacitor.
  • the external energy source can be in the form of an alternating current source, preferably the public power grid, or a direct current source, preferably another vehicle. Possibilities for energy sources that can be used to charge the intermediate circuit capacitor by means of the charging device are advantageously shown.
  • the step of determining an error message from the DC-DC converter includes outputting information for establishing a connection to an external energy source.
  • the method includes the further step: outputting information about parking the vehicle within range of an external energy source for charging the intermediate circuit capacitor using a charger that can be connected to the high-voltage connections.
  • the invention relates to a device for operating an electrically powered vehicle.
  • the vehicle includes a traction battery, a high-voltage network, with an intermediate circuit capacitor and high-voltage connections for connecting a charger for charging the traction battery via the high-voltage network, and switches for electrically disconnecting and connecting the traction battery to the high-voltage network.
  • the high-voltage network is separated from the traction battery by the switches.
  • the device is set up to output a signal to control the connectable charger for charging the intermediate circuit capacitor, to determine the voltage or the charge of the intermediate circuit capacitor and to output a signal to close the switch for connecting the traction battery to the high-voltage network depending on the determined voltage or charge.
  • An apparatus or controller for operating an electrified vehicle.
  • the device is set up to output a signal for controlling the charging device or a control signal.
  • the device is set up to determine a voltage across the intermediate circuit capacitor or a charge on the intermediate circuit capacitor.
  • the device is set up to output a signal to close the switch for connecting the traction battery to the high-voltage network.
  • the device can preferably be designed as a control unit.
  • the functions of the device to be distributed between two or more control units, for example a vehicle control unit, the charger and an inverter.
  • the control units are set up accordingly to communicate with one another and to exchange the information, data and control commands with one another in accordance with the implementation.
  • a device is advantageously provided which enables alternative charging of the intermediate circuit capacitor.
  • the invention relates to a drive train with a device described and in particular with a traction battery, an inverter and/or an electric drive.
  • a drive train is used, for example, to drive an electric vehicle. Safe operation of the drive train is made possible by means of the method and the device.
  • the invention relates to a vehicle with a described drive train.
  • a vehicle is thus advantageously provided which comprises a device with which an alternative charging of the intermediate circuit capacitor is made possible.
  • the invention relates to a computer program, comprising instructions which cause the device to carry out the method steps described. Furthermore, the invention relates to a computer-readable medium which comprises instructions which, when executed by a computer, cause the latter to carry out the steps of the method described.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a device for operating an electrically driven vehicle
  • Figure 2 shows a vehicle shown schematically with a drive train
  • FIG. 3 shows a schematically illustrated flowchart for a method for operating an electrically driven vehicle.
  • FIG. 1 shows a device 100 for operating an electrically driven vehicle.
  • a traction battery 150 can be connected to a high-voltage grid 110 via switches 130 .
  • the high-voltage network 110 includes an intermediate circuit capacitor 140 and high-voltage connections 120.
  • the high-voltage connections 120 are set up for connecting a charger 160 for charging the traction battery 150 via the high-voltage network 110.
  • One or two switches 130 are set up for electrically disconnecting and connecting the traction battery 150 to the high-voltage network 110.
  • Charger 160 is preferably connected to an external energy source 162 in order to charge the intermediate circuit capacitor by means of connectable charger 160.
  • the Device 100 is set up to output a signal for controlling connectable charger 160 for charging intermediate circuit capacitor 140, the voltage at or the charge of the Determine intermediate circuit capacitor 140 and output a signal to close one or the switch 130 for connecting the traction battery 150 to the high-voltage network 110 depending on the determined voltage or charge.
  • the high-voltage network is preferably connected to a bidirectional DC-DC converter 117 via the high-voltage connections.
  • the low-voltage network 115 is preferably connected to the bidirectional DC-DC converter 117 .
  • the high-voltage grid 110 is preferably connected to an inverter 185 for converting the DC voltage into a multi-phase AC voltage for supplying the electric machine 190 of a drive train of an electric vehicle.
  • FIG. 2 shows a schematically illustrated vehicle 300 with a drive train 200.
  • the illustration shows an example of a vehicle with four wheels 302, the invention being equally usable in any vehicles with any number of wheels on land, on water and in the air.
