Systems and methods for power control in hybrid vehicles

专利摘要:
Ein Verfahren zum Regeln des Bordnetzes (200) eines Hybridfahrzeugs sieht vor, dass während einer Motorbetriebsphase bei einer vorgegebenen Drehzahl eine gewünschte Betriebsspannung für einen in das Bordnetz (200) integrierten DC-Bus (104) bestimmt wird. Die gewünschte Betriebsspannung liegt zwischen einer Mindestbetriebsspannung bei der vorgegebenen Drehzahl und einer maximalen Betriebsspannung bei der vorgegebenen Drehzahl, wobei die Mindestbetriebsspannung durch einen Parameter der Energiespeichervorrichtung festgelegt wird.A method for regulating the electrical system (200) of a hybrid vehicle provides that a desired operating voltage is determined for a DC bus (104) integrated in the electrical system (200) during an engine operating phase at a predetermined speed. The desired operating voltage is between a minimum operating voltage at the predetermined speed and a maximum operating voltage at the predetermined speed, the minimum operating voltage being determined by a parameter of the energy storage device.
公开号:DE102004026950A1
申请号:DE102004026950
申请日:2004-06-01
公开日:2004-12-30
发明作者:Robert Dean King；Ajith Kuttanair Kumar；Lembit Salasoo；Dongwoo Song；Henry Todd Young
申请人:General Electric Co；
IPC主号:B60K1-00

专利说明:
[0001] Dievorliegende Offenlegung betrifft im Allgemeinen Hybridfahrzeugewie Nutz- und Geländefahrzeuge(Off-Highway Vehicles, OHV), Zugmaschinen, Trolley-Systeme und dergleichensowie im Besonderen Systeme und Verfahren für die Leistungsregelung beiHybridfahrzeugen.TheThis disclosure generally relates to hybrid vehicleslike utility and off-road vehicles(Off-Highway Vehicles, OHV), tractors, trolley systems and the likeas well as systems and procedures for power regulation in particularHybrid vehicles.
[0002] OHVs,darunter mit Oberleitungen verbundene OHVs und andere große Triebfahrzeuge,werden üblicherweisevon elektrischen Fahrmotoren angetrieben, die in einer Antriebsbeziehungan eine oder mehrere Achsen bzw. einen oder mehrere Getrieberadsätze desFahrzeugs gekoppelt sind. Im Motor- oder Traktionsbetrieb werdendie Fahrmotoren mit elektrischem Strom aus einer steuerbaren elektrischenEnergiequelle gespeist (z.B. eine motorgetriebene Kombination ausTraktionsdrehstromgenerator, Traktionsgleichrichter und Traktionswechselrichter oderals Alternative ein Gleichstromantrieb mit einem Gleichstrommotorohne Wechselrichter) und übertragenein Drehmoment auf die Fahrzeugräder,die eine Tangential- oderTraktionskraft auf die Flächeausüben,auf der sich das Fahrzeug fortbewegt (z.B. auf einer Förderstreckeoder auf einer Straße),so dass das Fahrzeug in eine gewünschteRichtung entlang der Vorfahrtsstrecke vorwärts getrieben wird.OHVs,including overhead lines connected to overhead lines and other large traction vehicles,are commonpowered by electric traction motors that are in a drive relationshipto one or more axles or one or more gear sets of theVehicle are coupled. Be in engine or traction modethe traction motors with electrical current from a controllable electricalEnergy source (e.g. a motor-driven combination ofTraction alternator, traction rectifier and traction inverter oralternatively a DC drive with a DC motorwithout inverter) and transmitteda torque on the vehicle wheels,which is a tangential orTraction force on the surfaceexercise,on which the vehicle is moving (e.g. on a conveyor lineor on a street),so that the vehicle in a desiredDirection is driven along the priority route.
[0003] Umgekehrtdienen in einem elektrischen (d.h. dynamischen) Widerstandsbremsbetriebdie gleichen Elektromotoren als Achsgeneratoren. Ein Drehmomentwird auf die Wellen des Elektromotors von den ihnen entsprechendzugeordneten Achsradsätzen übertragen,die dann eine Bremskraft auf die Ober fläche ausüben und dadurch den Vortriebdes Fahrzeugs verzögernoder verlangsamen. Da es in einem herkömmlichen OHV oder Trolley-Systemkein geeignetes Speichermedium fürdie resultierende erzeugte elektrische Energie gibt, dient ein elektrisches Widerstandsnetz(auch als Widerstandsnetz fürdas Widerstandsbremsen oder als Bremslast bezeichnet) zum Umwandelnder elektrischen Energie in Wärmeenergie,die daraufhin an die Umgebung abgegeben wird. Wie bereits zuvorerwähnt,verschwenden dem Stand der Technik entsprechende OHVs (und Zugmaschinen)normalerweise die beim Widerstandsbremsen erzeugte Energie. 2 ist daher ein schematischesDiagramm des in einem hybriden OHV befindlichen Bordnetzes 200,das überein Medium für dieAufnahme und Speicherung von Energie verfügt, das für eine Nutzung in Verbindungmit Ausführungsformender in diesem Dokument beschriebenen Systeme und Verfahren geeignetist.Conversely, the same electric motors serve as axis generators in an electrical (ie dynamic) resistance braking mode. A torque is transmitted to the shafts of the electric motor from the corresponding axle wheel sets, which then exert a braking force on the upper surface and thereby delay or slow down the propulsion of the vehicle. Since there is no suitable storage medium for the resulting generated electrical energy in a conventional OHV or trolley system, an electrical resistance network (also known as a resistance network for resistance braking or as a braking load) serves to convert the electrical energy into thermal energy, which is then released to the environment is delivered. As previously mentioned, state of the art OHVs (and tractors) normally waste the energy generated by resistance braking. 2 is therefore a schematic diagram of the on-board electrical system located in a hybrid OHV 200 that has a medium for receiving and storing energy that is suitable for use in connection with embodiments of the systems and methods described in this document.
[0004] ImGegensatz zu dem herkömmlichenBordnetz 100, das in 1 dargestelltist, enthältdas Bordnetz 200 ferner eine Speicherbatterie 202,obgleich fürden Fachmann nachvollziehbar ist, dass andere Speichervorrichtungenimplementiert werden können.In contrast to the conventional electrical system 100 , this in 1 is shown contains the vehicle electrical system 200 also a storage battery 202 , although it will be appreciated by those skilled in the art that other storage devices can be implemented.
[0005] Zudiesen könnenbeispielsweise Schwungräder,Kondensatorspeicher (einschließlichSuperkondensatoren) und zusätzlicheBatteriespeicher (nicht abgebildet) zählen, die ebenfalls über den DC-Busangeschlossen und mit Hilfe von Choppern und/oder Wandlern und dergleichengesteuert werden können.In der veranschaulichten Ausführungsformermöglichtder kombinierte Einsatz des Choppers CH2 und der Speicherbatterie 202 größere Abweichungenzwischen der DC-Busspannung und der Nennspannung der Speicherbatterie 202.Wie nachfolgend noch ausführlicherbeschrieben wird, ist der Chopper CH2 au ßerdem für die selektive Kopplung mitdem Pluspol der Speicherbatterie 202 so konfiguriert, dassdie Batterie dem DC-Bus 104 abgenommeneEnergie speichern kann oder dem Bus Energie zuführen kann. Die Anzahl der Schatzschalterdes Widerstandsnetzes fürdas Widerstandsbremsen und die Anzahl der Chopper zur Steuerungder Widerstandsnetze fürdas Widerstandsbremsen können auchvon den Nennleistungen abhängiggemacht werden.These can include, for example, flywheels, capacitor stores (including supercapacitors) and additional battery stores (not shown), which can also be connected via the DC bus and controlled using choppers and / or converters and the like. In the illustrated embodiment, the combined use of the chopper CH2 and the storage battery enables 202 major deviations between the DC bus voltage and the nominal voltage of the storage battery 202 , As will be described in more detail below, the chopper CH2 is also for selective coupling to the positive pole of the storage battery 202 configured so that the battery is the DC bus 104 stored energy can save or supply energy to the bus. The number of treasure switches in the resistance network for resistance braking and the number of choppers for controlling the resistance networks for resistance braking can also be made dependent on the nominal powers.
