DE102019206220A1 - Verfahren zum Vergleichen eines elektrischen Stroms eines elektrochemischen Energiespeichers mit einem Sollstrom - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Vergleichen eines erfassten elektrischen Stroms Iacteines elektrochemischen Energiespeichers eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs mit einem elektrischen Sollstrom Isetdes elektrochemischen Energiespeichers.

Description

• Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Vergleichen eines elektrischen Stroms eines elektrochemischen Energiespeichers eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs mit einem elektrischen Sollstrom des elektrochemischen Energiespeichers, einem elektrischen Antriebssystem mit mindestens einem elektrochemischen Energiespeicher, einem Computerprogrammprodukt sowie einem computerlesbaren Medium gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
• Stand der Technik
• Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb bieten, im Gegensatz zu Fahrzeugen mit konventionellem Antrieb, die Möglichkeit mittels Rekuperation Energie beim Verzögern zurückzugewinnen. Bei hoher Rekuperationsleistung entstehen teilweise hohe negative Radmomente die, insbesondere in Kurvenfahrten, zur Instabilität des Fahrzeugs führen können. Ebenso wie das Rekuperationsmoment kann ein hohes Antriebsmoment während der Kurvenfahrt die Stabilität des Fahrzeugs gefährden.
• Um ein ungewollt niedriges Antriebsmoment, als auch ein ungewollt hohes Antriebsmoment sicher zu erkennen und zu vermeiden ist nach aktuellem Stand eine hohe Genauigkeit sowie Zuverlässigkeit der Sensoren wie auch eine präzise Absicherung des Entwicklungsprozesses entsprechend der ISO-Norm 26262 notwendig.
• Das Dokument DE 10 2017 204 132 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebs eines Fahrzeugs, wobei ein Sollmoment wenigstens aus einem Fahrerwunschmoment berechnet wird, ein zulässiges Drehmoment wenigstens aus dem Fahrerwunschmoment berechnet wird, wobei das Sollmoment mit dem zulässigen Drehmoment verglichen wird und das Sollmoment an wenigstens ein Antriebssteuergerät des Antriebs weitergegeben wird, falls eine Abweichung des Sollmoments vom zulässigen Drehmoment unterhalb eines Schwellwerts ist.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
• Offenbarung der Erfindung
• Vorteile der Erfindung
• Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
1. a) Erfassen einer Drehzahlgröße n_act, die eine Drehzahl eines elektrischen Motors des Fahrzeugs repräsentiert;
2. b) Ermitteln einer Fahrerwunschmomentgröße M, die ein Fahrerwunschmoment in Abhängigkeit einer Fahrpedalstellung APP_act (108) des Fahrzeugs repräsentiert;
3. c) Erfassen einer Spannungsgröße U_act, die eine elektrische Spannung des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert;
4. d) Bestimmen des elektrischen Sollstroms I_set gemäß I_set $I_{set}=\frac{2\ast \pi \ast M\ast n_{act}}{U_{act}};$
   
5. e) Vorgeben eines zulässigen Stromintervalls I_Hi, I_Lo zumindest teilweise in Abhängigkeit des elektrischen Sollstroms I_set;
6. f) Erzeugen einer Plausibilitätsinformation in Abhängigkeit eines Vergleichs des elektrischen Stroms I_act mit dem Stromintervall I_Hi, I_Lo.
• Vorteilhafterweise wird eine Korrelation des umgesetzten Antriebsmoments mit dem aktuellen Strom zur Erkennung einer fehlerhaften Momentenstellung genutzt. Dadurch können ungewollt hohe Antriebs- und Rekuperationsmomente aufgrund einer fehlerhaften Momentenberechnung im Momentenpfad, beispielsweise aufgrund eines Sensorfehlers, Stellerfehlers und/oder Berechnungsfehlers, bei elektrisch antreibbaren Fahrzeugen erkannt und vermieden werden.
• In Schritt d) werden in einer vorteilhaften Ausführungsform neben der Antriebsleistung weiter Verlustleistungen P₁, beispielsweise durch elektrische Leitungen, Wirkungsgradverluste P₂, beispielsweise eines elektrischen Motors und/oder Inverters, und/oder Leistungen von Nebenverbrauchern P₃, wie beispielsweise Klimaanlage, Heizung und/oder Gleichspannungswandler, berücksichtigt. Die geschieht insbesondere durch Addition der weiteren elektrischen Leistungen zur Antriebsleistung P₀ = 2 * π * M * n_act, so dass sich für den elektrischen Sollstrom $I_{set}=\frac{\left(2\ast \pi \ast M\ast n_{act}\right)+P_1+P_2+P_3}{U_{act}}$

