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Title:
METHOD FOR INCREASING THE AVAILABILITY OF AN ELECTRIC BRAKING TORQUE OF AT LEAST ONE ELECTRIC MACHINE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/234022
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for increasing the availability of an electric braking torque of at least one electric machine (10, 20) independently of the state of charge of at least one battery (32) which is coupled to said electric machine and which is operated by means of a battery management system (34). The following method steps are performed: the at least one electric machine (10, 20) is operated in generator mode. The occurrence of an "emergency braking" event is communicated to the battery management system (34) of at least one battery (32) having a high state of charge; the operating mode of the at least one battery (32) having a high state of charge is changed by the battery management system (34) in such a way that, during the "emergency braking" event, the at least one battery (32) having a high state of charge is operated with currents and voltages that go beyond those that are present with normal operation of the at least one battery (32) having a high state of charge. Alternatively, the current generated in the generator mode of the at least one electric machine (10, 20) is converted into heat in at least one brake shunt (40).

Inventors:
BECKER MARKUS (DE)
STAACK JOCHEN (DE)
Application Number:
EP2020/063038
Publication Date:
November 26, 2020
Filing Date:
May 11, 2020
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
International Classes:
B60L7/22; B60K6/46; B60L15/20; B60L50/51; B60L50/61; B60L58/12; B60L58/15; B60L58/16; H01M10/42
Foreign References:
DE10226308A12003-12-24
US20080269009A12008-10-30
US20170257055A12017-09-07
GB2450234A2008-12-17
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Claims:
Ansprüche

1. Verfahren zur Erhöhung der Verfügbarkeit eines elektrischen

Bremsmoments mindestens einer elektrischen Maschine (10, 20) eines Fahrzeugs, unabhängig vom Ladungszustand einer mit dieser gekoppelten mindestens einen Batterie (32), die über ein

Batteriemanagementsystem (34) betrieben wird, mit den nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Betreiben der mindestens einen elektrischen Maschine (10, 20) im Generatormodus, b) Übermittlung des Auftretens eines Ereignisses„Notbremsung“ an das Batteriemanagementsystem (34) einer einen hohen Ladungszustand aufweisenden mindestens einen Batterie (32), c) Änderung des Betriebsmodus1 der mindestens einen einen hohen Ladungszustand aufweisenden Batterie (32) durch das Batteriemanagementsystem (34) derart, dass während des

Ereignisses„Notbremsung“ die mindestens eine einen hohen Ladungszustand aufweisende Batterie (32) mit Strömen und Spannungen betrieben wird, die über diejenigen hinausgehen, die im Normalbetrieb der mindestens einen einen hohen Ladungszustand aufweisenden Batterie (32) vorliegen, oder d) im Generatormodus der mindestens einen elektrischen Maschine (10, 20) erzeugter Strom wird in mindestens einem Brems-Shunt (40) in Wärme umgewandelt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das

Auftreten des Ereignisses„Notbremsung“ von einem Steuergerät (36) des Fahrzeugs an das Batteriemanagementsystem (34) über ein Bussystem (38) übermittelt wird. 3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt c) bei der Änderung des Betriebsmodus1 der mindestens einen einen hohen Ladungszustand aufweisenden Batterie (32) in einen Betriebsmodus gewechselt wird, der die Bereitstellung einer maximalen Stromaufnahme gegenüber dem Schutz der mindestens einen einen hohen Ladungszustand

aufweisenden Batterie (32) priorisiert.

4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass bei dem Betriebsmodus, in welchen die mindestens eine einen hohen Ladungszustand aufweisende Batterie (32) bei Auftreten des Ereignisses„Notbremsung“ wechselt, eine permanente Degradation der mindestens einen einen hohen

Ladezustand aufweisenden Batterie (32) in Kauf genommen wird.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt d) an der mindestens einen einen hohen Ladungszustand aufweisenden Batterie (32) mindestens ein Brems-Shunt (40) verbaut wird.

6. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch

gekennzeichnet, dass der mindestens eine Brems-Shunt (40) ein Einmal-Brems-Shunt ist.

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt d) an einem zusätzlichen Steuergerät (44) mindestens ein Brems-Shunt (40) verbaut wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt b) die Übermittlung des Auftretens des Ereignisses „Notbremsung“ vom Steuergerät (36) des Fahrzeugs an das

Batteriemanagementsystem (34) und das zusätzliche Steuergerät (44) über einen Koordinator (46) gleichzeitig erfolgt.

