WO2022167166A1 - Bremsung eines elektrisch angetriebenen fahrzeugs - Google Patents

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Martin Mederer
Jochen Retter
Sven Krüger
Tobias Schöfberger
Dietmar Tissen
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Definitions

  • the present invention relates to a method for braking an electrically driven vehicle and a device and a vehicle for carrying out the method.
  • the invention relates to a computer program product and a storage medium for carrying out or forwarding the method.
  • the generator operation of the electric drive motor makes it possible to partially, in the best case completely, replace or supplement the technology for generating braking force known from conventionally powered vehicles.
  • the limiting variable is the machine current, which thermally stresses the traction machine.
  • a continuous braking device is used in particular in the event of continuous braking, in which it must be ensured that the vehicle has a certain braking power available over a longer period of time, e.g. not to exceed a prescribed maximum speed on a downhill slope.
  • service brake devices which are friction-based, for example, and preferably have disc brakes and/or drum brakes, should be mentioned as another brake technology.
  • a service braking device is used in particular in a service braking situation that does not require the provision of braking power over a longer period of time, but instead over a comparatively short period of time. This involves, for example, emergency braking or braking to stop the vehicle or to adjust the speed accordingly. In the event of service braking, the maximum braking power required can exceed that of continuous braking.
  • non-contact brakes such as an eddy current brake
  • eddy current brake should be mentioned for both permanent and service braking. It is known that the generator operation of the electric drive machine can cause a braking effect on the vehicle via the drive train. A typical application is the recuperation of energy during the overrun of the vehicle. However, the resulting braking effect is not sufficient in every situation, particularly at high vehicle speeds.
  • a method for braking a vehicle driven by an electric drive motor is provided, with the braking being carried out at least partially by the drive motor.
  • the vehicle can also have more than one electric drive machine, in which case several electric drive machines can then also be used for braking.
  • the procedure includes the following steps:
  • Step A generating a generator power by the engine by the engine is driven in overrun by the vehicle;
  • Step B increasing a first voltage level at which the prime mover is operated in order to adjust the generator power to an amount required for braking
  • Step C Providing the generator power adjusted to the required amount.
  • step B the machine current of the drive machine is preferably reduced, the generator power thereby being adjusted to an amount required for braking.
  • the inverter input voltage also known as the intermediate circuit voltage
  • the intermediate circuit voltage is increased.
  • a higher motor terminal voltage can be set on the drive machine. With the same generator output, this has the consequence that the machine current drops.
  • steps A to C is not determined by the sequence of letters used. Steps A and B in particular can also be carried out simultaneously here. It is also conceivable to carry out step B before step A in order to start braking with the voltage level required for this.
  • the increase in the first voltage level according to step B preferably results in a reduction in the current in the drive machine compared to an operating state without an increase in the first voltage level according to step B. In this way, it is advantageously achieved that the identical generator output is achieved with a lower current. In this way, in particular, the thermal load on the drive machine can be reduced.
  • Step B for adjusting the generator output preferably includes an increase in the current in the drive machine.
  • the current in the drive machine remains the same. In this way, an increase in the generator output of the drive machine can be achieved. In this case, the current does not have to be increased as much compared to an operating state without increasing the first voltage level. Even with a constant current, the generator output is increased by increasing the voltage.
  • the current in the prime mover is kept within predetermined limits, preferably within thermally acceptable limits.
  • limits can be defined in particular by the level of the permissible current and/or by specifying a specific maximum permissible current level over time.
  • a method step is provided in which the drive machine is monitored with regard to its load, in particular its thermal load. Such monitoring can also include taking suitable countermeasures, such as a further increase in the first voltage level in step B in order to further reduce the current and keep the generator output the same or increase it.
  • step B can include a further increase in the voltage level, in particular the first voltage level, preferably in addition to the first increase in the first voltage level.
  • Braking preferably relates to a continuous braking event or a service braking event.
  • Braking by the engine preferably supplements other systems present in the vehicle, in particular a continuous braking system, preferably as described above, in particular having a retarder, and/or a service brake system, preferably as described above, in particular having a friction brake.
  • braking systems can also be supplemented by braking through the drive machine, which work without contact, such as an eddy current brake. The advantage of this is that the existing systems can be dimensioned smaller.
  • a conventional retarder no longer has to be able to provide the entire braking power, but can be supplemented by braking with the engine, which in turn saves costs.
  • the generator power provided in step C is preferably fed at least partially to an energy store of the vehicle.
  • an energy store of the vehicle can be understood to mean an electrical energy store such as a battery, in particular a traction battery.
  • other energy stores, such as a capacitor, are also conceivable.
  • a second voltage level is preferably provided which is not increased, with the energy store being operated at the second voltage level. To this Way, a protection of the energy storage can be achieved.
  • the energy store is particularly preferably actively disconnected from the first voltage level. Thus, the energy store is not loaded with the first voltage level.
  • an isolating converter or mechanical separation via a contactor can be provided.
  • the second voltage level is preferably specified by the energy store.
