WO2022013024A1 - Verfahren zum bestimmen zumindest eines charakteristischen parameters einer komponente eines gleichspannungswandlers mittels einer elektronischen recheneinrichtung, sowie elektronische recheneinrichtung - Google Patents

Verfahren zum bestimmen zumindest eines charakteristischen parameters einer komponente eines gleichspannungswandlers mittels einer elektronischen recheneinrichtung, sowie elektronische recheneinrichtung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for determining at least one characteristic parameter of a component of a DC-DC converter for an on-board network of a motor vehicle using an electronic computing device.
  • the invention also relates to an electronic computing device.
  • the at least partially electrically operated motor vehicle has at least one on-board electrical system.
  • a high-voltage energy store and a corresponding high-voltage/low-voltage direct current converter are installed in the corresponding vehicle electrical system, in order, for example, to generate a low-voltage voltage from the high voltage for further electrical components, in particular consumers.
  • DC converters can be installed, which convert the voltage from a high voltage of 400 volts to 12 volts.
  • a low-voltage chemical storage device is installed on the low-voltage side, which can provide the low-voltage voltage.
  • a limited power availability due to the omission of the low-voltage storage device is particularly safety-critical, particularly in the case of highly automated ferry operation of the motor vehicle.
  • High power peaks can damage electrical components, reduce their performance, lead to malfunctions or impair the voltage stability of the on-board power supply.
  • the requirements for a DC-DC converter, which supplies the electrical energy system are particularly significant in the case of reduced low-voltage storage devices.
  • DC-DC converters in the low-voltage level must then have very high dynamics in order to compensate for power fluctuations.
  • there is a low level of dynamics register In the case of DC-DC converters in particular at the low-voltage level, however, there is a low level of dynamics register. This limited dynamics, which is particularly evident in digital control with delay times or dead times, only enables this DC-DC converter to a limited extent to compensate for transient processes or undesirable mains reactions that negatively affect voltage stability.
  • the object of the present invention is to create a method and an electronic computing device by means of which a DC/DC converter can be parameterized, which can be used at a low-voltage level and at the same time can be highly dynamic.
  • One aspect of the invention relates to a method for determining at least one characteristic parameter of a component of a DC voltage converter for an on-board network of a motor vehicle using an electronic computing device, in which a first transfer function of the high-voltage low-voltage DC voltage converter is determined on the basis of a small signal behavior of a high-voltage low-voltage DC voltage converter, and in which depending on the first transfer function, a second transfer function of the DC-DC converter is determined in such a way that the DC-DC converter has at least one property that is essentially the same as the high-voltage/low-voltage DC-DC converter and depending on the second transfer function determined, the at least one parameter of the component of the DC-DC converter is determined.
  • a possibility is thus created to transfer the dynamics of a high-voltage/low-voltage direct current converter by scaling, for example, the voltage class and the power class to a direct current converter, which is, for example, a low-voltage/low-voltage converter.
  • a direct current converter which is, for example, a low-voltage/low-voltage converter.
  • the DC-DC converter enables an essentially identical dynamic step response and is therefore suitable for highly dynamic processes in vehicle electrical systems with reduced memory.
  • the DC-DC converter is to be parameterized in order to be particularly highly dynamic.
  • high dynamics of a high-voltage Low-voltage DC-DC converter can be replicated in another converter, in particular in the DC-DC converter.
  • the formulation of the high-voltage/low-voltage direct current converter in the state space is formulated as a small-signal behavior model, which can also be referred to as a small-signal model.
  • the transfer functions are set up, which should have the same behavior for both DC voltage converters.
  • the scaling for example the voltage, and the examination of the transfer function for sensitivities are carried out.
  • the sensitive transfer function and its parameters are analyzed and the adapted parameterization is determined.
  • the properties of the high-voltage/low-voltage direct current converter can thus be “downscaled” to the direct current converter with lower voltages.
  • “scaling up” can also be carried out from the DC/DC converter with the low voltages to the high-voltage/low-voltage DC/DC converter.
  • a property of the DC converter which is in particular a low-voltage DC converter, can also be applied to the high-voltage/low-voltage DC converter using the method according to the invention.
  • the method can be used on the basis of the input voltages and alternatively or additionally on the basis of the output voltages of the DC voltage converters.
  • the characteristic parameter is determined in such a way that the DC-DC converter has essentially the same step response as the high-voltage/low-voltage DC-DC converter.
  • the DC-DC converter has essentially the same step response as the high-voltage/low-voltage DC-DC converter.
  • an essentially identical dynamic step response can be replicated, which means that the DC-DC converter is also suitable for highly dynamic processes in vehicle electrical systems with reduced memory.
