WO2025157337A1 - Verfahren zum steuern eines hybridfahrzeugs, steuervorrichtung und hybridfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum steuern eines hybridfahrzeugs, steuervorrichtung und hybridfahrzeug

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WO2025157337A1
WO2025157337A1 PCT/DE2025/100016 DE2025100016W WO2025157337A1 WO 2025157337 A1 WO2025157337 A1 WO 2025157337A1 DE 2025100016 W DE2025100016 W DE 2025100016W WO 2025157337 A1 WO2025157337 A1 WO 2025157337A1
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voltage
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low
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Jan-Ulrich Biskup
Petru Bogdan BRAD
Guilherme CAVALHEIRO
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a hybrid vehicle, which comprises a serial drive mode.
  • a first electric machine for generating electrical energy can be driven by an internal combustion engine in order to supply electrical energy via a DC link to a second electric machine, which serves as a drive motor for at least one wheel of the hybrid vehicle.
  • the hybrid vehicle comprises, in particular, a high-voltage power supply connected to the DC link, a low-voltage power supply, and a backup low-voltage power supply supplied via the DC link.
  • the invention relates to a control device that is designed and programmed to carry out the method, and to a hybrid vehicle having the control device.
  • a hybrid vehicle that enables a serial hybrid drive mode, in which an internal combustion engine acts as a prime mover for a first electric machine for generating electrical energy, in order to use the electrical energy to operate a second electric machine as a prime mover for a transmission input shaft, i.e., for wheels of the hybrid vehicle, is known from DE 10 2017 127 695 A1. The disclosure content thereof is incorporated herein by reference.
  • an electric machine may be designed such that a back electromotive force (back EMF) that can be generated by the electric machine is higher than a dielectric strength or a permissible collector-emitter voltage of a transistor, e.g. an IGBT, in a power electronics unit of the electric machine, so that problems with regard to high-voltage safety may arise.
  • back EMF back electromotive force
  • suitable control mechanisms such as an adapted field-oriented control or regulation or an active short circuit of the power electronics unit, are implemented.
  • the object of the invention is therefore to eliminate or at least mitigate these disadvantages.
  • the object of the invention is to provide a technology that reliably prevents damage to a power electronics unit, i.e., the transistors used therein, even when a high counter-electromotive force occurs in the event of a low-voltage power supply failure.
  • the method according to the invention is used to control a hybrid vehicle which comprises a serial drive mode in which a first electric machine for generating electrical energy is driven by an internal combustion engine.
  • the engine is drivable to supply electrical energy via a DC link to a second electric machine, which serves as the drive motor for at least one wheel of the hybrid vehicle.
  • the hybrid vehicle further comprises a high-voltage power supply connected to the DC link, a low-voltage power supply, and a backup low-voltage power supply supplied via the DC link.
  • the method comprises the following steps: detecting a failure of the low-voltage power supply, in which a separation of the high-voltage power supply from the DC link, an active discharge of the DC link, and an active short circuit in the power electronics unit occur; detecting a speed of the second electrical machine, and if the speed of the second electrical machine is greater than or equal to a predetermined speed, driving the first electrical machine by the internal combustion engine such that at least a predetermined minimum voltage is applied to the DC link, so that the backup low-voltage power supply is supplied and operates, and maintaining the active short circuit in the power electronics unit.
  • the first electric motor can be driven by the internal combustion engine in such a way that at least the specified minimum voltage is applied to the DC link until the speed of the second electric motor is less than a speed threshold. Consequently, destruction of the power electronics unit can be reliably prevented.
  • the speed threshold can be set to the specified speed. This allows for easy setting of the speed threshold.
  • the speed threshold can be set to a speed lower than the specified speed. This allows for a safety margin to be taken into account, thus reliably preventing damage to the power electronics unit.
  • the method may include the following step: after the speed of the second electric machine is lower than the speed threshold, controlling the first electric machine such that a predetermined voltage greater than the minimum voltage is applied to the DC link. Accordingly, control mechanisms can be provided in the hybrid vehicle even after the second electric machine falls below the predetermined speed.
  • the method may additionally comprise the following step: if the speed of the second electrical machine is lower than the specified speed and a specified time has elapsed since the voltage in the DC link fell below the specified minimum voltage, reconnecting the high-voltage power supply to the DC link so that the backup low-voltage power supply is supplied and operating, and switching the power electronics unit of the second electrical machine into the active short circuit. Consequently, the high-voltage power supply is reconnected to the DC link, and the backup low-voltage power supply can be operated. The power electronics unit can then be switched into the active short circuit so that a counter-induced voltage can be dissipated.
  • the specified speed can be set between 9000 and 10500 rpm.
  • the specified speed can be set between 9000 and 9500 rpm.
  • the specified speed can be set to 9344 rpm. At these speeds, an increase in the counter-electromotive force beyond the dielectric strength of the transistors in the power electronics unit is reliably prevented, even at low temperatures.
  • a low-voltage power supply failure can be detected when the voltage falls below a specified threshold. Consequently, low-voltage power supply failure detection can be easily implemented.
  • a control device is designed and programmed to carry out the method according to one of the above aspects.
  • the control device is Accordingly, the control device is designed and programmed to receive corresponding input signals, evaluate and process them, and output corresponding output signals or control signals to the corresponding components of the hybrid vehicle. Consequently, the control device can provide the same advantages as the method according to the invention.
  • a hybrid vehicle according to the invention comprises the control device according to the above aspect. Accordingly, the hybrid vehicle can provide the same advantages as the method according to the invention.
  • Fig. 1 shows a time profile of a speed of an electric machine when a vehicle coasts to a stop without active braking
  • Fig. 2 shows a curve of a counter-electromotive force over the speed of the electric machine
  • Fig. 3 shows a curve of the dielectric strength of a transistor over a temperature
  • Fig. 4 shows time profiles of an intermediate circuit voltage, a voltage of a low-voltage power supply, a voltage of a backup low-voltage power supply, a voltage of an internal low-voltage power supply, a trigger signal for an active short circuit and a trigger signal for an active discharge in the event of a failure of the low-voltage power supply;
  • Fig. 5 Time profiles of the intermediate circuit voltage, the voltage of the low-voltage power supply, the voltage of the backup low-voltage power supply, the voltage of the internal low-voltage power supply, the trigger signal for the active short circuit and the trigger signal for the active discharge in the event of a failure of the low-voltage power supply and a reconnection of a high-voltage power supply to an intermediate circuit; and
  • Fig. 6 is a flowchart of a method for controlling a hybrid vehicle including a serial drive mode according to the present invention.
  • a first electric machine for generating electrical energy is driven by an internal combustion engine.
  • the electrical energy generated by the first electric machine is supplied to a second electric machine, which serves as the drive motor for at least one wheel of the hybrid vehicle, via a DC link.
  • a transmission and/or corresponding connecting power transmission elements can be provided between the second electric machine and the at least one wheel.