  • the first voltage level can be set both during driving and braking operation in such a way that the drive machine is operated at the optimum voltage level, as a result of which the highest possible drive and braking power can be achieved.
  • the first voltage level and the second voltage level have the same voltage.
  • the generator power provided in step C is preferably supplied at least partially to at least one electrical consumer, in particular a resistor, of the vehicle.
  • the at least one electrical load is particularly preferably operated at the first voltage level.
  • the at least one electrical load can be designed as a braking resistor or can include a braking resistor that converts the generator power conducted via it into heat.
  • An inverter of the vehicle is preferably also operated at the first voltage level.
  • the generator power is at least partially supplied to the at least one consumer, in particular the resistor, depending on the current energy absorption capacity of the energy store, with no supply of generator power to the energy store in particular when the energy store is full he follows. If the energy store can no longer absorb generator power, the generator power is preferably routed completely via the at least one consumer, in particular via the resistor. The generator power is particularly preferably completely supplied to the at least one consumer, in particular the resistor, when the energy store is full or is disconnected from the power supply.
  • the generator power is preferably supplied at least partially to the energy storage device as a function of the current energy absorption capacity of the energy storage device. In this case, a gradual supply can take place. In particular, when the energy absorption capacity is low, i.e. when the energy storage device is relatively full, little generator power is preferably supplied to the energy storage device, with a high energy absorption capacity, i.e. when the energy storage device is relatively empty, preferably more generator power being supplied to the energy storage device.
  • the generator power is particularly preferably supplied completely to the energy store and/or resistor.
  • the vehicle is preferably not designed to be track-bound or overhead line-bound.
  • the vehicle is designed as a utility vehicle, tractor, trailer or truck.
  • a further aspect of the invention provides a device for carrying out the method described above, the device having an interface for influencing the magnitude of a first voltage level at which an electric drive machine is operated, the device having a data processing unit which is used to carry out the method described above is formed.
  • the data processing unit preferably comprises electronic processing means which are designed to carry out the method, the data processing unit also providing corresponding control signals via the interface, in particular a data or BUS interface, in order to to influence the height of the first voltage level.
  • the device is particularly preferably designed as a drive control unit and/or brake control unit.
  • a further aspect of the invention provides a vehicle for carrying out the method described above, the vehicle having a device as described above and/or the vehicle being designed to carry out the method described above.
  • the vehicle is preferably not track-bound or overhead line-bound.
  • the vehicle is designed in particular as a commercial vehicle, tractor, trailer or truck.
  • the device described above and the vehicle described above preferably have individual features listed in the above description of the method which relate to the device or vehicle.
  • a computer program product is provided with code means which, when executed on a data processing unit, cause the latter to execute the method described above.
  • the data processing unit is preferably that provided in the device described above.
  • An existing device such as a drive control device or a brake control device, can thus also be designed to carry out the method described above.
  • a further aspect of the invention provides a storage medium for reading out by a data processing unit, the storage medium having a computer program product as described above. This allows the invention to be passed on.
  • the storage medium preferably includes a USB stick, a memory card and/or a CD-ROM.
  • the invention is not limited to the embodiments described above. Rather, by combining, omitting and/or exchanging individual features, further objects can be formed which also fall within the scope of protection claimed. For example, a combination is conceivable in which the at least one consumer, in particular the resistor, and the energy store be used in combination, so that the generator power can be divided between consumers and energy storage devices.
  • Fig. 2 shows a development of the embodiment shown in Fig. 1,
  • Fig. 3 shows a development of the embodiment shown in Fig. 1,
  • FIGS. 2 and 3 shows a combination of the embodiments shown in FIGS. 2 and 3 .
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the invention.
  • An electric drive machine AM of a vehicle which generates or emits generator power 3 or recuperation power in overrun or generator mode. This is made available via a first power path 4, with the generator operation resulting in a braking effect on the vehicle via the drive train.
  • the braking effect can be used in a continuous braking situation, in particular on a downhill gradient, or in a service braking situation, in particular for emergency braking or a speed reduction up to and including stopping braking.
  • a particular application can be the replacement of the friction brake.
  • the drive machine AM is operated at a first voltage level 1 .
  • the drive machine AM can be provided in an electrically driven vehicle, which can be a purely electric vehicle with one or more drive machines AM, with one or more up to all drive machines AM being able to be used to carry out the method.
  • the method can also be used in hybrid vehicles in which a drive machine AM is directly involved in driving the vehicle.
  • the generator output 3 is increased. This increase is achieved by increasing the first voltage level 1. Compared to operating the drive machine AM without increasing the first voltage level 1, the current in the drive machine AM can be reduced or kept constant in order to achieve the required generator power 3. The current can also be increased further if the increase in generator power 3 is not sufficient, this increase being less than without increasing the first voltage level 1.
  • thermal overloading of the drive machine AM due to excessive currents can be avoided.
  • FIG. 2 shows a development of the embodiment shown in FIG.
  • the embodiment according to FIG. 2 shows a possibility as an electrical consumer to use a resistor R in order to convert the generator output 3 into heat.
