WO2024056700A1 - Verfahren zum bestimmen eines ansteuersignals zur ansteuerung eines schalters eines aufwärtswandlers, energieversorgungssystem für ein fahrzeug und fahrzeug - Google Patents

Verfahren zum bestimmen eines ansteuersignals zur ansteuerung eines schalters eines aufwärtswandlers, energieversorgungssystem für ein fahrzeug und fahrzeug Download PDF

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WO2024056700A1
WO2024056700A1 PCT/EP2023/075084 EP2023075084W WO2024056700A1 WO 2024056700 A1 WO2024056700 A1 WO 2024056700A1 EP 2023075084 W EP2023075084 W EP 2023075084W WO 2024056700 A1 WO2024056700 A1 WO 2024056700A1
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converter
determining
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current flow
control
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PCT/EP2023/075084
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Tristan Braun
Thomas CHIRON
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining a control signal for controlling a switch of a step-up converter, on an energy supply system for a vehicle and on a vehicle.
  • the input current and the output voltage are usually regulated at the same time.
  • the publication WO 2012/010613 A1 discloses an improved approach to MPPT control for PWM-based DC/DC converters with control of an averaged current.
  • the publication US 2007/0036212 A1 discloses a circuit for power factor correction based on a digital controller.
  • the document EP 2515423A1 discloses a device for controlling a current flow that flows through an inductor of an energy conversion device.
  • the present invention provides an improved method for determining a control signal for driving a switch of a boost converter, an improved power supply system for a vehicle and an improved vehicle according to the main claims.
  • Advantageous refinements result from the subclaims and the following description.
  • the advantages that can be achieved with the approach presented are, in particular, that a method is created that can enable reliable control of a switch of a step-up converter.
  • a method for determining a control signal for controlling a switch of a step-up converter has a step of reading in a current signal, a voltage signal and at least one parameter of a component of the ZF Friedrichshafen AG file 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 step-up converter, a step of determining a control parameter and a step of determining a duty cycle.
  • the current signal represents a current flow and/or a desired current flow in a branch of the boost converter.
  • the voltage signal represents a voltage drop and/or a desired voltage drop between two tapping points of the step-up converter.
  • the step of determining the control parameter is carried out using the current signal, the voltage signal and the at least one parameter of the component.
  • the step of determining the duty cycle is carried out using the control parameter to determine the drive signal for driving a switch of the boost converter.
  • the step-up converter can be a form of a DC-DC converter in which the output voltage is always greater than the input voltage.
  • the approach presented here can also be understood as a control of a fuel cell-fed DC-DC boost converter system. In principle, the approach presented here enables switching in real time between control via current to control via voltage or vice versa.
  • the control parameter can be determined using a difference of a first control value and a second control value. The first control value can be determined using the desired current flow and the desired voltage drop, and the second control value can be determined using the current flow and the voltage drop. The performance of the step-up converter can thus advantageously be increased.
  • the first control value can be obtained by an algebraic combination of a first term dependent on the desired current flow with a second term dependent on the desired voltage drop.
  • the second control value can be determined by an algebraic combination of a first auxiliary term that depends on the current flow and one that depends on the voltage drop ZF Friedrichshafen AG file 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 dependent second auxiliary term.
  • the performance of the step-up converter can thus advantageously be increased.
  • the first term may be determined by a product of the squared desired current flow with at least one parameter of the boost converter component.
  • the second term can be determined by a product of the squared desired voltage drop with at least one parameter of the component of the step-up converter.
  • the first auxiliary term can be determined by a product of the squared current flow with at least one parameter of the component of the step-up converter.
  • the second auxiliary term can be determined by a product of the squared voltage drop with at least one parameter of the component of the step-up converter.
  • the algebraic connection can represent an additive connection. The performance of the step-up converter can thus advantageously be increased. By using the auxiliary terms, a very precise setting of the control parameters can be achieved.
  • the current flow flowing into the step-up converter and additionally or alternatively the desired current flow can be read in as a current signal.
  • a voltage that can be tapped or desired to be tapped at the output of the step-up converter can be read in as a voltage signal.
  • Advantageous control of the step-up converter can thus be made possible using variables that are easy to obtain or provide.
  • the steps of reading, determining and determining can be carried out repeatedly. In this case, in the repeatedly carried out step of determining, either a desired current flow or a desired voltage drop can be kept the same compared to a previously carried out step of determining. This allows advantageous fine control of the step-up converter.
  • a PWM signal can be determined as the control signal based on the determined duty cycle.
  • Pulse width modulation or PWM for short, is a type of modulation in which, for example, an electrical voltage changes between two fixed level values and the duration of the voltage level at the individual level values reflects information about the controlled variable. In this way, a technically simple control can be achieved with simple designed switches.
  • the approach presented here also creates a device that is designed to carry out, control or implement the steps of a variant of a method presented here in corresponding devices. This embodiment variant of the invention in the form of a device can also solve the problem on which the invention is based quickly and efficiently.
  • a device can be an electrical device that processes electrical signals, for example sensor signals, and outputs control signals depending on them.
  • the device can have one or more suitable interfaces, which can be designed in hardware and/or software.
  • the interfaces can, for example, be part of an integrated circuit in which functions of the device are implemented.
  • the interfaces can also be their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
  • FIG. 1 An energy supply system for a vehicle advantageously has an energy source, in particular a fuel cell, and an embodiment of a device mentioned herein.
  • a vehicle advantageously has an embodiment of a power supply system mentioned herein. The invention is explained in more detail using the accompanying drawings. Shown are: FIG.
  • FIG. 1 a representation of an exemplary embodiment of a vehicle
  • 2 shows a representation of a step-up converter for use with an exemplary embodiment of a method for determining a control signal for controlling a switch of the step-up converter
  • Fig. 3 is a representation of an exemplary embodiment of a device
  • Fig. 4 is a representation of an exemplary embodiment of a device
  • FIG. 5 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method for determining a control signal for controlling a switch of a step-up converter.
  • the same or similar reference numbers are used for the elements shown in the various figures and which have a similar effect, with a repeated description of these elements being omitted.
  • a DC-DC converter with step-up control can be described by the following ordinary differential equations: ZF Friedrichshafen AG file 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 where L is the inductance, C is the capacitance, R is the charging resistance, E is the external DC voltage source, i is the induction current, v is the voltage of the output capacitor and the control input. Please note that this is a discrete signal that takes the value 0 or 1.
  • the system has a nonlinear or, more precisely, a bilinear affine structure, bilinear due to the products of the input ⁇ and the system variables x1 and x 2 , and affine due to the term a 21 ).
  • ZF Friedrichshafen AG file 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 This means that the model of a boost converter circuit is not linear and therefore standard methods for controller design, such as methods in the frequency domain, cannot be used here.
  • the linearized model via setpoints can be used for standard PI control. To describe a nonlinear controller, we consider the nonlinear averaged model with output power:
  • FIG. 1 shows an illustration of an exemplary embodiment of a vehicle 100.