[0006] ImGegensatz dazu besitzen hybride OHVs und mit Oberleitungstechnikausgestattete hybride OHVs die Fähigkeit,die beim Widerstandsbremsen erzeugte Energie in (einer) geeignetenSpeichervorrichtung(en) wie Batterien, Schwungräder, Superkondensatoren unddergleichen zu speichern. Diese gespeicherte Energie kann anschließend für Traktions- und/oderZusatzsysteme im OHV genutzt werden, wodurch eine Verringerung desKraftstoffverbrauchs erzielt wird. Da diese zugeordneten Energiespeichervorrichtungenjetzt dem Bordnetz in einem OHV hinzugefügt werden, wäre es wünschenswert,weitere sekundäreVorteile daraus zu ziehen, um beispielsweise die Beanspruchung vonWirkkomponenten zu verringern, durch die Optimierung der Systembetriebsspannungenden Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und um u.a. den Betrieb desFahrzeugs zu dynamisieren.in theIn contrast, have hybrid OHVs and with overhead line technologyequipped hybrid OHVs the abilitythe energy generated during resistance braking in a suitable oneStorage device (s) such as batteries, flywheels, supercapacitors andto save the like. This stored energy can then be used for traction and / orAdditional systems in the OHV can be used, thereby reducing theFuel consumption is achieved. Because these are associated energy storage devicesnow to be added to the electrical system in an OHV, it would be desirablemore secondaryTo take advantage of this, for example, the stress ofReduce active components by optimizing the system operating voltagesreduce fuel consumption and, among other things, the operation of theVehicle dynamics.
[0007] Dieoben beschriebenen sowie weitere Nachteile und Defizite nach demStand der Technik werden durch ein Verfahren zum Regeln des Bordnetzeseines hybriden Fahrzeugs überwundenoder gemildert. In einer exemplarischen Ausführungsform sieht das Verfahrenvor, dass währendeiner Motorbetriebsphase bei einer vorgegebenen Drehzahl eine gewünschte Betriebsspannung für einenin das Bordnetz integrierten DC-Bus bestimmt wird. Die gewünschte Betriebsspannungliegt zwischen einer Mindestbetriebsspannung bei der vorgegebenen Drehzahlund einer maximalen Betriebsspannung bei der vorgegebenen Drehzahl,wobei die Mindestbetriebsspannung durch einen Parameter der Energiespeichervorrichtungfestgelegt wird.The above-described and other disadvantages and deficits according to the prior art are overcome or alleviated by a method for regulating the on-board electrical system of a hybrid vehicle. In one exemplary embodiment, the method provides that a desired operating voltage is determined for a DC bus integrated into the vehicle electrical system during an engine operating phase at a predetermined speed. The desired operating voltage is between a minimum operating voltage at the specified speed and a maximum operating voltage the predetermined speed, the minimum operating voltage being determined by a parameter of the energy storage device.
[0008] Gemäß einemanderen Aspekt sieht das Verfahren zum Regeln des Bordnetzes einesHybridfahrzeugs vor, dass das Bordnetz während des Widerstandsbremsbetriebsso konfiguriert wird, dass eine Speicherbatterie die von einem Fahrmotordes Systems erzeugte Widerstandbremsleistung aufnimmt, wobei dieBatterie die Widerstandsbremsleistung bis zu einem ersten Schwellenwertaufnimmt. Zum Dissipieren der Widerstandsbremsleistung, die über dem erstenSchwellenwert liegt werden ein oder mehrere Widerstandsnetze imBordnetz gekoppelt.According to onethe process for regulating the vehicle electrical system sees another aspectHybrid vehicle that the vehicle electrical system during resistance braking operationis configured so that a storage battery is powered by a traction motorof the system generates resistance braking power, theBattery the resistance braking power up to a first thresholdreceives. To dissipate the drag braking power above the firstOne or more resistance networks are in the thresholdVehicle electrical system coupled.
[0009] Gemäß einemanderen Aspekt sieht das Verfahren zum Regeln des Bordnetzes einesHybridfahrzeugs vor, dass füreine erste Busspannung ein Betriebszeitpunkt bestimmt wird, zu demdie Leistungserzeugungsfähigkeitdes Fahrmotors im Bordnetz der Leistungsumsatzfähigkeit eines oder mehrererWiderstandsnetze im Bordnetz entspricht. Ungefähr zu diesem Betriebszeitpunktwird die erste Busspannung auf eine zweite Busspannung erhöht.According to onethe process for regulating the vehicle electrical system sees another aspectHybrid vehicle before that fora first bus voltage determines an operating time at whichthe power generation abilityof the traction motor in the on-board electrical system, the power conversion capacity of one or moreResistance networks in the on-board network corresponds. At about this time of operationthe first bus voltage is increased to a second bus voltage.
[0010] Gemäß einemanderen Aspekt umfasst ein Verfahren zum Regeln der Motordrehzahleines Hybridfahrzeugs das Bestimmen der Leistungsanforderung einesTraktionsantriebs des Fahrzeugs, das Bestimmen der durchschnittlichenLeistungslasten von Zusatzaggregaten des Fahrzeugs und das Bestimmeneines Sollwerts fürdie Drehzahlregelung. Der Sollwert für die Drehzahlregelung sorgtfür einegewünschteMotorgesamtleis tung und einen gewünschten spezifischen Kraftstoffverbrauch.Die gewünschteGesamtleistung entspricht der Summe aus der vom Traktionsantriebausgehenden Leistungsanforderung und den durchschnittlichen Leistungslastender Zusatzaggregate.According to oneanother aspect includes a method of controlling engine speedof a hybrid vehicle determining the performance requirement of aTraction drive of the vehicle, determining the averagePerformance loads of auxiliary units of the vehicle and the determinationa setpoint forthe speed control. The setpoint for speed control ensuresfor onedesiredTotal engine power and a desired specific fuel consumption.The desiredTotal output corresponds to the sum of that from the traction driveoutgoing performance requirement and the average performance loadsthe additional units.
[0011] Gemäß einemanderen Aspekt umfasst ein Leistungsregelungssystem für ein Hybridfahrzeug einSteuergerät(Electronic Control Module, ECM), das für den Empfang eines Signalskonfiguriert ist, das die von einem Traktionsantrieb des Fahrzeugs ausgehendeLeistungsanforderung darstellt. Das ECM ist ferner für den Empfangeines Signals konfiguriert, das die durchschnittlichen Leistungslasten vonZusatzaggregaten des Fahrzeuges darstellt. Das ECM ist ferner für die Erzeugungeines Sollwerts für dieDrehzahlregelung konfiguriert, wobei der Sollwert für die Drehzahlregelungfür einegewünschteMotordrehzahl, ein gewünschtesDrehmoment, eine gewünschteMotorgesamtleistung und einen gewünschten Kraftstoffverbrauchsorgt. Die gewünschteGesamtleistung entspricht der Summe aus der vom Traktionsantriebausgehenden Leistungsanforderung und den durchschnittlichen Leistungslasten derZusatzaggregate.According to oneanother aspect includes a power control system for a hybrid vehiclecontrol unit(Electronic Control Module, ECM), which is used to receive a signalis configured, which originates from a traction drive of the vehicleRepresents performance requirement. The ECM is also for receptionof a signal that configures the average power loads ofAdditional units of the vehicle represents. The ECM is also for productiona setpoint for theSpeed control configured, the setpoint for speed controlfor onedesiredEngine speed, a desired oneTorque, a desiredTotal engine power and a desired fuel consumptionprovides. The desiredTotal output corresponds to the sum of that from the traction driveoutgoing performance requirement and the average performance burdens ofAdditional units.