  • the second electrical machine can be designed such that a generateable back-electromotive force (back-EMF) is higher than a dielectric strength or a permissible collector-emitter voltage of transistors installed in a power electronics unit (PEU), e.g., in an inverter, of the second electrical machine.
  • back-EMF back-electromotive force
  • PEU power electronics unit
  • suitable control mechanisms can be implemented during normal operation, such as adapted field-oriented control or an active short circuit, in which the transistors in the power electronics unit are short-circuited to dissipate the back-electromotive force.
  • the hybrid vehicle further comprises a high-voltage power supply connected to the DC link, in particular a high-voltage battery, which can alternatively or additionally provide electrical energy to drive the second electric motor. Furthermore, electrical energy can be stored in the high-voltage power supply in the event of recuperation by the second electric motor.
  • the hybrid vehicle also includes a low-voltage power supply, in particular a low-voltage battery, to provide an internal low-voltage power supply for lower-power consumers, such as the control device.
  • a low-voltage power supply in particular a low-voltage battery
  • the hybrid vehicle has a backup low-voltage power supply powered by the DC link.
  • the backup low-voltage power supply draws energy from the DC link and converts it into lower-voltage energy.
  • the backup low-voltage power supply is activated in the event of a low-voltage power supply failure and then takes over the internal low-voltage power supply, including for powering the control device.
  • the backup low-voltage power supply is supplied via the DC link and, in the event of a failure of the low-voltage power supply, takes over the internal low-voltage power supply to enable an active short circuit in the power electronics unit of the second electrical machine.
  • the low-voltage power supply fails, the high-voltage power supply is also disconnected from the DC link to prevent uncontrolled feedback.
  • an active discharge of the DC link occurs, so that the DC link voltage in the DC link falls below a predetermined minimum voltage after some time. Once this minimum voltage is undershot, the backup low-voltage power supply can no longer be supplied, meaning that an active short circuit in the power electronics unit of the second electrical machine and active discharge of the DC link can no longer be maintained.
  • the following section first describes the relationship between the rotational speed of the second electric machine and the counter-electromotive force generated. Furthermore, the dielectric strength of the transistors installed in the power electronics unit of the second electric machine is explained.
  • FIG. 1 shows a speed curve of the second electric motor over time in such a situation. It can be seen that if the low-voltage power supply fails at 0 rpm, the second electric motor rotates at a speed of approximately 13,000 rpm. The hybrid vehicle and the second electric motor only come to a stop after approximately 5 minutes.
  • Fig. 2 shows the relationship between the intermediate circuit voltage in the DC link, which results from the counter-electromotive force generated in the second electrical machine, and the speed of the second electrical machine. It can be seen that the intermediate circuit voltage increases approximately linearly with the speed in the speed range under consideration. A DC link voltage of 700 V is achieved at a speed of 9344 rpm and a DC link voltage of 750 V at a speed of 10096 rpm. Furthermore, it was determined that the intermediate circuit voltage increases at a rate of 530 V/ms when the counter-electromotive force is fed back into the DC link.
  • Fig. 3 shows a curve of the dielectric strength or a permissible collector-emitter voltage for the transistors used in the power electronics of the second electric machine over a temperature. It can be seen that the dielectric strength at a temperature greater than 25 °C has a constant value of 750 V. Below 25 °C, the dielectric strength decreases linearly to a value of 700 V at a temperature of -40 °C. Since such low temperatures must also be taken into account in the automotive sector, the intermediate circuit voltage generated by the counter-electromotive force must be below 700 V to prevent damage to the power electronics unit of the second electrical machine.
  • the speed of the second electric motor must be less than 9344 rpm.
  • the diagram in Fig. 1 shows that a period of approximately 1 minute is required for the speed of the second electric motor to decrease to a lower value during coasting without active braking, thus eliminating the risk of damage to the transistors in the power electronics unit.
  • Figure 4 illustrates the time profile of the intermediate circuit voltage, a voltage of the low-voltage power supply, a voltage of the backup low-voltage power supply, a voltage of the internal low-voltage power supply, a trigger signal for the active short circuit in the power electronics unit, and a trigger signal for the active discharge of the DC intermediate circuit in the event of a low-voltage power supply failure.
  • the low-voltage power supply begins to drop and, after a while, falls below a specified voltage threshold of 6 V. If this voltage threshold is undershot, a failure of the low-voltage power supply is determined.
  • the voltage threshold for the low-voltage power supply can also be set to a different value between 6 and 9 V.
  • the backup low-voltage power supply takes over the supply of electrical energy to the internal low-voltage power supply in the hybrid vehicle, so that the internal power supply is operated at the voltage of the backup low-voltage power supply, currently 8.25 V.
  • the backup low-voltage power supply can also have a different voltage value.
  • the high-voltage power supply is disconnected from the DC link.
  • the active short circuit in the power electronics no unit of the second electrical machine and the active discharge of the DC link is triggered.
  • the active discharge is carried out for a duration of 2 s, as this time is needed for the DC link voltage to drop to the minimum voltage of 60 V. If the DC link voltage falls below this minimum voltage, operation of the backup low-voltage power supply can no longer be maintained. Consequently, the active short circuit in the power electronics unit of the second electrical machine can no longer be maintained due to a failure of the required control device and the transistors in the power electronics unit are in freewheeling mode. For the same reason, active discharge of the DC link can no longer take place.
  • the minimum voltage can also have a different value, e.g. 50 V.
  • a failure of the low-voltage power supply occurs at a high speed of the second electric machine, the time until the speed falls below the specified speed, below which there is no longer any risk of damage to the power electronics unit, is significantly longer than 2 s. Accordingly, two cases must be distinguished when controlling the hybrid vehicle. In the first case, the speed is lower than the specified speed when the low-voltage power supply of the second electric machine fails, and there is no risk of destruction of the power electronics unit, i.e., the transistors installed therein. In the second case, the speed of the second electric machine is higher than the specified speed when the low-voltage power supply fails, and the power electronics unit, i.e., the transistors, are destroyed.
  • Fig. 5 shows time courses of an intermediate circuit voltage, the voltage of the low-voltage power supply, the voltage of the backup low-voltage power supply, the voltage of the internal low-voltage power supply, the trigger signal for the active short circuit and the trigger signal for the active discharge.
  • the hybrid vehicle is first started and the low-voltage power supply is switched on and supplies the internal low-voltage power supply.
  • the high-voltage power supply is connected to the DC link and the DC link voltage rises to a nominal voltage of 350 V by time t3.
  • the backup low-voltage power supply supplied from the DC link is initialized to provide a voltage of 8.25 V.
  • the low-voltage power supply begins to decrease. Consequently, the voltage of the internal low-voltage power supply also decreases accordingly.
  • the voltage of the low-voltage power supply falls below the specified voltage threshold of 6 V, and the backup low-voltage power supply takes over the supply of power to the internal low-voltage power supply. Consequently, the voltage of the internal low-voltage power supply also drops to the voltage of the backup low-voltage power supply of 8.25 V.