  • the vehicle 100 has an energy supply system 105.
  • the energy supply system 105 has an energy source 115, which is designed, for example, as a fuel cell.
  • the energy supply system 105 has a device 110, as described in more detail in the following figures.
  • FIG. 2 shows a representation of a step-up converter 200 for an exemplary embodiment of a method for determining a control signal for controlling a switch 205 of the step-up converter 200.
  • An energy 210 here E
  • the switch 205 here Q
  • the switch 205 is closed according to an exemplary embodiment, whereby the induction current 240, here i, and the stored energy 210 in a coil 215, here L, increase.
  • a capacitor 220, here C is designed to smooth the voltage.
  • a diode 225, here D, ZF Friedrichshafen AG file 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 is designed to prevent the capacitor 220 from discharging via the switch 205.
  • R represents a load resistor 245.
  • the step-up converter 200 is connected to a device 110 in a manner capable of transmitting signals.
  • the device 110 is designed to determine a control signal 235 for controlling the switch 205 of the step-up converter 200.
  • the device 110 is described and shown, for example, in FIG. 3.
  • Fig. 3 shows an illustration of an exemplary embodiment of a device 110 for determining a control signal 235 for controlling a switch 205 of an up converter 200. This can be the device described in Fig. 2.
  • the device 110 is, for example, a component of an energy supply system for a vehicle, as described and shown, for example, in FIG. 1.
  • the device 110 has a reading device 300, a determining device 305 and a determining device 310.
  • the reading device 300 is designed to read in a current signal 315, a voltage signal 320 and, for example, a parameter 325 of a component of the step-up converter 200.
  • the current signal 315 represents a current flow i and/or a desired current flow i* in a branch of the step-up converter 200.
  • the voltage signal 320 represents a voltage drop v and/or a desired voltage drop v * at two tap points of the step-up converter 200. According to one In the exemplary embodiment, the reading device 300 reads in a current flow flowing into the step-up converter 200 and/or a desired current flow as a current signal 315.
  • the reading device 300 reads in as a voltage signal 320 a voltage that can be tapped or desired to be tapped at the output of the step-up converter 200.
  • the determination device 305 is designed to determine a control parameter 330, here ⁇ , using the current signal 315, the voltage signal 320 and the at least one parameter 325 of the component.
  • the determination device 305 has a first regulator unit 335 for regulating the current, a second regulator unit 340 for regulating the voltage and a third regulator unit 345 for regulating the control parameter 330.
  • a switch unit 350 is arranged between the control units 335, 340, which forms two switches according to the exemplary embodiment shown here.
  • the switch unit 350 is designed, for example, to control the control units 335, 340 separately from one another.
  • the determination device 310 is designed to determine a duty cycle 355, here ⁇ , using the control parameter 330. Using the determined duty cycle 355, the control signal 235 for driving the switch 205 of the step-up converter 200 is determined. According to one exemplary embodiment, the control signal 235 is determined as a PWM signal on the basis of the determined duty cycle 355.
  • a first control value 360 is determined in the first control unit 335 of the determination device 305 using the desired current flow i* and the desired voltage drop v*.
  • a second control value 365 is determined in the second controller unit 340 using the current flow i and the voltage drop v.
  • the control parameter 330 is determined, for example, in the third control unit 345 using a difference between the first control value 360 and the second control value 365.
  • the first control value 360 is determined, for example, in the first control unit 335 by an algebraic combination of a desired current flow ZF Friedrichshafen AG file 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 dependent first term 370 with a second term 375 dependent on the desired voltage drop.
  • the second control value 365 is obtained, for example, in the second controller unit 340 by an algebraic combination of a first auxiliary term 380, which is dependent on the current flow, with a second auxiliary term 385, which is dependent on the voltage drop. More specifically, according to one embodiment, the first term 370 is determined by a product of the squared desired current flow with at least one parameter 325 of the component of the boost converter 200. Additionally or alternatively, the second term 375 is determined by a product of the squared desired voltage drop with at least one parameter 325 of the component of the step-up converter 200. Additionally or alternatively, the first auxiliary term 380 is determined by a product of the squared current flow with at least one parameter 325 of the component of the step-up converter 200.
  • the second auxiliary term 380 is determined by a product of the squared voltage drop with at least one parameter 325 of the component of the step-up converter 200 definitely.
  • the algebraic link represents, for example, an additive link.
  • the control parameter 330 obtained in the third control unit 345 is output to the determination device 310, so that the determination device 310 determines the duty cycle 355 using the control parameter 330.
  • the control signal 235 for driving the switch 205 of the up converter 200 is determined.
  • the determination device 310 is designed, for example, as a forward controller and a feedback controller.
  • the approach presented here shows a fuel cell-powered boost converter 200, which can also be referred to as a DCDC boost regulator.
  • the boost converter 200 enables the control of the first control unit 335, which can also be referred to as the input current, and the control of the second control unit 340, which can also be referred to as the output voltage, switching between the control modes in real time and where each switch of the switch unit 350, which can also be referred to as a feedback controller, with the same or different control parameters ZF Friedrichshafen AG File 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 are parameterized, and the switches of the switch unit 350 have the same structure, so that the underlying non-linear dynamics of the fuel cell-fed step-up converter 200 are exactly the same in both current and voltage regulation is linearized with respect to a base size, which in turn enables both current and voltage control to ensure that only usable physical trajectories are enforced by the controller.
  • the variables v, i, P, R, i out , E are measured, estimated or calculated values for output voltage, input current, output power, load resistance, output or load current, input voltage or fuel cell voltage.
  • the variables v*, i*, P*, R*, i*out, E* are desired predetermined or calculated variables for output voltage, input current, output power, load resistance, output or load current, input voltage or fuel cell voltage.
  • the size y is a basic performance.
  • the quantities ⁇ , ⁇ are first and second time derivatives of y.
  • the quantity ⁇ is a virtual input.
  • the size ⁇ refers to an averaged controller output and is standardized between 0 and 1. It also refers to a duty cycle.
  • the parameters L, C, R L are the inductance, the capacitance and the coil resistances, respectively. Each variable can be constant over time or time-variable/time-dependent.
  • the parameters K p , k p , K i , k i , K d , k d are the gains of the feedback controller.
  • the available load parameters P, R, i out can be translated into one another. If the current is to be regulated, that is, if i* is given, then where Therefore and ZF Friedrichshafen AG File 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 If the voltage should be controlled, ie if ⁇ * is given, then where Therefore and See also the illustration in Fig.3.
  • the above parameterization allows to control the desired current and voltage separately by controlling the total stored energy:
  • ZF Friedrichshafen AG File 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 Where ⁇ is the controller.
  • a suitable continuous time controller is defined as where with and The controller gains can be designed as described above so that: is exponentially stable. Alternatively, the discrete-time controller be applied. See also Fig.4.
  • the approach presented here enables the control of a fuel cell-powered boost converter 200, whereby only the input current of the DCDC boost converter is regulated and/or only the output voltage of the DCDC boost converter is regulated. Furthermore, switching between current and voltage control takes place in real time.