Description:
Verfahren zur Erhöhung der Verfügbarkeit eines elektrischen Bremsmoments mindestens einer elektrischen Maschine

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erhöhung der Verfügbarkeit eines elektrischen Bremsmoments mindestens einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs unabhängig vom Ladungszustand einer mit dieser gekoppelten mindestens einen Batterie, die über ein Batteriemanagementsystem betrieben wird.

Stand der Technik

Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEV) und Plug-In-Hybrid-Fahrzeuge (PHEV) können im Generatorbetrieb der diese antreibende mindestens einen elektrischen Maschine ein Bremsmoment auf die Räder übertragen. Dieses Bremsmoment kann unabhängig vom oder parallel zu dem Moment angelegt werden, welches eine Reibbremse aufbringt. Die dabei erzeugte mechanische Energie wird von der elektrischen Maschine in eine drei-phasige elektrische Wechselspannung und unter Zwischenschaltung eines Umrichters in

Gleichspannung umgewandelt. Mit dieser umgewandelten Gleichspannung wird die Traktionsbatterie eines batteriebetriebenen Elektrofahrzeugs (BEV) und/oder eines Plug-In-Hybrid-Fahrzeugs (PHEV) aufgeladen.

Fahrzeuge können heute autonom bremsen, zum Beispiel im Bereich„active safety“, um Fußgänger durch eine von einem Fahrassistenzsystem ausgelöste Notbremsung zu schützen. Das Bremsmoment einer Reibbremse baut sich innerhalb eines Zeitfensters von 200 bis 300 Millisekunden auf, bis das maximal erreichbare Bremsmoment zur Verfügung steht.

Darstellung der Erfindung Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Erhöhung der Verfügbarkeit eines elektrischen Bremsmoments mindestens einer elektrischen Maschine eines Fahrzeugs unabhängig vom Ladezustand einer mit dieser gekoppelten mindestens einen Batterie vorgeschlagen, die über ein

Batteriemanagementsystem betrieben wird. Beim erfindungsgemäß

vorgeschlagenen Verfahren werden die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen: a) Betreiben der mindestens einen elektrischen Maschine im Generatormodus, b) Übermitteln des Auftretens eines Ereignisses„Notbremsung“ an das

Batteriemanagementsystem einer einen hohen Ladungszustand

aufweisenden mindestens einen Batterie, c) Änderung des Betriebsmodus 1 der mindestens einen einen hohen

Ladungszustand aufweisenden Batterie durch das

Batteriemanagementsystem derart, dass während des Ereignisses „Notbremsung“ die mindestens eine einen hohen Ladungszustand

aufweisende Batterie mit Strömen und Spannungen betrieben wird, die über diejenigen hinausgehen, die im Normalbetrieb der mindestens einen einen hohen Ladungszustand aufweisenden Batterie vorliegen, oder alternativ d) im Generatormodus der mindestens einen elektrischen Maschine erzeugter Strom wird in mindestens einen Brems-Shunt in Wärme umgewandelt.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann bei Auslösung eines Notbremsmanövers durch die elektrische Maschine das maximale Bremsmoment zur Verfügung gestellt werden, sodass wertvoller Bremsweg hinsichtlich des sich ergebenden Bremswegs eingespart werden kann, da das Bremsmoment, welches durch die elektrische Maschine aufgebracht wird, verzögerungsfrei zur Verfügung gestellt werden kann, im Gegensatz zu dem obenstehend erwähnten Zeitfenster, welches zur Bereitstellung des maximalen Bremsmoments der Reibbremse erforderlich ist.

In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens wird das Auftreten des Ereignisses„Notbremsung“ von einem Steuergerät des Fahrzeugs an das Batteriemanagementsystem über ein Bussystem übermittelt. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird gemäß Verfahrensschritt c) bei der Änderung des Betriebsmodus 1 der mindestens einen einen hohen

Ladungszustand aufweisenden Batterie in einen Betriebsmodus gewechselt, der die Bereitstellung einer maximalen Stromaufnahme gegenüber dem Schutz der mindestens einen einen hohen Ladungszustand aufweisenden Batterie priorisiert. Durch diese Betriebsstrategie wird in Kauf genommen, dass es möglicherweise zu einer Beeinträchtigung der Lebensdauer der Batterie kommen kann, jedoch das Ereignis„Notbremsung“ und dem Schutz von Menschen eine höhere Priorität eingeräumt wird.

Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird in dem Betriebsmodus, in welchem die mindestens eine einen hohen Ladungszustand aufweisende Batterie bei Auftreten des Ereignisses„Notbremsung“ wechselt, eine permanente Degradation der mindestens einen einen hohen Ladungszustand aufweisenden Batterie in Kauf genommen.

Alternativ kann bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ohne Beeinträchtigung der Lebensdauer der Batterie insbesondere dann, wenn diese einen hohen Ladungszustand aufweist, vermieden werden, wenn im

Generatormodus der mindestens einen elektrischen Maschine des Fahrzeugs erzeugter Strom mittels eines Brems-Shunts, der gegebenenfalls als Einmal- Brems-Shunt ausgeführt ist, elektrischer Strom in Wärme umgewandelt wird.

Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren weiter folgend, kann bei der alternativen Möglichkeit gemäß Verfahrensschritt d) der mindestens eine Brems- Shunt an der mindestens einen einen hohen Ladungszustand aufweisenden Batterie verbaut sein. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, gemäß

Verfahrensschritt d) mindestens einen Brems-Shunt an einem zusätzlichen Steuergerät des Fahrzeugs zu verbauen. Beide Einbauorte für den mindestens einen Brems-Shunt sind prinzipiell möglich.

Bei der Alternative gemäß Verfahrensschritt d) der Umwandlung überschüssigen Stroms in Wärme bei Auftreten des Ereignisses„Notbremsung“ erfolgt die Übermittlung des Auftretens dieses Ereignisses vom Steuergerät des Fahrzeugs an das Batteriemanagementsystem und an das zusätzliche Steuergerät über einen Koordinator, sodass die Information über das Auftreten des Ereignisses „Notbremsung“ gleichzeitig am Batteriemanagementsystem und am zusätzlichen Steuergerät vorliegt. Vorteile der Erfindung

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass das Fahrzeug beim Auftreten des Ereignisses„Notbremsung“ mit einem maximal erzeugbaren Bremsmoment abgebremst wird. Bei Auftreten dieser Notfallsituation wirken das mit einer geringen Zeitverzögerung erzeugte Bremsmoment der Reibbremse einerseits mit dem unmittelbar wirksamen elektrischen Bremsmoment der mindestens einen elektrischen Maschine andererseits zusammen, sodass der Bremsweg minimiert wird.

Das maximal erzeugbare generatorische Bremsmoment kann nur dann gestellt werden, wenn der im Modus Generatorbetrieb erzeugte Strom auch durch die mindestens eine Batterie aufgenommen werden kann. Es ist für Batteriezellen gemeinhin schädlich, über einen längeren Zeitraum mit einer zu hohen

Spannung betrieben zu werden. Ab einem bestimmten Ladungszustand der Batterie ist es nicht mehr möglich, die durch das generatorisch erzeugte

Bremsmoment elektrische Energie in diese aufzunehmen, da ansonsten die Batteriespannung auf Dauer zu hoch wird. In diesem Fall sorgt das

Batteriemanagementsystem der betreffenden Batterie dafür, dass die Schütze geöffnet werden. Dadurch allerdings kann das elektrische Bremsmoment nicht aufrechterhalten werden. Bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung wird jedoch durch die Information an das Batteriemanagementsystem, dass es sich um ein außergewöhnliches Ereignis, d. h. das Auftreten des Ereignisses „Notbremsung“ handelt, dafür Sorge getragen, dass der Betriebsmodus der Batterie geändert wird und für die Zeitspanne des Auftretens des Ereignisses „Notbremsung“ auch für eine einen hohen Ladungszustand aufweisende Batterie eine Belastung über die normalen Strom- und Spannungsgrenzen hinaus ermöglicht wird. Dadurch steht auch bei einer einen hohen Ladungszustand aufweisenden Batterie das volle Rekuperationsmoment der elektrischen

Maschine zur Verfügung.

Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wechselt die einen hohen Ladungszustand aufweisende Batterie ihren Betriebsmodus, ausgelöst durch die Meldung des Auftretens des Ereignisses„Notbremsung“ durch das Steuergerät des Fahrzeugs an das Batteriemanagementsystem. Dieses Wechseln des Betriebszustands ermöglicht es, dass die einen hohen Ladungszustand aufweisende Batterie eine maximale Stromaufnahme bereitstellt und demzufolge der Schutz der Batterie in diesem Fall eine niedrigere Priorität hat. Auch eine permanente Degradation, d. h. eine Lebensdauerschädigung der Batterie bis hin zu einem Defekt, kann in Kauf genommen werden.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann auch bei Antrieben mit mehreren elektrischen Maschinen eingesetzt werden.