  • the high-voltage power supply is disconnected from the DC link, triggering an active short circuit in the power electronics unit and an active discharge of the DC link. Consequently, the DC link voltage decreases.
  • the voltage of the low-voltage power supply has dropped to 0 V.
  • the intermediate circuit voltage has dropped to the minimum voltage of 60 V, and consequently, no more power can be supplied to the internal low-voltage power supply by the backup low-voltage power supply. From this point onward, the active short circuit and active discharge can no longer be maintained because a dedicated control device is no longer supplied with power.
  • the high-voltage power supply is reconnected to the DC link and the DC link voltage increases accordingly.
  • the intermediate circuit voltage exceeds 60 V, and consequently, the backup low-voltage power supply can operate again and supply the active short-circuit control device with electrical energy via the internal low-voltage power supply. However, the active discharge is not triggered.
  • the high-voltage power supply can be disconnected from the DC link again, and the transistors in the power electronics unit can be switched into freewheeling mode. This cycle of active short circuit and freewheeling can also be repeated.
  • a failure of the low-voltage power supply is continuously checked in step S1. As already mentioned, a failure can be detected if the voltage of the low-voltage power supply falls below a specified threshold, e.g., 6 V.
  • step S1 If it is determined in S1 that there is no failure of the low-voltage power supply (NO in S1), the method proceeds to step S2. Normal operation of the hybrid vehicle then occurs, ensuring that the counter-electromotive force is not increased beyond the dielectric strength, for example, by control mechanisms such as a suitable field-oriented control or an active short circuit.
  • step S3 the high-voltage power supply is disconnected from the DC link.
  • the active short circuit in the power electronics unit of the second electric machine and the active discharge in the DC link are triggered.
  • step S4 in which it is checked whether the speed of the second electric machine is greater than the specified speed, e.g. 9344 rpm.
  • step S4 If the rotational speed of the second electric machine is lower than the predetermined rotational speed (NO in S4), the process goes to step S5 and the control described with reference to Fig. 5 is carried out. Otherwise (YES in S4), the method proceeds to step S6, in which the first electric machine is driven by the internal combustion engine such that at least the predetermined minimum voltage is present in the DC link.
  • the predetermined minimum voltage corresponds to the DC link voltage, e.g., 60 V, at which the backup low-voltage power supply can operate. Consequently, an active short circuit can be maintained in the power electronics unit of the second electric machine, preventing its destruction, in particular of the transistors installed therein.
  • the first electric machine can also be driven such that a higher voltage than the minimum voltage is present in the DC link.
  • step S7 it is checked whether the speed of the second electric machine has fallen below a speed threshold.
  • the speed threshold can be set to the specified speed, e.g., 9344 rpm, or to a lower speed, e.g., 600 rpm. If the current speed of the second electric machine is greater than the speed threshold (NO in S7), the first electric machine continues to be driven by the internal combustion engine in step S6 such that at least the minimum voltage is present in the DC link.
  • step S7 the method goes to step S8, in which the first electrical machine is controlled such that a predetermined voltage, e.g., 70 V, which is greater than the minimum voltage, is applied to the DC link.
  • a predetermined voltage e.g., 70 V
  • step S9 checks whether the first electric machine is still rotating. If this is the case (YES in S9), the method returns to step S8.
  • the process goes to S10 and the hybrid vehicle is switched off.
  • the method can thus prevent the destruction of a power electronics unit in a case in which the transistors installed therein have a lower dielectric strength than the counter-electromotive force that can be generated by the second electrical machine.
  • the invention can also be implemented by a control device that is designed and programmed to carry out the method.
  • the control device is accordingly designed and programmed to receive corresponding input signals, evaluate and process them, and output corresponding output signals or control signals to the corresponding components of the hybrid vehicle.
  • the control device can be implemented by a dedicated computing unit or by distributed computing units. The control device can then be installed in the hybrid vehicle.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, das einen Modus zum seriellen Antrieb umfasst, bei dem eine erste elektrische Maschine zum Erzeugen von elektrischer Energie durch eine Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, um einer zweiten elektrischen Maschine, die als Antriebsmaschine für mindestens ein Rad des Hybridfahrzeugs dient, elektrische Energie über einen Gleichstromzwischenkreis zuzuführen, wobei das Hybridfahrzeug ferner eine mit dem Gleichstromzwischenkreis verbundene Hochvolt-Energieversorgung, eine Niedervolt-Energieversorgung und eine über den Gleichstromzwischenkreis versorgte Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung umfasst, wobei das Verfahren aufweist: Erkennen eines Ausfalls der Niedervolt-Energieversorgung, bei dem eine Trennung der Hochvolt-Energieversorgung von dem Gleichstromzwischenkreis, eine aktive Entladung des Gleichstromzwischenkreises und ein aktiver Kurzschluss in der Leistungselektronikeinheit erfolgen, Erfassen einer Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine, und wenn die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine größer oder gleich einer vorgegebenen Drehzahl ist, Antreiben der ersten elektrischen Maschine durch die Verbrennungskraftmaschine derart, dass zumindest eine vorgegeben Minimalspannung an dem Gleichstromzwischenkreis anliegt, so dass die Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung versorgt ist und arbeitet, und Beibehalten des aktiven Kurzschlusses in der Leistungselektronikeinheit.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, Steuervorrichtung und Hybridfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, das einen Modus zum seriellen Antrieb umfasst. Bei dem Modus zum seriellen Antrieb ist eine erste elektrische Maschine zum Erzeugen von elektrischer Energie durch eine Verbrennungskraftmaschine antreibbar, um einer zweiten elektrischen Maschine, die als Antriebsmaschine für mindestens ein Rad des Hybridfahrzeugs dient, elektrische Energie über einen Gleichstromzwischenkreis zuzuführen. Das Hybridfahrzeug umfasst insbesondere eine mit dem Gleichstromzwischenkreis verbundene Hochvolt-Energieversorgung, eine Niedervolt-Energieversorgung und eine über den Gleichstromzwischenkreis versorgte Ersatz-Niedervolt-Energiever- sorgung. Außerdem betrifft die Erfindung eine Steuervorrichtung, die ausgebildet und programmiert ist, das Verfahren auszuführen, sowie ein Hybridfahrzeug mit der Steuervorrichtung.