  

  ergibt.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die dargestellte Reihenfolge der Ausführungsform beschränkt. Vielmehr können die Schritte a) bis c) in beliebiger Reihenfolge, wiederholt, zeitlich nacheinander und/oder gleichzeitig erfolgen.
• Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Die Plausibilitätsinformation repräsentiert einen unplausiblen elektrischen Strom I_act, falls der elektrische Strom I_act außerhalb des Stromintervalls I_Hi, I_Lo liegt.
• Anhand der Plausibilitätsinformation können ungewollt hohe Antriebs- und Rekuperationsmomente frühzeitig und ohne zusätzliche Absicherungsmaßnahmen erkannt werden.
• Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ferner vorteilhaften Schritt:
• g) Einleiten von Maßnahmen, insbesondere Reduzierung eines maximal zulässigen elektrischen Stroms, um ein ungewolltes Drehmoment zu vermeiden, in Abhängigkeit der Plausibilitätsinformation.
• Dadurch können instabile Fahrsituationen des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs und mögliche Personenschäden verhindert werden. Die eingeleiteten Maßnahmen trennen in einer vorteilhaften Ausführungsform die elektrische Verbindung zwischen elektrochemischen Energiespeicher und dem Fahrzeug. Dadurch bleibt die Fahrstabilität des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs erhalten.
• Die Fahrpedalstellung APP_act des Fahrzeugs umfasst eine Plausibilisierung von Rohwerten APP_1,rαw. APP_2,rαw der Fahrpedalstellung.
• Das erfindungsgemäße elektrische Antriebssystem umfasst mindestens einen elektrochemischen Energiespeicher, mindestens einen Spannungssensor, mindestens einen Stromsensor und Mittel, die geeignet sind, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Vorteilhafterweise kann die Genauigkeit und die Redundanz der Sensoren und somit der Systemkosten reduziert werden. Ebenso können die bisher notwendigen Absicherungsmaßnahmen verringert und so der Entwicklungsaufwand reduziert werden.
• Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt umfasst Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführt.
• Vorteilhafterweise ist das Computerprogramm auf einem computerlesbaren Medium gespeichert.
• Figurenliste
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 eine beispielhafte Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystems eines Fahrzeugs; und
• 2 eine schematische Darstellung eines Stromverlaufs einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
• 3 eine schematische Darstellung eines Stromverlaufs einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.
• 1 zeigt eine beispielhafte Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsystems 100 eines Fahrzeugs. Das elektrische Antriebsystem 100 umfasst ein Batteriemanagementsystem 101 und eine Steuereinheit 103 („Vehicle-Control-Unit“). Die Steuereinheit 103 erfasst Größen 102(1), 102(2), die eine Fahrpedalstellung des Fahrpedals 102 repräsentieren.
• Eine Einheit 107 plausibilisiert Rohwerte 104(1), 104(2) der erfassten Größen 102(1), 102(2) der Fahrpedalstellung und übermittelt eine plausibilisierte Fahrpedalstellung 108 an eine Einheit 111.
• Die Einheit 111 erfasst ferner eine Drehzahlgröße 106, die eine Drehzahl eines elektrischen Motors 105 des Fahrzeugs repräsentiert, sowie eine Spannungsgröße 110, die eine elektrische Spannung des elektrochemischen Energiespeichers des Fahrzeugs repräsentiert, wobei die elektrische Spannung mittels eines Spannungssensor 109 erfasst wird. Weiter wird eine Fahrerwunschmomentgröße ermittelt, die ein Fahrerwunschmoment in Abhängigkeit der Fahrpedalstellung 108 des Fahrzeugs repräsentiert.
• Anhand der Drehzahlgröße 106, der Spannungsgröße 110 sowie der Fahrerwunschmomentgröße wird ein elektrischer Sollstrom bestimmt und Grenzen 112(1), 112(2) für ein zulässiges Stromintervall zumindest teilweise in Abhängigkeit des elektrischen Sollstroms vorgegeben.