[0012] Gemäß einemanderen Aspekt umfasst ein Verfahren zum Regeln der Katalysatortemperaturin der Abgasanlage eines Hybridfahrzeugs das Bestimmen eines Betriebsmodus,in dem die Motorausgangsleistung unter einem Schwellenwert liegt,sowie die Nutzung der in einem Energiespeichersystem des Fahrzeugsgespeicherten Energie fürdas Erwärmendes Fahrzeugkatalysators, wenn die Motorausgangsleistung unter einemSchwellenwert liegt.According to oneanother aspect includes a method of regulating catalyst temperaturedetermining an operating mode in the exhaust system of a hybrid vehicle,in which the engine output power is below a threshold,as well as the use of in an energy storage system of the vehiclestored energy forthe warmingof the vehicle catalytic converter if the engine output power is below aThreshold is.
[0013] Inden verschiedenen Figuren der folgenden exemplarischen Zeichnungensind gleiche Elemente gleich nummeriert:Inthe various figures of the following exemplary drawingsthe same elements are numbered the same:
[0014] 1 stellt in einem schematischenDiagramm ein herkömmlichesBordnetz einer Zugmaschine oder eines OHV dar; 1 shows in a schematic diagram a conventional electrical system of a tractor or an OHV;
[0015] 2 ist ein schematischesDiagramm des Bordnetzes in einem hybriden OHV mit einem Medium für die Aufnahmeund Speicherung von Energie, das für eine Nutzung in Verbindungmit Ausführungsformender vorliegenden Erfindung geeignet ist; 2 is a schematic diagram of the on-board electrical system in a hybrid OHV with a medium for the absorption and storage of energy, which is suitable for use in connection with embodiments of the present invention;
[0016] 3 ist ein Graph, der dieDC-Zwischenkreisspannungsregelung in einem herkömmlichen OHV als Funktion derFahrzeuggeschwindigkeit währendeiner Motorbetriebsphase veranschaulicht; 3 FIG. 12 is a graph illustrating DC link voltage control in a conventional OHV as a function of vehicle speed during an engine operating phase; FIG.
[0017] 4 ist ein Graph, der einVerfahren fürdie DC-Zwischenkreisspannungsregelungin einem hybriden OHV als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit während einerMotorbetriebsphase gemäß einer Ausführungsformder Erfindung veranschaulicht; 4 10 is a graph illustrating a method for DC link voltage control in a hybrid OHV as a function of vehicle speed during an engine operating phase, according to an embodiment of the invention;
[0018] 5 veranschaulicht anhandeiner grafischen Darstellung eine existierende Implementierung einerSchützsteuerungfür dasWiderstandsbremsen; 5 illustrates a graphical representation of an existing implementation of a contactor control for resistance braking;
[0019] 6 veranschaulicht anhandeiner grafischen Darstellung eine mögliche Ausführungsform für das Implementiereneiner Schützsteuerungfür dasWiderstandsbremsen gemäß einemweiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung; 6 uses a graphic representation to illustrate a possible embodiment for implementing a contactor control for resistance braking in accordance with a further aspect of the present invention;
[0020] 7 veranschaulicht anhandeiner grafischen Darstellung eine andere mögliche Ausführungsform für das Implementiereneiner Schützsteuerungfür dasWiderstandsbremsen gemäß einem weiterenAspekt der vorliegenden Erfindung; 7 illustrates a graphical representation of another possible embodiment for implementing contactor control for resistance braking in accordance with another aspect of the present invention;
[0021] 8 stellt eine PS/Volt-Kennliniefür ein OHVohne Energiespeicherfähigkeitdar; 8th represents a PS / volt characteristic for an OHV without energy storage capacity;
[0022] 9 stellt eine PS/Volt-Kennliniefür einhybrides OHV ohne Energiespeicherfähigkeit dar und veranschaulichtdabei einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung; 9 represents a PS / Volt characteristic for a hybrid OHV without energy storage capacity and illustrates another aspect of the lying invention;
[0023] 10 veranschaulicht anhandeines Blockdiagramms ein Verfahren für die CLPC-Leistungsregelung(Closed Loop Power Control, CPLC) im Motor eines hybriden OHV gemäß einesweiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung; und 10 uses a block diagram to illustrate a method for closed loop power control (CPLC) control in a hybrid OHV engine in accordance with another aspect of the present invention; and
[0024] 11 veranschaulicht anhandeines Flussdiagramms, wie aufgenommene elektrische Energie in einemOHV gemäß einemweiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung in Phasen niedriger Leistungsanforderungfür dasErwärmeneines Katalysators der Abgasanlage genutzt wird. 11 uses a flow chart to illustrate how electrical energy consumed in an OHV according to a further aspect of the present invention is used in phases of low power requirement for heating a catalytic converter of the exhaust system.
[0025] 1 stellt in einem schematischenDiagramm ein herkömmlichesBordnetz 100 einer Zugmaschine oder eines OHV dar. Obwohldie einzelnen nachfolgend beschriebenen Figuren und Ausführungsformenim Kontext eines OHV-Bordnetzes dargestellt werden, sollte es nachvollziehbarsein, dass die entsprechenden Prinzipien gleichermaßen auf anderegroßeZugmaschinentypen anwendbar sind, die für das Widerstandsbremsen oderdas generatorische Bremsen ausgelegt sind. 1 represents a conventional electrical system in a schematic diagram 100 a tractor or an OHV. Although the individual figures and embodiments described below are shown in the context of an OHV electrical system, it should be understandable that the corresponding principles are equally applicable to other large tractor types that are designed for resistance braking or regenerative braking are.
[0026] Esist allgemein bekannt, dass nach dem Stand der Technik mindestenszwei Stromversorgungssysteme in diesen Zugmaschinen zum Einsatz kommen.Ein erstes System enthältdas Primärleistungsantriebssystem,das die Fahrmotoren mit Spannung versorgt, während ein zweites System sogenannte elektrische Zusatzsysteme (oder kurz Zusatzaggregate) mitSpannung versorgt. Ein Dieselmotor (nicht abgebildet) die Primärantriebsspannungsquelle 102 (z.B.ein Drehstromgenerator und ein Gleichrichter) der sowie beliebigezusätzlicheDrehstromgeneratoren (nicht abgebildet) an, die verschiedene zusätzlicheelektrische Subsysteme (nicht abgebildet), wie z.B. die Beleuchtung,die Klimaanlage und die Heizung, Gebläseantriebe, Kühlerlüftersysteme,Batterieladegeräte,Erregerwicklungen und dergleichen, mit Strom versorgen. Das Zusatzbordsystemkann auch von einem separaten Achsgenerator mit Strom versorgt werden.Zusatzspannung kann auch vom Traktionsdrehstromgenerator der Spannungsquelle 102 derAntriebsmaschine bezogen werden.It is generally known that at least two power supply systems are used in these tractors according to the prior art. A first system contains the primary power drive system, which supplies the traction motors with voltage, while a second system supplies so-called electrical auxiliary systems (or additional units for short). A diesel engine (not shown) is the primary drive voltage source 102 (e.g. a three-phase generator and a rectifier) as well as any additional three-phase generators (not shown), the various additional electrical subsystems (not shown), such as lighting, air conditioning and heating, fan drives, radiator fan systems, battery chargers, excitation windings and the like, supply with electricity. The auxiliary on-board system can also be powered by a separate axle generator. Additional voltage can also be obtained from the traction alternator of the voltage source 102 of the prime mover.