  • the characteristic parameter is determined in such a way that the DC-DC converter has essentially the same Bode diagram as the high-voltage/low-voltage DC-DC converter.
  • the Bode diagram is a representation of two function graphs, with one graph representing the amplitude gain and the other graph shows the phase shift of a complex valued function as a function of frequency.
  • the DC voltage converter has the same Bode diagram as the high-voltage/low-voltage DC voltage converter.
  • the corresponding properties of the high-voltage/low-voltage DC converter can thus be replicated on the DC converter.
  • the DC-DC converter can be used in a highly dynamic manner even in the case of transient processes within the motor vehicle, in particular within the electrical system of the motor vehicle.
  • the high-voltage/low-voltage DC converter and the DC converter are each provided as a full bridge.
  • the full bridge can in particular also be referred to as an H bridge.
  • the full bridge has, for example, five two-terminal poles connected together in the form of an H.
  • the present method can be applied to any DC/DC converter with a full bridge. This can thus be replicated accordingly in different areas of application of DC voltage converters.
  • the high-voltage/low-voltage DC converter and the DC converter are each provided as galvanically isolated DC converters.
  • the two DC voltage converters therefore have a galvanically isolated transformer device.
  • the high-voltage/low-voltage direct current converter and the direct current converter are each provided as bidirectional direct current converters.
  • a transformation can be performed in both directions.
  • a transformation can thus be carried out both from the lower voltage level to the higher voltage level and from the higher voltage level to the lower voltage level.
  • the DC-DC converter can be used in a highly flexible manner within the on-board electrical system of the motor vehicle.
  • a value of a leakage inductance as a component of the DC-DC converter is determined as a characteristic parameter.
  • a parameter adjustment of the leakage inductance Step response and the Bode diagram of the two DC-DC converters can be adjusted accordingly.
  • the at least one characteristic property can thus be implemented in the same way.
  • a value of a duty cycle as a component of the DC-DC converter is determined as a characteristic parameter. If, for example, the leakage inductance cannot be adjusted due to unrealistic parameter values for the leakage inductance, the transformation ratio can be adjusted and the corresponding duty cycle, which can also be referred to as the duty cycle, can be determined so that the characteristic property of the two DC-DC converters can be realized in essentially the same way.
  • a respective transmission ratio of the high-voltage/low-voltage DC converter and the DC converter is taken into account when determining the characteristic parameter.
  • a further possibility is thus created for adapting the characteristic property accordingly.
  • a further possibility is created for being able to replicate the characteristic property of the high-voltage/low-voltage DC converter on the DC converter.
  • a further aspect of the invention relates to an electronic computing device for determining at least one characteristic parameter of a component of a DC voltage converter for an on-board network of a motor vehicle, the electronic computing device being designed to carry out a method according to the preceding aspect. In particular, the method is carried out using the electronic computing device.
  • Yet another aspect of the invention relates to a computer program product with program instructions, the computer program product causing an electronic computing device, which executes the program instructions, to carry out a method according to the improved concept.
  • Yet another aspect relates to a computer-readable storage medium with a computer program product according to the preceding aspect.
  • Advantageous embodiments of the method are to be regarded as advantageous embodiments of the electronic computing device, the computer program product and the computer-readable storage medium.
  • the electronic computing device has specific features which enable the method to be carried out or an advantageous embodiment thereof.
  • Fig. 1 is a schematic block diagram of an embodiment of a
  • Fig. 2 shows a schematic flow chart of an embodiment of the
  • Fig. 1 shows a schematic view of a block diagram of a DC voltage converter 10. This block diagram is present both for the DC voltage converter 10 and for a high-voltage
  • Low-voltage DC converter 12 to view.
  • a value of a leakage inductance as a component of the DC voltage converter 10 is determined as a characteristic parameter.
  • a value of a duty cycle d as a component of the DC-DC converter 10 can be determined as a characteristic parameter.
  • the duty cycle d can also be referred to as the duty cycle.
  • a respective transmission ratio n of the high-voltage/low-voltage DC converter 12 and the DC converter 10 can also be taken into account when determining the characteristic parameter.
  • the DC voltage converter 10 or the high-voltage/low-voltage DC voltage converter 12 is designed as a full bridge 18 .
  • the high-voltage/low-voltage DC converter 12 and the DC converter 10 are provided in particular as galvanically isolated DC converters 10, 12.
  • the high-voltage/low-voltage DC converter 12 and the DC converter 10 therefore have a transformer element 20 .
  • the high-voltage/low-voltage DC converter 12 and the DC converter 10 can in particular each be provided as a bidirectional DC converter 10, 12.