  • the resistor R is embodied here as a braking resistor and, like the drive machine AM, is also at the first voltage level 1 . Thus also for the resistance R reaches an increase in voltage.
  • the generator power 3 is made available to the resistor R via the first power path 4 .
  • FIG. 3 shows a development of the embodiment shown in FIG.
  • An energy store ES is shown, which is supplied with generator power 3 via a second power path 5 .
  • This can be understood to mean an electrical energy store such as a battery, in particular a traction battery.
  • other energy stores such as a capacitor (cap), are also conceivable, which can also have a combination of battery and capacitor.
  • the energy store ES can be supplied with generator power 3 partially or completely. I.e. the generator power 3 can be delivered completely to the second power path 5 and thus to the energy store ES. However, the generator power 3 can also be divided between the first power path 4 and the second power path 5 . Finally, it is also conceivable to feed the generator power 3 exclusively to the first power path 4 . This is the case in particular when the current energy absorption capacity of the energy store ES is reduced or non-existent.
  • the energy store ES is operated at a second voltage level 2 . In this way it is possible to exempt the energy store ES from the increase in the first voltage level 1. If the energy store has a battery, this can be spared.
  • FIG. 4 shows a combination of the embodiments shown in FIGS. 2 and 3 .
  • generator power 3 which cannot be supplied to the energy store ES via the second power path 5, either because it can no longer absorb or store energy or for other reasons, instead to the resistor R via the first power path 4 can be supplied to enable braking by the prime mover AM at any time.
  • an increase in the first voltage level 1 from 725 V to 860 V with a constant generator power 3 or recuperation power results in a reduction in the current of the electric drive machine AM from 186 A to 176 A.
  • the electric drive machine AM is operated within the permissible load limits and is also protected by reducing the current.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bremsung eines mit einer elektrischen Antriebsmaschine (AM) angetriebenen Fahrzeugs offenbart, wobei die Bremsung zumindest teilweise durch die Antriebsmaschine (AM) durchgeführt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Schritt (A): Erzeugen einer Generatorleistung (3) durch die Antriebsmaschine (AM) indem die Antriebsmaschine (AM) durch den Fahrzeugschwung angetrieben wird; - Schritt (B): Erhöhen eines ersten Spannungsniveaus (1), bei dem die Antriebsmaschine (AM) betrieben wird, um die Generatorleistung (3) auf einen benötigten Betrag einzustellen; und - Schritt (C): Bereitstellen der auf den benötigten Betrag eingestellten Generatorleistung (3). Ferner werden eine Vorrichtung, ein Fahrzeug, ein Computerprogrammprodukt sowie ein Speichermedium offenbart.

Description

BESCHREIBUNG
Bremsung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bremsung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs sowie eine Vorrichtung und ein Fahrzeug zur Durchführung des Verfahrens. Zusätzlich betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie ein Speichermedium zur Durchführung bzw. Weitergabe des Verfahrens.
Beim Betrieb von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ergibt sich die Möglichkeit durch den Generatorbetrieb der elektrischen Antriebsmaschine, aus konventionell angetriebenen Fahrzeugen bekannte Technik zur Bremskrafterzeugung teilweise, im besten Fall vollständig, zu ersetzen oder zu ergänzen. Die begrenzende Größe ist dabei der Maschinenstrom, welcher die Traktionsmaschine thermisch beansprucht.
Insbesondere sind hier Dauerbremseinrichtungen wie Retarder zu nennen. Eine Dauerbremseinrichtung wird insbesondere in einem Dauerbremsfall eingesetzt, bei dem sichergestellt sein muss, dass das Fahrzeug eine bestimmte Bremsleistung über einen längeren Zeitraum zur Verfügung hat, um z.B. an einem Gefälle eine vorgeschriebene Maximalgeschwindigkeit nicht zu überschreiten.
Ferner sind Betriebsbremseinrichtungen, die z.B. reibungsbasiert sind und vorzugsweise Scheibenbremsen und/oder Trommelbremsen aufweisen, als weitere Bremsentechnik zu nennen. Eine Betriebsbremseinrichtung wird insbesondere in einem Betriebsbremsfall eingesetzt, der nicht die Bereitstellung von Bremsleistung über einen längeren Zeitraum erfordert, sondern stattdessen über einen vergleichsweise kurzen Zeitraum. Dabei handelt es sich beispielsweise um eine Notbremsung oder eine Bremsung, um das Fahrzeug anzuhalten, oder um die Geschwindigkeit entsprechend anzupassen. Die maximal abgerufene Bremsleistung kann im Betriebsbremsfall die des Dauerbremsfalls übersteigen.
