专利摘要:
DieErfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Energiemanagementin einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Hybrid-Fahrzeug, umfassendmindestens eine Elektro-Maschine (3), die über einen DC/DC-Wandler (9)mit dem Bordnetz (10) verbunden ist und einem Energiespeicher (8),der mit der Elektro-Maschine (3) verbunden ist, wobei der Energiespeicher (8)eine höhereNennspannung als das Bordnetz (10) aufweist, wobei der DC/DC-Wandler(9) in seiner Ausgangsspannung (UA) einstellbarist, wobei in Abhängigkeitder Fahrzeuggeschwindigkeit (VF) und/oderder Bordnetzstromaufnahme die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers(9) abregelbar ist.
公开号:DE102004023620A1
申请号:DE200410023620
申请日:2004-05-10
公开日:2005-12-08
发明作者:Matthias Holz;Ekkehard Dr. Pott;David Prochazka;Michael Dr. Zillmer
申请人:Skoda Auto AS;Volkswagen AG;
IPC主号:B60L1-00
专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Energiemanagementin einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Hybrid-Fahrzeug.
[0002] BeiHybridfahrzeugen werden zwei Antriebseinheiten miteinander kombiniert,die auf unterschiedliche Weise die Leistung für den Fahrzeugantrieb bereitstellen.Besonders gut ergänzensich die Eigenschaften eines Verbrennungsmotors und einer Elektromaschine,weshalb Hybridfahrzeuge heute überwiegendmit einer solchen Kombination ausgestattet werden. Gegenüber denseriellen Hybridkonzepten, bei denen der Antrieb grundsätzlich über die Elektro-Maschineerfolgt und der Verbrennungsmotor über einen Generator den elektrischenStrom fürdie Aufladung des Energiespeichers bzw. direkt für die Speisung der Elektro-Maschineerzeugt, werden heute parallele Hybridkonzepte bevorzugt, bei denen derFahrzeugantrieb sowohl mit dem Verbrennungsmotor als auch mit derElektro-Maschine realisiert werden kann.
[0003] DieElektro-Maschine erfordert dabei meistens zur effizienten Darstellungder elektromotorischen Leistung die Anhebung der Spannungslage gegenüber demheute bei Fahrzeugbordnetzen noch üblichen Wert von 12 V. Um eineNeuauslegung der gesamten elektrischen Anlage des Fahrzeuges zu vermeiden,wird bei ausgeführtenKonzepten häufig dieBordnetzspannung beibehalten und nur die Elektro-Maschine mit ihrerLeistungselektronik und den zugeordneten Energiespeichern auf einemhöheren Spannungsniveaubetrieben.
[0004] Aufder Bordnetzseite kann dann eine Pufferbatterie eingesetzt werden,die dazu dient, hier kurzzeitige Leistungsspitzen zu überbrücken. DieElektro-Maschine, die beispielsweise als Startergenerator oder Generatorausgebildet ist, bzw. der Energiespeicher sind über einen DC/DC-Wandler mitdem Bordnetz verbunden. Aufgrund der Pufferbatterie kann dabei derDC/DC-Wandler hinsichtlich seiner elektrischen Leistung kleinerdimensioniert werden.
[0005] BeiHybridfahrzeugen wird der Verbrennungsmotor in Stillstandsphasen über eine Start-Stopp-Funktion zur Verbrauchseinsparungtypischerweise abgestellt. Dabei ist hier von Vorteil, dass Hybridfahrzeuge über im Vergleichzu einem konventionellen Anlasser deutlich leistungsstärkere Elektromotorenverfügen,was einen höherenKomfort insbesondere beim Motorstart ermöglicht.
[0006] ImStopp-Betrieb muss das Bordnetz zur Aufrechterhaltung der Funktionder elektrischen Verbraucher weiter versorgt werden. Dies geschiehtaufgrund der zusätzlichenBelastung durch Zyklisierung, vorzugsweise aus den Hybrid-Energiespeichernmit höheremSpannungsniveau bzw. höheremEnergieinhalt, die vorzugsweise auch eine höhere Zyklenbelastbarkeit aufweisen.Dabei ist die Bordnetzstromaufnahme gegenüber dem normalen Fahrbetriebetwas geringer, da z.B. einige Verbraucher aus der Motorsteuerung,wie die Ansteuerung der Kraftstoffeinspritzdüsen oder die Ansteuerung derZündspulen,entfallen.
