DE102019203731A1

DE102019203731A1 - Verfahren und Steuereinrichtung zur elektrischen Leistungsflusssteuerung

Info

Publication number: DE102019203731A1
Application number: DE102019203731.3A
Authority: DE
Inventors: Migen Bebeti; Rico Glöckner; Jürgen Legner
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2020-10-08
Also published as: WO2020187961A1; US20220185114A1; US12090859B2; CN113692361A

Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Leistungsflusses zwischen einer elektrischen Energiequelle und mindestens zwei elektrischen Maschinen eines Arbeitsfahrzeugs. In einem Schritt wird eine von der Energiequelle entnehmbare elektrische Leistung bestimmt. In einem weiteren Schritt werden mindestens zwei für die mindestens zwei elektrischen Maschinen angeforderten elektrischen Leistungen bestimmt. Noch in einem weiteren Schritt wird die entnehmbare elektrische Leistung auf die mindestens zwei elektrischen Maschinen im Verhältnis der mindestens zwei angeforderten elektrischen Leistungen verteilt, wobei ein derartiges Verteilen durchgeführt wird, wenn eine Summe der mindestens zwei angeforderten elektrischen Leistungen größer als die entnehmbare elektrische Leistung ist. Die Erfindung beschreibt auch ein Steuereinrichtung zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens und ein Arbeitsfahrzeug, welches ein derartiges Steuergerät aufweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Leistungsflusses zwischen einer elektrischen Energiequelle und mindestens zwei elektrischen Maschinen eines Fahrzeugs. Die Erfindung bezieht sich zudem auf eine Steuereinrichtung zum Durchführen eines derartigen Verfahrens und auf ein Fahrzeug mit einer solchen Steuereinrichtung.
Ein Fahrzeug kann eine elektrische Energiequelle und einen Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs aufweisen. Eine von einem Fahrer des Fahrzeugs aktuell angeforderte Motorleistung kann durch eine der elektrischen Energiequelle aktuell entnehmbaren elektrischen Leistung begrenzt sein.
Ein Arbeitsfahrzeug kann neben einem Elektromotor als ein elektrischer Hauptverbraucher noch mindestens einen weiteren elektrischen Hauptverbraucher und/oder mindestens einen elektrischen Nebenverbraucher aufweisen. Der Fahrer des Arbeitsfahrzeugs kann neben einer Motorleistung für den Elektromotor zum Antreiben des Arbeitsfahrzeugs auch mindestens eine weitere Leistung für den mindestens einen weiteren elektrischen Hauptverbraucher und/oder den mindestens einen elektrischen Nebenverbraucher anfordern.
Die Erfindung betrifft in einem Aspekt ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Leistungsflusses zwischen einer elektrischen Energiequelle und mindestens zwei elektrischen Maschinen eines Arbeitsfahrzeugs.
Der elektrische Leistungsfluss kann mindestens einen unidirektionalen elektrischen Leistungsfluss von der elektrischen Energiequelle zu mindestens einer elektrischen Maschine der mindestens zwei elektrischen Maschinen aufweisen. Mit anderen Worten kann eine elektrischen Energie von der elektrischen Energiequelle auf mindestens eine elektrische Maschine der mindestens zwei elektrischen Maschinen übertragen werden.
Alternativ oder zusätzlich zu dem mindestens einen unidirektionalen elektrischen Leistungsfluss kann der elektrische Leistungsfluss mindestens einen bidirektionalen Leistungsfluss zwischen der elektrischen Energiequelle und mindestens einer elektrischen Maschine der mindestens zwei elektrischen Maschinen aufweisen. Bei dem bidirektionalen Leistungsfluss kann entweder ein elektrischer Leistungsfluss von der elektrischen Energiequelle zu einer elektrischen Maschine oder umgekehrt ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann eine elektrische Energie von der elektrischen Energiequelle auf mindestens eine elektrische Maschine der mindestens zwei elektrischen Maschinen übertragen werden oder es kann elektrische Energie von der mindestens einen elektrische Maschine der mindestens zwei elektrischen Maschinen auf die elektrische Energiequelle übertragen werden.
Zusätzlich zu dem mindestens einen unidirektionalen und/oder bidirektionalen elektrischen Leistungsfluss kann der elektrische Leistungsfluss einen unidirektionalen oder einen bidirektionalen elektrischen Leistungsfluss zwischen zwei elektrischen Maschinen der mindestens zwei elektrischen Maschinen aufweisen. Mit anderen Worten kann auch eine elektrische Energie zwischen zwei elektrischen Maschinen der mindestens zwei elektrischen Maschinen übertragen werden.