Daneben sind sowohl für den Dauer- als auch den Betriebsbremsfall berührungslose Bremsen zu nennen, wie eine Wirbelstrombremse. Bekannt ist, dass durch den Generatorbetrieb der elektrischen Antriebsmaschine eine Bremswirkung über den Antriebsstrang auf das Fahrzeug bewirkt werden kann. Ein typischer Anwendungsfall ist die Rekuperation von Energie während des Schubbetriebs des Fahrzeuges. Die hierbei entstehende Bremswirkung ist jedoch, insbesondere bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit, nicht in jeder Situation ausreichend.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, die Bremswirkung bzw. Bremsleistung durch die elektrische Antriebsmaschine zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Bremsung eines mit einer elektrischen Antriebsmaschine angetriebenen Fahrzeugs vorgesehen, wobei die Bremsung zumindest teilweise durch die Antriebsmaschine durchgeführt wird. Das Fahrzeug kann dabei auch mehr als eine elektrische Antriebsmaschine aufweisen, wobei bei der Bremsung dann auch mehrere elektrische Antriebsmaschinen zum Einsatz kommen können.
Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- Schritt A: Erzeugen einer Generatorleistung durch die Antriebsmaschine indem die Antriebsmaschine im Schubbetrieb durch das Fahrzeug angetrieben wird;
- Schritt B: Erhöhen eines ersten Spannungsniveaus, bei dem die Antriebsmaschine betrieben wird, um die Generatorleistung auf einen für die Bremsung benötigten Betrag einzustellen; und
- Schritt C: Bereitstellen der auf den benötigten Betrag eingestellten Generatorleistung.
Vorzugsweise wird in Schritt B der Maschinenstrom der Antriebsmaschine gesenkt, wobei die Generatorleistung dadurch auf einen für die Bremsung benötigten Betrag eingestellt wird. Beispielsweise wird in Schritt B die Invertereingangsspannung, auch Zwischenkreisspannung genannt, erhöht. Das hat zur Folge, dass an der Antriebsmaschine eine höhere Motorklemmspannung eingestellt werden kann. Das hat bei gleicher Generatorleistung die Folge, dass der Maschinenstrom sinkt.
Die Schritte A bis C sind nicht durch die verwendete Buchstabenfolge in ihrer Reihenfolge festgelegt. Insbesondere die Schritte A und B können hier auch gleichzeitig durchgeführt werden. Auch ist denkbar, Schritt B schon vor Schritt A auszuführen, um die Bremsung bereits mit dem dafür benötigten Spannungsniveau zu beginnen.
Nachfolgend werden bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.
Vorzugsweise stellt sich mit der Erhöhung des ersten Spannungsniveaus gemäß Schritt B eine Absenkung des Stromes in der Antriebsmaschine verglichen mit einem Betriebszustand ohne Erhöhung des ersten Spannungsniveaus gemäß Schritt B ein. So wird vorteilhafterweise erreicht, dass die identische Generatorleistung bei niedrigerem Strom erreicht wird. Auf diese Weise kann insbesondere die thermische Belastung der Antriebsmaschine gesenkt werden.
Vorzugsweise umfasst Schritt B zur Einstellung der Generatorleistung eine Erhöhung des Stromes in der Antriebsmaschine. Alternativ bleibt der Strom in der Antriebsmaschine verglichen mit einem Betriebszustand ohne Erhöhung des ersten Spannungsniveaus gemäß Schritt B gleich. Auf diese Weise kann eine Steigerung der Generatorleistung der Antriebsmaschine erreicht werden. Dabei muss der Strom im Vergleich zu einem Betriebszustand ohne Erhöhung des ersten Spannungsniveaus weniger stark erhöht werden. Auch bei konstantem Strom wird durch die Spannungserhöhung die Generatorleistung erhöht.
Vorzugsweise wird der Strom in der Antriebsmaschine innerhalb vorbestimmter Grenzen, vorzugsweise innerhalb thermisch zulässiger Grenzen, gehalten. Derartige Grenzen können insbesondere definiert sein durch die Höhe des zulässigen Stroms und/oder durch eine Vorgabe einer bestimmten maximal zulässigen Stromhöhe über der Zeit. Alternativ oder zusätzlich ist ein Verfahrensschritt vorgesehen, in dem eine Überwachung der Antriebsmaschine hinsichtlich ihrer, insbesondere thermischen, Belastung durchgeführt wird. Eine derartige Überwachung kann auch ein Ergreifen geeigneter Gegenmaßnahmen umfassen, wie z.B. eine weitere Erhöhung des ersten Spannungsniveaus in Schritt B, um den Strom weiter zu senken und die Generatorleistung gleich zu halten oder zu erhöhen.
Allgemein kann Schritt B eine weitere Erhöhung des Spannungsniveaus, insbesondere des ersten Spannungsniveaus, vorzugsweise zusätzlich zur ersten Erhöhung des ersten Spannungsniveaus, umfassen.
Vorzugsweise betrifft die Bremsung einen Dauerbremsfall oder einen Betriebsbremsfall.