[0007] DerErfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren undeine Vorrichtung zum Energiemanagement in einem Kraftfahrzeug, insbesondereeinem Hybrid-Fahrzeug zu schaffen, mittels dessen der Energieflussweiter verbessert wird.
[0008] DieLösungdes technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mitden Merkmalen der Patentansprüche1 und 8. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergebensich aus den Unteransprüchen.
[0009] Hierzuwird in Abhängigkeitder Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Bordnetzstromaufnahme dieAusgangsspannung des DC/DC-Wandlers abgeregelt, wobei die Abregelungbeispielsweise überein zugeordnetes Steuergeräterfolgt.
[0010] Hiermitwird erreicht, dass der Verlust, der sich beim Ladevorgang durchden Spannungsabfall am Innenwiderstand des Energiespeichers ergibt, verringertwird. Durch die Maßnahmewird andererseits erreicht, dass auch die ohmschen Verbraucher des12V-Bordnetzes eine entsprechend geringere Stromaufnahme haben (beinur geringen Leistungseinbußenz.B. des Fahrzeuggebläses).Dabei ist natürlichzu gewährleisten,dass die Funktion der eingeschalteten elektrischen Verbraucher erhaltenbleibt.
[0011] Ineiner Ausführungsformwird die Ausgangsspannung am DC/DC-Wandler um mindestens 0,3 V abgesenkt,vorzugsweise um mindestens 0,6 V, weiter vorzugsweise bis mindestens0,9 V und besonders bevorzugt um 1,2 V.
[0012] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformwird nach einer vorbestimmten Zeitdauer, einem vorbestimmten Stromintegral,einem vorbestimmten Energieeintrag bzw. Energieaustrag und/odereinem vorbestimmten DOD (Depth of Discharge) der Batterie im Bordnetzdie Ausgangsspannung am DC/DC-Wandler wieder auf die tatsächlich erforderlicheLadeschlussspannung angehoben werden, um auf diese Weise zu gewährleisten,dass es nicht zu einer schleichenden Entladung kommt und die Batterieintermittierend immer wieder voll bzw. nahezu voll geladen wird.
[0013] Anstelleder Batterie kann auch eine alternative Bauform eines elektrischenEnergiespeichers zur Anwendung kommen.
[0014] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformmit einer Start-Stopp-Automatik wird die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlersin den Stopp-Phasen (V = 0) abgeregelt und wird mit der oder imAnschluss an die Start-Phase wieder auf die ursprünglicheAusgangsspannung hochgeregelt.
[0015] DieBordnetzleistung wird mit diesem Verfahren also gerade in einemZeitintervall, in dem die Hybrid-Energiespeicher aufgrund des ausgeschalteten Verbrennungsmotors(deaktivierter Generator/Elektro-Maschine) belastet werden, gezieltabgesenkt, wodurch sich die Zyklisierung der Hybrid-Energiespeicher(beispielsweise PbA-Batterie, NiMH-Batterie, Lithium-Ionen-Batterie, Kondensatorspeicher) verringert.Des Weiteren wird ein geringerer Kraftstoffverbrauch erzielt, dafür dienachfolgende Aufladung der elektrischen Energiespeicher eine entsprechendgeringere verbrennungsmotorische Leistung erforderlich ist bzw.ein geringerer Teil der beispielsweise durch Rekuperation gewonnenenelektrischen Energie eingesetzt werden muss.
[0016] Ineiner bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Maßnahme zusätzlich andie vorliegende Bordnetzstromaufnahme gekoppelt und dabei die Freigabeder Spannungsabsenkung direkt daran gekoppelt und/oder die Höhe der Spannungsabsenkungin Abhängigkeitvom Bordnetzstrom gewählt.