  • the drive train 200 shown only abstractly in FIG. 2 includes a described device 100 and in particular a traction battery 150, a high-voltage network 110, an inverter 185 and/or an electric machine 190 of an electric drive.
  • Such a drive train 200 is used, for example, to drive an electric vehicle 300.
  • the method and the device enable safe operation of the drive train 200.
  • FIG. 3 shows a schematic sequence of a method 400 for operating an electrically driven vehicle 300.
  • the method begins with step 405.
  • step 410 an error message from the DC voltage converter 117 is preferably determined.
  • step 412 information is preferred to connect to an external power source.
  • step 420 a signal for driving 420 the connectable charging device 160 for charging the intermediate circuit capacitor 140 is output.
  • step 440 a voltage or charge in intermediate circuit capacitor 140 is determined.
  • a signal to close the switch 130 for connecting the traction battery 150 to the high-voltage network 110 is output depending on the determined voltage or charge.
  • step 480 information about parking vehicle 300 within range of an external energy source 162 for charging intermediate circuit capacitor 140 by means of a charging device 160 that can be connected to high-voltage connections 120 is preferably output. With step 495 the method ends.

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Abstract

Verfahren (400) zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (300), mit den Schritten: Ausgeben eines Signals zur Ansteuerung (420) eines anschließbaren Ladegerätes (160) zum Aufladen eines Zwischenkreiskondensators (140); Ermitteln (440) einer Spannung an einem oder der Ladung des Zwischenkreiskondensators (140); Ausgeben eines Signals zum Schließen (460) der Schalter (130) zum Verbinden der Traktionsbatterie (150) mit dem Hochspannungsnetz (110) in Abhängigkeit der ermittelten Spannung oder Ladung.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einer entsprechenden Vorrichtung und ein Fahrzeug mit einem Antriebsstrang sowie ein Computerprogramm und ein computerlesbares Medium.
Stand der Technik
Elektrisch angetriebene Fahrzeuge für den Straßenverkehr sind aus dem Stand der Technik bekannt. Im Ruhezustand eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs ist die Traktionsbatterie galvanisch vom restlichen Hochspannungsnetz getrennt. Ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug wird auch als Batterie-elektrisches Fahrzeugs (BEV) bezeichnet. Eine Traktionsbatterie wird auch als Hochvolt (HV-) Batterie bezeichnet. Unter Ruhezustand eines Fahrzeugs ist ein Betriebszustand eines abgestellten oder geparkten Fahrzeugs zu verstehen, dessen Fahrer bevorzugt das Fahrzeug verlässt und oder verschließt. Der Ruhezustand endet mit dem erneuten Aufsuchen, öffnen und starten des Fahrzeugs durch den Fahrer für eine neue Fahrt. Beim Start des Fahrzeugs wird die Traktionsbatterie mit dem Hochspannungsnetz verbunden. Das geschieht in der Regel durch das Schließen von elektromechanischen Schaltern, Relais oder Schützen an einem oder beiden Polen (Plus und Minus) der Traktionsbatterie. In einem ebenfalls am Hochspannungsnetz angeschlossenen Wechselrichter, oder Inverter, befindet sich ein vergleichsweise großer Zwischenkreiskondensator, oder Kondensator, der im Ruhezustand des Fahrzeugs entladen ist und durch das Zuschalten der Traktionsbatterie, aufgrund der sich dabei ergebenden Parallelschaltung zur Traktionsbatterie, auf die Batteriespannung (passiv) aufgeladen wird. Wird der anfänglich resultierende sehr hohe Aufladestrom nicht in irgendeiner Weise begrenzt, kann dieser zu Beschädigungen der Schalter, bevorzugt der Relaiskontakte, führen. Daher wird in heutigen Fahrzeugen der Zwischenkreiskondensator zunächst über eine Vorladeschaltung bestehend aus einem weiteren, kleineren Hilfsrelais und einem Vorladewiderstand mit reduziertem Strom aufgeladen. Sobald der Zwischenkreiskondensator eine vorgebbare Spannung nahe der Spannung der