Vorzugsweise ergänzt die Bremsung durch die Antriebsmaschine weitere im Fahrzeug vorhandene Systeme, insbesondere ein Dauerbremssystem, vorzugsweise wie oben beschrieben, insbesondere aufweisend einen Retarder, und/oder ein Betriebsbremssystem, vorzugsweise wie oben beschrieben, insbesondere aufweisend eine Reibbremse. Alternativ oder zusätzlich können auch Bremssysteme durch die Bremsung durch die Antriebsmaschine ergänzt werden, die berührungslos arbeiten, wie eine Wirbelstrombremse. Vorteilhafterweise ergibt sich hieraus, dass die vorhandenen Systeme geringer dimensioniert werden können. Ein konventioneller Retarder muss nicht mehr die gesamte Bremsleistung zur Verfügung stellen können, sondern er kann durch die Bremsung mit der Antriebsmaschine ergänzt werden, was wiederum Kosten spart.
Vorzugsweise wird die in Schritt C bereitgestellte Generatorleistung zumindest teilweise einem Energiespeicher des Fahrzeugs zugeführt. Darunter kann ein elektrischer Energiespeicher, wie eine Batterie, insbesondere eine Traktionsbatterie, verstanden werden. Gleichwohl sind auch andere Energiespeicher, wie ein Kondensator, denkbar.
Vorzugsweise ist ein zweites Spannungsniveau vorgesehen, das nicht erhöht wird, wobei der Energiespeicher bei dem zweiten Spannungsniveau betrieben wird. Auf diese Weise kann eine Schonung des Energiespeichers erreicht werden. Besonders bevorzugt erfolgt ein aktives Trennen des Energiespeichers von dem ersten Spannungsniveau. Somit wird der Energiespeicher nicht mit dem ersten Spannungsniveau belastet. Zur Trennung des Energiespeichers von dem ersten Spannungsniveau kann insbesondere ein Trennwandler oder eine mechanische Trennung über ein Schütz vorgesehen sein.
Das zweite Spannungsniveau wird vorzugsweise durch den Energiespeicher vorgegeben.
Bei Verwendung eines Trennwandlers ergibt sich der Vorteil, dass sowohl im Fahr- als auch im Bremsbetrieb das erste Spannungsniveau derart eingestellt werden kann, dass die Antriebsmaschine bei optimalem Spannungsniveau betrieben wird, wodurch eine möglichst hohe Antriebs- als auch Bremsleistung erreicht werden kann.
Vorzugsweise weisen das erste Spannungsniveau und das zweite Spannungsniveau vor Durchführung von Schritt B dieselbe Spannung auf.
Vorzugsweise wird die in Schritt C bereitgestellte Generatorleistung zumindest teilweise mindestens einem elektrischen Verbraucher, insbesondere einem Widerstand, des Fahrzeugs zugeführt. Der mindestens eine elektrische Verbraucher wird besonders bevorzugt auf dem ersten Spannungsniveau betrieben. Beispielsweise kann der mindestens eine elektrische Verbraucher als Bremswiderstand ausgebildet sein oder einen Bremswiderstand umfassen, der die über ihn geführte Generatorleistung in Wärme umwandelt.
Vorzugsweise wird auch ein Inverter des Fahrzeugs bei dem ersten Spannungsniveau betrieben.
Vorzugsweise wird die Generatorleistung zumindest teilweise dem mindestens einen Verbraucher, insbesondere dem Widerstand, in Abhängigkeit des aktuellen Energieaufnahmevermögens des Energiespeichers zugeführt, wobei insbesondere bei vollem Energiespeicher keine Zuführung von Generatorleistung an den Energiespeicher erfolgt. Kann der Energiespeicher keine Generatorleistung mehr aufnehmen, so wird die Generatorleistung vorzugsweise vollständig über den mindestens einen Verbraucher, insbesondere über den Widerstand, geführt. Besonders bevorzugt wird die Generatorleistung dem mindestens einen Verbraucher, insbesondere dem Widerstand, vollständig zugeführt, wenn der Energiespeicher voll ist oder von der Leistungszuführung getrennt ist.
Vorzugsweise wird die Generatorleistung zumindest teilweise dem Energiespeicher in Abhängigkeit des aktuellen Energieaufnahmevermögens des Energiespeichers zugeführt. Dabei kann eine stufenweise Zuführung erfolgen. Insbesondere bei geringem Energieaufnahmevermögen, also wenn der Energiespeicher relativ voll ist, wird vorzugsweise wenig Generatorleistung an den Energiespeicher zugeführt, wobei bei hohem Energieaufnahmevermögen, also wenn der Energiespeicher relativ leer ist, vorzugsweise mehr Generatorleistung an den Energiespeicher zugeführt wird.
Besonders bevorzugt wird die Generatorleistung vollständig an Energiespeicher und/oder Widerstand zugeführt.
Vorzugsweise ist das Fahrzeug nicht spur- oder oberleitungsgebunden ausgebildet.
Insbesondere ist das Fahrzeug als Nutzfahrzeug, Zugmaschine, Anhänger oder LKW, ausgebildet.