  • the boost converter 200 is powered by a fuel cell.
  • the output voltage of the fuel cell i.e. the input voltage of the step-up converter 200, depends on the input current of the step-up converter 200, i.e. the output current of the fuel cell.
  • the fuel cell can be neglected ZF Friedrichshafen AG file 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 and the input voltage is determined by a constant voltage source.
  • the boost converter 200 consists of at least one DC/DC converter circuit.
  • the controller output is pulse width modulated.
  • the PWM signal may be interleaved or non-interleaved if the boost converter 200 consists of more than one DC/DC converter circuit.
  • the device 110 carries out the following steps cyclically, or for each sample, or event-oriented, see also Fig.
  • a current setpoint 400 and a voltage setpoint 405 are, for example, routed to an interface 410, which forwards the current setpoint 400 and the voltage setpoint 405 as desired setpoints 415 to the determination device 310.
  • a current signal 315, a voltage signal 320, a charging or output current 420 and a power 425 are passed to a further interface 430 and passed to the determination device as a measurement signal 435.
  • ZF Friedrichshafen AG file 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 The first control unit 335 and the second control unit 340 are controlled separately from each other by means of the switch unit 350, so that the energy from the control units 335, 340 is forwarded to the third control unit 345 and from the third control unit 345 is directed to the determination device 310.
  • the duty cycle 355 determined in the determination device 310 is finally output.
  • 5 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method 500 for determining a control signal for controlling a switch of a step-up converter.
  • the method 500 has a step 505 of reading, a step 510 of determining and a step 515 of determining.
  • a current signal, a voltage signal and at least one parameter of a component of the step-up converter are read in.
  • the current signal represents a current flow and/or a desired current flow in a branch of the step-up converter.
  • the voltage signal represents a voltage drop and/or a desired voltage drop at two tapping points of the step-up converter.
  • step 510 of determining a control parameter is determined using the current signal, the voltage signal and the at least one parameter of the component.
  • a duty cycle is determined using the control parameter in order to determine the control signal for driving a switch of the step-up converter.
  • a PWM signal is determined as the control signal on the basis of the determined duty cycle.
  • the control parameters are determined using a difference of a first control value and a second control value. The first control value is determined using the desired current flow and the desired voltage drop ZF Friedrichshafen AG file 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 determined, and the second control value determined using the current flow and the voltage drop.
  • the first control value is obtained by algebraically combining a first term dependent on the desired current flow with a second term dependent on the desired voltage drop
  • the second control value is obtained by algebraically combining a first auxiliary term dependent on the current flow with a second auxiliary term dependent on the voltage drop is obtained.
  • the first term is determined by a product of the squared desired current flow with at least one parameter of the component of the step-up converter.
  • the second term is determined by a product of the squared desired voltage drop with at least one parameter of the component of the step-up converter.
  • the first auxiliary term is determined by a product of the squared current flow with at least one parameter of the component of the step-up converter.
  • the second auxiliary term is determined by a product of the squared voltage drop with at least one parameter of the component of the step-up converter.
  • the algebraic operation represents an additive operation.
  • the current flow and/or desired current flow flowing into the step-up converter is read in as a current signal and/or a voltage that can be tapped or desired can be tapped at the output of the step-up converter is read in as a voltage signal.
  • steps 505, 510, 515 are carried out repeatedly.
  • an exemplary embodiment includes an “and/or” link between a first feature and a second feature, this can be read as meaning that, according to one embodiment, the exemplary embodiment has both the first feature and the second feature and, according to a further embodiment, either only has the first feature or only the second feature.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen eines Ansteuersignals (235) zur Ansteuerung eines Schalters (205) eines Aufwärtswandlers (200) weist einen Schritt des Einlesens eines Stromsignals (315), eines Spannungssignals (320) und zumindest eines Parameters (325) einer Komponente des Aufwärtswandlers (200), einen Schritt des Bestimmens eines Regelparameters (330) und einen Schritt des Ermittelns eines Tastgrads (355) auf. Im Schritt des Einlesens repräsentiert das Stromsignal (315) einen Stromfluss und/oder einen gewünschten Stromfluss in einem Zweig des Aufwärtswandlers (200). Das Spannungssignal (320) repräsentiert im Schritt des Einlesens einen Spannungsabfall und/oder einen gewünschten Spannungsabfall zwischen zwei Abgriffspunkten des Aufwärtswandlers (200). Der Schritt des Bestimmens des Regelarameters (330) wird unter Verwendung des Stromsignals (315), des Spannungsignals (320) und des zumindest einen Parameters (325) der Komponente ausgeführt. Der Schritt des Ermittelns des Tastgrads (355) wird unter Verwendung des Regelparameters (330) ausgeführt, um das Ansteuersignal (235) zur Ansteuerung eines Schalters (205) des Aufwärtswandlers (200) zu bestimmen.

Description

ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 Verfahren zum Bestimmen eines Ansteuersignals zur Ansteuerung eines Schalters eines Aufwärtswandlers, Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug und Fahrzeug Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bestimmen eines An- steuersignals zur Ansteuerung eines Schalters eines Aufwärtswandlers, auf ein Ener- gieversorgungssystem für ein Fahrzeug und auf ein Fahrzeug. Bei einem Aufwärtswandler wird meist der Eingangsstrom und die Ausgangsspan- nung zeitgleich geregelt. Die Druckschrift WO 2012/ 010613 A1 offenbart einen verbesserten Ansatz einer MPPT-Steuerung für PWM-basierte DC/DC-Wandler mit einer Steuerung eines ge- mittelten Stroms. Die Druckschrift US 2007 / 0036212 A1 offenbart einen Schaltkreis zur Leistungs- faktorkorrektur auf Basis eines digitalen Kontrollers. Die Druckschrift EP 2515423A1 offenbart eine Vorrichtung zur Steuerung eines Stromflusses, der durch eine Induktivität einer Energiewandlungsvorrichtung fließt. Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen eines Ansteuersignals zur Ansteuerung eines Schalters eines Auf- wärtswandlers, ein verbessertes Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug und ein verbessertes Fahrzeug gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Die mit dem vorgestellten Ansatz erreichbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein Verfahren geschaffen wird, dass eine zuverlässige Ansteuerung eines Schalters eines Aufwärtswandlers ermöglichen kann. Ein Verfahren zum Bestimmen eines Ansteuersignals zur Ansteuerung eines Schal- ters eines Aufwärtswandlers weist einen Schritt des Einlesens eines Stromsignals, eines Spannungssignals und zumindest eines Parameters einer Komponente des ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 Aufwärtswandlers, einen Schritt des Bestimmens eines Regelparameters und einen Schritt des Ermittelns eines Tastgrads auf. Im Schritt des Einlesens repräsentiert das Stromsignal einen Stromfluss und/oder einen gewünschten Stromfluss in einem Zweig des Aufwärtswandlers. Das Spannungssignal repräsentiert im Schritt des Ein- lesens einen Spannungsabfall und/oder einen gewünschten Spannungsabfall zwi- schen zwei Abgriffspunkten des Aufwärtswandlers. Der Schritt des Bestimmens des Regelparameters wird unter Verwendung des Stromsignals, des Spannungssignals und des zumindest einen Parameters der Komponente ausgeführt. Der Schritt des Ermittelns des Tastgrads wird unter Verwendung des Regelparameters ausgeführt, um das Ansteuersignal zur Ansteuerung eines Schalters des Aufwärtswandlers zu bestimmen. Bei dem Aufwärtswandler kann es sich um eine Form eines Gleichspannungswand- lers handeln, bei dem die Ausgangsspannung immer größer ist als die Eingangs- spannung. Der hier vorgestellte Ansatz kann auch als eine Steuerung eines brenn- stoffzellengespeisten DC-DC-Boost-Wandlersystems verstanden werden. Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht prinzipiell die Umschaltung in Echtzeit zwischen einer Steuerung über den Strom in eine Steuerung über die Spannung oder umgekehrt. Im Schritt des Bestimmens kann der Regelparameter unter Verwendung einer Diffe- renz eines ersten Regelungswerts und eines zweiten Regelungswerts bestimmt wer- den. Dabei kann der erste Regelungswert unter Verwendung des gewünschten Stromflusses und des gewünschten Spannungsabfalls bestimmt werden, und der zweite Regelungswert unter Verwendung des Stromflusses und des Spannungsab- falls bestimmt werden. Vorteilhafterweise kann somit die Leistung des Aufwärtswand- lers gesteigert werden. Auch kann eine solches Regelung sehr effizient implementiert werden. Im Schritt des Bestimmens kann der erste Regelungswert durch eine algebraische Verknüpfung eines vom gewünschten Stromfluss abhängigen ersten Terms mit ei- nem vom gewünschten Spannungsabfall abhängigen zweiten Terms erhalten wer- den. Der zweite Regelungswert kann durch eine algebraische Verknüpfung eines vom Stromfluss abhängigen ersten Hilfsterms mit einem vom Spannungsabfall ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 abhängigen zweiten Hilfsterms erhalten werden. Vorteilhafterweise kann somit die Leistung des Aufwärtswandlers gesteigert werden. Durch die Verwendung der algeb- raischen Verknüpfung kann auch hier eine effiziente Implementierung dieser Ausfüh- rungsform erreicht werden. Im Schritt des Bestimmens kann der erste Term durch ein Produkt des quadrierten gewünschten Stromflusses mit zumindest einem Parameter der Komponente des Aufwärtswandlers bestimmt werden. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite Term durch ein Produkt des quadrierten gewünschten Spannungsabfalls mit zumindest ei- nem Parameter der Komponente des Aufwärtswandlers bestimmt werden. Zusätzlich oder alternativ kann der erste Hilfsterm durch ein Produkt des quadrierten Stromflus- ses mit zumindest einem Parameter der Komponente des Aufwärtswandlers be- stimmt werden. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite Hilfsterm durch ein Produkt des quadrierten Spannungsabfalls mit zumindest einem Parameter der Komponente des Aufwärtswandlers bestimmt werden. Zusätzlich oder alternativ kann die algebrai- sche Verknüpfung eine additive Verknüpfung darstellen. Vorteilhafterweise kann so- mit die Leistung des Aufwärtswandlers gesteigert werden. Durch die Verwendung der Hilfsterme kann eine sehr präzise Einstellung der Regelungsparameter erreicht wer- den. Im Schritt des Einlesens kann als Stromsignal in den Aufwärtswandler fließender Stromfluss und zusätzlich oder alternativ gewünschter Stromfluss eingelesen wer- den. Zusätzlich oder alternativ kann als Spannungssignal eine am Ausgang des Auf- wärtswandlers abgreifbare oder gewünscht abgreifbare Spannung eingelesen wer- den. Somit kann eine vorteilhafte Regelung des Aufwärtswandlers durch einfach zu erhaltende oder bereitzustellende Größen ermöglicht werden. Die Schritte des Einlesens, des Bestimmens und des Ermittelns können wiederholt ausgeführt werden. Dabei kann im wiederholt ausgeführten Schritt des Bestimmens gegenüber einem vorausgehend ausgeführten Schritt des Bestimmens entweder ein gewünschter Stromfluss oder ein gewünschter Spannungsabfall gleich gehalten wer- den. Somit kann eine vorteilhafte feine Regelung des Aufwärtswandlers ermöglicht werden. ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 Im Schritt des Ermittelns kann als Ansteuersignal ein PWM-Signal auf der Basis des ermittelten Tastgrades ermittelt werden. Die Pulsweitenmodulation, kurz PWM, ist eine Modulationsart, bei der beispielsweise eine elektrische Spannung zwischen zwei festen Pegelwerten wechselt und die Zeitdauer des Pegels der Spannung auf den einzelnen Pegelwerten eine Information über die Regelgröße wiedergibt.. Auf diese Weise kann eine technisch einfache Regelung mit einfach ausgestalteten Schaltern vorgenommen werden. Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Ein- richtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausfüh- rungsvariante der Erfindung in Form einer Vorrichtung kann die der Erfindung zu- grunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. Eine Vorrichtung kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispiels- weise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Die Vorrichtung kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Aus- bildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen der Vorrichtung umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnitt- stellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben an- deren Softwaremodulen vorhanden sind. Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf ei- nem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplatten- speicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchfüh- rung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird. ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 Ein Energieversorgungssystem für ein Fahrzeug weist vorteilhaft eine Energiequelle, insbesondere einer Brennstoffzelle und eine Ausführungsform einer hierin genannten Vorrichtung auf. Ein Fahrzeug weist vorteilhafterweise eine Ausführungsform eines hierin genannten Energieversorgungssystems auf. Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: Fig.1 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs; Fig.2 eine Darstellung eines Aufwärtswandlers zur Verwendung mit einem Ausfüh- rungsbeispiel eines Verfahrens zum Bestimmen eines Ansteuersignals zur Ansteue- rung eines Schalters des Aufwärtswandlers; Fig.3 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung; Fig.4 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung; und Fig.5 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Be- stimmen eines Ansteuersignals zur Ansteuerung eines Schalters eines Aufwärts- wandlers. In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegen- den Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. Bevor nachfolgend auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eingegangen wird, sollen zunächst Hintergründe und Grundlagen von Ausführungs- beispielen kurz erläutert werden: Ein Gleichspannungswandler mit Aufwärtsregelung kann durch die folgenden ge- wöhnlichen Differentialgleichungen beschrieben werden: ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 wobei L die Induktivität, C die Kapazität, R der Ladewiderstand, E die externe Gleich- spannungsquelle, i der Induktionsstrom, v die Spannung des Ausgangskondensators und der Steuereingang ist. Zu beachten ist, dass es sich um ein diskretes Signal handelt, das den Wert 0 oder 1 annimmt. Das gemittelte System kann direkt aus dem ODE- System gewonnen werden, indem der Schalteingang u mit der Tastverhältnisfunktion uav identifiziert wird, wobei gilt:
Figure imgf000008_0001
Daher ist das gemittelte System mit x1 := i, x2 := v, und
Figure imgf000008_0002
ergibt
Figure imgf000008_0003
oder
Figure imgf000008_0004
Das System weist eine nichtlineare oder genauer gesagt eine bilineare affine Struktur auf, bilinear aufgrund der Produkte aus dem Eingang µ und den Systemvariablen x1 und x2, und affin aufgrund des Terms a21). ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 Dies bedeutet, dass das Modell einer Hochsetzstellerschaltung nicht linear ist und folglich Standardmethoden für den Reglerentwurf, wie zum Beispiel Methoden im Frequenzbereich, hier nicht angewendet werden können. Das linearisierte Modell über Sollwerte kann für eine Standard-PI-Regelung verwen- det werden. Um einen nichtlinearen Regler zu beschreiben, betrachten wir das nicht- lineare gemittelte Modell mit Ausgangsleistung:
ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13
Figure imgf000010_0001
wobei P die Ausgangsleistung ist, die P = v2 / R entspricht, und RL der Kupferwider- stand der Induktivität ist. Man beachte, dass die Eingangsspannung E eine Funktion des Stroms i ist. Ähnliche Formen gibt es, wenn der letzte Term auf der rechten Seite in (7b) ersetzt wird durch
Figure imgf000010_0002
Aufgrund der Eigenschaft der differentiellen Ebenheit lässt sich das Modell (7) exakt in Form des ebenen Ausgangs linearisieren, und alle Systemvariablen können durch den ebenen Ausgang und eine endliche Anzahl seiner zeitlichen Ableitungen para- metrisiert werden. Insbesondere da der Eingang eine Systemvariable ist, ist der Ent- wurf eines Vorwärtsreglers einfach. Ein auf der Ebenheit basierender Ansatz lautet
Figure imgf000010_0003
Daher
Figure imgf000010_0004
ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 Dies bedeutet, dass, wenn
Figure imgf000011_0001
angewendet wird, ergibt das DCDC-Modell (7)
Figure imgf000011_0002
wobei y die gesamte eingesparte Energie in dem Aufwärtswandler ist. Um entweder den Eingangsstrom i oder den Ausgangsstrom v zu regeln, ist ein Rückkopplungsreg- ler ν in geeigneter Weise nötig. Unter Bezugnahme auf die nachfolgenden Figuren wird ein verbesserter Aufwärts- wandler gemäß Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig.1 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Fahrzeugs 100. Das Fahrzeug 100 weist ein Energieversorgungssystem 105 auf. Das Energieversor- gungssystem 105 weist eine Energiequelle 115 auf, die beispielsweise als eine Brennstoffzelle ausgebildet ist. Ferner weist das Energieversorgungssystem 105 eine Vorrichtung 110 auf, wie sie in den nachfolgenden Figuren näher beschrieben ist. Fig.2 zeigt eine Darstellung eines Aufwärtswandlers 200 für ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Bestimmen eines Ansteuersignals zur Ansteuerung eines Schalters 205 des Aufwärtswandlers 200. Eine Energie 210, hier E, wird beispielsweise von einer Brennstoffzelle bereitgestellt und in den Aufwärtswandler 200 eingespeist. Der Schalter 205, hier Q, ist gemäß ei- nem Ausführungsbeispiel geschlossen, wodurch der Induktionsstrom 240, hier i, und die gespeicherte Energie 210 in einer Spule 215, hier L, ansteigen. Ein Kondensa- tor 220, hier C, ist ausgebildet, um die Spannung zu glätten. Eine Diode 225, hier D, ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 ist ausgebildet, um ein Entladen des Kondensators 220 über den Schalter 205 zu verhindern. Dabei repräsentiert R einen Lastwiderstand 245. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Aufwärtswandler 200 signalübertragungs- fähig mit einer Vorrichtung 110 verbunden. Die Vorrichtung 110 ist ausgebildet, um ein Ansteuersignal 235 zur Ansteuerung des Schalters 205 des Aufwärtswand- lers 200 zu bestimmen. Die Vorrichtung 110 ist beispielsweise in Fig.3 beschrieben und dargestellt. Fig.3 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 110 zum Bestimmen eines Ansteuersignals 235 zur Ansteuerung eines Schalters 205 eines Aufwärtswandlers 200. Dabei kann es sich um die in Fig.2 beschriebene Vorrichtung handeln. Die Vorrichtung 110 ist beispielsweise eine Komponente eines Energiever- sorgungssystems für ein Fahrzeug, wie es beispielsweise in Fig.1 beschrieben und dargestellt ist. Die Vorrichtung 110 weist eine Einleseeinrichtung 300, eine Bestimmungseinrich- tung 305 und eine Ermittlungseinrichtung 310 auf. Die Einleseeinrichtung 300 ist ausgebildet, um ein Stromsignal 315, ein Spannungs- signal 320 und beispielsweise einen Parameter 325 einer Komponente des Aufwärts- wandlers 200 einzulesen. Das Stromsignal 315 repräsentiert einen Stromfluss i und/oder einen gewünschten Stromfluss i* in einem Zweig des Aufwärtswand- lers 200. Das Spannungssignal 320 repräsentiert einen Spannungsabfall v und/oder einen gewünschten Spannungsabfall v* an zwei Abgriffspunkten des Aufwärtswand- lers 200. Gemäß einem Ausführungsbeispiel liest die Einleseeinrichtung 300 als Stromsig- nal 315 einen in den Aufwärtswandler 200 fließenden Stromfluss und/oder einen ge- wünschten Stromfluss ein. Zusätzlich oder alternativ liest die Einleseeinrichtung 300 als Spannungssignal 320 eine am Ausgang des Aufwärtswandlers 200 abgreifbare oder gewünscht abgreifbare Spannung ein. ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 Die Bestimmungseinrichtung 305 ist ausgebildet, um einen Regelparameter 330, hier ν, unter Verwendung des Stromsignals 315, des Spannungssignals 320 und des zu- mindest einen Parameters 325 der Komponente zu bestimmen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Bestimmungseinrichtung 305 eine erste Reglereinheit 335 zum Regeln des Stroms, eine zweite Reglereinheit 340 zum Re- geln der Spannung und eine dritte Reglereinheit 345 zum Regeln des Regelparame- ters 330 auf. Zwischen den Reglereinheiten 335, 340 ist beispielsweise eine Schaltereinheit 350 angeordnet, die gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Schalter aus- formt. Die Schaltereinheit 350 ist beispielsweise ausgebildet, um die Reglereinhei- ten 335, 340 getrennt voneinander anzusteuern. Die Ermittlungseinrichtung 310 ist ausgebildet, um einen Tastgrad 355, hier µ, unter Verwendung des Regelparameters 330 zu ermitteln. Unter Verwendung des ermittel- ten Tastgrads 355 wird das Ansteuersignal 235 zur Ansteuerung des Schalters 205 des Aufwärtswandlers 200 bestimmt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird das Ansteuersignal 235 als ein PWM-Signal auf der Basis des ermittelten Tastgrades 355 ermittelt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird in der ersten Reglereinheit 335 der Bestim- mungseinrichtung 305 unter Verwendung des gewünschten Stromflusses i* und des gewünschten Spannungsabfalls v* ein erster Regelungswert 360, hier y* bestimmt. Ein zweiter Regelungswert 365, hier y, wird in der zweiten Reglereinheit 340 unter Verwendung des Stromflusses i und des Spannungsabfalls v bestimmt. Der Regelparameter 330 wird beispielsweise in der dritten Reglereinheit 345 unter Verwendung einer Differenz des ersten Regelungswerts 360 und des zweiten Rege- lungswerts 365 bestimmt. Der erste Regelungswert 360 wird beispielsweise in der ersten Reglereinheit 335 durch eine algebraische Verknüpfung eines vom gewünschten Stromfluss ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 abhängigen ersten Terms 370 mit einem vom gewünschten Spannungsabfall abhän- gigen zweiten Terms 375 erhalten. Der zweite Regelungswert 365 wird beispiels- weise in der zweiten Reglereinheit 340 durch eine algebraische Verknüpfung eines vom Stromfluss abhängigen ersten Hilfsterms 380 mit einem vom Spannungsabfall abhängigen zweiten Hilfsterms 385 erhalten. Genauer gesagt wird der erste Term 370 gemäß eines Ausführungsbeispiels durch ein Produkt des quadrierten gewünschten Stromflusses mit zumindest einem Para- meter 325 der Komponente des Aufwärtswandlers 200 bestimmt. Zusätzlich oder al- ternativ wird der zweite Term 375 durch ein Produkt des quadrierten gewünschten Spannungsabfalls mit zumindest einem Parameter 325 der Komponente des Auf- wärtswandlers 200 bestimmt. Zusätzlich oder alternativ wird der erste Hilfsterm 380 durch ein Produkt des quadrierten Stromflusses mit zumindest einem Parameter 325 der Komponente des Aufwärtswandlers 200. Zusätzlich oder alternativ wird der zweite Hilfsterm 380 durch ein Produkt des quadrierten Spannungsabfalls mit zumin- dest einem Parameter 325 der Komponente des Aufwärtswandlers 200 bestimmt. Die algebraische Verknüpfung stellt beispielsweise eine additive Verknüpfung dar. Der in der dritten Reglereinheit 345 erhaltene Regelparameter 330 wird an die Ermitt- lungseinrichtung 310 ausgegeben, sodass die Ermittlungseinrichtung 310 unter Ver- wendung des Regelparameters 330 den Tastgrad 355 ermittelt. Ansprechend auf den ermittelten Tastgrad 355 wird das Ansteuersignal 235 zum Ansteuern des Schal- ters 205 des Aufwärtswandlers 200 bestimmt. Die Ermittlungseinrichtung 310 ist bei- spielsweise als ein Vorwärtsregler und ein Rückkopplungsregler ausgebildet. In anderen Worten ausgedrückt zeigt der hier vorgestellte Ansatz einen brennstoff- zellengespeisten Aufwärtswandler 200, der auch als DCDC-Aufwärtsregler bezeich- net werden kann. Der Aufwärtswandler 200 ermöglicht die Regelung der ersten Reg- lereinheit 335, die auch als Eingangsstrom bezeichnet werden kann und die Rege- lung der zweiten Reglereinheit 340, die auch als Ausgangsspannung bezeichnet wer- den kann, wobei zwischen den Regelungsmodi in Echtzeit umgeschaltet wird und wobei jeder Schalter der Schaltereinheit 350, die auch als Rückkopplungsregler be- zeichnet werden können, mit gleichen oder unterschiedlichen Regelungsparametern ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 parametriert werden, und wobei die Schalter der Schaltereinheit 350 die gleiche Struktur haben, so dass sowohl bei der Strom- als auch bei der Spannungsregelung die zugrunde liegende nichtlineare Dynamik des brennstoffzellengespeisten Auf- wärtswandlers 200 exakt in Bezug auf eine Basisgröße linearisiert wird, was wiede- rum sowohl für die Strom- als auch für die Spannungsregelung ermöglicht, dass nur brauchbare physikalische Trajektorien durch den Regler erzwungen werden. Die Größen v, i, P, R, iout, E sind gemessene, geschätzte oder berechnete Werte für Ausgangsspannung, Eingangsstrom, Ausgangsleistung, Lastwiderstand, Ausgangs- oder Laststrom, Eingangsspannung bzw. Brennstoffzellenspannung. Die Größen v*, i*, P*, R*, i*out, E* sind gewünschte vorgegebene oder berechnete Größen für Aus- gangsspannung, Eingangsstrom, Ausgangsleistung, Lastwiderstand, Ausgangs- oder Laststrom, Eingangsspannung bzw. Brennstoffzellenspannung. Die Größe y ist eine Basisleistung. Die Größen ẏ, ÿ sind erste und zweite zeitliche Ableitungen von y. Die Größe ν ist ein virtueller Eingang. Die Größe µ bezieht sich auf einen gemittelten Reglerausgang und ist zwischen 0 und 1 normiert. Sie bezieht sich auch auf ein Tast- verhältnis. Die Parameter L, C, RL sind die Induktivität, die Kapazität bzw. die Spu- lenwiderstände. Jede Variable kann über die Zeit konstant oder zeitlich variabel/zeit- abhängig sein. Die Parameter Kp, kp, Ki, ki, Kd, kd sind die Verstärkungen des Rück- kopplungsreglers. Die verfügbaren Lastparameter P, R, iout können ineinander übersetzt werden. Wenn der Strom geregelt werden soll, d.h. wenn i* gegeben ist, dann
Figure imgf000015_0001
wobei Daher
Figure imgf000015_0002
und ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 Wenn die Spannung kontrolliert werden soll, d.h. wenn ^* gegeben ist, dann
Figure imgf000016_0001
wobei Daher
Figure imgf000016_0002
und
Figure imgf000016_0003