  • the high-voltage low-voltage DC converter 12 and the DC converter 10 each have an input voltage V, n and an output voltage Vo.
  • the high-voltage/low-voltage DC converter 12 can have an input voltage V, n of 400 volts and the output voltage Vo can be 12 volts.
  • the DC-DC converter 10 is constructed in such a way that, for example, the property of this described high-voltage/low-voltage DC-DC converter 12 is adopted by the DC-DC converter 10, with the DC-DC converter 10 then having an input voltage V, n of, for example, 48 volts and a output voltage Vo of 12 volts.
  • V, n of, for example, 48 volts
  • Vo of 12 volts.
  • This list is purely exemplary and should by no means be regarded as exhaustive.
  • Other input voltages V, n and output voltages can also be replicated. This applies both to the input voltages V, n and output voltages Vo both for the high-voltage Low-voltage direct-current converter 12 and for the direct-current converter 10.
  • Low-voltage direct-current converter 12 is formulated in the state space as a small-signal behavior model, which can in particular also be referred to as a small-signal model.
  • the respective transfer functions of the high-voltage/low-voltage direct current converter 12 and the direct current converter 10 are set up, which should have the same behavior in both direct current converters 10, 12.
  • the voltage is then scaled in this way, for example, and the transfer function is examined for sensitivities.
  • the sensitive transfer functions are then analyzed and the adjusted parameters are parameterized and determined.
  • FIG. 2 shows a schematic flowchart of an embodiment of the method.
  • a first step the respective parameters of the high-voltage/low-voltage DC converter 12 are determined.
  • the input voltage V, n and the output voltage Vo of the high-voltage/low-voltage DC converter 12 are determined.
  • the transformation ratio n, the leakage inductance and the duty cycle d are also determined.
  • a factor Kv is determined as a function of the input voltage V, n of the high-voltage/low-voltage direct-current converter 12 and the direct-current converter 10 and the output voltages Vo of the high-voltage/low-voltage direct-current converter 12 and the direct-current converter 10.
  • the desired parameters 22 of the DC-DC converter 10 considered.
  • a third step S3 the transformation ratio n of the high-voltage/low-voltage direct-current converter 12 is related to the factor Kv and results in the new transformation ratio n of the direct-current converter 10.
  • a fourth step S4 it is checked whether the transformation ratio n of the direct-current converter 10 is also practicable. If this is the case, then in a fifth step S5 a further factor K n corresponds to the factor Kv and the leakage inductance can be determined.
  • the leakage inductance LK of the DC-DC converter 10 is then determined by the leakage inductance of the high-voltage/low-voltage DC-DC converter 12 being related to the factor K n squared.
  • the seventh step S7 then checked whether the determined leakage inductance of the DC-DC converter 10 is determined to be too large or too small. If this is not the case, the respective characteristic parameters of the DC-DC converter 10 can be determined in an eighth step S8.
  • the transmission ratio n can be rounded off in a ninth step S9.
  • a new, additional factor K n can then be determined, this factor in turn being determined as the rounded transformation ratio as a function of the transformation ratio n of the high-voltage/low-voltage direct-current converter 12 .
  • This is shown in particular in a tenth step S10. From the tenth step S10 it is then possible to move on to the sixth step S6 and the corresponding leakage inductance can be determined.
  • the transformation ratio n of the DC-DC converter 10 can be adjusted again in an eleventh step S11, with the eleventh step S11 then going back to the tenth step S10 can and the new additional factor K n can be determined.
  • the factor Kv the factor K is not equal to n, so an adaptation of the duty cycle can be performed d in a twelfth step S12.
  • the ratio of Kvund K n with the old duty cycle 12 are taken into consideration d of the high-voltage low-voltage DC-DC converter.
  • a transition can then be made to the eighth step S8.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen zumindest eines charakteristischen Parameters einer Komponente eines Gleichspannungswandlers (10) für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs (14) mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (16), bei welchem auf Basis eines Kleinsignalverhaltens eines HochvoltNiedervoltgleichspannungswandlers (12) eine erste Transferfunktion des HochvoltNiedervoltgleichspannungswandlers (12) bestimmt wird, und bei welchem in Abhängigkeit von der ersten Transferfunktion eine zweite Transferfunktion des Gleichspannungswandlers (10) derart bestimmt wird, dass der Gleichspannungswandler (10) zumindest eine im Wesentlichen gleiche Eigenschaft, wie der HochvoltNiedervoltgleichspannungswandler (12), aufweist und in Abhängigkeit von der zweiten bestimmten Transferfunktion der zumindest eine Parameter der Komponente des Gleichspannungswandlers (10) bestimmt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine elektronische Recheneinrichtung (16).