[0017] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformwird der Ladezustand und/oder der Gütergrad (SOH) des Energiespeichersim Bordnetz ermittelt, wobei in Abhängigkeit des Ladezustandesund/oder des Gütegradesdie Absenkung der Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers durchgeführt wirdoder nicht und/oder die Höheder Spannungsabsenkung eingestellt wird. Die Bestimmung des aktuellenLadezustandes (SOC) des Energiespeichers im Bordnetz ist beispielsweisebei bekannter Spannung am Ausgang des DC/DC-Wandlers mit einem Stromsensor inder Verbindung zum DC/DC-Wandler möglich, so dass aus dem gemessenenLadestrom und der bekannten Stromaufnahme verschiedener Verbraucher durchIntegration beider Strömeein Energiedefizit des Energiespeichers ermittelt werden kann. Ergänzend können OCV-Messungenin unbelasteten Phasen fürdie Ladezustandsbestimmung herangezogen werden.
[0018] Ineiner weiteren bevorzugten Ausführungsformwird die Abregelung bei eingeschaltetem Fahrlicht, eingeschalteterInnenraumbeleuchtung und/oder geringen Außentemperaturen nicht durchgeführt, umzu verhindern, dass es durch die Ein-/Ausschaltung der Funktionund die resultierenden Spannungsänderungenzu einem störendenHelligkeitsunterschied des Außenlichtsoder der Instrumentenbeleuchtung kommt. Hierzu kann auch ein Helligkeitssensorbenutzt werden, so dass nur bei ausreichender Helligkeit die Funktionaktiviert wird. Die Berücksichtigungder Außentemperaturenverfolgt den Zweck, dass bei niedrigen Außentemperaturen häufig Heizelementeaktiv sind, die einerseits viel Strom benötigen und deren reduzierteAnsteuerung zu einem Komfortverlust führt.
[0019] DieErfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispielesnäher erläutert. DieFig. zeigen:
[0020] 1 einschematisches Blockschaltbild eines Energiesystems eines Hybrid-Fahrzeugesund
[0021] 2 Verläufe derBordnetzleistungsaufnahme, der Ausgangsspannung am DC/DC-Wandler undder Fahrzeuggeschwindigkeit beim Ablauf einer Start-Stopp-Automatik.
[0022] Inder 1 ist das Energiesystem 1 eines Hybrid-Fahrzeugesdargestellt. Das Energiesystem 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 2,eine Elektro-Maschine 3 und ein Getriebe 4, wobeiElektro-Maschine 3 und Getriebe 4 über eineKupplung 5 miteinander verbunden sind. Die Brennkraftmaschine 2 unddie Elektro-Maschine 3 sind entweder fest oder über eine weitereKupplung 6 miteinander verbunden. Die Elektro-Maschine 3 ist über eineLeistungs-Elektronik 7 mit mindestens einem Energiespeicher 8 verbunden.Des Weiteren ist die Elektro-Maschine 3 und der Energiespeicher 8 über dieLeistungs-Elektronik 7 und einem DC/DC-Wandler 9 mitdem Bordnetz 10 verbunden, in dem ein weiterer Energiespeicher 11 angeordnetist. Dabei liegt die Nennspannung des Energiespeichers 8 über derNennspannung des Bordnetzes 10.