Ein Hybridfahrzeug, das einen Betriebsmodus zum seriellen Hybridantrieb ermöglicht, bei dem eine Verbrennungskraftmaschine als Antriebsmaschine für eine erste elektrische Maschine zum Erzeugen von elektrischer Energie wirkt, um mit der elektrischen Energie eine zweite elektrische Maschine als Antriebsmaschine für eine Getriebeeingangswelle, d.h. für Räder des Hybridfahrzeugs, zu betreiben, ist aus DE 10 2017 127 695 A1 bekannt. Der Offenbarungsgehalt davon ist hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
Bei einem derartigen Hybridfahrzeug kann eine elektrische Maschine derart ausgelegt sein, dass eine durch die elektrische Maschine erzeugbare gegenelektromotorische Kraft (Back-EMF) höher als eine Spannungsfestigkeit bzw. eine zulässige Kollektor-Emitter-Spannung eines Transistors, z.B. eines IGBT, in einer Leistungselektronikeinheit der elektrischen Maschine ist, so dass Probleme in Bezug auf eine Hochvolt-Sicherheit auftreten können. Um eine Überschreitung der Spannungsfestigkeit durch die gegenelektromotorische Kraft während eines Betriebs zu vermeiden, werden geeignete Steuermechanismen, wie etwa eine angepasste feldorientierte Steuerung bzw. Regelung oder ein aktiver Kurzschluss der Leistungselektronikeinheit, implementiert. In einem Fehlerfall, in dem eine Niedervolt-Energieversorgung ausfällt, kann ein Betrieb derartiger Steuermechanismen aufgrund eines Ausfalls einer dafür vorgesehenen Steuervorrichtung nicht länger aufrechterhalten werden, so dass es bei Erzeugung einer hohen gegenelektromotorischen Kraft zu einer Beschädigung der Leistungselektronikeinheit, insbesondere der Transistoren in der Leistungselektronikeinheit, kommt.
Bei der Entwicklung und Implementierung von Gegenmaßnahmen müssen zudem Einschränkungen berücksichtigt werden. Es ist keine Energieversorgung verfügbar, die in ausreichend kurzer Zeit nach einem Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung und einem Absinken einer Zwischenkreisspannung unter eine vorgegebene Minimalspannung, bei der die Ersatz-Niederspannungs-Energieversorgung nicht länger betrieben werden kann, startbar ist, um den aktiven Kurzschluss in der Leistungselektronikeinheit zum Vermeiden einer Beschädigung der Transistoren beizubehalten. Außerdem sind ein Bauraumbedarf, eine Verfügbarkeit von Komponenten und die dafür erforderlichen Kosten zu berücksichtigen.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beseitigen oder zumindest zu mindern. Es ist insbesondere Aufgabe der Erfindung, eine Technik bereitzustellen, die eine Beschädigung einer Leistungselektronikeinheit, d.h. der darin verwendeten Transistoren, auch bei Auftreten einer hohen gegenelektromotorischen Kraft bei Ausfall einer Niedervolt-Energieversorgung zuverlässig verhindert.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, das einen Modus zum seriellen Antrieb umfasst, bei dem eine erste elektrische Maschine zum Erzeugen von elektrischer Energie durch eine Verbrennungskraftma- schine antreibbar ist, um einer zweiten elektrischen Maschine, die als Antriebsmaschine für mindestens ein Rad des Hybridfahrzeugs dient, elektrische Energie über einen Gleichstromzwischenkreis zuzuführen. Das Hybridfahrzeug umfasst ferner eine mit dem Gleichstromzwischenkreis verbundene Hochvolt-Energieversorgung, eine Niedervolt-Energieversorgung und eine über den Gleichstromzwischenkreis versorgte Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung.
Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Erkennen eines Ausfalls der Niedervolt-Energieversorgung, bei dem eine Trennung der Hochvolt-Energieversorgung von dem Gleichstromzwischenkreis, eine aktive Entladung des Gleichstromzwischenkreises und ein aktiver Kurzschluss in der Leistungselektronikeinheit erfolgen; Erfassen einer Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine, und wenn die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine größer oder gleich einer vorgegebenen Drehzahl ist, Antreiben der ersten elektrischen Maschine durch die Verbrennungskraftmaschine derart, dass zumindest eine vorgegeben Minimalspannung an dem Gleichstromzwischenkreis anliegt, so dass die Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung versorgt ist und arbeitet, und Beibehalten des aktiven Kurzschlusses in der Leistungselektronikeinheit.
Dabei kann die erste elektrischen Maschine durch die Verbrennungskraftmaschine so lange derart angetrieben werden, dass zumindest die vorgegebene Minimalspannung an dem Gleichstromzwischenkreis anliegt, bis die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine kleiner als ein Drehzahlschwellwert ist. Demzufolge kann eine Zerstörung der Leistungselektronikeinheit mit Sicherheit verhindert werden.
Der Drehzahlschwellwert kann auf die vorgegebene Drehzahl festgelegt sein. Demzufolge ist eine einfache Festlegung des Drehzahlschwellwerts möglich.
Außerdem kann der Drehzahlschwellwert auf eine Drehzahl festgelegt werden, die kleiner als die vorgegebene Drehzahl ist. Folglich kann eine Sicherheitsmarge berücksichtigt werden, so dass eine Zerstörung der Leistungselektronikeinheit mit Sicherheit unterbunden wird. Das Verfahren kann folgenden Schritt aufweisen: nachdem die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine kleiner als der Drehzahlschwellwert ist, Steuern der ersten elektrische Maschine derart, dass eine vorgegebene Spannung, die größer als die Minimalspannung ist, an dem Gleichstromzwischenkreis anliegt. Demzufolge können auch nach Unterschreiten der vorgegebenen Drehzahl durch die zweite elektrischen Maschine Steuermechanismen in dem Hybridfahrzeug bereitgestellt werden.
Das Verfahren kann zusätzlich folgenden Schritt aufweisen: wenn die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine kleiner als die vorgegebene Drehzahl ist und eine vorgegebene Zeit abgelaufen ist, seitdem die Spannung im Gleichstromzwischenkreis unter die vorgegebene Minimalspannung gefallen ist, erneutes Verbinden der Hochvolt-Energieversorgung mit dem Gleichstromzwischenkreis, so dass die Er- satz-Niedervolt-Energieversorgung versorgt ist und arbeitet, und Schalten der Leistungselektronikeinheit der zweiten elektrischen Maschine in den aktiven Kurzschluss. Demzufolge wird die Hochvolt-Energieversorgung erneut mit dem Zwischenkreis verbunden und die Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung kann betrieben werden. Die Leistungselektronikeinheit ist dann in den aktiven Kurzschluss schaltbar, so dass eine Ableitung einer gegeninduzierten Spannung erfolgen kann.
Die vorgegebene Drehzahl kann zwischen 9000 und 10500 1/min festgelegt sein. Bevorzugt kann die vorgegebene Drehzahl zwischen 9000 und 9500 1/min festgelegt sein. Besonders bevorzugt kann die vorgegebene Drehzahl auf 9344 1/min festgelegt sein. Bei diesen Drehzahlen wird eine Erhöhung der gegenelektromotorischen Kraft über die Spannungsfestigkeit der Transistoren in der Leistungselektronikeinheit auch bei niedrigen Temperaturen zuverlässig verhindert.
Ein Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung kann bei Unterschreiten eines vorgegebenen Spannungsschwellwerts erkannt werden. Demzufolge kann eine Erkennung eines Ausfalls der Niedervolt-Energieversorgung auf einfache Weise implementiert werden.
Eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung ist ausgebildet und programmiert ist, das Verfahren gemäß einem der obigen Aspekte auszuführen. Die Steuervorrichtung ist demzufolge ausgebildet und programmiert, entsprechende Eingangssignale zu empfangen, diese auszuwerten und zu verarbeiten, und entsprechende Ausgabesignale bzw. Steuersignale an die entsprechenden Komponenten des Hybridfahrzeugs auszugeben. Demzufolge kann die Steuervorrichtung dieselben Vorteile wie das erfindungsgemäße Verfahren bereitstellen.
Ein erfindungsgemäßes Hybridfahrzeug weist die Steuervorrichtung gemäß dem obigen Aspekt auf. Demzufolge kann das Hybridfahrzeug dieselben Vorteile wie das erfindungsgemäße Verfahren bereitstellen.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren im Detail beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen zeitlichen Verlauf einer Drehzahl einer elektrischen Maschine bei Auslaufen eines Fahrzeugs ohne aktives Bremsen;
Fig. 2 einen Verlauf einer gegenelektromotorischen Kraft über die Drehzahl der elektrischen Maschine;
Fig. 3 einen Verlauf einer Spannungsfestigkeit eines Transistors über eine Temperatur;
Fig. 4 zeitliche Verläufe einer Zwischenkreisspannung, einer Spannung einer Niedervolt-Energieversorgung, einer Spannung einer Ersatz-Niedervolt-Energieversor- gung, einer Spannung einer internen Niedervolt-Energieversorgung, eines Auslösesignals für einen aktiven Kurzschluss und eines Auslösesignals für eine aktive Entladung bei Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung;
Fig. 5 zeitliche Verläufe der Zwischenkreisspannung, der Spannung der Niedervolt- Energieversorgung, der Spannung der Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung, der Spannung der internen Niedervolt-Energieversorgung, des Auslösesignals für den aktiven Kurzschluss und des Auslösesignals für die aktive Entladung bei Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung und einem erneuten Verbinden einer Hochvolt-Ener- gieversorgung mit einem Zwischenkreis; und Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, das einen Modus zum seriellen Antriebs umfasst, gemäß der vorliegenden Erfindung.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung soll jedoch nicht als einschränkend oder abschließend anzusehen sein.
Bei einem Hybridfahrzeug, das einen Modus zum seriellen Antrieb umfasst, wird eine erste elektrische Maschine zum Erzeugen von elektrischer Energie durch eine Verbrennungskraftmaschine angetrieben. Die durch die erste elektrische Maschine erzeugte elektrische Energie wird einer zweiten elektrischen Maschine, die als Antriebsmaschine für mindestens ein Rad des Hybridfahrzeugs dient, über einen Gleichstromzwischenkreis zugeführt. Selbstverständlich kann zwischen der zweiten elektrischen Maschine und dem mindestens einen Rad ein Getriebe und/oder entsprechende Verbindungs-ZKraftübertragungselemente vorgesehen sein.
Die zweite elektrische Maschine kann so ausgelegt sein, dass eine erzeugbare gegenelektromotorische Kraft (Back-EMF) höher als eine Spannungsfestigkeit bzw. eine zulässige Kollektor-Emitter-Spannung von Transistoren ist, die in einer Leistungselektronikeinheit (PEU), z.B. in einem Wechselrichter, der zweiten elektrischen Maschine verbaut sind. Um eine Erhöhung der gegenelektromotorischen Kraft über die Spannungsfestigkeit der Transistoren hinaus zu verhindern, können bei einem normalen Betrieb geeignete Steuerungsmechanismen, wie etwa eine angepasste feldorientierte Steuerung oder ein aktiver Kurzschluss, bei dem die Transistoren in der Leistungselektronikeinheit zum Ableiten der gegenelektromotorischen Kraft kurzgeschlossen werden, implementiert sein. Ein Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung führt jedoch dazu, dass derartige Steuermechanismen aufgrund eines Ausfalls einer dafür zuständigen Steuervorrichtung nicht länger zur Verfügung stehen, wodurch die Leistungselektronikeinheit, insbesondere die darin verwendeten Transistoren, bei Auftreten einer hohen gegenelektromotorischen Kraft beschädigt werden. Das Hybridfahrzeug umfasst ferner eine mit dem Gleichstromzwischenkreis verbundene Hochvolt-Energieversorgung, insbesondere eine Hochvolt-Batterie, die alternativ oder zusätzlich elektrische Energie zum Antreiben der zweiten elektrischen Maschine bereitstellen kann. Außerdem kann in der Hochvolt-Energieversorgung elektrische Energie im Falle einer Rekuperation durch die zweite elektrische Maschine gespeichert werden.
Das Hybridfahrzeug umfasst außerdem eine Niedervolt-Energieversorgung, insbesondere eine Niedervolt-Batterie, um eine interne Niedervolt-Energieversorgung für Verbraucher mit kleinerer Leistung, wie etwa der Steuervorrichtung, bereitzustellen.
Darüber hinaus verfügt das Hybridfahrzeug über eine über den Gleichstromzwischenkreis versorgte Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung. Das heißt, die Ersatz- Niedervolt-Energieversorgung entnimmt dem Gleichstromzwischenkreis Energie und wandelt diese in Energie mit niedrigerer Spannung um. Die Ersatz-Niedervolt- Energieversorgung wird bei Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung aktiviert und übernimmt dann die interne Niedervolt-Energieversorgung u.a. zur Versorgung der Steuervorrichtung.
Wie beschrieben, ist die Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung über den Gleichstromzwischenkreis versorgt und übernimmt bei Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung die interne Niedervolt-Energieversorgung, um einen aktiven Kurzschluss in der Leistungselektronikeinheit der zweiten elektrischen Maschine zu ermöglichen. Bei Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung wird jedoch auch die Hochvolt-Ener- gieversorgung von dem Gleichstromzwischenkreis getrennt, um eine unkontrollierte Rückspeisung zu verhindern. Im Wesentlichen zeitgleich erfolgt eine aktive Entladung des Gleichstromzwischenkreises, so dass eine Zwischenkreisspannung in dem Gleichstromzwischenkreis nach einiger Zeit unter eine vorgegebene Minimalspannung fällt. Nach Unterschreiten dieser Minimalspannung kann keine Versorgung der Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung mehr erfolgen, so dass auch kein aktiver Kurzschluss in der Leistungselektronikeinheit der zweiten elektrischen Maschine und keine aktive Entladung des Zwischenkreises mehr aufrechterhalten werden können. Nachfolgend wird zunächst ein Zusammenhang zwischen einer Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine und der dabei erzeugten gegenelektromotorischen Kraft beschrieben. Zudem wird eine Spannungsfestigkeit von in der Leistungselektronikeinheit der zweiten elektrischen Maschine verbauten Transistoren erläutert.