Description

Verfahren zum Bestimmen zumindest eines charakteristischen Parameters einer Komponente eines Gleichspannungswandlers mittels einer elektronischen Recheneinrichtung, sowie elektronische Recheneinrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen zumindest eines charakteristischen Parameters einer Komponente eines Gleichspannungswandlers für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mittels einer elektronischen Recheneinrichtung gemäß dem Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine elektronische Recheneinrichtung.
Aus dem Kraftfahrzeugbau ist bekannt, dass Kraftfahrzeuge zukünftig insbesondere elektrisch betrieben sind. Hierzu weist das zumindest teilweise elektrisch betriebene Kraftfahrzeug zumindest ein elektrisches Bordnetz auf. Insbesondere sind in dem entsprechenden Bordnetz ein Hochvoltenergiespeicher und ein entsprechender Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandler verbaut, um beispielsweise für weitere elektrische Komponenten, insbesondere Verbraucher, aus der Hochspannung eine Niedervoltspannung zu erzeugen. Beispielsweise können Gleichspannungswandler verbaut werden, welche von einer Hochspannung von 400 Volt auf 12 Volt die Spannung wandeln. Ferner ist bekannt, dass auf der Niedervoltseite ein chemischer Niedervoltspeicher verbaut ist, welcher die Niedervoltspannung bereitstellen kann. Um jedoch Kosten und Bauraum einzusparen ist es sinnvoll, diesen niedervoltseitigen Energiespeicher zu reduzieren beziehungsweise gänzlich entfallen zu lassen.
Eine durch den Entfall des Niedervoltspeichers eingeschränkte Leistungsverfügbarkeit ist insbesondere im Falle eines hochautomatisierten Fährbetriebs des Kraftfahrzeugs besonders sicherheitskritisch. Hohe Leistungsspitzen können elektrische Komponenten beschädigen, deren Leistungsfähigkeit reduzieren, zu Fehlfunktionen führen oder die Spannungsstabilität des Energiebordnetzes beeinträchtigen. Die Anforderungen an einen Gleichspannungswandler, welcher das elektrische Energiesystem versorgt, sind insbesondere bei reduzierten Niedervoltspeichern signifikant. Insbesondere Gleichspannungswandler in der Niedervoltebene müssen dann eine sehr hohe Dynamik aufweisen, um Leistungsfluktuationen auszugleichen. Insbesondere bei Gleichspannungswandlern auf der Niedervoltebene ist jedoch eine geringe Dynamik zu verzeichnen. Diese eingeschränkte Dynamik, welche sich insbesondere in einer digitalen Regelung mit Verzögerungszeiten beziehungsweise Totzeiten zeigt, befähigt diesen Gleichspannungswandler nur im begrenzten Maße zur Kompensation von transienten Vorgängen beziehungsweise unerwünschten Netzrückwirkungen, die die Spannungsstabilität negativ beeinflussen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine elektronische Recheneinrichtung zu schaffen, mittels welcher ein Gleichspannungswandler parametrisiert werden kann, welcher auf einer Niedervoltebene eingesetzt werden kann und gleichzeitig hochdynamisch sein kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch eine elektronische Recheneinrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen zumindest eines charakteristischen Parameters einer Komponente eines Gleichspannungswandlers für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mittels einer elektronischen Recheneinrichtung, bei welchem auf Basis eines Kleinsignalverhaltens eines Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandlers eine erste Transferfunktion des Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandlers bestimmt wird, und bei welchem in Abhängigkeit von der ersten Transferfunktion eine zweite Transferfunktion des Gleichspannungswandlers derart bestimmt wird, dass der Gleichspannungswandler zumindest eine im Wesentlichen gleiche Eigenschaft wie der Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler aufweist und in Abhängigkeit von der zweiten bestimmten Transferfunktion der zumindest eine Parameter der Komponente des Gleichspannungswandlers bestimmt wird.
Insbesondere ist somit eine Möglichkeit geschaffen, die Dynamik eines Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandlers durch Skalieren beispielsweise der Spannungsklasse und der Leistungsklasse auf einen Gleichspannungswandler zu übertragen, welcher beispielsweise ein Niedervolt-Niedervolt-Konverter ist. Der Gleichspannungswandler ermöglicht trotz seiner geringeren Leistung und geringeren Spannung eine im Wesentlichen identische dynamische Sprungantwort und ist somit für hochdynamische Vorgänge in speicherreduzierten Bordnetzen geeignet. Insbesondere ist somit aufgezeigt, wie der Gleichspannungswandler zu parametrisieren ist, um besonders hoch-dynamisch zu sein. Insbesondere ist gezeigt, wie eine hohe Dynamik eines Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandlers in einem anderen Konverter, insbesondere in dem Gleichspannungswandler, repliziert werden kann.
Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass in einem ersten Schritt die Formulierung des Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandlers im Zustandsraum als Kleinsignalverhaltensmodell, welches auch als Small-Signal-Model bezeichnet werden kann, formuliert wird. Es erfolgt das Aufstellen der Transferfunktionen, welche bei beiden Gleichspannungswandlern ein gleiches Verhalten haben sollen. Es wird die Skalierung, beispielsweise die Spannung, und das Untersuchen der Transferfunktion auf Sensibilitäten durchgeführt. In einem letzten Schritt erfolgen die Analyse der sensitiven Transferfunktion und deren Parameter und die Bestimmung der angepassten Parametrierung.
An dieser Stelle sei insbesondere erwähnt, dass somit ein „Herunterskalieren“ der Eigenschaften des Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandlers auf den Gleichspannungswandler mit geringeren Spannungen durchgeführt werden kann. Alternativ kann auch ein „Hochskalieren“ von dem Gleichspannungswandler mit den niedrigen Spannungen auf den Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler durchgeführt werden. Mit anderen Worten kann eine Eigenschaft des Gleichspannungswandlers, welcher insbesondere ein Niedervoltgleichspannungswandler ist, ebenfalls auf den Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden. Ferner kann auf der Basis der Eingangsspannungen und alternativ oder ergänzend auf Basis der Ausgangsspannungen der Gleichspannungswandler das Verfahren angewendet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird der charakteristische Parameter derart bestimmt, dass der Gleichspannungswandler eine im Wesentlichen gleiche Sprungantwort aufweist wie der Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler. Insbesondere kann somit trotz einer geringen Leistung und einer geringen Spannung innerhalb des Gleichspannungswandlers eine im Wesentlichen identische dynamische Sprungantwort repliziert werden, wodurch der Gleichspannungswandler auch für hochdynamische Vorgänge in speicherreduzierten Bordnetzen geeignet ist.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der charakteristische Parameter derart bestimmt wird, dass der Gleichspannungswandler ein im Wesentlichen gleiches Bode-Diagramm aufweist, wie der Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler. Unter dem Bode-Diagramm ist eine Darstellung von zwei Funktionsgraphen zu verstehen, wobei ein Graph die Amplitudenverstärkung und der andere Graph die Phasenverschiebung einer komplexwertigen Funktion in Abhängigkeit von der Frequenz aufzeigt. Insbesondere ist nun vorgesehen, dass der Gleichspannungswandler das gleiche Bode-Diagramm, wie der Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler aufweist. Somit können die entsprechenden Eigenschaften des Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandlers auf den Gleichspannungswandler repliziert werden. Dadurch kann der Gleichspannungswandler hochdynamisch auch bei transienten Vorgängen innerhalb des Kraftfahrzeugs, insbesondere innerhalb des elektrischen Bordnetzes des Kraftfahrzeugs, eingesetzt werden.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandler und der Gleichspannungswandler jeweils als Vollbrücke bereitgestellt werden. Die Vollbrücke kann insbesondere auch als H-Brücke bezeichnet werden. Die Vollbrücke weist in der Grundform beispielsweise fünf Zweipole in Form eines H zusammengeschaltet auf. Insbesondere ist das vorliegende Verfahren auf jeglichen Gleichspannungswandler mit einer Vollbrücke anzuwenden. Somit kann bei unterschiedlichen Anwendungsgebieten von Gleichspannungswandlern dieser entsprechend repliziert werden.
In einerweiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform werden der Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandler und der Gleichspannungswandler jeweils als galvanisch getrennte Gleichspannungswandler bereitgestellt. Insbesondere weisen somit die beiden Gleichspannungswandler eine galvanisch getrennte Transformatoreinrichtung auf.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandler und der Gleichspannungswandler jeweils als bidirektionale Gleichspannungswandler bereitgestellt werden. Mit anderen Worten kann eine Transformation in beide Richtungen durchgeführt werden. Somit kann eine Transformation sowohl von der niedrigeren Spannungsebene in die höhere Spannungsebene als auch von der höheren Spannungsebene in die niedrigere Spannungsebene durchgeführt werden. Dadurch ist der Gleichspannungswandler hochflexibel innerhalb des elektrischen Bordnetzes des Kraftfahrzeugs einsetzbar.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn als charakteristischer Parameter ein Wert einer Streuinduktivität als Komponente des Gleichspannungswandlers bestimmt wird. Insbesondere kann auf Basis einer Parameteranpassung der Streuinduktivität die Sprungantwort sowie das Bode-Diagramm der beiden Gleichspannungswandler entsprechend angepasst werden. Somit kann die zumindest eine charakteristische Eigenschaft entsprechend gleich realisiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird als charakteristischer Parameter ein Wert eines Tastgrads als Komponente des Gleichspannungswandlers bestimmt. Sollte beispielsweise aufgrund von nicht realistischen Parameterwerten für die Streuinduktivität eine Anpassung der Streuinduktivität nicht durchgeführt werden können, so kann das Übersetzungsverhältnis angepasst werden und der entsprechende Tastgrad, weicher auch als Duty-Cycle bezeichnet werden kann, bestimmt werden, sodass die charakteristische Eigenschaft der beiden Gleichspannungswandler im Wesentlichen gleich realisiert werden kann.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn ein jeweiliges Übersetzungsverhältnis der Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandler und des Gleichspannungswandlers bei der Bestimmung des charakteristischen Parameters berücksichtigt werden. Somit ist eine weitere Möglichkeit geschaffen, um die charakteristische Eigenschaft entsprechend anzupassen. Insbesondere durch die Anpassung des Übersetzungsverhältnisses ist somit eine weitere Möglichkeit geschaffen, um die charakteristische Eigenschaft des Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandlers auf den Gleichspannungswandler replizieren zu können.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine elektronische Recheneinrichtung zum Bestimmen zumindest eines charakteristischen Parameters einer Komponente eines Gleichspannungswandlers für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, wobei die elektronische Recheneinrichtung zum Durchführen eines Verfahrenes nach dem vorhergehenden Aspekt ausgebildet ist. Insbesondere wird das Verfahren mittels der elektronischen Recheneinrichtung durchgeführt.
Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogrammprodukt mit Programminstruktionen, wobei das Computerprogrammprodukt eine elektronische Recheneinrichtung dazu veranlasst, welches die Programminstruktionen durchführt, ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchzuführen. Ein nochmals weiterer Aspekt betrifft ein computerlesbares Speichermedium mit einem Computerprogrammprodukt nach dem vorhergehenden Aspekt. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen der elektronischen Recheneinrichtung, des Computerprogrammprodukt sowie des computerlesbaren Speichermediums anzusehen. Die elektronische Recheneinrichtung weist dazu gegenständliche Merkmale auf, welche eine Durchführung des Verfahrens oder eine vorteilhafte Ausgestaltungsform davon ermöglichen.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines
Gleichspannungswandlers; und
Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des
Verfahrens.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Blockschaltbild eines Gleichspannungswandlers 10. Vorliegend ist dieses Blockschaltbild sowohl für den Gleichspannungswandler 10 als auch für einen Hochvolt-
Niedervoltgleichspannungswandler 12 anzusehen. Bei einem Verfahren zum Bestimmen zumindest eines charakteristischen Parameters einer Komponente des Gleichspannungswandlers 10 für ein elektrisches Bordnetz eines rein schematisch dargestellten Kraftfahrzeugs 14 mittels einer ebenfalls rein schematisch dargestellten elektronischen Recheneinrichtung 16 wird auf Basis eines Kleinsignalverhaltens des Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandlers 12 eine erste Transferfunktion des Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandlers 12 bestimmt und es wird in Abhängigkeit von der ersten Transferfunktion eine zweite Transferfunktion des Gleichspannungswandlers 10 derart bestimmt, dass der Gleichspannungswandler 10 zumindest eine im Wesentlichen gleiche Eigenschaft wie der Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandler 12 aufweist und in Abhängigkeit von der zweiten bestimmten Transferfunktion der zumindest eine Parameter der Komponente des Gleichspannungswandlers 10 bestimmt wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass als charakteristischer Parameter ein Wert einer Streuinduktivität als Komponente des Gleichspannungswandlers 10 bestimmt wird. Ferner kann als charakteristischer Parameter ein Wert eines Tastgrads d als Komponente des Gleichspannungswandlers 10 bestimmt werden. Der Tastgrad d kann auch als Duty-Cycle bezeichnet werden. Ferner kann auch ein jeweiliges Übersetzungsverhältnis n des Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandlers 12 und des Gleichspannungswandlers 10 bei der Bestimmung des charakteristischen Parameters berücksichtigt werden.