[0023] Mittelseines nicht dargestellten Steuergerätes kann eine Start-Stopp-Automatik-Funktionrealisiert werden. Hierzu erfasst oder ermittelt das Steuergerät bestimmteGrößen wiebeispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit VF unddie Motordrehzahl, um auf einen beabsichtigten Stopp (beispielsweise Haltan einer Verkehrszeichenanlage) zu schließen. Sind die Voraussetzungenfür einenMotor-Stopp erfüllt,so wird die Brennkraftmaschine abgeschaltet, um in dieser PhaseKraftstoff zu sparen, wobei die Versorgung des Bordnetzes mit elektrischerEnergie überdie Energiespeicher 8 und 11 erfolgt. In der 2 istnun der Ablauf einer solchen Motorstopp-Motorstart-Funktion dargestellt,wobei jeweils die Leistungsaufnahme WB desBordnetzes, die Ausgangsspannung UA am DC/DC-Wandlerund die Fahrzeuggeschwindigkeit VF dargestelltsind. Dabei ist gestrichelt der Verlauf a) gemäß dem Stand der Technik dargestellt.Wie man erkennt, bleibt die Ausgangsspannung UA amDC/DC-Wandler konstant, wohingegendie Leistungsaufnahme WB des Bordnetzesniedriger ist. Der Grund hierfürist, dass die Stromaufnahme des Bordnetzes sinkt, da bestimmte elektrischeVerbraucher mit der Brennkraftmaschine abgeschaltet werden. ZumZeitpunkt t1 wird dann die Brennkraftmaschinewieder gestartet und die Leistungsaufnahme WB steigtwieder auf den ursprünglichenWert an. In dem Zeitraum t0 – t1 erfolgt die Leistungsaufnahme primär aus demEnergiespeicher mit der höherenNennspannung. Erfindungsgemäß wird nunin der Zeit des Motorstopps die Ausgangsspannung UA desDC/DC-Wandlers um ein Spannungsdelta UA abgesenkt.Hierdurch wird auch die Leistungsaufnahme WB desBordnetzes reduziert, wobei die Leistungsreduzierung näherungsweisequadratisch zum Spannungsdelta UA eingeht.Dies ist in Verlauf b) dargestellt. Die Spannungsabsenkung UA wird dabei durch das Steuergerät am DC/DC-Wandler eingestellt.
[0024] Hierdurchwird erreicht, dass der Verlust, der sich beim Ladevorgang durchden Spannungsfall am Innenwiderstand des Energiespeichers im Bordnetz ergibt,verringert wird. Des Weiteren haben auch die ohmschen Verbraucherim Bordnetz eine entsprechend geringere Stromaufnahme. Die Bordnetzleistungwird also gerade in dem Zeitintervall gezielt abgesenkt, wo derEnergiespeicher 8 nicht mehr geladen wird (ausgeschalteteBrennkraftmaschine und deaktivierte Elektro-Maschine), wodurch dieZyklisierung des Energiespeichers 8 verringert wird. Des Weiterenwird ein geringerer Kraftstoffverbrauch erzielt, da für die nachfolgendeAufladung der elektrischen Energiespeicher eine entsprechend geringere verbrennungsmotorischeLeistung erforderlich ist.
权利要求:
Claims (16)
[1] Verfahren zum Energiemanagement in einem Kraftfahrzeug,insbesondere einem Hybrid-Fahrzeug, mittels mindestens einer Elektro-Maschine,die übereinen DC/DC-Wandlermit dem Bordnetz verbunden ist und mindestens einem Energiespeicher, dermit der Elektro-Maschine verbunden ist, wobei der Energiespeichereine höhereNennspannung als das Bordnetz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dassin Abhängigkeitder Fahrzeuggeschwindigkeit (VF) und/oderder Bordnetzstromaufnahme die Ausgangsspannung (UA)des DC/DC-Wandlers (9) abregelbar ist.
[2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieAusgangsspannung (UA) um mindestens 0,3V zur Nennausgangsspannung abgeregelt wird.
[3] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dassnach einer vorbestimmten Zeitdauer, einem vorbestimmten Stromintegral,einem vorbestimmten Energieeintrag und/oder Energieaustrag und/odereiner vorbestimmten Entladetiefe (DOD) einer im Bordnetz (10)angeordneten Batterie die Ausgangsspannung (UA)am DC/DC-Wandler (9) wieder auf die tatsächlich erforderlicheLadeschlussspannung der Batterie angehoben wird.
[4] Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mittels einer Start-Stopp-Automatik,dadurch gekennzeichnet, dass in den Stopp-Phasen die Ausgangsspannung (UA) des DC/DC-Wandlers (9) abgeregelt wirdund mit der oder im Anschluss an die Start-Phase wieder auf dieursprünglicheAusgangsspannung hochgeregelt wird.