Die elektrische Energiequelle kann einen Energiespeicher und/oder einen Energieerzeuger zum Versorgen von den mindestens zwei elektrischen Maschinen mit elektrischer Energie aufweisen. Bei den elektrischen Maschinen kann es sich um elektrische Energiewandler handeln. Die elektrische Maschine kann als ein elektrischer Motor und/oder als ein elektrischer Generator betreibbar sein. Eine elektrische Maschine kann als ein elektrischer Hauptverbraucher oder als ein elektrischer Nebenverbraucher des Arbeitsfahrzeugs ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann es sich bei den elektrischen Maschinen des Arbeitsfahrzeugs um elektrische Verbraucher handeln. In einer Ausführungsform weist das Arbeitsfahrzeug mindestens zwei elektrische Hauptverbraucher auf. In einer weiteren Ausführungsform weist das Arbeitsfahrzeug zusätzlich mindestens einen elektrischen Nebenverbraucher auf.
Bei dem Arbeitsfahrzeug kann es sich um eine selbstfahrende Arbeitsmaschine (sfAM) beziehungsweise um ein selbstfahrendes Arbeitsfahrzeug handeln. Die selbstfahrende Arbeitsmaschine kann eine mobile Arbeitsmaschine sein. Beispielsweise kann das Arbeitsfahrzeug ein landwirtschaftliches Nutzfahrzeug, ein Flurförderfahrzeug oder ein Baumaschinenfahrzeug sein.
Das Arbeitsfahrzeug kann als ein Fahrzeug ausgebildet sein, welches zum Durchführen von mindestens einer Arbeit ausgebildet ist, welche nicht zum Befördern von Personen und/oder Gütern bestimmt ist. Das Arbeitsfahrzeug kann hierfür eine Arbeitseinrichtung beziehungsweise ein Arbeitswerkzeug zum Durchführen von der mindestens einen derartigen Arbeit aufweisen. Die Arbeitseinrichtung beziehungsweise das Arbeitswerkzeug kann von einer elektrischen Maschine des Arbeitsfahrzeugs betätigbar sein. Bei der Arbeit, welche nicht zum Befördern von Personen und/oder Gütern bestimmt ist, kann es sich beispielsweise um ein Bearbeiten und/oder Handhaben von Gütern beziehungsweise Objekten mit der Arbeitseinrichtung beziehungsweise dem Arbeitswerkzeug handeln.
Das Verfahren weist als einen Schritt ein Bestimmen von einer von der Energiequelle entnehmbaren elektrischen Leistung auf. Die von der Energiequelle entnehmbare elektrische Leistung kann eine durch die Energiequelle zur Verfügung stellbare elektrische Leistung sein. Mit anderen Worten kann es sich bei der von der Energiequelle entnehmbaren elektrischen Leistung um eine auf dem Arbeitsfahrzeug verfügbare elektrische Leistung handeln.
Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Bestimmen von mindestens zwei für die mindestens zwei elektrischen Maschinen angeforderten elektrischen Leistungen auf. Die mindestens zwei angeforderten elektrischen Leistungen können durch die mindestens zwei elektrischen Maschinen angefordert werden oder mit einer Anforderungseinrichtung für die zwei elektrischen Maschinen angefordert werden. Die Anforderungseinrichtung kann eine Leistungselektronik aufweisen. Die angeforderten elektrischen Leistungen können für die mindestens zwei elektrischen Maschinen von der elektrischen Energiequelle abgeforderte elektrische Leistungen aufweisen. Die angeforderten elektrischen Leistungen können die entnehmbare elektrische Leistung übersteigen. Mit anderen Worten kann das Verfahren als solches erst dann durchgeführt werden, wenn die angeforderten elektrischen Leistungen die entnehmbare elektrische Leistung übersteigen. Diese Situation kann vorübergehend oder dauerhaft im Betrieb des Arbeitsfahrzeugs vorhanden sein.
Zumindest einer der beiden Bestimmungsschritte kann ein Feststellen und/oder Erfassen der jeweiligen elektrischen Leistung aufweisen. Das Bestimmen, Feststellen und/oder Erfassen der jeweiligen elektrischen Leistung kann über eine jeweilige Leistungselektronik erfolgen.
Das Verfahren weist als einen weiteren Schritt ein Verteilen der entnehmbaren elektrischen Leistung auf die mindestens zwei elektrischen Maschinen im Verhältnis der mindestens zwei angeforderten elektrischen Leistungen auf. Der Schritt des Verteilens wird durchgeführt, wenn eine Summe der mindestens zwei angeforderten elektrischen Leistungen größer als die entnehmbare elektrische Leistung ist. Dieser Schritt kann nur dann durchgeführt werden. Die Summe kann das Ergebnis einer Addition der mindestens zwei angeforderten elektrischen Leistungen sein. Das Verhältnis kann eine Mengenrelation oder ein prozentuales Verhältnis zwischen den mindestens zwei angeforderten elektrischen Leistungen aufweisen. Das Verhältnis kann ferner eine vordefinierte Gewichtung der mindestens zwei angeforderten elektrischen Leistungen aufweisen.
Das Verteilen der entnehmbaren elektrischen Leistung kann ein Aufteilen der entnehmbaren elektrischen Leistung auf die mindestens zwei elektrischen Maschinen aufweisen. Das Verteilen beziehungsweise Aufteilen kann mit anderen Worten gemäß dem Verhältnis der mindestens zwei angeforderten elektrischen Leistungen durchgeführt werden.