Siehe auch die Darstellung in Fig.3. Die obige Parametrierung ermöglicht es, den gewünschten Strom und die Spannung getrennt zu steuern, indem die gesamte gespeicherte Energie kontrolliert wird: Der Steuereingang ist definiert als
Figure imgf000016_0004
woraus sich für y = y*, ẏ = ẏ* die Form
Figure imgf000016_0005
ergibt. ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 Dabei ist ν der Regler. Ein geeigneter zeitkontinuierlicher Regler ist definiert als
Figure imgf000017_0001
wobei
Figure imgf000017_0002
mit
Figure imgf000017_0003
und
Figure imgf000017_0004
Die Reglerverstärkungen können wie oben beschrieben so ausgelegt werden, dass das
Figure imgf000017_0005
exponentiell stabil ist. Alternativ dazu kann der zeitdiskrete Regler
Figure imgf000017_0006
angewendet werden. Siehe auch Fig.4. Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht die Steuerung eines brennstoffzellengespeis- ten Aufwärtswandlers 200, wobei nur der Eingangsstrom des DCDC-Aufwärtswand- lers geregelt wird und/oder nur die Ausgangsspannung des DCDC- Aufwärtswand- lers geregelt wird. Ferner wird in Echtzeit zwischen Strom- und Spannungsregelung umgeschaltet. Der Aufwärtswandler 200 wird von einer Brennstoffzelle gespeist. Die Ausgangsspannung der Brennstoffzelle, also die Eingangsspannung des Aufwärts- wandlers 200, ist abhängig vom Eingangsstrom des Aufwärtswandlers 200, also dem Ausgangsstrom der Brennstoffzelle. Die Brennstoffzelle kann vernachlässigt werden ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 und die Eingangsspannung wird durch eine konstante Spannungsquelle festgelegt. Der Aufwärtswandler 200 besteht aus mindestens einer DC/DC-Wandlerschaltung. Der Ausgang des Reglers ist pulsweitenmoduliert. Das PWM-Signal kann verschach- telt oder nicht verschachtelt sein, wenn der Aufwärtswandler 200 aus mehr als einem DC/DC-Wandlerschaltkreis besteht. Die Vorrichtung 110 führt zyklisch, oder bei jeder Probe, oder ereignisorientiert die folgenden Schritte durch, siehe auch Fig.4: Warten auf eine Änderung eines gewünschten Sollwerts, für Strom i oder Spannung v, und Messen oder Schätzen der physikalischen Signale, Strom i oder Spannung v, Eingangsspannung E, Ausgangsstrom iout. Parametrierung des Reglers in Abhängigkeit von der Strom- oder Spannungsrege- lung und Berechnung des Regelausgangs µ. PWM von µ und Ausgabe an den Aufwärtswandler 200. Der hier vorgestellte Ansatz ist für alle Varianten von Aufwärtswandler 200 verwend- bar, zum Beispiel für brennstoffzellenbetriebene, batteriebetriebene, mehrphasige und einphasige DCDC-Aufwärtswandler. DC/DC-Aufwärtswandlersysteme sind in Fahrzeugen, wie schweren Nutzfahrzeugen, Lastkraftwagen und Fahrzeugsystemen einsetzbar. Fig.4 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 300. Da- bei kann es sich um die in den vorangegangenen Figuren beschriebene Vorrichtung handeln. Ein Stromsollwert 400 und ein Spannungssollwert 405 werden beispielsweise zu ei- ner Schnittstelle 410 geleitet, die den Stromsollwert 400 und den Spannungssoll- wert 405 als gewünschte Sollwerte 415 an die Ermittlungseinrichtung 310 leiten. Ein Stromsignal 315, ein Spannungssignal 320, ein Lade- bzw. Ausgangsstrom 420 und eine Leistung 425 werden an eine weitere Schnittstelle 430 geleitet und als Messsig- nal 435 an die Ermittlungseinrichtung geleitet. ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 Die erste Reglereinheit 335 und die zweite Reglereinheit 340 werden mittels der Schaltereinheit 350 getrennt voneinander angesteuert, sodass die Energie aus den Reglereinheiten 335, 340 an die dritte Reglereinheit 345 weitergeleitet und von der dritten Reglereinheit 345 an die Ermittlungseinrichtung 310 geleitet wird. Der in der Ermittlungseinrichtung 310 ermittelte Tastgrad 355 wird schließlich ausgegeben. Fig.5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 500 zum Bestimmen eines Ansteuersignals zur Ansteuerung eines Schalters eines Auf- wärtswandlers. Das Verfahren 500 weist einen Schritt 505 des Einlesens, einen Schritt 510 des Bestimmens und einen Schritt 515 des Ermittelns auf. Im Schritt 505 des Einlesens wird ein Stromsignal, ein Spannungssignal und zumin- dest eine Parameter einer Komponente des Aufwärtswandlers eingelesen. Dabei re- präsentiert das Stromsignal einen Stromfluss und/oder einen gewünschten Strom- fluss in einem Zweig des Aufwärtswandlers. Das Spannungssignal repräsentiert da- bei einen Spannungsabfall und/oder einen gewünschten Spannungsabfall an zwei Abgriffspunkten des Aufwärtswandlers. Im Schritt 510 des Bestimmens wird ein Regelparameter unter Verwendung des Stromsignals, des Spannungssignals und des zumindest einen Parameters der Kom- ponente bestimmt. Im Schritt 515 des Ermittelns wird ein Tastgrad unter Verwendung des Regelparame- ters ermittelt, um das Ansteuersignal zur Ansteuerung eines Schalters des Aufwärts- wandlers zu bestimmen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 515 des Ermittelns als Ansteuersignal ein PWM-Signal auf der Basis des ermittelten Tastgra- des ermittelt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 510 des Bestimmens der Regel- parameter unter Verwendung einer Differenz eines ersten Regelungswerts und eines zweiten Regelungswerts bestimmt. Dabei wird der erste Regelungswert unter Ver- wendung des gewünschten Stromflusses und des gewünschten Spannungsabfalls ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 bestimmt, und der zweite Regelungswert unter Verwendung des Stromflusses und des Spannungsabfalls bestimmt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird im Schritt 510 des Bestimmens der erste Regelungswert durch eine algebraische Verknüpfung eines vom gewünschten Stromfluss abhängigen ersten Terms mit einem vom gewünschten Spannungsabfall abhängigen zweiten Terms erhalten und wobei der zweite Regelungswert durch eine algebraische Verknüpfung eines vom Stromfluss abhängigen ersten Hilfsterms mit einem vom Spannungsabfall abhängigen zweiten Hilfsterms erhalten wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird im Schritt 510 des Bestimmens der erste Term durch ein Produkt des quadrierten gewünschten Stromflusses mit zumin- dest einem Parameter der Komponente des Aufwärtswandlers bestimmt. Zusätzlich oder alternativ wird der zweite Term durch ein Produkt des quadrierten gewünschten Spannungsabfalls mit zumindest einem Parameter der Komponente des Aufwärts- wandlers bestimmt. Zusätzlich oder alternativ wird der erste Hilfsterm durch ein Pro- dukt des quadrierten Stromflusses mit zumindest einem Parameter der Komponente des Aufwärtswandlers bestimmt. Zusätzlich oder alternativ wird der zweite Hilfsterm durch ein Produkt des quadrierten Spannungsabfalls mit zumindest einem Parameter der Komponente des Aufwärtswandlers bestimmt. Zusätzlich oder alternativ wird die algebraische Verknüpfung eine additive Verknüpfung darstellt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Schritt 505 des Einlesens als Stromsignal in den Aufwärtswandler fließender Stromfluss und/oder gewünschter Stromfluss ein- gelesen und/oder als Spannungssignal eine am Ausgang des Aufwärtswandlers ab- greifbare oder gewünscht abgreifbare Spannung eingelesen. Die Schritte 505, 510, 515 werden beispielsweise wiederholt ausgeführt. Dabei wird beispielsweise im wiederholt ausgeführten Schritt des Bestimmens gegenüber einem vorausgehend ausgeführten Schritt des Bestimmens entweder ein gewünschter Stromfluss oder ein gewünschter Spannungsabfall gleich gehalten. ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur bei- spielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausfüh- rungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden. Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer ande- ren als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ Verknüpfung zwischen einem ers- ten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so kann dies so gelesen werden, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 Bezugszeichen 100 Fahrzeug 105 Energieversorgungssystem 110 Vorrichtung 115 Energiequelle 200 Aufwärtswandler 205 Schalter 210 Energie 215 Spule 220 Kondensator 225 Diode 235 Ansteuersignal 240 Induktionsstrom 245 Lastwiderstand 300 Einleseeinrichtung 305 Bestimmungseinrichtung 310 Ermittlungseinrichtung 315 Stromsignal 320 Spannungssignal 325 Parameter 330 Regelparameter 335 erste Reglereinheit 340 zweite Reglereinheit 345 dritte Reglereinheit 350 Schaltereinheit 355 Tastgrad 360 erster Regelungswert 365 zweiter Regelungswert 370 erster Term 375 zweiter Term ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 380 erster Hilfsterm 385 zweiter Hilfsterm 400 Stromsollwert 405 Spannungssollwert 410 Schnittstelle 415 gewünschte Sollwerte 420 Lade- bzw. Ausgangsstrom 425 Leistung 430 weitere Schnittstelle 435 Messsignal 500 Verfahren zum Bestimmen eines Ansteuersignals zur Ansteuerung eines Schalters eines Aufwärtswandlers 505 Schritt des Einlesens 510 Schritt des Bestimmens 515 Schritt des Ermittelns

Claims

ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 Patentansprüche 1. Verfahren (500) zum Bestimmen eines Ansteuersignals (235) zur Ansteuerung ei- nes Schalters (205) eines Aufwärtswandlers (200), wobei das Verfahren (500) die fol- genden Schritte umfasst: Einlesen (505) eines Stromsignals (315), eines Spannungssignals (320) und zumin- dest eines Parameters (325) einer Komponente des Aufwärtswandlers (200), wobei das Stromsignal (315) einen Stromfluss und/oder einen gewünschten Stromfluss in einem Zweig des Aufwärtswandlers (200) repräsentiert, und das Spannungssig- nal (320) einen Spannungsabfall und/oder einen gewünschten Spannungsabfall zwi- schen zwei Abgriffspunkten des Aufwärtswandlers (200) repräsentiert; Bestimmen (510) eines Regelparameters (330) unter Verwendung des Stromsig- nals (315), des Spannungssignals (320) und des zumindest einen Parameters (325) der Komponente; und Ermitteln (515) eines Tastgrads (355) unter Verwendung des Regelparameters (330), um das Ansteuersignal (235) zur Ansteuerung des Schalters (205) des Aufwärts- wandlers (200) zu bestimmen. 2. Verfahren (500) gemäß Anspruch 1, wobei im Schritt (510) des Bestimmens der Regelparameter (330) unter Verwendung einer Differenz eines ersten Regelungs- werts (360) und eines zweiten Regelungswerts (365) bestimmt wird, wobei der erste Regelungswert (360) unter Verwendung des gewünschten Stromflusses und des ge- wünschten Spannungsabfalls bestimmt wird, und der zweite Regelungswert (365) un- ter Verwendung des Stromflusses und des Spannungsabfalls bestimmt wird. 3. Verfahren (500) gemäß Anspruch 2, wobei im Schritt (510) des Bestimmens der erste Regelungswert (360) durch eine algebraische Verknüpfung eines vom ge- wünschten Stromfluss abhängigen ersten Terms (370) mit einem vom gewünschten Spannungsabfall abhängigen zweiten Term (375) erhalten wird und wobei der zweite Regelungswert (365) durch eine algebraische Verknüpfung eines vom Stromfluss ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 abhängigen ersten Hilfsterms (380) mit einem vom Spannungsabfall abhängigen zweiten Hilfsterms (385) erhalten wird. 4. Verfahren (500) gemäß Anspruch 3, wobei im Schritt (510) des Bestimmens der erste Term (370) durch ein Produkt des quadrierten gewünschten Stromflusses mit zumindest einem Parameter (325) der Komponente des Aufwärtswandlers (200) be- stimmt wird und/oder der zweite Term (375) durch ein Produkt des quadrierten ge- wünschten Spannungsabfalls mit zumindest einem Parameter (325) der Komponente des Aufwärtswandlers (200) bestimmt wird und/oder wobei der erste Hilfsterm (380) durch ein Produkt des quadrierten Stromflusses mit zumindest einem Parame- ter (325) der Komponente des Aufwärtswandlers (200) bestimmt wird und/oder der zweite Hilfsterm (385) durch ein Produkt des quadrierten Spannungsabfalls mit zu- mindest einem Parameter (325) der Komponente des Aufwärtswandlers (200) be- stimmt wird und/oder wobei die algebraische Verknüpfung eine additive Verknüpfung darstellt. 5. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt des Einlesens (505) als Stromsignal (315) in den Aufwärtswandler (200) fließender Stromfluss und/oder gewünschter Stromfluss eingelesen wird und/oder als Span- nungssignal (320) eine am Ausgang des Aufwärtswandlers (200) abgreifbare oder gewünscht abgreifbare Spannung eingelesen wird. 6. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Schritte des Einlesens (505), des Bestimmens (510) und des Ermittelns (515) wieder- holt ausgeführt werden, wobei im wiederholt ausgeführten Schritt des Bestimmens gegenüber einem vorausgehend ausgeführten Schritt des Bestimmens entweder ein gewünschter Stromfluss oder ein gewünschter Spannungsabfall gleich gehalten wer- den. 7. Verfahren (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei im Schritt (515) des Ermittelns als Ansteuersignal (235) ein PWM-Signal auf der Basis des ermittelten Tastgrades (355) ermittelt wird. ZF Friedrichshafen AG Akte 213485 Friedrichshafen 2022-09-13 8. Vorrichtung (110), die ausgebildet ist, um die Schritte des Verfahrens (500) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7 in entsprechenden Einheiten auszu- führen und/oder anzusteuern. 9. Computer-Programmprodukt mit Programmcode zur Durchführung des Verfah- rens (500) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 7, wenn das Compu- ter-Programmprodukt auf einer Vorrichtung (110) ausgeführt wird. 10. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach An- spruch 9 gespeichert ist. 11. Energieversorgungssystem (105) für ein Fahrzeug (100) mit einer Energie- quelle (115), insbesondere einer Brennstoffzelle und einer Vorrichtung (110) gemäß Anspruch 8. 12. Fahrzeug (110) mit einem Energieversorgungssystem (105) gemäß Anspruch 11.
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