[5] Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dieBordnetzstromaufnahme erfasst wird und in Abhängigkeit der Bordnetzstromaufnahmedie Absenkung ()UA) eingestellt wird.
[6] Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass der Ladezustand und/oder der Gütegrad desEnergiespeichers (11) im Bordnetz (10) ermitteltwird, wobei in Abhängigkeitdes Ladezustandes und/oder des Gütegradesdie Absenkung der Ausgangsspannung (UA)des DC/DC-Wandlers (9) durchgeführt wird und/oder die Höhe der Spannungsabsenkung()UA) eingestellt wird.
[7] Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Abregelung bei eingeschaltetem Fahrlicht,eingeschalteter Innenraumbeleuchtung, Signalen eines Helligkeitssensorsund/oder geringen Außentemperaturen nichtdurchgeführtwird.
[8] Vorrichtung zum Energiemanagement in einem Kraftfahrzeug, insbesondereeinem Hybrid-Fahrzeug, umfassend mindestens eine Elektro-Maschine,die übereinen DC/DC-Wandlermit dem Bordnetz verbunden ist und einem Energiespeicher, der mitder Elektro-Maschine verbunden ist, wobei der Energiespeicher einehöhereNennspannung als das Bordnetz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dassder DC/DC-Wandler (9) in seiner Ausgangsspannung (UA) einstellbar ist, wobei in Abhängigkeit derFahrzeuggeschwindigkeit (VF) und/oder der Bordnetzstromaufnahmedie Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers (9) abregelbarist.
[9] Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieAusgangsspannung (UA) um mindestens 0,3V zur Nennspannung abregelbar ist.
[10] Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet,dass in Abhängigkeiteiner vorbestimmten Zeitdauer, einem vorbestimmten Stromintegral,einem vorbestimmten Energieeintrag und/oder Energieaustrag und/odereiner vorbestimmten Entladetiefe (DOD) einer im Bordnetz (10)angeordneten Batterie die Ausgangsspannung (UA)am DC/DC-Wandler (9) wieder auf die tatsächlicheerforderliche Ladeschlussspannung der Batterie anhebbar ist.
[11] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass die Vorrichtung mit einer Start-Stopp-Automatik ausgebildetist, wobei in der Stopp-Phase die Ausgangsspannung (UA) abgeregeltwird und mit der oder im Anschluss an die Start-Phase wieder auf die ursprünglicheAusgangsspannung hochgeregelt wird.
[12] Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass dieBordnetzstromaufnahme erfassbar oder ermittelbar ist und in Abhängigkeitder Bordnetzstromaufnahme die Absenkung der Ausgangsspannung desDC/DC-Wandlers durchgeführt wirdoder nicht und/oder die Höheder Spannungsabsenkung ()UA) eingestelltwird.
[13] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet,dass der Ladezustand und/oder der Gütegrad des Energiespeichersim Bordnetz erfassbar oder ermittelbar ist, wobei in Abhängigkeitdes Ladezustandes und/oder des Gütegradesdie Absenkung der Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers durchgeführt wirdund/oder die Höheder Spannungsabsenkung ()UA) eingestellt wird.
[14] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet,dass die Abregelung bei eingeschaltetem Fahrlicht, eingeschalteterInnenraumbeleuchtung, Signalen eines Helligkeitssensors und/odergeringen Außentemperaturendeaktivierbar ist.
[15] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet,dass die Elektro-Maschine (3) als Startergenerator oderGenerator ausgebildet ist.
[16] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet,dass in dem Bordnetz (10) ein weiterer Energiespeicher(11) angeordnet ist.
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同族专利:
公开号 | 公开日
DE102004023620B4|2018-01-04|
引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
法律状态:
2011-04-14| 8110| Request for examination paragraph 44|
2011-09-06| R082| Change of representative|Representative=s name: WIESNER, UWE, DIPL.-ING., DE |
2015-04-04| R016| Response to examination communication|
2017-09-19| R018| Grant decision by examination section/examining division|
2018-10-05| R020| Patent grant now final|
优先权:
申请号 | 申请日 | 专利标题
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