Das Verteilen kann auch ein Zuteilen beziehungsweise Zuweisen der entnehmbaren elektrischen Leistung zu mindestens einer elektrischen Maschine der mindestens zwei elektrischen Maschinen aufweisen. Das Zuteilen beziehungsweise Zuweisen kann ein Zuteilen beziehungsweise Zuweisen der Summe, einer Teilsumme oder keiner elektrischen Leistung zu der mindestens einen elektrischen Maschine aufweisen.
Mit der Erfindung kann ein Energieflussmanagement für ein elektrisch betreibbares Arbeitsfahrzeug bereitgestellt werden. Übersteigen aktuell auf dem Arbeitsfahrzeug angeforderte elektrische Leistungen eine aktuell auf dem Arbeitsfahrzeug verfügbare elektrische Leistung, kann die aktuell verfügbare elektrische Leistung in dem aktuellen Anforderungsverhältnis abgerufen werden. Somit können von einem Bediener des Arbeitsfahrzeugs für mindestens zwei elektrische Maschinen angeforderte elektrischen Leistungen zunächst eine verfügbare elektrische Leistung übersteigen. In Abhängigkeit einer aktuell der elektrischen Energiequelle entnehmbaren elektrischen Leistung kann diese dann in rationierter Weise einer Vielzahl von elektrischen Maschinen, das heißt mindestens zwei elektrischen Maschinen, zugeordnet werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens weist der Schritt des Verteilens ein unabhängig von den angeforderten elektrischen Leistungen durchführbares Zuteilen eines vordefinierten Mindestanteils der entnehmbaren elektrischen Leistungen zu einer der mindestens zwei elektrischen Maschinen auf. Mit anderen Worten kann ein Anteil der entnehmbaren elektrischen Leistung für eine Zuteilung zu einer elektrischen Maschine der mindestens zwei elektrischen Maschinen reserviert werden. Eine Energieversorgung der elektrischen Maschine, welcher die reservierte elektrische Leistung zugeteilt werden kann, kann somit im Betrieb des Arbeitsfahrzeugs priorisiert werden. Alternativ zu einem Zuteilen beziehungsweise Priorisieren eines vordefinierten Mindestanteils kann der Schritt des Verteilens auch ein unabhängig von den angeforderten elektrischen Leistungen durchführbares Zuteilen eines vordefinierten Höchstanteils der entnehmbaren elektrischen Leistungen zu einer der mindestens zwei elektrischen Maschinen aufweisen. Mit einem Zuteilen eines Mindestanteils oder eines Höchstanteils kann in vorteilhafter Weise eine elektrische Mindestleistung oder eine elektrische Höchstleistung beim Verteilen der entnehmbaren elektrischen Leistung auf die mindestens zwei elektrischen Maschinen definiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist der Schritt des Verteilens ein Verteilen einer Teilleistung der entnehmbaren elektrischen Leistung in Abhängigkeit eines Zustands der Energiequelle auf. Der Zustand der Energiequelle kann einen Ladezustand der Energiequelle, eine Lebensdauer der Energiequelle oder eine Betriebstemperatur der Energiequelle aufweisen. Unter einer Berücksichtigung des Zustands der Energiequelle beim Steuern des Leistungsflusses kann so in vorteilhafter Weise eine Leistungsfähigkeit der elektrischen Energiequelle aufrechterhalten werden. So kann in einem Beispiel eine vordefinierte Lebensdauer der elektrischen Energiequelle aufrechterhalten werden. Handelt es sich bei der elektrischen Energiequelle um eine Batterie, können so zudem Überhitzungsfälle vermieden werden.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens weist als einen weiteren Schritt ein Bestimmen von einer von einer elektrischen Maschine der mindestens zwei elektrischen Maschinen durch Energierückgewinnung entnehmbaren elektrischen Leistung auf. Bei der Energierückgewinnung an der einen elektrischen Maschine kann es sich um eine Rekuperation an dieser handeln. Die Energierückgewinnung kann eine Generatorleistung der elektrischen Maschine aufweisen. Kann der einen elektrischen Maschine eine elektrische Leistung durch Energierückgewinnung entnommen werden, kann diese elektrische Maschine währenddessen keine elektrische Leistung von der elektrischen Energiequelle anfordern. Das Verfahren kann somit in vorteilhafter Weise auch zum Steuern eines elektrischen Leistungsflusses zwischen einer Energiequelle und mindestens einer rekuperativer elektrischen Maschine durchgeführt werden. Das Verfahren kann daher auch unter Berücksichtigung eines rekuperativen Energiesystems auf dem Arbeitsfahrzeug ausgeführt werden. Mit anderen Worten kann in dem elektrischen Leistungsfluss auch Energie zwischen den elektrischen Maschinen weitergeleitet werden.