Die alternative Lösung gemäß Verfahrensschritt d) des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens sieht vor, dass im Generatorbetrieb erzeugter elektrischer Strom durch mindestens einen Shunt, insbesondere einen Einmal- Brems-Shunt in Wärme umgewandelt wird. Gemäß der alternativen Lösung wird eine Lebensdauerschädigung von einen hohen Ladungszustand aufweisenden Batterien vermieden. Aus Kostengründen könnten in der alternativen Variante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens günstige Einmal-Brems- Shunts eingesetzt werden, die nach einem Notbremsmanöver in einer Werkstatt wieder ausgetauscht werden könnten. In Bezug auf die alternative Lösung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens gemäß Verfahrensschritt d) sei angemerkt, dass der Einbauort des mindestens einen Brems-Shunts entweder in der Nähe der Batterie oder in einem zusätzlichen Steuergerät vorgenommen werden kann. Werden die Brems-Shunts, insbesondere ausgestaltet als Einmal- Brems-Shunts, an einem zusätzlichen Steuergerät des Fahrzeugs verbaut, wird durch einen Koordinator die Information hinsichtlich des Auftretens des

Ereignisses„Notbremsung“ sowohl an das Batteriemanagementsystem als auch an das zusätzliche Steuergerät des Fahrzeugs versandt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender

beschrieben.

Die einzige Figur zeigt die Komponenten eines elektrischen Antriebssystems beispielsweise eines elektrischen Fahrzeugs.

Ausführungsformen der Erfindung In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figur stellt den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.

Aus der schematischen Darstellung gemäß Figur 1 geht hervor, dass eine elektrische Maschine 10, auch mit Mi bezeichnet, in Richtung einer Einspeisung 14 über einen ersten Umrichter 12 mit einer Batterie 32 verbunden ist. Mit Bezugszeichen 20 ist eine elektrische Maschine M n bezeichnet, die mit einem n- ten Umrichter 22 verbunden ist, über den ebenfalls in Richtung einer Einspeisung 24 eine Batterie 32 geladen wird. Die beiden Umrichter 12, 22 sind über eine Sammelschiene 30 miteinander verbunden, sodass über sämtliche elektrischen Maschinen 10, 20, Mi ... bis M n die Batterie 32 aufgeladen werden kann.

Sämtliche Ströme, die über die elektrischen Maschinen Mi, M n , vergleiche Position 10, 20, im Generatormodus betrieben, elektrischen Strom liefern, sind über die Sammelschiene 30 mit der aufzuladenden Batterie 32 verbunden. Die aufzuladende Batterie 32 wird über ein Batteriemanagementsystem 34 gesteuert.

Das Auftreten eines Ereignisses„Notbremsung“ wird über ein Steuergerät 36 des Fahrzeugs auf ein Bussystem 38 gelegt, über den diese Information an das Batteriemanagementsystem 34 gelangt, welches die Batterie 32 steuert.

Das Batteriemanagementsystem 34 betreibt die Batterie 32 im Allgemeinen im Normalbetrieb, sodass die Kriterien Langlebigkeit und Eigenschutz der Batterie 32 berücksichtigt werden. Unter dem Kriterium des Eigenschutzes ist eine gleichmäßige Balancierung der Batteriezellen der Batterie 32 zu verstehen, ferner sollen zu hohe oder zu niedrigere Betriebstemperaturen vermieden werden. Im Normalbetrieb der Batterie 32 wird diese durch das

Batteriemanagementsystem 34 derart betrieben, dass eine maximale

Lebensdauer der Batterie 32 höchste Priorität hat.

In dem Batteriemanagementsystem 34 ist ein Betriebsmodus für die zumindest eine Batterie 32 hinterlegt, der dem Ereignis„Notbremsung“ Rechnung trägt. In diesem Betriebsmodus, dem Notbremsbetrieb der Batterie 32, ist sichergestellt, dass die Batterie 32 unabhängig von ihrem Ladungszustand, insbesondere unabhängig von einem relativ hohen Ladungszustand, eine Energieaufnahme bis zum Maximum bereitstellt. Dies bedeutet, dass eine Überwachung der Batterie 32 auf Beschädigung und Zerstörung, insbesondere bis zum Auftreten eines Brands bei Überhitzung, erfolgt. Für die in der Regel sehr kurze Zeitspanne eines Ereignisses„Notbremsung“ kann die Batterie 32, selbst bei hohem