Als weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens vorgesehen, wobei die Vorrichtung eine Schnittstelle zur Beeinflussung der Höhe eines ersten Spannungsniveaus, bei dem eine elektrische Antriebsmaschine betrieben wird, aufweist, wobei die Vorrichtung eine Datenverarbeitungseinheit aufweist, die zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Die Datenverarbeitungseinheit umfasst bevorzugt elektronische Verarbeitungsmittel, die zur Durchführung des Verfahrens ausgebildet sind, wobei die Datenverarbeitungseinheit weiter entsprechende Steuersignale über die Schnittstelle, insbesondere eine Daten- oder BUS-Schnittstelle, zur Verfügung stellt, um die Höhe des ersten Spannungsniveaus zu beeinflussen. Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung als Antriebssteuergerät und/oder Bremssteuergerät ausgebildet.
Als weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens vorgesehen, wobei das Fahrzeug eine oben beschriebene Vorrichtung aufweist, und/oder wobei das Fahrzeug zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Das Fahrzeug ist vorzugsweise nicht spur- oder oberleitungsgebunden. Das Fahrzeug ist insbesondere als Nutzfahrzeug, Zugmaschine, Anhänger oder LKW ausgebildet.
Vorstehend beschriebene Vorrichtung und vorstehend beschriebenes Fahrzeug weisen vorzugsweise einzelne bei der obigen Beschreibung des Verfahrens aufgeführte Merkmale, die Vorrichtung oder Fahrzeug betreffen, auf.
Als weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt mit Codemitteln vorgesehen, die, wenn sie auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt werden, diese dazu veranlassen, das oben beschriebene Verfahren auszuführen. Die Datenverarbeitungseinheit ist vorzugsweise die, die in oben beschriebener Vorrichtung vorgesehen ist. Somit kann auch eine bestehende Vorrichtung, wie ein Antriebssteuergerät oder ein Bremssteuergerät, zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet werden.
Als weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Speichermedium zum Auslesen durch eine Datenverarbeitungseinheit vorgesehen, wobei das Speichermedium ein vorstehend beschriebenes Computerprogrammprodukt aufweist. Dadurch kann die Erfindung weitergegeben werden. Das Speichermedium umfasst vorzugsweise einen USB-Stick, eine Speicherkarte und/oder eine CD-ROM.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen begrenzt. Vielmehr lassen sich durch Kombination, Weglassen und/oder Austauschen einzelner Merkmale weitere Gegenstände ausbilden, die ebenso in den beanspruchten Schutzbereich fallen. Beispielsweise ist eine Kombination denkbar, bei der der mindestens eine Verbraucher, insbesondere der Widerstand, und der Energiespeicher in Kombination eingesetzt werden, so dass eine Aufteilung der Generatorleistung auf Verbraucher und Energiespeicher möglich ist.
Nachfolgend erfolgt die Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen.
Im Einzelnen zeigen
Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine Weiterbildung der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform,
Fig. 3 eine Weiterbildung der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform,
Fig. 4 eine Kombination der in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Ausführungsformen.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung.
Es ist eine elektrische Antriebsmaschine AM eines Fahrzeugs gezeigt, die im Schub- bzw. Generatorbetrieb eine Generatorleistung 3 bzw. Rekuperationsleistung erzeugt bzw. abgibt. Diese wird über einen ersten Leistungspfad 4 zur Verfügung gestellt, wobei sich durch den Generatorbetrieb eine Bremswirkung auf das Fahrzeug über den Antriebsstrang einstellt.
Dabei kann die Bremswirkung in einem Dauerbremsfall, insbesondere im Gefälle, oder in einem Betriebsbremsfall, insbesondere für eine Notbremsung oder eine Geschwindigkeitsreduzierung bis hin zu einer Anhaltebremsung, genutzt werden. Ein Anwendungsfall kann insbesondere der Ersatz der Reibbremse sein.
Die Antriebsmaschine AM wird bei einem ersten Spannungsniveau 1 betrieben.
Soll das Fahrzeug angetrieben werden, so kann dies über eine Antriebsleistung erfolgen, die die Antriebsmaschine AM zur Verfügung stellt. Die Antriebsmaschine AM kann dabei in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug vorgesehen sein, wobei es sich um ein reines Elektrofahrzeug mit einer oder mehreren Antriebsmaschinen AM handeln kann, wobei zur Durchführung des Verfahrens eine oder mehrere bis hin zu allen Antriebsmaschinen AM eingesetzt werden können. Das Verfahren kann jedoch auch bei Hybridfahrzeugen eingesetzt werden, bei denen eine Antriebsmaschine AM direkt am Antrieb des Fahrzeugs beteiligt ist.
Um die Bremswirkung zu erhöhen, wird die Generatorleistung 3 erhöht. Diese Erhöhung wird durch Erhöhung des ersten Spannungsniveaus 1 erreicht. Verglichen mit einem Betrieb der Antriebsmaschine AM ohne Erhöhung des ersten Spannungsniveaus 1 kann hier der Strom in der Antriebsmaschine AM gesenkt oder konstant gehalten werden, um die geforderte Generatorleistung 3 zu erreichen. Der Strom kann auch weiter angehoben werden, sollte die Erhöhung der Generatorleistung 3 noch nicht ausreichen, wobei diese Erhöhung geringer ausfällt als ohne Erhöhung des ersten Spannungsniveaus 1.