Die von der mindestens einen elektrischen Maschine entnehmbare elektrische Leistung kann beim Schritt des Verteilens berücksichtigt werden. Der Schritt des Verteilens kann somit zusätzlich ein Berücksichtigen von einer von einer elektrischen Maschine entnehmbaren elektrischen Leistung aufweisen. Zwischen der elektrischen Maschine, welcher durch Energierückgewinnung elektrische Leistung entnehmbar sein kann, und mindestens einer anderen elektrischen Maschine der mindestens zwei elektrischen Maschinen kann so zusätzlich elektrische Leistung fließen.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist der Schritt des Verteilens ein Zuteilen von der von der elektrischen Maschine entnehmbaren elektrischen Leistung zu der mindestens einen anderen elektrischen Maschine der mindestens zwei elektrischen Maschinen auf. Das Zuteilen kann ein Zuteilen zu einer einzigen anderen elektrischen Maschine aufweisen. Alternativ dazu kann das Zuteilen ein Verteilen von der von der elektrischen Maschine entnehmbaren elektrischen Leistung auf mindestens zwei andere elektrischen Maschinen von mindestens drei elektrischen Maschinen des Arbeitsfahrzeugs aufweisen. Ein derartiges Verteilen einer durch Energierückgewinnung entnehmbaren elektrischen Leistung auf mindestens zwei andere elektrischen Maschinen kann auch im Verhältnis der für die mindestens zwei anderen elektrischen Maschinen angeforderten elektrischen Leistungen durchgeführt werden. Alternativ dazu kann die der elektrischen Maschine entnehmbare elektrische Leistung auch in vorteilhafter Weise einer Fahrzeugbremse zugeteilt werden, um deren Bremsvermögen zu steigern.
Alternativ oder zusätzlich zu der vorhergehenden Ausführungsform kann eine von einer elektrischen Maschine entnehmbare elektrische Leistung der elektrischen Energiequelle zuteilbar sein. Von der elektrischen Maschine kann ein elektrischer Leistungsfluss zur elektrischen Energiequelle vorhanden sein, um die elektrische Energiequelle mit Energie zu versorgen. Handelt es sich bei der elektrischen Energiequelle um eine Batterie, kann diese so wieder aufgeladen werden.
In Abhängigkeit des Zustands der elektrischen Energiequelle kann ein derartiger Energiefluss getrennt oder eingeschränkt werden. Das Verfahren kann somit als einen weiteren Schritt ein Trennen oder Einschränken eines elektrischen Leistungsflusses von einer elektrischen Maschine zu der elektrischen Energiequelle in Abhängigkeit des Zustands der der elektrischen Energiequelle aufweisen. Mit anderen Worten kann ein Leistungsfluss zum Laden der elektrischen Energiequelle unterbrochen werden, um ein Überladen der elektrischen Energiequelle zu vermeiden. Eine elektrische Maschine, welcher Leistung entnommen werden kann, kann hierzu spannungsfrei geschaltet werden. Hierfür kann beispielsweise ein im elektrischen Leistungsfluss vorgesehener Schalter betätigt werden, welcher den Leistungsfluss beziehungsweise einen Stromfluss zu der elektrischen Maschine trennt.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist eine elektrische Maschine der mindestens zwei elektrischen Maschinen zum Antreiben eines Antriebsstrangs des Arbeitsfahrzeugs ausgebildet. Für den Antriebsstrang beziehungsweise für eine sogenannte „Driveline“ des Arbeitsfahrzeugs kann eine Leistung zum Bewegen des Arbeitsfahrzeugs angefordert werden. Der Antriebsstrang kann ein (Lastschalt-)Getriebe, eine elektrische Druckunterstützung und/oder ein Fahrwerk aufweisen, welche eine Vorderradachse und eine Hinterradachse aufweisen kann.
Alternativ oder zusätzlich kann eine andere elektrische Maschine der mindestens zwei elektrischen Maschinen zum Antreiben einer Arbeitshydraulik des Arbeitsfahrzeugs ausgebildet sein. Für die Arbeitshydraulik kann eine Leistung zum Bewegen der Arbeitseinrichtung beziehungsweise des Arbeitswerkezeugs angefordert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Arbeitshydraulik eine Lenkhydraulik zum Lenken des Arbeitsfahrzeugs aufweisen.