Insbesondere ist ferner gezeigt, dass der Gleichspannungswandler 10 beziehungsweise der Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler 12 als Vollbrücke 18 ausgebildet sind. Der Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler 12 und der Gleichspannungswandler 10 sind insbesondere als galvanisch getrennte Gleichspannungswandler 10, 12 bereitgestellt. Insbesondere weisen somit der Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandler 12 und der Gleichspannungswandler 10 ein Transformatorelement 20 auf. Der Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler 12 und der Gleichspannungswandler 10 können insbesondere jeweils als bidirektionale Gleichspannungswandler 10, 12 bereitgestellt werden. Der Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandler 12 und der Gleichspannungswandler 10 weisen jeweils eine Eingangsspannung V,n und eine Ausgangsspannung Vo auf. Beispielsweise kann der Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler 12 eine Eingangsspannung V,n von 400 Volt aufweisen und die Ausgangsspannung Vo kann 12 Volt betragen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist nun vorgesehen, dass der Gleichspannungswandler 10 derart aufgebaut wird, dass beispielsweise die Eigenschaft dieses beschriebenen Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandlers 12 von dem Gleichspannungswandler 10 übernommen wird, wobei der Gleichspannungswandler 10 dann eine Eingangsspannung V,n von beispielsweise 48 Volt aufweist und eine Ausgangsspannung Vo von 12 Volt aufweist. Diese Aufzählung ist rein beispielhaft und keinesfalls abschließend zu betrachten. Es können auch andere Eingangsspannungen V,n und Ausgangsspannungen repliziert werden. Dies gilt sowohl für die Eingangsspannungen V,n und Ausgangsspannungen Vo sowohl für den Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandlers 12 als auch für den Gleichspannungswandler 10. Es ist dabei bekannt, dass ein entsprechender Gleichspannungswandler 10 nicht so dynamisch sein kann, wie der Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler 12. Vorliegend ist nun vorgesehen, dass durch eine entsprechende Anpassung des Parameters beim Gleichspannungswandler 10 eine gleiche Dynamik wie beim Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandler 12 aufzufinden ist.
Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass der Hochvolt-
Niedervoltgleichspannungswandler 12 im Zustandsraum als Kleinsignalverhaltensmodell, welches insbesondere auch als small-signal-modell bezeichnet werden kann, formuliert wird. Es erfolgt das Aufstellen der jeweiligen Transferfunktionen des Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandlers 12 und des Gleichspannungswandlers 10, welche in beiden Gleichspannungswandlern 10, 12 gleiches Verhalten aufweisen sollen. Es wird dann beispielsweise die Spannung derart skaliert und die Transferfunktion wird auf Sensitivitäten untersucht. Es erfolgt dann eine Analyse der sensitiven Transferfunktionen und eine Parametrisierung und Bestimmung der angepassten Parameter.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens.
In einem ersten Schritt erfolgt die Bestimmung der jeweiligen Parameter des Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandlers 12. Insbesondere wird die Eingangsspannung V,n und die Ausgangsspannung Vo des Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandlers 12 bestimmt. Ferner werden das Übersetzungsverhältnis n, die Streuinduktivität sowie der Tastgrad d bestimmt. In einem zweiten Schritt S2 erfolgt die Bestimmung eines Faktors Kv in Abhängigkeit von der Eingangsspannung V,n des Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandlers 12 und des Gleichspannungswandlers 10 sowie der Ausgangsspannungen Vo des Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandlers 12 und des Gleichspannungswandlers 10. Hierzu werden insbesondere die gewünschten Parameter 22 des Gleichspannungswandlers 10 berücksichtigt. In einem dritten Schritt S3 wird das Übersetzungsverhältnis n des Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandlers 12 ins Verhältnis mit dem Faktor Kv gesetzt und ergibt das neue Übersetzungsverhältnis n des Gleichspannungswandlers 10. In einem vierten Schritt S4 wird überprüft, ob das Übersetzungsverhältnis n des Gleichspannungswandlers 10 auch praktikabel ist. Sollte dies der Fall sein, so kann in einem fünften Schritt S5 so entspricht ein weiterer Faktor Kn dem Faktor Kv und die Streuinduktivität bestimmt werden. In einem sechsten Schritt S6 erfolgt dann die Bestimmung der Streuinduktivität LK des Gleichspannungswandlers 10, indem die Streuinduktivität des Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandlers 12 ins Verhältnis zu dem Faktor Knzum Quadrat gesetzt wird. Im siebten Schritt S7 wird dann überprüft, ob die bestimmte Streuinduktivität des Gleichspannungswandlers 10 als zu groß oder zu klein bestimmt wird. Sollte dies nicht der Fall sein, so können in einem achten Schritt S8 die jeweiligen charakteristischen Parameter des Gleichspannungswandlers 10 bestimmt werden.