Traktionsbatterie erreicht hat, wird über die Schalter die Traktionsbatterie zugeschaltet. Die Druckschrift WO 2017/125204 Al offenbart hierzu eine Alternative, nämlich den Zwischenkreiskondensator über einen bidirektionalen Gleichspannungswandler aufzuladen. Hierzu ist der bidirektionale Gleichspannungswandler zwischen dem Hochspannungsnetz und einem Niederspannungsnetz, oder einem 12 Volt Fahrzeugbordnetz, angeordnet ist. Dafür wird Energie aus dem Niederspannungsnetz, bevorzugt aus einer 12V-Batterie, entnommen. Dadurch wird der Zwischenkreiskondensator auf die vorgebbare Spannung (Ruhespannung der Traktionsbatterie) aufgeladen. Der Aufladevorgang soll in der Regel so schnell wie möglich erfolgen, damit der Fahrer beim Start des Fahrzeugs keine Verzögerung der Fahrbereitschaft erlebt. Im Falle eines Fehlers im Hochsetzstellbetrieb, oder Boost- Betrieb, des Gleichspannungswandlers, bei dem bevorzugt die geringe Spannung, bevorzugt 12 oder 48 Volt, aus dem Niederspannungsnetz in die Hochspannung, bevorzugt 400 oder 700 Volt, der Traktionsbatterie gewandelt werden soll zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators, kann der Gleichspannungswandler den Zwischenkreiskondensator nicht aufladen vor einem Zuschalten der Traktionsbatterie. Ein Inbetriebnehmen oder Starten des Fahrzeugs ist im Falle eines Fehlers im Hochsetzstellbetrieb nicht möglich. Eine Abhilfe bringt nur ein Austausch bzw. Reparatur des Gleichspannungswandlers. Daher besteht der Bedarf für alternative Lösungen zu einer Vorladeschaltung, die ein Aufladen des Zwischenkreiskondensators sowohl bei fehlender oder defekter Vorladeschaltung als auch bei defekter Hochsetzsteller- Funktion des Gleichspannungswandlers ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs bereitgestellt. Das Fahrzeug umfasst eine Traktionsbatterie, ein Hochspannungsnetz, mit einem Zwischenkreiskondensator und Hochspannungsanschlüssen zum Anschließen eines Ladegerätes zum Laden der Traktionsbatterie über das Hochspannungsnetz, und Schalter zum elektrischen Trennen und Verbinden der Traktionsbatterie mit dem Hochspannungsnetz. Das Hochspannungsnetz ist mittels der Schalter von der Traktionsbatterie getrennt. Das Verfahren umfasst die Schritte: Ausgeben eines Signals zur Ansteuerung des anschließbaren Ladegerätes zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators; Ermitteln der Spannung an oder der Ladung im Zwischenkreiskondensator; Ausgeben eines Signals zum Schließen der Schalter zum Verbinden der Traktionsbatterie mit dem Hochspannungsnetz in Abhängigkeit der ermittelten Spannung oder Ladung.
Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs bereitgestellt. Das Fahrzeug umfasst zur Versorgung einer elektrischen Maschine eines elektrischen Antriebsstrangs des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs eine Traktionsbatterie, die mittels Schaltern oder mindestens einem Schalter elektrisch mit einem Hochspannungsnetz des Fahrzeugs verbindbar ist. Bei geschlossenen Schaltern ist die Traktionsbatterie elektrisch mit dem Hochspannungsnetz verbunden, bei geöffneten Schaltern ist die Traktionsbatterie galvanisch von dem Hochspannungsnetz getrennt. Die Schalter sind bevorzugt als Schütze oder Relais ausgestaltet. Das Hochspannungsnetz, oder der Gleichspannungszwischenkreis, umfasst einen Zwischenkreiskondensator, der bevorzugt bei geöffneten Schaltern entladen wird. Im Ruhezustand des Fahrzeugs wird das Hochspannungsnetz mittels der Schalter von der Traktionsbatterie getrennt. Bevorzugt ist an das Hochspannungsnetz ein Wechselrichter angeschlossen zur Wandlung der Gleichspannung der Traktionsbatterie in eine mehrphasige Wechselspannung zur Versorgung der elektrischen Maschine des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Das Hochspannungsnetz umfasst weiter Hochspannungsanschlüsse, an die ein fahrzeuginternes oder fahrzeugexternes Ladegerät angeschlossen werden kann. Mittels dem Ladegerät kann die elektrische Energie einer externen Energiequelle in eine Gleichspannung