Ein Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung kann während einer Fahrt mit hoher Geschwindigkeit oder bei einer Bergabfahrt erfolgen. Unterbleibt ein aktives Bremsen, kommt das Hybridfahrzeug aufgrund von Reibung und Luftwiderstand erst nach einiger Zeit zum Stehen. Fig. 1 zeigt einen Verlauf einer Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine über die Zeit in einer derartigen Situation. Es ist zu erkennen, dass bei Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung bei 0 min die zweite elektrische Maschine mit einer Drehzahl von etwa 13000 1/min dreht. Erst nach ungefähr 5 min kommen das Hybridfahrzeug und auch die zweite elektrische Maschine zum Stillstand.
Fig. 2 zeigt einen Zusammenhang der Zwischenkreisspannung in dem Gleichstromzwischenkreis, die sich aufgrund der in der zweiten elektrischen Maschine erzeugten gegenelektromotorischen Kraft ergibt, und einer Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine. Es ist zu erkennen, dass die Zwischenkreisspannung in dem betrachteten Drehzahlbereich annähernd linear mit der Drehzahl ansteigt. Dabei werden eine Zwischenkreisspannung von 700 V bei einer Drehzahl von 9344 1/min und eine Zwischenkreisspannung von 750 V bei einer Drehzahl von 10096 1/min erreicht. Zudem wurde ermittelt, dass ein Anstieg der Zwischenkreisspannung mit einer Steigung von 530 V/ms bei Rückspeisung der gegenelektromotorischen Kraft in den Gleichstromzwischenkreis erfolgt.
Fig. 3 zeigt einen Verlauf einer Spannungsfestigkeit bzw. einer zulässigen Kollektor- Emitter-Spannung für die in der Leistungselektronik der zweiten elektrischen Maschine verwendeten Transistoren über eine Temperatur. Es ist zu erkennen, dass die Spannungsfestigkeit bei einer Temperatur größer als 25 °C gleichbleibend einen Wert von 750 V aufweist. Unterhalb von 25 °C sinkt die Spannungsfestigkeit linear auf einen Wert von 700 V bei einer Temperatur von -40 °C ab. Da im Automobilbereich auch derart niedrige Temperaturen zu berücksichtigen sind, muss die durch die gegenelektromotorische Kraft erzeugte Zwischenkreisspannung unterhalb von 700 V bleiben, um eine Beschädigung der Leistungselektronikeinheit der zweiten elektrischen Maschine auf jeden Fall zu verhindern.
Wie aus dem Diagramm in Fig. 2 hervorgeht, muss die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine dazu kleiner als 9344 1/min sein. Dem Diagramm aus Fig. 1 ist aber zu entnehmen, dass eine Dauer von annähernd 1 min erforderlich ist, bis sich die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine bei Auslaufen ohne aktives Bremsen auf einen kleineren Wert verringert hat und somit keine Gefahr einer Beschädigung der Transistoren in der Leistungselektronikeinheit mehr besteht.
Anhand von Fig. 4 sollen ein zeitlicher Verlauf der Zwischenkreisspannung, einer Spannung der Niedervolt-Energieversorgung, einer Spannung der Ersatz-Nieder- volt-Energieversorgung, einer Spannung der internen Niedervolt-Energieversorgung, eines Auslösesignals für den aktiven Kurzschluss in der Leistungselektronikeinheit und eines Auslösesignals für die aktive Entladung des Gleichstromzwischenkreises bei Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung beschrieben werden. Wie zu erkennen ist, beginnt die Niedervolt-Energieversorgung zu sinken und unterschreitet nach einiger Zeit einen vorgegebenen Spannungsschwellwert von 6 V. Bei Unterschreiten diese Spannungsschwellwerts wird ein Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung bestimmt. Der Spannungsschwellwert für die Niedervolt-Energieversorgung kann auch auf einen anderen Wert zwischen 6 und 9 V festgelegt sein.
Nachdem die Spannung der Niedervolt-Energieversorgung unter den Spannungsschwellwert gefallen ist, übernimmt die Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung die Zufuhr von elektrischer Energie zur internen Niedervolt-Energieversorgung in dem Hybridfahrzeug, so dass die interne Energieversorgung mit der Spannung der Er- satz-Niedervolt-Energieversorgung von vorliegend 8,25 V betrieben wird. Selbstverständlich kann die Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung auch einen anderen Spannungswert aufweisen.
Im Wesentlichen zeitglich zum Unterschreiten des vorgegebenen Spannungsschwellwerts wird die Hochvolt-Energieversorgung von dem Gleichstromzwischenkreis getrennt. Außerdem werden der aktive Kurzschluss in der Leistungselektroni- keinheit der zweiten elektrischen Maschine und die aktive Entladung des Gleichstromzwischenkreis ausgelöst. Die aktive Entladung wird dabei für eine Dauer von 2 s durchgeführt, da diese Zeit benötigt wird, damit die Zwischenkreisspannung auf die Minimalspannung von 60 V absinkt. Fällt die Zwischenkreisspannung unter diese Minimalspannung, kann ein Betrieb der Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung nicht länger aufrechterhalten werden. Demzufolge kann auch der aktive Kurzschluss in der Leistungselektronikeinheit der zweiten elektrischen Maschine aufgrund eines Ausfalls der dafür erforderlichen Steuervorrichtung nicht länger beibehalten werden und die Transistoren in der Leistungselektronikeinheit befinden sich im Freilauf. Aus dem gleichen Grund kann auch keine aktive Entladung des Gleichstromzwischenkreises mehr erfolgen. Es ist anzumerken, dass die Minimalspannung auch einen anderen Wert, z.B. 50 V, aufweisen kann.
Wenn, wie in dem Beispiel von Fig. 1 gezeigt, ein Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung bei hoher Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine erfolgt, ist die Dauer, bis die Drehzahl unter die vorgegebene Drehzahl fällt, unterhalb derer keine Gefahr einer Beschädigung der Leistungselektronikeinheit mehr besteht, jedoch deutlich länger als 2 s. Demzufolge sind bei der Steuerung des Hybridfahrzeugs zwei Fälle zu unterscheiden. Im ersten Fall ist die Drehzahl bei Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung der zweiten elektrischen Maschine geringer als die vorgegebene Drehzahl und es besteht keine Gefahr einer Zerstörung der Leistungselektronikeinheit, d.h. der darin verbauten Transistoren. Im zweiten Fall ist die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine bei Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung höher als die vorgegebene Drehzahl und die Leistungselektronikeinheit, d.h. die Transistoren, werden zerstört.
Zunächst soll anhand von Fig. 5 der Fall beschrieben werden, in dem die Drehzahl unterhalb der vorgegebenen Drehzahl ist. Gemäß dem oben beispielhaft beschriebenen Szenario ist die vorgegebene Drehzahl auf 9344 1/min festgelegt, um eine Zerstörung der Transistoren auch bei einer niedrigen Temperatur von -40°C zuverlässig zu verhindern. Fig. 5 zeigt zeitliche Verläufe einer Zwischenkreisspannung, der Spannung der Niedervolt-Energieversorgung, der Spannung der Ersatz-Niedervolt-Energieversor- gung, der Spannung der internen Niedervolt-Energieversorgung, des Auslösesignals für den aktiven Kurzschluss und des Auslösesignals für die aktive Entladung.