[0027] DerAusgang der Spannungsquelle 102 der Antriebsmaschine istmit einem DC-Bus 104 verbunden, der die Fahrmotorsubsysteme 106 und 108 mit Gleichstromversorgt. Der DC-Bus 104 kann auch als Fahrmotorbus bezeichnetwerden, da er die von den Fahrmotorsubsystemen benötigte Spannungbereitstellt. Obwohl in 1 nurzwei Fahrmotorsubsysteme abgebildet sind, sollte nachvollziehbarsein, dass je nach Größe und Typdes OHV zusätzlicheFahrmotorsubsysteme vorhanden sein können. Jedes der Fahrmotorsubsysteme 106 und 108 enthält einen Wechselrichter(INV1 bzw. INV2) sowie einen entsprechenden Fahrmotor (TM1 bzw.TM2).The output of the voltage source 102 the prime mover is with a DC bus 104 connected to the traction engine subsystems 106 and 108 supplied with direct current. The DC bus 104 can also be referred to as a traction motor bus because it provides the voltage required by the traction motor subsystems. Although in 1 Only two traction motor subsystems are shown, it should be understandable that depending on the size and type of the OHV, there may be additional traction motor subsystems. Each of the traction motor subsystems 106 and 108 contains an inverter (INV1 or INV2) and a corresponding traction motor (TM1 or TM2).
[0028] BeimBremsen wird die von den Fahrmotoren erzeugte Leistung durch einWiderstandsnetz-Subsystem 110 für das Widerstandsbremsen dissipiert.Wie der Darstellung in 1 fernerzu entnehmen ist, enthältein übliches,dem Stand der Technik entsprechendes Widerstandsnetz für das Widerstandsbremseneine Vielzahl von Schützschaltern(z.B. RP1-RP3) fürdas Umschalten einer Vielzahl von Widerstandselementen zwischenden Plus- und Minusleitungen des DC-Busses 104. Jede vertikaleAnordnung von Widerständenkann als Widerstandsstrang (z.B. DB1-DB3) bezeichnet werden. Durchein oder mehrere Stromnetzkühlgebläse (z.B. BM1und BM2) wird normalerweise die auf Grund der Widerstandsbremsungvon den Widerständenerzeugte Wärmeentzogen. Zusätzlichermöglichendie Chopper-Schaltkreise CH1 und CH2 eine genauere Steuerung desLeistungsumsatzes (der Leistungsdissipation) an den Widerstandssträngen DB4und DB5. ZusätzlicheChopper-Schaltkreise könnenauch zum Regeln von Übergangsleistungsflüssen genutzt werden.Je nach Leistungsvermögenund der zu dissipierenden Verzögerungsleistungkann die Anzahl der Schützschalterund Chopper verringert werden.When braking, the power generated by the traction motors is generated by a resistance network subsystem 110 dissipated for drag braking. As shown in 1 It can also be seen that a conventional, state-of-the-art resistance network for resistance braking contains a large number of contactor switches (for example RP1-RP3) for switching a large number of resistance elements between the plus and minus lines of the DC bus 104 , Every vertical arrangement of resistors can be called a resistor string (e.g. DB1-DB3). The heat generated by the resistors due to resistance braking is normally extracted by one or more power supply cooling fans (e.g. BM1 and BM2). In addition, the chopper circuits CH1 and CH2 enable more precise control of the power dissipation (power dissipation) on the resistor strands DB4 and DB5. Additional chopper circuits can also be used to regulate transient power flows. Depending on the performance and the delay power to be dissipated, the number of contactor switches and choppers can be reduced.
[0029] Wiebereits zuvor erwähnt,verschwenden dem Stand der Technik entsprechende OHVs (und Zugmaschinen)normalerweise die beim Widerstandsbremsen erzeugte Energie. 2 ist da her ein schematischesDiagramm des in einem hybriden OHV befindlichen Bordnetzes 200,das überein Medium fürdie Aufnahme und Speicherung von Energie verfügt, das für eine Nutzung in Verbindungmit Ausführungsformender in diesem Dokument beschriebenen Systeme und Verfahren geeignetist. Im Gegensatz zu dem herkömmlichenBordnetz 100, das in 1 dargestelltist, enthältdas Bordnetz 200 ferner eine Speicherbatterie 202,obgleich fürden Fachmann nachvollziehbar ist, dass andere Speichervorrichtungenimplementiert werden können.Zu diesen könnenbeispielsweise Schwungräder,Kondensatorspeicher (einschließlichSuperkondensatoren) und zusätzlicheBatteriespeicher (nicht abgebildet) zählen, die ebenfalls über denDC-Bus angeschlossen und mit Hilfe von Choppern und/oder Wandlernund dergleichen gesteuert werden können. In der veranschaulichtenAusführungsformerlaubt der kombinierte Einsatz des Choppers CH2 und der Speicherbatterie 202 größere Abweichungenzwischen der DC-Busspannung und der Nennspannung der Speicherbatterie 202.Wie nachfolgend noch ausführlicherbeschrieben wird, ist der Chopper CH2 außerdem für die selektive Kopplung mitdem Pluspol der Speicherbatterie 202 so konfiguriert, dassdie Batterie dem DC-Bus 104 abgenommene Energie speichernkann oder dem Bus Energie zuführen kann.Die Anzahl der Schützschalterdes Widerstandsnetzes fürdas Widerstandsbremsen und die Anzahl der Chopper zur Steuerungder Widerstandsnetze fürdas Widerstandsbremsen könnenauch von den Nennleistungen abhängiggemacht werden.As previously mentioned, state of the art OHVs (and tractors) normally waste the energy generated by resistance braking. 2 is therefore a schematic diagram of the on-board electrical system located in a hybrid OHV 200 that has a medium for receiving and storing energy that is suitable for use in connection with embodiments of the systems and methods described in this document. In contrast to the conventional electrical system 100 , this in 1 is shown contains the vehicle electrical system 200 also a storage battery 202 , although it will be appreciated by those skilled in the art that other storage devices can be implemented. These can include, for example, flywheels, capacitor stores (including supercapacitors) and additional battery stores (not shown), which can also be connected via the DC bus and controlled using choppers and / or converters and the like. In the illustrated embodiment, the combined use of the chopper CH2 and the storage battery allows 202 major deviations between the DC bus voltage and the nominal voltage of the storage battery 202 , As will be described in more detail below, the chopper CH2 is also for selective coupling to the positive pole of the storage battery 202 configured so that the battery is the DC bus 104 decreased energy can store or supply energy to the bus. The number of contactor switches of the resistance network for resistance braking and the number of choppers for controlling the resistance networks for resistance braking can also be made dependent on the nominal powers.
[0030] ImBetriebszustand wird die Batterie 202 (und/oder beliebigeandere Energiespeichervorrichtungen) direkt während des Widerstandsbremsens geladen.Es sei daran erinnert, dass beim Widerstandsbremsen ein oder mehrereder Fahrmotorsubsysteme (z.B. TM1 und TM2) als Generatoren betriebenwerden und aus dem Widerstandsbremsen elektrische Leistung gewinnen,die überden DC-Bus 104 übertragenwird. Je nach verfügbarerBusleistung und je nach der Menge der speicherbaren Leistung lässt sichfolglich entweder die gesamte, ein Teil oder gar keine der beimWiderstandsbremsen gewonnenen elektrischen Leistung, die über denDC-Bus 104 übertragenwird, in der Speicherbatterie 202 speichern. Wenn der Motorin Betrieb ist, dürfensich die Batterie 202 (und alle anderen optionalen Speichervorrichtungen)entladen und an den DC-Bus 104 Energie abgeben, die für den Betriebder Fahrmotoren genutzt werden kann.The battery is in the operating state 202 (and / or any other energy storage device) charged directly during resistance braking. It should be remembered that in resistance braking, one or more of the traction motor subsystems (eg TM1 and TM2) are operated as generators and derive electrical power from the resistance brakes via the DC bus 104 is transmitted. Depending on the available bus power and the amount of power that can be stored, all or part or none of the electrical power gained during resistance braking can be transferred via the DC bus 104 is transferred in the storage battery 202 to save. When the engine is running, the battery is allowed 202 (and all other optional storage devices) discharged and connected to the DC bus 104 Deliver energy that can be used to operate the traction motors.