gewandelt werden zum Aufladen der Traktionsbatterie. Je nach Ladegerät kann die externe Energiequelle als eine Wechselstromquelle, bevorzugt das öffentliche Stromnetz, oder eine Gleichspannungsquelle, bevorzugt ein weiteres Fahrzeug, ausgestaltet sein. Während des Ladevorgangs zum Laden der Traktionsbatterie über das Hochspannungsnetz werden die Schalter geschlossen, um die Traktionsbatterie mit dem Hochspannungsnetz elektrisch zu verbinden. Aufgrund des an das Hochspannungsnetz angeschlossenen Zwischenkreiskondensators ist ein direktes Schließen der Schalter nicht möglich. Dies würde zu einem zu großen Strom im Hochspannungsnetz führen und das Hochspannungsnetz zerstören. Daher sieht das Verfahren folgende Schritte bei geöffneten Schaltern vor, also bei mittels der Schalter von der Traktionsbatterie getrennten Hochspannungsnetz: Ausgeben eines Signals zur Ansteuerung des anschließbaren Ladegerätes zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators. Solange die Traktionsbatterie vom Hochspannungsnetz mittels der Schalter getrennt ist, wird das Ladegerät zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators im Hochspannungsnetz angesteuert. Bevorzugt erfolgt dies mittels einer kontinuierlich ansteigenden Ladespannung, sodass keine hohen Ströme im Hochspannungsnetz bei dem Aufladevorgang des Zwischenkreiskondensators entstehen. Weiter wird die Spannung an dem oder die Ladung des Zwischenkreiskondensators ermittelt. Mittels einer Spannungsmesseinrichtung, einer Strommesseinrichtung und oder eines Integratorgliedes wird die Spannung an dem oder die Ladung des Zwischenkreiskondensators ermittelt. In Abhängigkeit der ermittelten Spannung oder der äquivalenten Ladung wird ein Signal zum Schließen der Schalter ausgegeben. So werden die Schalter geschlossen und die elektrische Verbindung zwischen dem Hochspannungsnetz und der Traktionsbatterie hergestellt, ohne dass hohe Ausgleichströme das Hochspannungsnetz belasten. Bevorzugt wird das Signal zum Schließen der Schalter ausgegeben, wenn die Differenz zwischen der ermittelten Spannung o- der dem Ladungsäquivalent und der Spannung der Traktionsbatterie einen vorgegebenen oder vorgebbaren Schwellwert unterschreitet oder die ermittelte Spannung oder das Ladungsäquivalent einen vorgebbaren Spannungswert überschreitet. Bevorzugt lädt das mit einer externen Energiequelle verbundene Ladegerät den Zwischenkreis bis zu einer vorgegebenen Spannung auf. Bevorzugt gibt das Ladegerät ein Statussignal an ein übergeordnetes Steuergerät ab, das der Zwischenkreiskondensator ausreichend geladen ist und ein Ansteuern der Schalter erfolgen kann. Bevorzugt ist das Ladegerät dazu eingerichtet die Ladespannung von 0 Volt bis zu der vorgegebenen Spannung zu regeln. Im Falle eines Fehlers einer Vorladeschaltung oder eines Gleichspannungswandlers, die für das Aufladen oder Vorladen des Zwischenkreiskondensators eingerichtet sind, wird ein an den Hochspannungsanschlüssen des Hochspannungsnetzes anschließbares Ladegerät stattdessen zum Vorladen oder Aufladen des Zwischenkreiskondensators oder des Zwischenkreises angesteuert und verwendet. Hierzu muss das Ladegerät mit einem Stromnetz oder bevorzugt mit einem anderen Fahrzeug verbunden sein, um von dort die benötigte Energie zu beziehen. Nach erfolgreicher Aufladung des Zwischenkreiskondensators oder des Zwischenkreises kann die Traktionsbatterie zugeschaltet werden. Vorteilhaft kann das elektrisch angetriebene Fahrzeug im Anschluss wieder gestartet werden o- der in Betrieb genommen werden und bevorzugt bis zur nächsten Werkstatt oder im Notfall bis zu einem Ladepunkt gefahren werden.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Fahrzeug weiter ein Niederspannungsnetz und einen bidirektionalen Gleichspannungswandler zur Versorgung des Niederspannungsnetzes aus dem Hochspannungsnetz und umgekehrt. Das Verfahren umfasst zunächst den Schritt der Ermittlung einer Fehlermeldung des Gleichspannungswandlers bevor die bereits beschriebenen Verfahrensschritte durchgeführt werden.