Zudem kann, sollte eine weitere Erhöhung der Generatorleistung 3 zur Erhöhung der Bremswirkung nötig sein, eine weitere Erhöhung des ersten Spannungsniveaus 1 durchgeführt werden.
In jedem Fall kann eine thermische Überlastung der Antriebsmaschine AM durch zu große Ströme vermieden werden.
Fig. 2 zeigt eine Weiterbildung der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform.
Daher wird nachfolgend lediglich auf die Unterschiede zu Fig. 1 eingegangen. Ansonsten wird auf die Ausführungen zu Fig. 1 verwiesen.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 zeigt eine Möglichkeit als elektrischen Verbraucher, einen Widerstand R einzusetzen, um die Generatorleistung 3 in Wärme umzuwandeln.
Der Widerstand R ist hier als Bremswiderstand ausgebildet und befindet sich ebenfalls wie die Antriebsmaschine AM auf dem ersten Spannungsniveau 1 . Somit wird auch für den Widerstand R eine Erhöhung der Spannung erreicht. Die Generatorleistung 3 wird über den ersten Leistungspfad 4 an den Widerstand R zur Verfügung gestellt.
Fig. 3 zeigt eine Weiterbildung der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform.
Daher wird nachfolgend lediglich auf die Unterschiede zu Fig. 1 eingegangen. Ansonsten wird auf die Ausführungen zu Fig. 1 verwiesen.
Es ist ein Energiespeicher ES gezeigt, der über einen zweiten Leistungspfad 5 mit der Generatorleistung 3 versorgt wird. Darunter kann ein elektrischer Energiespeicher, wie eine Batterie, insbesondere eine Traktionsbatterie, verstanden werden. Gleichwohl sind auch andere Energiespeicher, wie ein Kondensator (Cap), denkbar, die auch eine Kombination aus Batterie und Kondensator aufweisen können.
Die Versorgung des Energiespeichers ES mit Generatorleistung 3 kann dabei teilweise oder vollständig erfolgen. D.h. die Generatorleistung 3 kann vollständig an den zweiten Leistungspfad 5 und somit an den Energiespeicher ES abgegeben werden. Es kann aber auch eine Aufteilung der Generatorleistung 3 an den ersten Leistungspfad 4 und den zweiten Leistungspfad 5 erfolgen. Schließlich ist auch denkbar, die Generatorleistung 3 ausschließlich dem ersten Leistungspfad 4 zuzuführen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn das aktuelle Energieaufnahmevermögen des Energiespeichers ES reduziert oder gänzlich nicht vorhanden ist.
Der Energiespeicher ES wird dabei auf einem zweiten Spannungsniveau 2 betrieben. Auf diese Weise ist es möglich, den Energiespeicher ES von der Erhöhung des ersten Spannungsniveaus 1 auszunehmen. Weist der Energiespeicher eine Batterie auf, so kann diese dadurch geschont werden.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Trennwandler vorgesehen ist, der die Aufteilung der beiden Spannungsniveaus 1 und 2 realisiert. Alternativ oder zusätzlich kann dafür auch eine mechanische Unterbrechung durch ein Schütz vorgesehen sein, so dass das zweite Spannungsniveau 2 auch mechanisch vom ersten Spannungsniveau 1 getrennt wird. Fig. 4 zeigt eine Kombination der in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigten Ausführungsformen.
Daher wird für die Beschreibung der einzelnen Komponenten auf die vorstehenden Ausführungen zu den Figuren 1 bis 3 verwiesen.
Bei dieser Ausführungsform ist vorteilhaft, dass Generatorleistung 3, die nicht dem Energiespeicher ES über den zweiten Leistungspfad 5 zugeführt werden kann, sei es weil dieser keine Energie mehr aufnehmen bzw. speichern kann oder aus anderen Gründen, stattdessen dem Widerstand R über den ersten Leistungspfad 4 zugeführt werden kann, um jederzeit eine Bremsung durch die Antriebsmaschine AM zu ermöglichen.
Als Anwendungsfall einer jeden der in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen wird hier ein weiteres zahlengestütztes Ausführungsbeispiel angeführt.