Für die mindestens zwei elektrischen Maschinen können parallel oder wechselweise elektrische Leistungen angefordert werden, um den Antriebsstrang und die Arbeitshydraulik separat, parallel, nacheinander oder alternierend anzutreiben. Dabei kann mit dem Verfahren die der elektrischen Energiequelle aktuell entnehmbare Leistung in vorteilhafter Weise entsprechend dem aktuellen Verhältnis der für den Antriebsstrang und die Arbeitshydraulik angeforderten Leistungen auf diese aufgeteilt werden. Ein Arbeitsleistung einer Arbeitseinrichtung kann somit in vorteilhafter Weise während einer Fahrt des Arbeitsfahrzeugs mit einem verzweigten Leistungsfluss auf den Antriebsstrang und die Arbeitshydraulik im Verhältnis einer Vielzahl angeforderter Leistungen gesteuert werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist die elektrische Energiequelle eine Batterie auf. Das Arbeitsfahrzeug kann so als ein mit der Batterie betreibbares Arbeitsfahrzeug ausgebildet sein. Bei dem Arbeitsfahrzeug kann es sich somit um ein sogenanntes BEV-Arbeitsfahrzeug handeln. Bei der Batterie kann es sich um eine Traktionsbatterie handeln. Eine der Batterie als elektrische Energiequelle entnehmbare Leistung kann von einer aktuellen Ladekapazität der Batterie abhängen.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist die elektrische Energiequelle eine Brennstoffzelle auf. Das Arbeitsfahrzeug kann so als ein mit der Brennstoffzelle betreibbares Arbeitsfahrzeug ausgebildet. Bei dem Arbeitsfahrzeug kann es sich somit um ein sogenanntes FCEV-Arbeitsfahrzeug handeln. Weist das Arbeitsfahrzeug zusätzlich zu der Brennstoffzelle eine Batterie gemäß der vorhergehenden Ausführungsform auf, kann diese zum Zwischenspeichern von durch die Brennstoffzelle erzeugter elektrischen Energie fungieren. Die elektrische Energiequelle kann daher auch ein elektrischer Energiezwischenspeicher sein.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt eine Steuereinrichtung zum Steuern eines elektrischen Leistungsflusses zwischen einer elektrischen Energiequelle und mindestens zwei elektrischen Maschinen eines Arbeitsfahrzeugs. Die Steuereinrichtung kann zum Durchführen des Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt eingerichtet sein. Die Steuereinrichtung kann hierfür eine entsprechende Leistungsflusssteuerung aufweisen. Die Steuereinrichtung kann zudem einen Leistungsflussregler zum Regeln des Leistungsflusses aufweisen. Von den elektrischen Maschinen verbrauchte Energie kann in einem Rückkopplungsschritt zum Regeln der entnehmbaren elektrischen Leistung und/oder der auf die elektrischen Maschinen zu verteilenden elektrischen Leistungen verwendet werden.
Die Steuereinrichtung weist eine Schnittstelle zum Einlesen von einer bestimmten Grö-ße von einer von der Energiequelle entnehmbaren elektrischen Leistung auf. Die Steuereinrichtung kann über die Schnittstelle mit einer Bestimmungseinheit zum Bestimmen der Größe verbunden sein. Bei der Größe kann es sich um eine physikalische Größe der von der Energiequelle entnehmbaren elektrischen Leistung handeln.
Die Steuereinrichtung weist zudem eine Schnittstelle zum Einlesen von bestimmten Größen von mindestens zwei für die mindestens zwei elektrischen Maschinen angeforderten elektrischen Leistungen auf. Die Steuereinrichtung kann über die Schnittstelle mit Bestimmungseinheiten zum Bestimmen der Größen verbunden sein. Bei den Grö-ßen kann es sich um physikalische Größen der für die mindestens zwei elektrischen Maschinen angeforderten elektrischen Leistungen handeln.
Die Steuereinrichtung weist zudem eine Recheneinheit auf, welche eingerichtet ist, Verteilungsgrößen zum Verteilen der entnehmbaren elektrischen Leistung auf die mindestens zwei elektrischen Maschinen im Verhältnis der mindestens zwei angeforderten elektrischen Leistungen zu berechnen. Bei den Verteilungsgrößen kann es sich um physikalische Größen der zu verteilenden elektrischen Leistung handeln. Die Verteilungsgrößen werden von der Recheneinheit berechnet, wenn eine Summe der mindestens zwei angeforderten elektrischen Leistungen größer als die entnehmbare elektrische Leistung ist.
Die Steuereinrichtung weist zudem eine Schnittstelle zum Auslesen der berechneten Verteilungsgrößen auf. Die berechneten Verteilungsgrößen können von einer Verteilungseinrichtung zum Verteilen der entnehmbaren Leistung auf die mindestens zwei elektrischen Maschinen gemäß der Erfindung ausgelesen werden. Die Verteilungseinrichtung kann eine (zentrale) Leistungselektronik oder jeweilige den mindestens zwei elektrischen Maschinen zugeordnete Leistungselektroniken aufweisen.
Die Erfindung betrifft in einem weiteren Aspekt ein Arbeitsfahrzeug mit einer elektrischen Energiequelle, mindestens zwei elektrischen Maschinen und einer Steuereinrichtung nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Arbeitsfahrzeug kann als ein automatisiert beziehungsweise autonom betreibbares Arbeitsfahrzeug ausgebildet sein.

1 zeigt ein System zum Steuern eines elektrischen Leistungsflusses zum Erläutern des Verfahrens, der Steuereinrichtung und des Arbeitsfahrzeugs nach einer jeweiligen Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt schematisch einen elektrischen Leistungsfluss zum weiteren Erläutern des Verfahrens, der Steuereinrichtung und des Arbeitsfahrzeugs.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm von Verfahrensschritten eines Verfahrens zum Steuern eines elektrischen Leistungsflusses in einer Ausführungsform der Erfindung.