Das Fahrzeug umfasst weiter ein Niederspannungsnetz und einen bidirektionalen Gleichspannungswandler zur Versorgung des Niederspannungsnetzes aus dem Hochspannungsnetz und umgekehrt. Das Niederspannungsnetz oder Bordnetz weist bevorzugt eine Spannung von 12, 24 oder 48 Volt auf und dient der Versorgung der Steuergeräte und Elektronik des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Das Niederspannungsnetz umfasst bevorzugt eine Bordnetzbatterie mit der entsprechenden Spannung des Bordnetzes. Der bidirektionaler Gleichspannungswandler dient der Versorgung und Aufladung des Niederspannungsnetzes aus dem Hochspannungsnetz, hierzu wird er als ein Tiefsetzsteller betrieben. Hierzu ist der Gleichspannungswandler einerseits mit dem Hochspannungsnetz und andererseits mit dem Niederspannungsnetz verbunden. Da der Gleichspanungswandler bidirektional ausgestaltet ist, kann dieser auch elektrische Energie aus dem Niederspannungsnetz in das Hochspannungsnetz transportieren, dabei wird er als ein Hochsetzsteller betrieben. Das Verfahren umfasst zusätzlich den Schritt, eine Fehlermeldung des Gleichspannungswandlers zu empfangen, dass der Betrieb des Gleichspannungswandlers nicht funktioniert. Dieser Schritt wird ausgeführt, bevor die bisher beschriebenen Verfahrensschritte ausgeführt werden. Somit wird vorteilhaft zunächst geprüft, ob der Gleichspannungswandler defekt ist und nur in diesem Fall wird das Aufladen des Zwischenkreiskondensators mittels dem Ausgeben eines Signals zur Ansteuerung des anschließbaren Ladegerätes angesteuert.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung beschreibt die Fehlermeldung des Gleichspannungswandlers einen Fehler des Boost- Betriebes des Gleichspannungswandlers.
Das Verfahren umfasst den Schritt, eine Fehlermeldung des Gleichspannungswandlers zu empfangen. Die Fehlermeldung des Gleichspannungswandlers bedeutet oder beschreibt, dass der Betrieb des Gleichspannungswandlers als Hochsetzsteller nicht funktioniert. Vorteilhaft wird eine präzisere Fehlermeldung ermittelt, sodass eine Ansteuerung des anschließbaren Ladegerätes zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators nur erfolgt, wenn der Gleichspannungswandler nicht mehr in der Lage ist, die Energie aus dem Niederspanungsnetz in das Hochspannungsnetz zu übertragen.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist das Ladegerät zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators mit einer externen Energiequelle verbunden. Insbesondere ist das Ladegerät mit einem öffentlichen Stromnetz oder mit einem Hochspannungsnetz eines weiteren Fahrzeuges verbunden.
Das Ladegerät wandelt die elektrische Energie einer externen Energiequelle in eine Gleichspannung zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators. Je nach Ladegerät kann die externe Energiequelle als eine Wechselstromquelle, bevorzugt das öffentliche Stromnetz, oder eine Gleichspannungsquelle, bevorzugt ein weiteres Fahrzeug, ausgestaltet sein. Vorteilhaft werden Möglichkeiten für Energiequellen aufgezeigt, die zur Aufladung des Zwischenkreiskondensators mittels des Ladegerätes genutzt werden können. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Schritt der Ermittlung einer Fehlermeldung des Gleichspannungswandlers das Ausgeben einer Information zur Herstellung einer Verbindung mit einer externen Energiequelle.
Für den Fall, dass eine Fehlermeldung des Gleichspannungswandlers ermittelt wird, wird eine Information oder ein Signal ausgegeben, dass ein Herstellen einer Verbindung mit einer externen Energiequelle notwendig ist zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators mittels dem Ladegerät. Vorteilhaft wird ein Nutzer über die Notwendigkeit, eine externe Energiequelle zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators mittels dem Ladegerät anzuschließen, informiert.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Verfahren den weiteren Schritt: Ausgeben einer Information zum Abstellen des Fahrzeugs in Reichweite einer externen Energiequelle für ein Aufladen des Zwischenkreiskondensators mittels einem an den Hochspannungsanschlüssen anschließbaren Ladegerätes.