[0031] 3 ist ein Graph 300,der die DC-Zwischenkreisspannungsregelung in einem herkömmlichenOHV als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit während einer Motorbetriebsphaseveranschaulicht. Eine „optimale" Spannungskennlinie 302 imVerhältniszur Geschwindigkeit wird durch einen Minimalwert und einen Maximalwertbegrenzt, die ebenfalls von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängen. EinMinimalwert fürdie DC-Zwischenkreisspannung bei einer vorgegebenen Drehzahl basiertvor allem auf der Mindestbetriebsspannung des Fahrmotors (Kennlinie 304)und/oder der Mindestbetriebsspannung des Wechselrichters (Kennlinie 306).Es kann auch andere Kriterien fürdie Auswahl einer minimalen DC-Zwischenkreisspannung geben (z.B.Einschwingverhalten, Generatorkenndaten, Motordrehzahl etc.). Des Weiterenbasiert ein Maximalwert fürdie DC-Zwischenkreisspannung auf der maximalen Betriebsspannungdes Wechselrichters (Kennlinie 308) und/oder der maximalenBetriebsspannung des Drehstromgenerators (Kennlinie 310).Wie bei der minimalen Zwischenkreisspannung können wiederum andere Größen diemaximale Spannung bestimmen. Im veranschaulichten Beispiel werdendie minimale und die maximale DC-Zwischenkreisspannung bei Fahrzeuggeschwindigkeitenzwischen 0 und ca. 6 mph (zwischen 0 und ca. 9,5 km/h) folglichvon der minimalen oder maximalen Betriebsspannung des Wechselrichtersvorgegeben. Der optimale Kennlinienverlauf der DC-Zwischenkreisspannungist abhängigvom aktuellen Status der verschiedenen Komponenten, da einige derVerluste von Kenndaten wie Widerständen abhängig sind, die ihrerseits vonder Temperatur der Vorrichtungen abhängen. 3 is a graph 300 illustrating DC link voltage control in a conventional OHV as a function of vehicle speed during an engine operating phase. An "optimal" voltage characteristic 302 in relation to the speed is limited by a minimum value and a maximum value, which also depend on the vehicle speed. A minimum value for the DC link voltage at a given speed is primarily based on the minimum operating voltage of the traction motor (characteristic curve 304 ) and / or the minimum operating voltage of the inverter (characteristic 306 ). There may also be other criteria for the selection of a minimum DC link voltage (e.g. settling behavior, generator characteristics, motor speed, etc.). Furthermore, a maximum value for the DC link voltage is based on the maximum operating voltage of the inverter (characteristic 308 ) and / or the maximum operating voltage of the three-phase generator (characteristic curve 310 ). As with the minimum DC link voltage, other quantities can determine the maximum voltage. In the example illustrated, the minimum and the maximum DC link voltage at vehicle speeds between 0 and approx. 6 mph (between 0 and approx. 9.5 km / h) are consequently specified by the minimum or maximum operating voltage of the inverter. The optimal characteristic curve of the DC link voltage depends on the current status of the various components, since some of the losses are dependent on characteristic data such as resistors, which in turn depend on the temperature of the devices.
[0032] BeiGeschwindigkeiten von ca. 7 mph (ca. 11,2 km/h) oder mehr lässt sichjedoch feststellen, dass die Mindestspannung des Fahrmotors größer istals die Mindestspannung des Wechselrichters, und dass folglich danndie Mindestspannung des Fahrmotors die minimale DC-Zwischenkreisspannungvorgibt. Hinzu kommt, dass bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit vonmehr als 9 mph (ca. 14,5 km/h) die Maximalspannung des Drehstromgeneratorsden Wert der maximalen DC-Zwischenkreisspannung erreicht. Der jeweiligeWert fürdie DC-Zwischenkreisspannung bei einer vorgegebenen Drehzahl wird durcheine Optimierungsfunktion im Systemsteuerung so bestimmt, wie esdurch die bei dieser Drehzahl gültigenBereiche minimaler und maximaler Spannung festgelegt wird.atSpeeds of about 7 mph (about 11.2 km / h) or more can behowever determine that the minimum voltage of the traction motor is greaterthan the minimum voltage of the inverter, and consequently thenthe minimum voltage of the traction motor the minimum DC link voltagepretends. In addition, at a vehicle speed ofmore than 9 mph (approx. 14.5 km / h) the maximum voltage of the three-phase generatorreaches the value of the maximum DC link voltage. The respectiveValue forthe DC link voltage at a given speed is determined byan optimization function in control panel determines how itby the valid at this speedRanges of minimum and maximum voltage is set.
[0033] Jenach Wahl der Stromkreise sorgt die Ergänzung eines hybriden OHV durchein Energiespeichersystem fürzusätzlicheFlexibilität(und Beschränkungen,z.B. Spannungsbeschränkungen)im DC-Zwischenkreis. Beispielsweise erfordert das Vorhandenseinder Batterie vor allem in Bordnetzen, in denen ein herkömmlicherDC/DC-Wandler eingesetzt wird, eine zusätzliche Mindestspannung, diezu berücksichtigenist. Mit anderen Worten ist die ausgewählte DC-Zwischenkreisspannunggemäß einem anderenAspekt der vorliegenden Erfindung auch eine Funktion der Ausgangsenergieund/oder -leistung der Energiespeichervorrichtung (z.B. der Batteriespannung).everat the choice of circuits, the addition of a hybrid OHV ensuresan energy storage system foradditionalflexibility(and restrictions,e.g. Voltage restrictions)in the DC link. For example, the presence requiresthe battery, especially in vehicle electrical systems, in which a conventionalDC / DC converter is used, an additional minimum voltage thatto consideris. In other words, the selected DC link voltageaccording to anotherAspect of the present invention also a function of output energyand / or power of the energy storage device (e.g., battery voltage).
[0034] Einandere Begrenzung dieser Spannung wird durch die Schaltfrequenzdes Choppers und durch Oberwellenstrom bewirkt. Der Oberwellenstromder Batterie ist abhängigvon DC-Zwischenkreisspannung,Batteriespannung, Induktivitätund Chopping-Frequenz. Da sich in einem einphasigen Chopper dieDC-Zwischenkreisspannung auf einen Wert über der Batteriespannung erhöht, nimmtdie Stärkedes Oberwellenstroms zu. Gleichermaßen nimmt in einem zweiphasigenChopper die Stärke desOberwellenstroms anfangs zu und fällt dann bei zweifacher Batteriespannungauf Null ab. Oberhalb dieser Spannung nimmt die Stärke desOberwellenstroms weiter zu. Der Wirkungsgrad des DC/DC-Wandlershängt nichtnur vom Oberwellenstrom ab, sondern auch von den Schalt- und Leitverlusten(wie beispielsweise in Halbleitern wie IGBT-Leistungsschaltern (InsulatedGated Bipolar Transistors), Freilaufdioden und Komponenten von Entlastungsnetzwerken),die ebenfalls von der DC-Zwischenkreisspannungabhängen.Dementsprechend berücksichtigteine Optimierungsfunktion im Bordsystem des hybriden OHV außerdem den Oberwellenstromund den Wirkungsgrad der verschiedenen Komponenten. 4 veranschaulicht die Details.Another limitation of this voltage is caused by the switching frequency of the chopper and by harmonic current. The harmonic current of the battery depends on the DC link voltage, battery voltage, inductance and chopping frequency. Since the DC link voltage in a single-phase chopper increases to a value above the battery voltage, the strength of the harmonic current increases. Similarly, the strength of the harmonic current initially increases in a two-phase chopper and then drops to zero when the battery voltage is twice. Above this voltage, the strength of the harmonic current continues to increase. The efficiency of the DC / DC converter depends not only on the harmonic current, but also on the switching and control losses (such as in semiconductors such as IGBT circuit breakers (Insulated Gated Bipolar Transistors), free-wheeling diodes and components of relief networks), which are also dependent on the Depending on the DC link voltage. Accordingly, an optimization function in the on-board system of the hybrid OHV also takes into account the harmonic current and the efficiency of the various components. 4 illustrates the details.