Das in 1 gezeigte System 100 weist eine elektrische Energiequelle 10, eine erste elektrische Maschine 20, eine zweite elektrische Maschine 30, eine dritte elektrische Maschine 40 und eine Steuereinrichtung 50 auf. Das System 100 ist auf einem in den Figuren nicht gezeigten Arbeitsfahrzeug angeordnet.
Die elektrische Energiequelle 10 ist über eine erste Einleseschnittstelle 51 mit der Steuereinrichtung 50 verbunden und in einer Ausführungsform als eine Batterie ausgebildet. Die erste elektrische Maschine 20 ist über eine Leistungselektronik 26 der ersten elektrischen Maschine 20 mit der Steuereinrichtung 50 verbunden. Die Leistungselektronik 26 ist über eine zweite Einleseschnittstelle 52 und eine zweite Ausleseschnittstelle 53 mit der Steuereinrichtung 50 verbunden. Die zweite elektrische Maschine 30 ist über eine Leistungselektronik 36 der zweiten elektrischen Maschine 30 mit der Steuereinrichtung 50 verbunden. Die Leistungselektronik 36 ist über eine weitere zweite Einleseschnittstelle 52 und eine weitere zweite Ausleseschnittstelle 53 mit der Steuereinrichtung 50 verbunden. Die dritte elektrische Maschine 40 ist über eine Leistungselektronik 46 der dritten elektrischen Maschine 40 mit der Steuereinrichtung 50 verbunden. Die Leistungselektronik 46 ist über eine weitere zweite Einleseschnittstelle 52 und eine weitere zweite Ausleseschnittstelle 53 mit der Steuereinrichtung 50 verbunden.
Die erste elektrische Maschine 20 ist mit einem Antriebsstrang 28 zum Antreiben desselben wirkverbunden. Die zweite elektrische Maschine 30 ist mit einer Arbeitshydraulik 38 zum Antreiben derselben wirkverbunden. Die elektrischen Maschinen 20, 30 des Antriebsstrangs 28 und der Arbeitshydraulik 38 sind in einer Ausführungsform als elektrische Hauptverbraucher des Arbeitsfahrzeugs ausgebildet. Die dritte elektrische Maschine 40 ist mit einer weiteren Arbeitseinrichtung 48 des Arbeitsfahrzeug zum Betätigen derselben wirkverbunden. Die dritte elektrische Maschine 40 der Arbeitseinrichtung 48 ist in einer Ausführungsform als elektrischer Nebenverbraucher des Arbeitsfahrzeugs ausgebildet.
Die Verbindungen zwischen der Steuereinrichtung 50 und den elektrischen Maschinen 20, 30, 40 weisen einen jeweiligen Leistungsfluss 21, 31, 41 auf. Der Leistungsfluss 21 zur ersten elektrischen Maschine 20 führt über die Leistungselektronik 26 der ersten elektrischen Maschine 20 zum Umformen einer der elektrischen Energiequelle 10 entnehmbaren Energie. Der Leistungsfluss 31 zur zweiten elektrischen Maschine 30 führt über die Leistungselektronik 36 der zweiten elektrischen Maschine 30 zum Umformen einer der elektrischen Energiequelle 10 entnehmbaren Energie. Der Leistungsfluss 41 zur dritten elektrischen Maschine 40 führt über die Leistungselektronik 46 der dritten elektrischen Maschine 40 zum Umformen einer der elektrischen Energiequelle 10 entnehmbaren Energie.
Für die elektrischen Maschinen 20, 30, 40 beziehungsweise für den Antriebsstrang 28, die Arbeitshydraulik 38 und die Arbeitseinrichtung 48 werden jeweilige elektrische Leistungen über die Leistungselektroniken 26, 36, 46 angefordert. Die angeforderten elektrischen Leistungen übersteigen in Summe eine der elektrischen Energiequelle 10 entnehmbaren elektrischen Leistung. Die entnehmbare elektrische Leistung der elektrischen Energiequelle 10 wird durch die Steuereinrichtung 50 im Verhältnis der angeforderten elektrischen Leistungen in die Leistungsflüsse 21, 31, 41 im Verhältnis der angeforderten Leistungen aufgeteilt. Physikalische Größen der für die Leistungsflüsse 21, 31, 41 aufzuteilenden elektrischen Teilleistungen werden hierfür mit einer Recheneinheit 54 der Steuereinrichtung 50 berechnet.
Die elektrische Energiequelle 10 ist zudem über die Steuereinrichtung 50 mit einem Ladeanschluss 60 zum Laden der elektrischen Energiequelle 10 verbunden. Wird der elektrischen Energiequelle 10 Energie entzogen, kann diese über den Ladeanschluss 60 mit einer externen Energiequelle (nicht gezeigt) wieder aufgeladen werden. Hierfür ist der Ladeanschluss 60 über eine Leistungselektronik 66 des Ladeanschlusses 60 mit der Steuereinrichtung 50 verbunden.