Für den Fall, dass ein Aufladen des Zwischenkreiskondensators nur mittels des Ladegerätes erfolgen kann, wird eine Information ausgegeben, dass das Fahrzeug in der Nähe oder in Reichweite einer externen Energiequelle abgestellt werden soll. Vorteilhaft wird damit sichergestellt, dass eine folgende Inbetriebnahme oder ein Wiederstart erfolgen kann.
Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Das Fahrzeug umfasst eine Traktionsbatterie, ein Hochspannungsnetz, mit einem Zwischenkreiskondensator und Hochspannungsanschlüssen zum Anschließen eines Ladegerätes zum Laden der Traktionsbatterie über das Hochspannungsnetz, und Schalter zum elektrischen Trennen und Verbinden der Traktionsbatterie mit dem Hochspannungsnetz. Das Hochspannungsnetz ist mittels der Schalter von der Traktionsbatterie getrennt. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, ein Signal auszugeben zur Ansteuerung des anschließbaren Ladegerätes zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators, die Spannung an oder die Ladung des Zwischenkreiskondensators zu ermitteln und ein Signal auszugeben zum Schließen der Schalter zum Verbinden der Traktionsbatterie mit dem Hochspannungsnetz in Abhängigkeit der ermittelten Spannung oder Ladung.
Es wird eine Vorrichtung oder ein Steuergerät bereitgestellt zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, ein Signal zur Ansteuerung des Ladegerätes oder ein Ansteuersignal auszugeben. Die Vorrichtung ist dazu eingerichtet, eine Spannung an dem Zwischenkreiskondensator oder eine Ladung des Zwischenkreiskondensators zu ermitteln. Weiter ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, ein Signal zum Schließen der Schalter zum Verbinden der Traktionsbatterie mit dem Hochspannungsnetz auszugeben. Bevorzugt kann die Vorrichtung als ein Steuergerät ausgestaltet sein. Alternativ ist jedoch auch möglich, dass die Funktionen der Vorrichtung auf zwei oder mehrere Steuergeräte, beispielsweise eine vehicle control unit, das Ladegerät und einen Wechselrichter verteilt sind. In diesem Fall sind die Steuergeräte entsprechend eingerichtet, miteinander zu kommunizieren und die Informationen, Daten und Ansteuerbefehle untereinander entsprechend der Umsetzung auszutauschen. Vorteilhaft wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die ein alternatives Aufladen des Zwischenkreiskondensators ermöglicht.
Ferner betrifft die Erfindung einen Antriebsstrang mit einer beschriebenen Vorrichtung und insbesondere mit einer Traktionsbatterie, einem Wechselrichter und/ oder einem elektrischen Antrieb. Ein derartiger Antriebsstrang dient beispielsweise dem Antrieb eines elektrischen Fahrzeugs. Mittels des Verfahrens und der Vorrichtung wird ein sicherer Betrieb des Antriebstrangs ermöglicht.
Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, mit einem beschriebenen Antriebsstrang. Vorteilhaft wird somit ein Fahrzeug bereitgestellt, welches eine Vorrichtung umfasst, mit der ein alternatives Aufladen des Zwischenkreiskondensators ermöglicht wird.
Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung die beschriebenen Verfahrensschritte ausführt. Ferner betrifft die Erfindung ein computerlesbares Medium, welches Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des beschriebenen Verfahrens auszuführen.