Zur Zeit t1 erfolgt zunächst ein Start des Hybridfahrzeugs und die Niedervolt-Energieversorgung wird eingeschaltet und versorgt die interne Niedervolt-Energieversorgung.
Zur Zeit t2 erfolgt ein Verbinden der Hochvolt-Energieversorgung mit dem Gleichstromzwischenkreis und die Zwischenkreisspannung steigt bis zur Zeit t3 auf eine Nennspannung von 350 V an.
Zur Zeit t3 wird die aus dem Gleichstromzwischenkreis versorgte Ersatz-Niedervolt- Energieversorgung initialisiert, um eine Spannung von 8,25 V bereitzustellen.
Zur Zeit t4 beginnt eine Verringerung der Niedervolt-Energieversorgung. Folglich nimmt auch die Spannung der internen Niedervolt-Energieversorgung entsprechend ab.
Zur Zeit t5 unterschreitet die Spannung der Niedervolt-Energieversorgung den vorgegebenen Spannungsschwellwert von 6 V und die Ersatz-Niedervolt-Energiever- sorgung übernimmt die Zufuhr von Energie zu der internen Niedervolt-Energieversorgung. Demzufolge sinkt auch die Spannung der internen Niedervolt-Energieversorgung auf die Spannung der Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung von 8,25 V ab. Im Wesentlichen zeitgleich wird die Hochvolt-Energieversorgung vom Gleichstromzwischenkreis getrennt und es werden der aktive Kurzschluss in der Leistungselektronikeinheit und die aktive Entladung des Gleichstromzwischenkreises ausgelöst. Demzufolge verringert sich die Zwischenkreisspannung.
Zur Zeit t6 ist die Spannung der Niedervolt-Energieversorgung dann auf 0 V abgefallen. Zur Zeit t7 ist die Zwischenkreisspannung auf die Minimalspannung von 60 V gesunken und folglich kann keine Energie mehr durch die Ersatz-Niedervolt-Energie- versorgung an die interne Niedervolt-Energieversorgung bereitgestellt werden. Ab diesem Zeitpunkt können der aktive Kurzschluss und die aktive Entladung nicht länger aufrechterhalten werden, da eine dafür vorgesehene Steuervorrichtung nicht länger mit Energie versorgt ist.
Da die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine jedoch unterhalb einer vorgegebenen Drehzahl liegt, erfolgt keine Zerstörung der Leistungselektronikeinheit bzw. der darin verbauten Transistoren, da die gegenelektromotorische Kraft und somit die Zwischenkreisspannung geringer als eine Spannungsfestigkeit der Transistoren ist.
Zur Zeit t8 wird die Hochvolt-Energieversorgung erneut mit dem Gleichstromzwischenkreis verbunden und die Zwischenkreisspannung steigt entsprechend an.
Zur Zeit t9 überschreitet die Zwischenkreisspannung die Spannung von 60 V und folglich kann auch die Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung wieder arbeiten und die Steuervorrichtung für den aktiven Kurzschluss über die interne Niedervolt-Energieversorgung mit elektrischer Energie versorgen. Es wird jedoch auf ein Auslösen der aktiven Entladung verzichtet.
Nach Durchführen des aktiven Kurzschlusses für eine vorgegebene Zeit kann dann erneut eine Trennung der Hochvolt-Energieversorgung von dem Gleichstromzwischenkreis erfolgen und die Transistoren in der Leistungselektronikeinheit können in einen Freilauf geschaltet werden. Dieser Zyklus aus aktivem Kurzschluss und Freilauf kann auch wiederholt werden.
Da bei einer hohen Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine die Zwischenkreisspannung nach der Beendigung des aktiven Kurzschlusses zum Zeitpunkt t7 mit einer Steigung von 530 V/ms rapide ansteigen würde, kann das Vorgehen zum erneuten Verbinden der Hochvolt-Energieversorgung aus Fig. 5 nicht angewendet werden, um eine Zerstörung der Leistungselektronikeinheit der zweiten elektrischen Maschine zu verhindern. Demzufolge ist für eine hohe Drehzahl bei Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung ein anderes Vorgehen erforderlich. Ein Verfahren, das diesen Umstand berücksichtigt, soll nachfolgend anhand dem in Fig. 6 gezeigten Ablaufdiagramm beschrieben werden.
Nach einem Start des Hybridfahrzeugs wird in einem Schritt S1 zunächst laufend ein Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung geprüft. Wie bereits erwähnt, kann ein Ausfall erkannt werden, wenn die Spannung der Niedervolt-Energieversorgung einen vorgegebenen Spannungsschwellwert, z.B. 6 V, unterschreitet.
Wird in S1 festgestellt, dass kein Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung vorhanden ist (NEIN in S1 ), geht das Verfahren zu Schritt S2. Es erfolgt dann ein normaler Betrieb des Hybridfahrzeugs, bei dem eine Überhöhung der gegenelektromotorischen Kraft über die Spannungsfestigkeit hinaus beispielsweise durch Steuermechanismen, z.B. eine geeignete feldorientierte Steuerung oder einen aktiven Kurzschluss, sichergestellt ist.
Andernfalls (JA in S1 ) geht das Verfahren zu Schritt S3. In Schritt S3 erfolgt eine Trennung der Hochvolt-Energieversorgung von dem Gleichstromzwischenkreis. Zudem werden der aktive Kurzschluss in der Leistungselektronikeinheit der zweiten elektrischen Maschine und die aktive Entladung in dem Gleichstromzwischenkreis ausgelöst.
Nachfolgend geht das Verfahren zu Schritt S4, in dem geprüft wird, ob die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine größer als die vorgegebene Drehzahl, z.B. 9344 1/min, ist.
Ist die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine kleiner als die vorgegebene Drehzahl (NEIN in S4) geht das Verfahren zu Schritt S5 und es wird die anhand von Fig. 5 beschriebene Steuerung durchgeführt. Andernfalls (JA in S4) geht das Verfahren zu Schritt S6, in dem die erste elektrische Maschine durch die Verbrennungskraftmaschine derart angetrieben wird, dass zumindest die vorgegebene Minimalspannung in dem Gleichstromzwischenkreis anliegt. Die vorgegebene Minimalspannung entspricht dabei der Zwischenkreisspannung, z.B. 60 V, bei der die Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung arbeiten kann. Demzufolge kann weiterhin ein aktiver Kurzschluss in der Leistungselektronikeinheit der zweiten elektrischen Maschine aufrechterhalten werden, so dass eine Zerstörung davon, insbesondere der darin verbauten Transistoren, verhindert wird. Die erste elektrische Maschine kann aber auch derart angetrieben werden, dass eine höhere Spannung als die Minimalspannung in dem Zwischenkreis vorhanden ist.