Sollte im vierten Schritt S4 bestimmt werden, dass das Übersetzungsverhältnis n des Gleichspannungswandlers 10 praktikabel ist, so kann in einem neunten Schritt S9 eine Rundung des Übersetzungsverhältnisses n durchgeführt werden. Es kann dann ein neuer weiterer Faktor Kn bestimmt werden, wobei dieser Faktor wiederum als das gerundete Übersetzungsverhältnis in Abhängigkeit des Übersetzungsverhältnisses n des Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandlers 12 bestimmt ist. Dies ist insbesondere in einem zehnten Schritt S10 gezeigt. Vom zehnten Schritt S10 kann dann wiederum in den sechsten Schritt S6 übergegangen werden und die entsprechende Streuinduktivität bestimmt werden.
Sollte im siebten Schritt S7 bestimmt werden, dass die bestimmte Streuinduktivität zu groß oder zu klein sei, so kann erneut in einem elften Schritt S11 das Übersetzungsverhältnis n des Gleichspannungswandlers 10 angepasst werden, wobei vom elften Schritt S11 dann wiederum in den zehnten Schritt S10 übergegangen werden kann und der neue weitere Faktor Kn bestimmt werden kann. Ausgehend vom siebten Schritt S7 sollte bestimmt werden, dass der Faktor Kv ungleich dem Faktor Kn ist, so kann in einem zwölften Schritt S12 eine Anpassung des Tastgrads d durchgeführt werden. Insbesondere kann dabei das Verhältnis von Kvund Kn mit dem alten Tastgrad d des Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandlers 12 ins Verhältnis gesetzt werden. Ausgehend vom zwölften Schritt S12 kann dann wiederum in den achten Schritt S8 übergegangen werden.
Insgesamt zeigt die Erfindung ein Verfahren zur Spannungsskalierung von leistungselektronischen Konvertern. Bezugszeichenliste
10 Gleichspannungswandler
12 Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler
14 Kraftfahrzeug
16 elektronische Recheneinrichtung
18 Vollbrücke
20 T ransformatorelement
22 Parameter
51 erster Schritt
52 zweiter Schritt
53 dritter Schritt
54 vierter Schritt
55 fünfter Schritt
56 sechster Schritt
57 siebter Schritt
58 achter Schritt
59 neunter Schritt
510 zehnter Schritt
511 elfter Schritt
512 zwölfter Schritt n Übersetzungsverhältnis d Tastgrad

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen zumindest eines charakteristischen Parameters einer Komponente eines Gleichspannungswandlers (10) für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs (14) mittels einer elektronischen Recheneinrichtung (16), bei welchem auf Basis eines Kleinsignalverhaltens eines Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandlers (12) eine erste Transferfunktion des Hochvolt- Niedervoltgleichspannungswandlers (12) bestimmt wird, und bei welchem in Abhängigkeit von der ersten Transferfunktion eine zweite Transferfunktion des Gleichspannungswandlers (10) derart bestimmt wird, dass der Gleichspannungswandler (10) zumindest eine im Wesentlichen gleiche Eigenschaft, wie der Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler (12), aufweist und in Abhängigkeit von der zweiten bestimmten Transferfunktion der zumindest eine Parameter der Komponente des Gleichspannungswandlers (10) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der charakteristische Parameter derart bestimmt wird, dass der Gleichspannungswandler (10) eine im Wesentlichen gleiche Sprungantwort aufweist, wie der Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler (12).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der charakteristische Parameter derart bestimmt wird, dass der Gleichspannungswandler (10) ein im Wesentlichen gleiches Bode-Diagramm aufweist, wie der Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler (12).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler (12) und der Gleichspannungswandler (10) jeweils als Vollbrücke (18) bereitgestellt werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler (12) und der Gleichspannungswandler (10) jeweils als galvanisch getrennte Gleichspannungswandler (10, 12) bereitgestellt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochvolt-Niedervoltgleichspannungswandler (12) und der Gleichspannungswandler (10) jeweils als bidirektionale Gleichspannungswandler (10, 12) bereitgestellt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristischer Parameter ein Wert einer Streuinduktivität ( ) als Komponente des Gleichspannungswandlers (10) bestimmt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als charakteristischer Parameter ein Wert eines Tastgrads (d) als Komponente des Gleichspannungswandlers (10) bestimmt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliges Übersetzungsverhältnis (n) des Hochvolt-
Niedervoltgleichspannungswandler (12) und des Gleichspannungswandlers (10) bei der Bestimmung des charakteristischen Parameters berücksichtigt wird.
10. Elektronische Recheneinrichtung (16) zum Bestimmen zumindest eines charakteristischen Parameters einer Komponente eines Gleichspannungswandlers (10) für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeugs (14), wobei die elektronischen Recheneinrichtung (16) zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
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