Es versteht sich, dass die Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend auf die Vorrichtung bzw. den Antriebsstrang und das Fahrzeug und umgekehrt zutreffen bzw. anwendbar sind.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden, dazu zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs,
Figur 2 ein schematisch dargestelltes Fahrzeug mit einem Antriebsstrang,
Figur 3 ein schematisch dargestelltes Ablaufdiagramm für ein Verfahren zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs. Eine Traktionsbatterie 150 ist über Schalter 130 mit einem Hochspannungsnetz 110 verbindbar. Das Hochspannungsnetz 110 umfasst einen Zwischenkreiskondensator 140 und Hochspannungsanschlüsse 120. Die Hochspannungsanschlüsse 120 sind eingerichtet zum Anschließen eines Ladegerätes 160 zum Laden der Traktionsbatterie 150 über das Hochspannungsnetz 110. Ein oder zwei Schalter 130 sind zum elektrischen Trennen und Verbinden der Traktionsbatterie 150 mit dem Hochspannungsnetz 110 eingerichtet. Bevorzugt wird das Ladegerät 160 mit einer externen Energiequelle 162 verbunden zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators mittels dem anschließbaren Ladegerät 160. Die Vorrichtung 100 ist dazu eingerichtet, ein Signal auszugeben zur Ansteuerung des anschließbaren Ladegerätes 160 zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators 140, die Spannung an oder die Ladung des Zwischenkreiskondensators 140 zu ermitteln und ein Signal auszugeben zum Schließen eines oder der Schalter 130 zum Verbinden der Traktionsbatterie 150 mit dem Hochspannungsnetz 110 in Abhängigkeit der ermittelten Spannung oder Ladung. Bevorzugt ist das Hochspannungsnetz über die Hochspannungsanschlüsse mit einem bidirektionalen Gleichspannungswandler 117 verbunden. Bevorzugt ist das Niederspannungsnetz 115 mit dem bidirektionalen Gleichspannungswandler 117 verbunden. Bevorzugt ist das Hochspannungsnetz 110 mit einem Wechselrichter 185 verbunden zur Wandlung der Gleichspannung in eine mehrphasige Wechselspannung zur Versorgung der elektrischen Maschine 190 eines Antriebsstrangs eines elektrischen Fahrzeugs.
Die Figur 2 zeigt ein schematisch dargestelltes Fahrzeug 300 mit einem Antriebsstrang 200. Die Darstellung zeigt beispielhaft ein Fahrzeug mit vier Rädern 302, wobei die Erfindung gleichermaßen in beliebigen Fahrzeugen mit einer beliebigen Anzahl an Rädern zu Lande, zu Wasser und in der Luft einsetzbar ist. Der in der Figur 2 lediglich abstrakt dargestellte Antriebsstrang 200 umfasst eine beschriebene Vorrichtung 100 und insbesondere eine Traktionsbatterie 150, ein Hochspannungsnetz 110, einen Wechselrichter 185 und/ oder eine elektrische Maschine 190 eines elektrischen Antriebs. Ein derartiger Antriebsstrang 200 dient beispielsweise dem Antrieb eines elektrischen Fahrzeugs 300. Mittels des Verfahrens und der Vorrichtung wird ein sicherer Betrieb des Antriebstrangs 200 ermöglicht.
Die Figur 3 zeigt einen schematischen Ablauf eines Verfahrens 400 zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 300. Mit dem Schritt 405 beginnt das Verfahren. Bevorzugt wird in Schritt 410 eine Fehlermeldung des Gleichspannungswandlers 117 ermittelt. Bevorzugt wird in Schritt 412 eine Information zur Herstellung einer Verbindung mit einer externen Energiequelle ausgegeben. In Schritt 420 wird ein Signal zur Ansteuerung 420 des anschließbaren Ladegerätes 160 zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators 140 ausgegeben. In Schritt 440 wird eine Spannung oder Ladung im Zwischenkreiskondensator 140 ermittelt. In Schritt 460 wird ein Signal zum Schließen der Schalter 130 zum Verbinden der Traktionsbatterie 150 mit dem Hochspannungsnetz 110 in Abhängigkeit der ermittelten Spannung oder Ladung ausgegeben. Bevorzugt wird in Schritt 480 eine Information zum Abstellen des Fahrzeugs 300 in Reichweite einer externen Energiequelle 162 für ein Aufladen des Zwischenkreiskondensators 140 mittels einem an den Hochspannungsanschlüssen 120 anschließbaren Ladegerätes 160 ausgegeben. Mit Schritt 495 endet das Verfahren.