[0035] Wiedurch den Graph 400 in 4 dargestellt,spiegelt die Kennlinie 412 (eine Konstante) eine Mindestspannungder Speicherbatterie wider. Zur Veranschaulichung wurden die Kennlinien 304, 306, 308 und 310 aus 3 in 4 umnummeriert und sind darin jetzt entsprechendals Kennlinien 404, 406, 408 und 410 dargestellt.An dieser Stelle gilt zu beachten, dass die spezifischen Werte derin 4 dargestellten Kennlinienexemplarischer Natur sind und in keinerlei Hinsicht als einschränkend aufzufassensind. Hinzu kommt, dass die Kennlinie 412, die eine Mindestspannungder Speicherbatterie darstellt, auch eine Mindestbetriebsspannungfür andereArten von Speichervorrichtungen darstellen könnte. Im Allgemeinen kann dieseSpannung keine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit sein, sondernmuss vielmehr eine Funktion eines Parameters für ein Energiespeichersystemsein (z.B. Kondensatorspannung, Schwungraddrehzahl, Ladezustand/Temperaturder Batterie etc.). Wie aus 4 hervorgeht,ist es bei einer Beschleunigung des Fahrzeugs auf 3 mph (ca. 5 km/h)daher die Batteriemindestspannung, die dann die minimale DC-Zwischenkreisspannungaufbaut. Des Weiteren lässtsich feststellen, dass sich bei Fahrzeuggeschwindigkeiten von ca.3 bis 7 mph (von ca. 5 bis 11 km/h) (bei denen die Mindestspannung desWechselrichters die minimale DC-Zwischenkreisspannung aufbaut) sowievon ca. 7 bis 11 mph (von ca. 11 bis 17,5 km/h) (bei denen die Mindestspannungdes Fahrmotors die minimale DC-Zwischenkreisspannung aufbaut) dieoptimierte Kennlinie 402 der DC-Zwischenkreisspannung normalerweisevon der in 3 dargestelltenoptimierten Kennlinie 302 unterscheidet, obwohl in diesemDrehzahlbereich beide die gleichen Mindest- und Höchstgrenzenaufweisen. Dies ist wiederum auf die Optimierungsfunktion zurückzuführen, welchedie Energiespeichervorrichtungen sowie die Leistung und den Wirkungsgraddieser Vorrichtungen berücksichtigt.As through the graph 400 in 4 shown, reflects the characteristic 412 (a constant) reflects a minimum voltage of the storage battery. The characteristic curves were used for illustration 304 . 306 . 308 and 310 out 3 in 4 renumbered and are now accordingly as characteristic curves 404 . 406 . 408 and 410 shown. At this point it should be noted that the specific values of the in 4 The characteristic curves shown are exemplary in nature and are in no way to be interpreted as restrictive. Add to that the characteristic 412 , which represents a minimum voltage of the storage battery, could also represent a minimum operating voltage for other types of storage devices. In general, this voltage cannot be a function of vehicle speed, but rather has to be a function of a parameter for an energy storage system (for example capacitor voltage, flywheel speed, state of charge / temperature of the battery, etc.). How out 4 If the vehicle accelerates to 3 mph (approx. 5 km / h), it is therefore the minimum battery voltage that then builds up the minimum DC link voltage. It can also be seen that at vehicle speeds of approx. 3 to 7 mph (from approx. 5 to 11 km / h) (at which the minimum voltage of the inverter builds up the minimum DC link voltage) and from approx. 7 to 11 mph (from approx. 11 to 17.5 km / h) (at which the minimum voltage of the traction motor builds up the minimum DC link voltage) the optimized characteristic 402 the DC link voltage normally from that in 3 shown optimized characteristic 302 distinguishes, although both have the same minimum and maximum limits in this speed range. This in turn is due to the optimization function, which takes into account the energy storage devices as well as the performance and the efficiency of these devices.
[0036] Daein Teil der Leistung von der bzw. den Energiespeichervorrichtung(en)geliefert wird, kann der Drehstromgenerator/Wechselrichter unterschiedlichenLastbedingungen unterworfen sein. Beispielsweise muss bei gleicherLast auf dem Wechselrichter der Drehstromgenerator/Motor wenigerLeistung liefern, da die Energiespeichervorrichtung einen Teil derLeistung liefert. In einem anderen Fall steht bei gleicher Generatorleistungdem Wechselrichter und dem Fahrmotor um so mehr Leistung zur Verfügung. Dieoptimierte Spannung hängtauch vom aktuellen Status verschiedener Komponenten einschließlich derSpeichervorrichtung ab. Der interne Wider stand von Batterien (derdie Leistungsverluste und somit den Wirkungsgrad bestimmt) hängt beispielsweise vomLadezustand und von der Temperatur der Batterien ab.Therepart of the power from the energy storage device (s)is supplied, the three-phase generator / inverter can be differentBe subjected to load conditions. For example, the sameLoad on the inverter's alternator / motor lessDeliver power because the energy storage device is part of thePerformance delivers. In another case, the generator power is the samemore power is available to the inverter and the drive motor. Theoptimized voltage dependsalso from the current status of various components including theStorage device. The internal resistance of batteries (thethe power losses and thus the efficiency) depends, for example, onState of charge and on the temperature of the batteries.
[0037] ZusätzlicheVorteile fürdas Bordnetz des hybriden OHV lassen sich auch während des Widerstandsbremsbetriebsrealisieren. In einem existierenden nicht-hybriden OHV dienen beispielsweiseluftgekühlteWiderstandselemente zum Dissipieren der von den Fahrmotoren erzeugtenLeistung. Diese Leistung entsteht durch die Trägheit oder Neigung des Fahrzeugsund sorgt so fürein negatives Drehmoment, das ein Verlangsamen des Fahrzeugs bewirkt.Die zum Kühlender Widerständeverwendete Luft wird wiederum normalerweise von einem Gleichstromgebläse geliefert,das direkt von den Widerstandsnetzen gespeist wird. Die über dieWiderständedissipierte spezifische Leistung wird im Allgemeinen durch das Öffnen oderSchließenvon Schützschalternund/oder die Aktivierung von Choppern geregelt. In einem die Choppereinbeziehenden herkömmlichenBordnetz eines OHV muss der Schützschalter,der dem den Gebläsemotorantreibenden Widerstandsstrang zugeordnet ist, vor weiterem Leistungsumsatzgeschlossen werden. 5 enthält einegrafische Darstellung 500 des Spannungs- und Stromflusses sowie der Schütz-/Choppersteuerung indem herkömmlichenBordnetz. Der in 5 dargestellteGraph 500 veranschaulicht insbesondere die Verteilung dervon den Komponenten des herkömmlichenBordnetzes umgesetzten Leistung, während die Gesamtbremsleistungzunimmt. Es lässtsich erkennen, dass die an der vertikalen Achse aufgeführten Einheitensowohl die Einheit „Kilowatt" (kW) für die Mengeder dissipierten Leistung als auch die Einheit „Volt" darstellen, da als eine Funktion desWiderstandsbremsschemas zusätzlichdie resultierende DC-Zwischenkreisspannung veranschaulicht wird.Additional advantages for the on-board electrical system of the hybrid OHV can also be realized during resistance braking operation. In an existing non-hybrid OHV, for example, air-cooled resistance elements are used to dissipate the power generated by the traction motors. This power arises from the inertia or inclination of the vehicle and thus creates a negative torque that causes the vehicle to slow down. The air used to cool the resistors, in turn, is usually supplied by a DC fan that is fed directly from the resistor networks. The specific power dissipated via the resistors is generally regulated by opening or closing contactor switches and / or activating choppers. In a conventional on-board network of an OHV that includes the chopper, the contactor switch that is assigned to the resistance line that drives the blower motor must be closed before further power conversion. 5 contains a graphic representation 500 the voltage and current flow as well as the contactor / chopper control in the conventional electrical system. The in 5 graph shown 500 illustrates in particular the distribution of the power implemented by the components of the conventional electrical system, while the total braking power increases. It can be seen that the units listed on the vertical axis represent both the unit “kilowatt” (kW) for the amount of dissipated power and the unit “volt”, since, as a function of the resistance braking scheme, additionally illustrates the resulting DC link voltage becomes.