Bei einer Fahrt bergab mit 7% Gefälle und konstanter Fahrzeuggeschwindigkeit ergibt sich bei einer Erhöhung des ersten Spannungsniveaus 1 von 725 V auf 860 V bei einer gleichbleibenden Generatorleistung 3 bzw. Rekuperationsleistung eine Absenkung des Stromes der elektrischen Antriebsmaschine AM von 186 A auf 176 A. Die elektrische Antriebsmaschine AM wird in diesem Beispiel innerhalb der zulässigen Belastungsgrenzen betrieben und darüber hinaus durch die Absenkung des Stromes geschont.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 erstes Spannungsniveau
2 zweites Spannungsniveau 3 Generatorleistung
4 erster Leistungspfad
5 zweiter Leistungspfad
AM Antriebsmaschine
ES Energiespeicher R Widerstand

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Bremsung eines mit einer elektrischen Antriebsmaschine (AM) angetriebenen Fahrzeugs, wobei die Bremsung zumindest teilweise durch die Antriebsmaschine (AM) durchgeführt wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
- Schritt (A): Erzeugen einer Generatorleistung (3) durch die Antriebsmaschine (AM) indem die Antriebsmaschine (AM) im Schubbetrieb durch das Fahrzeug angetrieben wird;
- Schritt (B): Erhöhen eines ersten Spannungsniveaus (1 ), bei dem die Antriebsmaschine (AM) betrieben wird, um die Generatorleistung (3) auf einen für die Bremsung benötigten Betrag einzustellen; und
- Schritt (C): Bereitstellen der auf den benötigten Betrag eingestellten Generatorleistung (3).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei sich mit der Erhöhung des ersten Spannungsniveaus (1 ) gemäß Schritt (B) eine Absenkung des Stromes in der Antriebsmaschine (AM) einstellt verglichen mit einem Betriebszustand ohne Erhöhung des ersten Spannungsniveaus (1 ) gemäß Schritt (B).
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei
Schritt (B) zur Einstellung der Generatorleistung (3) eine Erhöhung des Stromes in der Antriebsmaschine (AM) umfasst oder der Strom in der Antriebsmaschine (AM) verglichen mit einem Betriebszustand ohne Erhöhung des ersten Spannungsniveaus (1 ) gemäß Schritt (B) gleich bleibt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Strom in der Antriebsmaschine (AM) innerhalb vorbestimmter Grenzen, vorzugsweise innerhalb thermisch zulässiger Grenzen, gehalten wird, und/oder wobei ein Verfahrensschritt vorgesehen ist, in dem eine Überwachung der Antriebsmaschine (AM) hinsichtlich ihrer, insbesondere thermischen, Belastung durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bremsung einen Dauerbremsfall oder einen Betriebsbremsfall betrifft.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bremsung durch die Antriebsmaschine (AM) weitere im Fahrzeug vorhandene Systeme, insbesondere ein Dauerbremssystem, insbesondere aufweisend einen Retarder, und/oder ein Betriebsbremssystem, insbesondere aufweisend eine Reibbremse, und/oder ein weiteres Bremssystem, insbesondere aufweisend eine Wirbelstrombremse, ergänzt.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die in Schritt (C) bereitgestellte Generatorleistung (3) zumindest teilweise einem Energiespeicher (ES) des Fahrzeugs zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei ein zweites Spannungsniveau (2) vorgesehen ist, das nicht erhöht wird, wobei der Energiespeicher (ES) bei dem zweiten Spannungsniveau (2) betrieben wird, wobei vorzugsweise das erste Spannungsniveau (1) und das zweite Spannungsniveau (2) vor Durchführung von Schritt (B) dieselbe Spannung aufweisen.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die in Schritt (C) bereitgestellte Generatorleistung (3) zumindest teilweise mindestens einem elektrischen Verbraucher, insbesondere einem Widerstand (R), der besonders bevorzugt einen Bremswiderstand aufweist, des Fahrzeugs zugeführt wird, wobei dieser mindestens eine Verbraucher vorzugsweise auf dem ersten Spannungsniveau (1 ) betrieben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9 in Verbindung mit Anspruch 7 oder 8, wobei die Generatorleistung (3) zumindest teilweise dem mindestens einen elektrischen Verbraucher, insbesondere dem Widerstand (R), in Abhängigkeit des aktuellen Energieaufnahmevermögens des Energiespeichers (ES) zugeführt wird, wobei insbesondere bei vollem Energiespeicher (ES) keine Zuführung von Generatorleistung (3) an den Energiespeicher (ES) erfolgt. 15
11 . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Fahrzeug vorzugsweise nicht spur- oder oberleitungsgebunden ausgebildet ist, und/oder wobei das Fahrzeug als Nutzfahrzeug, Zugmaschine, Anhänger oder LKW, ausgebildet ist.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei die Vorrichtung eine Schnittstelle zur Beeinflussung der Höhe eines ersten Spannungsniveaus (1 ), bei dem eine elektrische Antriebsmaschine (AM) betrieben wird, aufweist, wobei die Vorrichtung eine Datenverarbeitungseinheit aufweist, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.
13. Fahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei das Fahrzeug eine Vorrichtung nach Anspruch 12 aufweist, und/oder wobei das Fahrzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist, wobei das Fahrzeug vorzugsweise nicht spur- oder oberleitungsgebunden, und/oder als Nutzfahrzeug, Zugmaschine, Anhänger oder LKW, ausgebildet ist.
14. Computerprogrammprodukt mit Codemitteln, die, wenn sie auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt werden, diese dazu veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.
15. Speichermedium zum Auslesen durch eine Datenverarbeitungseinheit, wobei das Speichermedium ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 14 aufweist.
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