• Die Grenzen 112(1), 112(2) des zulässigen Stromintervalls sind systemabhängig und können in Abhängigkeit weiterer Betriebsgrößen dynamisch vorgegeben werden, beispielsweise einer Betriebsdauer, einem Ladezustand (SOC) und/oder einem Gesundheitszustand (SOH) des elektrochemischen Energiespeichers, einer Temperatur, einem Umgebungsdruck und/oder in Abhängigkeit von Leistungsanforderungen und/oder Wirkungsgraden von elektrischen Verbrauchern.
• Ferner kann vorgesehen sein zumindest eine der Grenzen 112(1), 112(2) statisch vorzugeben.
• Eine Einheit 115 erzeugt eine Plausibilitätsinformation 116 in Abhängigkeit eines Vergleichs eines elektrischen Stroms 114, wobei der elektrische Strom 114 mittels eines Stromsensors 113 erfasst wird. Die Plausibilitätsinformation 116 repräsentiert einen unplausiblen elektrischen Strom, falls der erfasste elektrische Strom außerhalb des Stromintervalls liegt.
• Mittels einer Einheit 117 werden Maßnahmen in Abhängigkeit der Plausibilitätsinformation 116 eingeleitet, beispielsweise wird ein maximal zulässiger elektrischer Strom reduziert und/oder eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrochemischen Energiespeicher und des elektrischen Motors des Fahrzeugs getrennt, beispielsweise durch Öffnen von Schützen. Dadurch kann eine instabile Fahrsituation, beispielsweise durch ein Ausbrechen des Fahrzeugs, verhindert werden.
• 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Stromverlaufs bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auf der Abszissenachse ist ein zeitlicher Verlauf dargestellt. Auf der Ordinatenachse eine Stromstärke und Stromrichtung eines elektrischen Stroms dargestellt. Ist der elektrische Strom positiv, so findet eine Entladung eines elektrochemischen Energiespeichers statt, beispielsweise bei einem Antriebsmoment. Ist der elektrische Strom negativ, so findet eine Ladung des elektrochemischen Energiespeichers statt, beispielsweise bei einem Rekuperationsmoment.
• Zwischen einem Zeitpunkt t₀ und einem Zeitpunkt t₁ liegt ein zeitlicher Verlauf eines elektrischen Stroms 203 innerhalb eines Strominteralls, welches durch eine obere Grenze 201 und durch eine untere Grenze 202 vorgegeben ist.
• Zu dem Zeitpunkt t₁ überschreitet der elektrische Strom 203 die obere Grenze 201 und liegt somit außerhalb des Stromintervalls. In diesem Fall wird eine Verletzung des zulässigen Moments durch das erfindungsgemäße Verfahren erkannt und die Stromversorgung des elektrischen Motors durch den elektrochemischen Energiespeicher reduziert bzw. abgeschaltet.
• Das Stromintervall wird in der gezeigten Ausführungsform fortlaufend anhand des bestimmten elektrischen Sollstroms vorgegeben. In einer alternativen Ausführungsform wird das Stromintervall zu bestimmten Zeitpunkten vorgegeben.
• 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Stromverlaufs bei einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Auf der Abszissenachse ist ein zeitlicher Verlauf dargestellt. Auf der Ordinatenachse eine Stromstärke und Stromrichtung eines elektrischen Stroms dargestellt. Zwischen Zeitpunkten t₀ und t₁ ist ein elektrischer Strom 302 positiv, der elektrochemische Energiespeicher des Fahrzeugs wird entladen, beispielsweise durch einen Antriebsvorgang. Zwischen Zeitpunkten t₁ und t₂ ist der elektrische Strom 302 negativ, der elektrochemische Energiespeicher des Fahrzeugs wird geladen, beispielsweise durch einen Rekuperationsvorgang. Zwischen Zeitpunkt t₂ und t₃ findet wiederum ein Entladevorgang statt und zwischen den Zeitpunkte t₃ und t₄ ein Ladevorgang.
• Zu einem Zeitpunkt t₄ unterschreitet der elektrische Strom 302 eine untere Grenze 301 und liegt somit außerhalb des Stromintervalls. In diesem Fall wird eine Verletzung des zulässigen Moments erkannt und die Stromversorgung des elektrischen Motors durch den elektrochemischen Energiespeicher reduziert bzw. abgeschaltet.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• DE 102017204132 A1 [0004]