Claims

Ansprüche Verfahren (400) zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (300), wobei das Fahrzeug (300) eine Traktionsbatterie (150), ein Hochspannungsnetz (110) mit einem Zwischenkreiskondensator (140) und Hochspannungsanschlüssen (120) zum Anschließen eines Ladegerätes (160) zum Laden der Traktionsbatterie (150) über das Hochspannungsnetz (110), und mindestens einem Schalter (130) zum elektrischen Trennen und Verbinden der Traktionsbatterie (150) mit dem Hochspannungsnetz (110), umfasst, wobei das Hochspannungsnetz (110) mittels mindestens dem einen Schalter o- der der Schalter (130) von der Traktionsbatterie (150) getrennt ist, mit den Schritten:
Ausgeben eines Signals zur Ansteuerung (420) des anschließbaren Ladegerätes (160) zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators (140);
Ermitteln (440) der Spannung an dem oder die Ladung des Zwischenkreiskondensators (140);
Ausgeben eines Signals zum Schließen (460) des mindestens einen Schalters oder der Schalter (130) zum Verbinden der Traktionsbatterie (150) mit dem Hochspannungsnetz (110) in Abhängigkeit der ermittelten Spannung oder Ladung. Verfahren (400) zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (300) nach Anspruch 1, wobei das Fahrzeug (300) weiter ein Niederspannungsnetz (115) und einen bidirektionalen Gleichspannungswandler (117) zur Versorgung des Niederspannungsnetzes (115) aus dem Hochspannungsnetz (110) und umgekehrt umfasst, wobei die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 1 nach einem Schritt der Ermittlung (410) einer Fehlermeldung des Gleichspannungswandlers (117) durchgeführt werden. Verfahren (400) zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (300) nach Anspruch 2, wobei die Fehlermeldung des Gleichspannungswandlers (117) einen Fehler des Boost- Betriebes des Gleichspannungswandlers (117) beschreibt. Verfahren (400) zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (300) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Ladegerät (160) zum Aufladen des Zwischenkreiskondensators (140) mit einer externen Energiequelle (162) verbunden ist, insbesondere mit einem öffentlichen Stromnetz oder mit einem Hochspannungsnetz eines weiteren Fahrzeuges. Verfahren (400) zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (300) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Schritt der Ermittlung (410) einer Fehlermeldung des Gleichspannungswandlers (117) das Ausgeben (412) einer Information zur Herstellung einer Verbindung mit einer externen Energiequelle (162) umfasst. Verfahren (400) zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (300) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit dem Schritt:
Ausgabe (480) einer Information zum Abstellen des Fahrzeugs (300) in Reichweite einer externen Energiequelle (162) für ein Aufladen des Zwischenkreiskondensators (140) mittels einem an den Hochspannungsanschlüssen (120) anschließbaren Ladegerätes (160). Vorrichtung (100) zum Betreiben eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (300), wobei das Fahrzeug (300) eine Traktionsbatterie (150), ein Hochspannungsnetz (110) mit einem Zwischenkreiskondensator (140) und Hochspannungsanschlüssen (120) zum Anschließen eines Ladegerätes (160) zum Laden der Traktionsbatterie (150) über das Hochspannungsnetz (110), und mindestens einen Schalter oder Schalter (130) zum elektrischen Trennen und Verbinden der Traktionsbatterie (150) mit dem Hochspannungsnetz (110) umfasst, wobei das Hochspannungsnetz (110) mittels dem mindestens einen Schalter o- der der Schalter (130) von der Traktionsbatterie (150) getrennt ist, - 14 - wobei die Vorrichtung (100) dazu eingerichtet ist, ein Signal auszugeben zur Ansteuerung (420) des anschließbaren Ladegerätes (160) zum Aufladen (420) des Zwischenkreiskondensators (140); die Spannung an dem oder die Ladung des Zwischenkreiskondensators (140) zu ermitteln; ein Signal auszugeben zum Schließen (460) des mindestens einen Schalters o- der der Schalter (130) zum Verbinden der Traktionsbatterie (150) mit dem Hochspannungsnetz (110) in Abhängigkeit der ermittelten Spannung oder Ladung. Antriebsstrang (200) mit einer Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 7. Fahrzeug (300) mit einem Antriebsstrang (200) nach Anspruch 8. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung (100) nach Anspruchs 7 die Verfahrensschritte nach den Ansprüchen 1 bis 6 ausführt. Computerlesbares Medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens (100) nach Anspruch 1 bis 6 auszuführen.
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