[0038] Dieeinzelnen in 5 dargestelltenEinheiten sind exemplarischer Natur.The individual in 5 units shown are exemplary in nature.
[0039] ZurVeranschaulichung wurde der Graph 500 in vier Betriebsbereiche(mit den Bezeichnungen A-D) unterteilt. Im ersten Betriebsbereich(A) wird die vom Fahrmotor gelieferte Leistung durch abgegebeneLeistung vom Motor erhöht,um die Spannung auf einem gewünschtenMindestniveau zu halten. Die von den Festwiderstandsnetzen verbrauchteLeistung ist eine Funktion der DC-Zwischenkreisspannung. Parallelzu der Erhöhungder von den Fahrmotoren gelieferten Leistung nimmt die vom Motorverbrauchte Leistung so lange ab, bis die gesamte von den Widerstandsnetzendissipierte Leistung vom Fahrmotor geliefert wird. Weitere Leistungserhöhungen vonetwa 250 kW auf etwa 1200 kW bewirken eine Erhöhung der DC-Zwischenkreisspannung,wie der Darstellung des Betriebsbereichs B entnommen werden kann.Im Bereich C werden zusätzlicheLeistungserhöhungen(von etwa 1200 kW auf etwa 2250 kW) von den Chopper-Netzen dissipiert,währenddie DC-Zwischenkreisspannung konstant gehalten wird. Wenn die Leistungdes Chopper-Netzes einen bestimmten Wert überschreitet (z.B. etwa 2250kW), wird das nächsteWiderstandsnetz aktiviert und die pro Chopper-Netz dissipierte Leistungsmenge wird sofortreduziert. Dies wird am Übergangzwischen den Bereichen C und D dargestellt. Jegliche danach erfolgendeZunahme der Widerstandsbremsleistung wird von den Chopper-Netzenverbraucht.The graph 500 divided into four operating areas (with the designations AD). In the first operating range (A), the power supplied by the traction motor is increased by the power output by the motor in order to keep the voltage at a desired minimum level. The power consumed by the fixed resistor networks is a function of the DC link voltage. In parallel with the increase in the power supplied by the traction motors, the power consumed by the motor continues to decrease until all of the power dissipated by the resistance networks is supplied by the traction motor. Further increases in output from approximately 250 kW to approximately 1200 kW result in an increase in the DC link voltage, as can be seen in the illustration of operating range B. In area C, additional power increases (from approximately 1200 kW to approximately 2250 kW) are dissipated by the chopper networks, while the DC link voltage is kept constant. If the power of the chopper network exceeds a certain value (for example about 2250 kW), the next resistance network is activated and the amount of power dissipated per chopper network becomes immediately reduced. This is shown at the transition between areas C and D. Any subsequent increase in drag braking power is consumed by the chopper networks.
[0040] ImGegensatz dazu kann in einem hybriden OHV die ursprünglichezu dissipierende Leistung an die Batterie abgeführt werden. Der Schützschalter desWiderstandsnetzes muss an sich nur geschlossen werden, wenn dieWiderstandsbremsleistung die Speicherkapazität der Batterie übersteigt.Dieses Schema bietet mindestens zwei Vorteile. Erstens wird die Anzahlder Schützschalterzyklenund der Motorstarts des Widerstandsnetzgebläses verringert, da diese Komponentennur dann beteiligt sind, wenn ein bestimmter Schwellenanteil derWiderstandsbremsleistung dissipiert werden soll. Zweitens wird dasVerzögerungsmomentim Hybridfahrzeug schneller erzeugt, da das Speicherbatteriesystem ohneZeitverlust Spannung aufnehmen kann, während das Schließen einesSchützschaltersungefähr 500Millisekunden in Anspruch nimmt und so das Erzeugen einer Verzögerungskraftzeitlich hinausschiebt.in theIn contrast, in a hybrid OHV the originalpower to be dissipated is dissipated to the battery. The contactor switch of theResistance network only has to be closed if theResistance braking power exceeds the storage capacity of the battery.This scheme offers at least two advantages. First, the numberthe contactor switch cyclesand the motor start-up of the resistor network blower is reduced as these componentsare only involved if a certain threshold share of theResistance braking power is to be dissipated. Second, it willdeceleration torquegenerated faster in the hybrid vehicle because the storage battery system withoutLoss of time can absorb tension while closing acontactor switchabout 500It takes milliseconds to generate a deceleration forcepostpones.
[0041] 6 veranschaulicht anhandeiner grafischen Darstellung 600 eine mögliche Ausführungsform für das Implementiereneiner Schützsteuerung für das Widerstandsbremsengemäß einemweiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung; Der in 6 dargestellte Graph 600 veranschaulichtinsbesondere die Verteilung der von den Komponenten des herkömmlichenBordnetzes umgesetzten Leistung, während die Gesamtbremsleistungzunimmt. Wiederum lässtsich erkennen, dass die an der vertikalen Achse aufgeführten Einheitensowohl die Einheit „Kilowatt" (kW) für die Mengeder dissipierten Leistung als auch die Einheit „Volt" darstellen, da als eine Funktion des Widerstandsbremsschemaszusätzlichdie resultierende DC-Zwischenkreisspannung veranschaulicht wird.Wie es beim herkömmlichenSchema fürdas Widerstandsbremsen der Fall war, sind die einzelnen in 6 dargestellten Einheitenexemplarischer Natur. 6 illustrated with a graphic representation 600 a possible embodiment for implementing a contactor control for resistance braking according to a further aspect of the present invention; The in 6 graph shown 600 illustrates in particular the distribution of the power implemented by the components of the conventional electrical system, while the total braking power increases. Again, it can be seen that the units listed on the vertical axis represent both the unit “kilowatt” (kW) for the amount of dissipated power and the unit “volt”, since the resulting DC link voltage is additionally illustrated as a function of the resistance braking scheme becomes. As was the case with the conventional resistance braking scheme, the individual are in 6 illustrated units of an exemplary nature.