Claims (8)

1. Verfahren zum Vergleichen eines elektrischen Stroms I_act (114, 203, 302) eines elektrochemischen Energiespeichers eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs mit einem elektrischen Sollstrom I_set des elektrochemischen Energiespeichers umfassend folgende Schritte: a) Erfassen einer Drehzahlgröße n_act (106), die eine Drehzahl eines elektrischen Motors (105) des Fahrzeugs repräsentiert; b) Ermitteln einer Fahrerwunschmomentgröße M, die ein Fahrerwunschmoment in Abhängigkeit einer Fahrpedalstellung APP_act (108) des Fahrzeugs repräsentiert; c) Erfassen einer Spannungsgröße U_act (110), die eine elektrische Spannung des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert; d) Bestimmen des elektrischen Sollstroms I_set gemäß $I_{set}=\frac{2\ast \pi \ast M\ast n_{act}}{U_{act}};$

   

   e) Vorgeben eines zulässigen Stromintervalls I_Hi,I_Lo (112(1), 112(2), 201, 202, 301) zumindest teilweise in Abhängigkeit des elektrischen Sollstroms I_set; f) Erzeugen einer Plausibilitätsinformation (116) in Abhängigkeit eines Vergleichs des elektrischen Stroms I_act (114, 203, 302) mit dem Stromintervall I_Hi, I_Lo (112(1), 112(2), 201, 202, 301);
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Plausibilitätsinformation (116) einen unplausiblen elektrischen Strom I_act (114, 203, 302) repräsentiert, falls der elektrische Strom I_act (114, 203, 302) außerhalb des Stromintervalls I_Hi, I_Lo (112(1), 112(2), 201, 202, 301) liegt.
3. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, ferner umfassend folgenden Schritt: g) Einleiten von Maßnahmen (117), insbesondere Reduzierung eines maximal zulässigen elektrischen Stroms, um ein ungewolltes Drehmoment zu vermeiden, in Abhängigkeit der Plausibilitätsinformation (116).
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die eingeleiteten Maßnahmen (117) die elektrische Verbindung zwischen elektrochemischen Energiespeicher und dem Fahrzeug trennen.
5. Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Fahrpedalstellung APP_act (107) des Fahrzeugs eine Plausibilisierung von Rohwerten APP_1,raw,APP_2,raw (104(1), 104(2)) der Fahrpedalstellung (102(1), 102(2)) umfasst.
6. Elektrisches Antriebssystem mit mindestens einem elektrochemischen Energiespeicher, mindestens einem Spannungssensor (109), mindestens einem Stromsensor (109) und Mittel (101), die geeignet sind, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 auszuführen.
7. Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass das elektrische Antriebssystem des Anspruchs 6 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausführt.
8. Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.

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