Ladungszustand, das volle Rekuperationsmoment der elektrischen Maschine 10, 20 stellen, sodass für die kurze Zeitspanne des Ereignisses„Notbremsung“ das maximale Bremsmoment des Fahrzeugs, sei es ein batteriebetriebenes

Elektrofahrzeug (BEV), sei es ein Plug-In-Hybrid-Fahrzeug (PHEV), zur

Verfügung steht. Durch den über das Batteriemanagementsystem 34 initiierten Wechsel des Betriebsmodus 1 der Batterie 32, kann diese ihr normales Verhalten ändern und für die kurze Zeit des Vorliegens des Ereignisses„Notbremsung“ eine Belastung über die normalen Strom- und Spannungsgrenzen hinaus erlauben. Bei der Änderung des Betriebsmodus 1 der Batterie 32 wird die

Bereitstellung einer maximalen Stromaufnahme der Batterie 32 gegenüber dem Schutz der Batterie 32 priorisiert. Auch eine permanente Degradation der Batterie 32 bis hin zu ihrem Defekt wird durch den Wechsel des

Betriebszustands bei Auftreten des Ereignisses„Notbremsung“ in Kauf genommen, um die Verletzung von Personen zu vermeiden.

Alternativ kann durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren im Generatormodus der elektrischen Maschine 10, 20 erzeugter Strom in Wärme umgewandelt werden, indem der Strom an mindestens einen Brems-Shunt 40 geleitet wird. Der mindestens eine Brems-Shunt 40 wird bevorzugt als„Einmal- Brems-Shunt“ gestaltet, der nach einem Notbremsmanöver in der Werkstatt ausgetauscht werden kann.

Der Einbauort des mindestens einen Brems-Shunts 40 kann sich entweder in der Nähe oder in der Batterie 32 befinden oder an einem zusätzlichen Steuergerät 44 sein. Wird der Brems-Shunt 40 oder mindestens ein Einmal-Brems-Shunt am zusätzlichen Steuergerät 44 verbaut, so ist durch einen Koordinator 46 sicherzustellen, dass die Information des Auftretens des Ereignisses

„Notbremsung“ sowohl an das Batteriemanagementsystem 34 der Batterie 32 als auch zeitgleich an das zusätzliche Steuergerät 44 verschickt wird. In der in Figur 1 dargestellten System konfiguration ist dem Bussystem 38, bei dem es sich beispielsweise um einen CAN-Bus handeln kann, der Koordinator 46, beispielsweise eine Vehicle Control Unit (VCU), zugeordnet. Darüber hinaus legen sowohl das zusätzliche Steuergerät 44 als auch das Steuergerät 36 ihre entsprechenden Daten auf das Bussystem 38.

Das zusätzliche Steuergerät 44 ist mit dem mindestens einen Brems-Shunt 40 verbunden und kommuniziert mit dem Bussystem 38 und ist elektrisch mit der Sammelschiene 30 verbunden - wie in Figur 1 angedeutet.

Aus der Darstellung gemäß Figur 1 lässt sich des Weiteren entnehmen, dass in dieser Systemkonfiguration das Batteriemanagementsystem 34 in die Batterie 32 integriert ist.

In Abwandlung der in Figur 1 dargestellten Systemkonfiguration können nachfolgend kurz skizzierte Systempermutationen vorgenommen werden:

Es kann beispielsweise innerhalb eines Systems 1 die in Figur 1 dargestellte Systemkonfiguration eingesetzt werden, jedoch der Koordinator 46, der mit dem Bussystem 38 kommuniziert, fortgelassen werden.

In einer weiteren Systempermutation, System 2, kann die System konfiguration gemäß Figur 1 Verwendung finden, jedoch ohne den Koordinator 46 analog zu System 1, wobei in der Systempermutation gemäß System 2 der Brems-Shunt 40 und das zusätzliche Steuergerät 44 in das Batteriemanagementsystem 34 integriert sein können.

In einer weiteren Systempermutation, als System 3 bezeichnet, kann der Koordinator 46 vorgesehen sein.

In einer Systempermutation, als System 4 bezeichnet, kann abweichend zu den vorstehend skizzierten Systempermutationen, System 1, System 2 oder System 3, eine Notbremsinformation in einem der Umrichter 12 beziehungsweise 22 generiert werden, und das Steuergerät 36 kann entfallen.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.