In 2 werden exemplarisch die beiden Energieflüsse 21, 31 von der elektrischen Energiequelle 10 zur ersten elektrischen Maschine 10 und zur zweiten elektrischen Maschine 20 näher erläutert. Der elektrischen Energiequelle 10 ist eine von der elektrischen Energiequelle 10 entnehmbare elektrische Leistung 12 zugeordnet. Der ersten elektrischen Maschine 20 ist eine von der ersten elektrischen Maschine 20 angeforderte elektrische Leistung 22 zugeordnet. Auch der zweiten elektrischen Maschine 30 ist eine von der zweiten elektrischen Maschine 30 angeforderte elektrische Leistung 32 zugeordnet. Alternativ zu er von der zweiten elektrischen Maschine 30 angeforderten elektrische Leistung 32 ist der zweiten elektrischen Maschine 32 eine von der zweiten elektrischen Maschine 32 entnehmbare elektrische Leistung 34 zugeordnet. Wird für die erste elektrische Maschine 20 die elektrische Leistung 22 von der elektrischen Energiequelle 10 angefordert, ist der Leistungsfluss 21 von der elektrischen Energiequelle 10 zur ersten elektrischen Maschine 20 ausgebildet. Wird die elektrische Leistung 32 für die zweite elektrische Maschine 30 von der elektrischen Energiequelle 10 angefordert, ist der Leistungsfluss 31 zur zweiten elektrischen Maschine 30 ausgebildet. Übersteigen die beiden angeforderten und aufsummierten Leistungen 31, 32 die entnehmbare Leistung 12, wird die entnehmbare Leistung 12 im Verhältnis der angeforderten elektrischen Leistungen 22, 32 mit entsprechenden Leistungsflüssen 21, 31 auf die elektrischen Maschinen 20, 30 aufgeteilt.
Falls alternativ zu der für die zweite elektrische Maschine 30 angeforderten Leistung 32 der zweiten elektrischen Maschine 30 die elektrische Leistung 34 entnehmbar ist, fordert die erste elektrische Maschine 20 eine elektrische Leistung 22 an, welche der elektrischen Energiequelle 10 und/oder zweiten elektrischen Maschine 30 entnehmbar ist. Übersteigt die für die erste elektrische Maschine 20 angeforderte elektrische Leistung 22 die der elektrischen Energiequelle 10 entnehmbare elektrische Leistung 12, werden der ersten elektrischen Maschine 20 beide entnehmbaren Leistungen 12, 34 zugeteilt. Neben dem Leistungsfluss 21 von der elektrischen Energiequelle 10 zur ersten elektrischen Maschine 20 ist dann ein weiterer Leistungsfluss 35 von der zweiten elektrischen Maschine 30 zur ersten elektrischen Maschine 20 ausgebildet. Unterschreitet die für die erste elektrische Maschine 20 angeforderte elektrische Leistung 22 die entnehmbaren Leistungen 12, 34 ist der Leistungsfluss 31 als Leistungsfluss von der zweiten elektrischen Maschine 30 zur elektrischen Energiequelle 10 ausgebildet, um diese aufzuladen, falls diese als Batterie ausgebildet ist.
In 3 sind Verfahrensschritte S1, S2 und S3 in einer zeitlichen Abfolge zum Durchführen eines Verfahrens zum Steuern des in 1 gezeigten Systems 100 und der in 2 gezeigten elektrischen Leistungsflüsse 21, 31, 35 zwischen der elektrischen Energiequelle 10, der ersten elektrischen Maschine 20 und der zweiten elektrischen Maschine 30 des Arbeitsfahrzeugs gezeigt.
In einem ersten Schritt S1 erfolgt eine Entnahmebestimmung. In diesem Schritt S1 wird die von der Energiequelle 10 entnehmbare elektrische Leistung 12 bestimmt. In einem weiteren zum ersten Schritt S1 parallelen zweiten Schritt S2 erfolgt eine Anforderungsbestimmung. In diesem Schritt S2 werden die durch die elektrischen Maschinen 20, 30 angeforderten elektrischen Leistungen 22, 32 bestimmt.
In einem dritten Schritt S3 erfolgt eine elektrische Leistungsverteilung. In diesem Schritt S3, welcher auf den vorhergehenden Schritten S1 und S2 basiert, wird die der Energiequelle 10 entnehmbare elektrische Leistung 12 im Verhältnis der angeforderten elektrischen Leistungen 22, 32 auf die elektrischen Maschinen 20, 30 verteilt. Der Schritt S3 wird durchgeführt, wenn die angeforderten Leistungen 22, 32 in Summe größer als die entnehmbare elektrischen Leistung 12 ist.