Nachfolgend geht das Verfahren zu Schritt S7 und es wird geprüft, ob die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine unter einen Drehzahlschwellwert gefallen ist. Der Drehzahlschwellwert kann dabei auf die vorgegebene Drehzahl, z.B. 9344 1/min, oder auf eine kleinere Drehzahl, z.B. 600 1/min, festgelegt sein. Ist die aktuelle Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine größer als der Drehzahlschwellwert (NEIN in S7), wird die erste elektrische Maschine durch die Verbrennungskraftmaschine ins Schritt S6 weiterhin derart angetrieben, dass zumindest die Minimalspannung in dem Gleichstromzwischenkreis anliegt.
Andernfalls (JA in S7) geht das Verfahren zu Schritt S8, in dem die erste elektrische Maschine derart gesteuert wird, das eine vorgegebene Spannung, z.B. 70 V, die größer als die Minimalspannung ist, an den Gleichstromzwischenkreis angelegt wird.
Nachfolgend geht das Verfahren zu Schritt S9, in dem geprüft wird, ob sich die erste elektrische Maschine noch dreht. Ist dies der Fall (JA in S9) geht das Verfahren zu Schritt S8 zurück.
Andernfalls (NEIN in S9) geht das Verfahren zu S10 und es erfolgt ein Abschalten des Hybridfahrzeugs. Durch das Verfahren kann somit eine Zerstörung einer Leistungselektronikeinheit in einem Fall verhindert werden, in dem die darin verbauten Transistoren eine niedrigere Spannungsfestigkeit als die durch die zweite elektrische Maschine erzeugbare gegenelektromotorische Gegenkraft aufweisen.
Die Erfindung kann auch durch eine Steuervorrichtung implementiert werden, die ausgebildet und programmiert ist, das Verfahren auszuführen. Die Steuervorrichtung ist demzufolge ausgebildet und programmiert, entsprechende Eingangssignale zu empfangen, diese auszuwerten und zu verarbeiten, und entsprechende Ausga- besignale bzw. Steuersignale an die entsprechenden Komponenten des Hybridfahrzeugs auszugeben. Die Steuervorrichtung kann dabei durch eine dedizierte Recheneinheit oder durch verteile Recheneinheiten implementiert sein. Die Steuervorrichtung kann dann in dem Hybridfahrzeug installiert sein.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, das einen Modus zum seriellen Antrieb umfasst, bei dem eine erste elektrische Maschine zum Erzeugen von elektrischer Energie durch eine Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, um einer zweiten elektrischen Maschine, die als Antriebsmaschine für mindestens ein Rad des Hybridfahrzeugs dient, elektrische Energie über einen Gleichstromzwischenkreis zuzuführen, wobei das Hybridfahrzeug ferner eine mit dem Gleichstromzwischenkreis verbundene Hochvolt-Energieversorgung, eine Niedervolt-Energieversorgung und eine über den Gleichstromzwischenkreis versorgte Ersatz-Niedervolt- Energieversorgung umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Erkennen (S1 ) eines Ausfalls der Niedervolt-Energieversorgung, bei dem eine Trennung der Hochvolt-Energieversorgung von dem Gleichstromzwischenkreis, eine aktive Entladung des Gleichstromzwischenkreises und ein aktiver Kurzschluss in der Leistungselektronikeinheit erfolgen,
Erfassen (S4) einer Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine, und wenn die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine größer oder gleich einer vorgegebenen Drehzahl ist (S4: JA), Antreiben (S6) der ersten elektrischen Maschine durch die Verbrennungskraftmaschine derart, dass zumindest eine vorgegeben Minimalspannung an dem Gleichstromzwischenkreis anliegt, so dass die Er- satz-Niedervolt-Energieversorgung versorgt ist und arbeitet, und Beibehalten (S6) des aktiven Kurzschlusses in der Leistungselektronikeinheit.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei die erste elektrischen Maschine durch die Verbrennungskraftmaschine so lange derart angetrieben wird, dass zumindest die vorgegebene Minimalspannung an dem Gleichstromzwischenkreis anliegt, bis die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine kleiner als ein Drehzahlschwellwert ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Drehzahlschwellwert auf die vorgegebene Drehzahl festgelegt ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Drehzahlschwellwert auf eine Drehzahl festgelegt ist, die kleiner als die vorgegebene Drehzahl ist.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, das folgenden Schritt aufweist: nachdem die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine kleiner als der Drehzahlschwellwert ist, Steuern (S8) der ersten elektrische Maschine derart, dass eine vorgegebene Spannung, die größer als die Minimalspannung ist, an dem Gleichstromzwischenkreis anliegt.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Schritte 1 bis 5, das folgenden Schritt aufweist: wenn die Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine kleiner als die vorgegebene Drehzahl ist und eine vorgegebene Zeit abgelaufen ist, seitdem die Spannung im Gleichstromzwischenkreis unter die vorgegebene Minimalspannung gefallen ist, erneutes Verbinden (S5) der Hochvolt-Energieversorgung mit dem Gleichstromzwischenkreis, so dass die Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung versorgt ist und arbeitet, und Schalten (S5) der Leistungselektronikeinheit der zweiten elektrischen Maschine in den aktiven Kurzschluss.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei die vorgegebene Drehzahl zwischen 9000 und 10500 1/min, bevorzugt zwischen 9000 und 9500 1/min und besonders bevorzugt auf 9344 1/min festgelegt ist.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Ausfall der Niedervolt-Energieversorgung bei Unterschreiten eines vorgegebenen Spannungsschwellwerts erkannt wird.
9. Steuervorrichtung zum Steuern eines Hybridfahrzeugs, das einen Modus zum seriellen Antrieb umfasst, bei dem eine erste elektrische Maschine zum Erzeugen von elektrischer Energie durch eine Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, um einer zweiten elektrischen Maschine, die als Antriebsmaschine für mindestens ein Rad des Hybridfahrzeugs dient, elektrische Energie über einen Gleichstromzwischenkreis zuzuführen, wobei das Hybridfahrzeug ferner eine mit dem Gleichstromzwischenkreis verbundene Hochvolt-Energieversorgung, eine Niedervolt-Energieversorgung und eine über den Gleichstromzwischenkreis versorgte Ersatz-Niedervolt- Energieversorgung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung ausgebildet und programmiert ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
10. Hybridfahrzeug, das einen Modus zum seriellen Antrieb umfasst, bei dem eine erste elektrische Maschine zum Erzeugen von elektrischer Energie durch eine Verbrennungskraftmaschine antreibbar ist, um einer zweiten elektrischen Maschine, die als Antriebsmaschine für mindestens ein Rad des Hybridfahrzeugs dient, elektrische Energie über einen Gleichstromzwischenkreis zuzuführen, wobei das Hybridfahrzeug ferner eine mit dem Gleichstromzwischenkreis verbundene Hochvolt-Ener- gieversorgung, eine Niedervolt-Energieversorgung und eine über den Gleichstromzwischenkreis versorgte Ersatz-Niedervolt-Energieversorgung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es die Steuervorrichtung gemäß Anspruch 9 aufweist.
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