Bezugszeichenliste

10: elektrische Energiequelle
12: von der elektrische Energiequelle entnehmbare elektrische Leistung
20: erste elektrische Maschine
21: Leistungsfluss zur ersten elektrischen Maschine
22: von der ersten elektrischen Maschine angeforderte elektrische Leistung
26: Leistungselektronik der ersten elektrischen Maschine
28: Antriebsstrang
30: zweite elektrische Maschine
31: Leistungsfluss zur zweiten elektrischen Maschine
32: von der zweiten elektrischen Maschine angeforderte elektrische Leistung
34: von einer elektrischen Maschine entnehmbare elektrische Leistung
35: Leistungsfluss zur zweiten elektrischen Maschine
36: Leistungselektronik der zweiten elektrischen Maschine
38: Arbeitshydraulik
40: dritte elektrische Maschine
41: Leistungsfluss zur dritten elektrischen Maschine
46: Leistungselektronik der dritten elektrischen Maschine
48: Arbeitseinrichtung
50: Steuereinrichtung
51: erste Einleseschnittstelle
52: zweite Einleseschnittstelle
53: Ausleseschnittstelle
54: Recheneinheit
60: Ladeanschluss
66: Leistungselektronik des Ladeanschlusses
100: System
S1: Entnahmebestimmung
S2: Anforderungsbestimmung
S3: Leistungsverteilung

Claims

Verfahren zum Steuern eines elektrischen Leistungsflusses (21, 31) zwischen einer elektrischen Energiequelle (10) und mindestens zwei elektrischen Maschinen (20, 30) eines Arbeitsfahrzeugs, mit den Schritten: Bestimmen (S1) von einer von der Energiequelle (10) entnehmbaren elektrischen Leistung (12), Bestimmen (S2) von mindestens zwei für die mindestens zwei elektrischen Maschinen (20, 30) angeforderten elektrischen Leistungen (22, 32), und Verteilen (S3) der entnehmbaren elektrischen Leistung (12) auf die mindestens zwei elektrischen Maschinen (20, 30) im Verhältnis der mindestens zwei angeforderten elektrischen Leistungen (22, 32), wenn eine Summe der mindestens zwei angeforderten elektrischen Leistungen (22, 32) größer als die entnehmbare elektrische Leistung (12) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Verteilens (S3) ein unabhängig von den angeforderten elektrischen Leistungen (22, 32) durchführbares Zuteilen eines vordefinierten Mindestanteils der entnehmbaren elektrischen Leistung (12) zu einer der mindestens zwei elektrischen Maschinen (20, 30) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Verteilens (S3) ein Verteilen einer Teilleistung der entnehmbaren elektrischen Leistung (12) in Abhängigkeit eines Zustands der Energiequelle (10) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem weiteren Schritt: Bestimmen von einer von einer elektrischen Maschine (30) der mindestens zwei elektrischen Maschinen (20, 30) durch Energierückgewinnung entnehmbaren elektrischen Leistung (34), wobei beim Schritt des Verteilens (S3) die von der mindestens einen elektrischen Maschine (30) entnehmbare elektrische Leistung (34) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Schritt des Verteilens (S3) ein Zuteilen von der von der elektrischen Maschine (30) entnehmbaren elektrischen Leistung (34) zu der mindestens einen anderen elektrischen Maschine (20) der mindestens zwei elektrischen Maschinen (20, 30) aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine elektrische Maschine (20) der mindestens zwei elektrischen Maschinen (20, 30) zum Antreiben eines Antriebsstrangs (28) des Arbeitsfahrzeugs und eine andere elektrische Maschine (30) der mindestens zwei elektrischen Maschinen (20, 30) zum Antreiben einer Arbeitshydraulik (38) des Arbeitsfahrzeugs ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Energiequelle (10) eine Batterie aufweist und das Arbeitsfahrzeug als ein mit der Batterie betreibbares Arbeitsfahrzeug ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Energiequelle (10) eine Brennstoffzelle aufweist und das Arbeitsfahrzeug als ein mit der Brennstoffzelle betreibbares Arbeitsfahrzeug ausgebildet ist.
Steuereinrichtung (50) zum Steuern eines elektrischen Leistungsflusses (21, 31) zwischen einer elektrischen Energiequelle (10) und mindestens zwei elektrischen Maschinen (20, 30) eines Arbeitsfahrzeugs, mit einer Schnittstelle (51) zum Einlesen von einer bestimmten Größe von einer von der Energiequelle (10) entnehmbaren elektrischen Leistung (12), einer Schnittstelle (52) zum Einlesen von bestimmten Größen von mindestens zwei für die mindestens zwei elektrischen Maschinen (20, 30) angeforderten elektrischen Leistungen (22, 32), einer Recheneinheit (54), welche eingerichtet ist, Verteilungsgrößen zum Verteilen der entnehmbaren elektrischen Leistung (12) auf die mindestens zwei elektrischen Maschinen (20, 30) im Verhältnis der mindestens zwei angeforderten elektrischen Leistungen (22, 32) zu berechnen, wenn eine Summe der mindestens zwei angeforderten elektrischen Leistungen (22, 32) größer als die entnehmbare elektrische Leistung (12) ist, und einer Schnittstelle (53) zum Auslesen der berechneten Verteilungsgrößen.
Arbeitsfahrzeug mit einer elektrischen Energiequelle (10), mindestens zwei elektrischen Maschinen (20, 30) und einer Steuereinrichtung (50) nach Anspruch 9.