[0042] ZuAnalysezwecken kann der in 6 dargestellteGraph in sechs Betriebsbereiche (mit den Bezeichnungen A-F) eingeteiltwerden. Im ersten Bereich (A), in dem die zu dissipierende Bremsleistung zwischenca. 0 und ca. 600 kW beträgt,wird die Speicherbatterie 202, wie zuvor bereits erwähnt, zum Speichernder gesamten dissipierten Leistung verwendet. Na türlich wirdin diesem Beispiel von der Annahme ausgegangen, dass die Batterie 202 nicht vollständig geladenist und Leistung dissipieren kann. In diesem Bereich bleibt die(Zwischenkreis-)Spannung des DC-Bus 104 konstant bei ca.700 Volt. Im nächstenBereich (B), in dem die zu dissipierende Bremsleistung zwischenca. 600 kW und ca. 900 kW beträgt,wird dann ein erstes Widerstandsnetz (z.B. DB1 in 2) aktiviert, so dass das erste Netzsofort ca. 300 kW umsetzen kann. Gleichzeitig fällt die von der Batterie aufgenommeneLeistung auf ca. 300 kW ab und steigt dann allmählich wieder auf die Kapazität der Batterievon ca. 600 kW an. Da die vom ersten Widerstandsnetz DB1 dissipierteLeistung in diesem Bereich konstant bleibt, verharrt die DC-Zwischenkreisspannungrelativ konstant bei ca. 700 Volt.For analysis purposes, the in 6 graph shown can be divided into six operating areas (with the designations AF). In the first area (A), in which the braking power to be dissipated is between approx. 0 and approx. 600 kW, the storage battery 202 as previously mentioned, used to store the total dissipated power. Of course, this example assumes that the battery 202 is not fully charged and can dissipate power. The (DC link) voltage of the DC bus remains in this range 104 constant at approx. 700 volts. In the next area (B), in which the braking power to be dissipated is between approx. 600 kW and approx. 900 kW, a first resistance network (e.g. DB1 in 2 ) activated so that the first network can immediately convert approx. 300 kW. At the same time, the power consumed by the battery drops to approx. 300 kW and then gradually increases to the capacity of the battery of approx. 600 kW. Since the power dissipated by the first resistor network DB1 remains constant in this area, the DC link voltage remains relatively constant at approximately 700 volts.
[0043] Sobalddie Bremsleistung jedoch mehr als ca. 900 kW beträgt, beginntdie vom ersten Widerstandsnetz DB1 dissipierte Leistung 300 kW zu übersteigen,da die Batterie keine zusätzlicheLeistung jenseits von 600 kW umsetzen kann. Wie im dritten Bereich(C) dargestellt, in dem die zu dissipierende Bremsleistung zwischenca. 900 kW und ca. 1500 kW beträgt,ist das erste Widerstandsnetz gezwungen, eine Leistung zwischenca. 300 kW und ca. 900 kW zu umsetzen (wobei die Batterie weiterhinihre maximale Kapazitätvon 600 kW dissipiert). Als Ergebnis lässt sich ferner für den BereichC feststellen, dass die DC-Zwischenkreisspannung jetzt höher ist,da das erste Widerstandsnetz Leistung von mehr als 300 kW dissipiert.As soon ashowever, the braking power is more than approx. 900 kW beginsthe power dissipated by the first resistor network DB1 exceeds 300 kW,since the battery has no additionalCan implement power beyond 600 kW. As in the third area(C) in which the braking power to be dissipated betweenis approximately 900 kW and approximately 1500 kW,the first resistance network is forced to perform betweenApprox. 300 kW and approx. 900 kW to be implemented (with the battery stilltheir maximum capacityof 600 kW dissipated). As a result, it can also be used for the areaC notice that the DC link voltage is now higher,since the first resistance network dissipates power of more than 300 kW.
[0044] Widerstandsbremslastenzwischen ca. 1500 kW und ca. 2600 kW stellt der Graph im viertenBereich (D) dar, in dem das dem Chopper CH1 zugeordnete WiderstandsnetzDB4 aktiviert wird, um zusätzlichungefähr1100 kW zu dissipieren. Da für dieBearbeitung der erhöhtenLeistung in diesem Bereich der Chopper CH1 ausgewählt wird,bleibt die durch das Widerstandsnetz DB1 (und die Batterieleistung) dissipierteLeistung ebenso relativ konstant wie die DC-Zwischenkreisspannung.Wie im fünftenBereich (E) dargestellt, in dem die zu dissipierende Bremsleistungzwischen ca. 2600 kW und ca. 3200 kW beträgt, wird anschließend einweiterer Schützschalter (z.B.RP2) integriert, um ein weiteres Widerstandsnetz (z.B. DB2) zu aktivieren.Der dem Netz DB4 zugeordnete Chopper CH1 dissipiert in diesem Bereich keineLeistung, währenddas erste und das zweite Widerstandsnetz den in diesem Bereich höheren Umsatzgemeinsam abwickeln. Die DC-Zwischenkreisspannung wird entsprechendweiter erhöht,da die Widerstandsnetze DB1 und DB2 mehr Leistung dissipieren. BeiBremslasten von mehr als 3200 kW wird, wie im sechsten Bereich (F)dargestellt, schließlichabermals das Netz DB4 zusammen mit dem Chopper CH1 aktiviert, umdie übrigeLeistung umzusetzen . Da die aktivierten Widerstandsnetze in dieserPhase keine zusätzlicheLeistung mehr dissipieren, erhöhtsich die DC-Zwischenkreisspannung nichtweiter.Resistance braking loadsthe graph in the fourth shows between approx. 1500 kW and approx. 2600 kWArea (D) in which the resistor network assigned to chopper CH1DB4 is activated in additionapproximatelyTo dissipate 1100 kW. As for theEditing the elevatedPerformance in this area the chopper CH1 is selectedremains that dissipated by the resistor network DB1 (and the battery power)Power just as constant as the DC link voltage.As in the fifthArea (E) shown in which the braking power to be dissipatedbetween approx. 2600 kW and approx. 3200 kW, is then afurther contactor switches (e.g.RP2) integrated to activate another resistor network (e.g. DB2).The chopper CH1 assigned to the network DB4 does not dissipate in this areaPerformance whilethe first and the second resistance network the higher sales in this areahandle together. The DC link voltage is correspondingfurther increasedsince the resistor networks DB1 and DB2 dissipate more power. atBrake loads of more than 3200 kW, as in the sixth area (F)illustrated, finallyagain activated the network DB4 together with the chopper CH1the restTo implement performance. Because the activated resistance networks in thisPhase no additionalDissipate performance more, increasethe DC link voltage does not changefurther.
[0045] Dasin 6 dargestellte Widerstandsbremsschemaist eignet sich besonders fürAnwendungen, in denen eine Minimierung der Schützschalterzyklen erwünscht ist,um so die Beanspruchung der Leistungsschalterkomponenten zu reduzieren. Andererseitswird in dieser Ausführungsformdie DC-Zwischenkreisspannung bei dem Umsatz relativ niedriger Leistungsstufenerhöht,damit die Aktivierung von Schützschalternund Choppern so lange verzögertwird, bis sie bei höherenLeistungsstufen erforderlich ist. Je höher die DC-Zwischenkreisspannungist, desto schneller werden die Gebläsemotoren BM1 und BM2 in Betriebgenommen, wodurch wiederum der erzeugte Geräuschpegel angehoben wird. Für den Fall,dass eine Mini mierung des Gebläsegeräuschpegelserwünschtist, kann eine andere Ausführungsformfür einBremsschema implementiert werden, die durch den in 7 enthaltenen Graph dargestellt wird.This in 6 Resistor braking scheme shown is particularly suitable for applications in which a minimization of the contactor switch cycles is desired, so as to reduce the stress on the circuit breaker components. On the other hand, in this embodiment, the DC link voltage is increased at the conversion of relatively low power levels, so that the activation of contactor switches and choppers is delayed until it is required at higher power levels. The higher the DC link voltage, the faster the fan motors BM1 and BM2 are put into operation, which in turn increases the noise level generated. In the event that a minimization of the fan noise level is desired, another embodiment for a braking scheme can be implemented, which by the in 7 contained graph is displayed.
[0046] Dieersten beiden in 7 dargestelltenBetriebsbereiche ähnelndenen aus 6 (d.h., nurdie Batterie dissipiert eine Bremsleistung bis ca. 600 kW, und dieBatterie und das erste Widerstandsnetz DB1 dissipieren gemeinsameine Bremsleistung von ca. 600 kW bis ca. 900 kW). Anschließend wirdbei mehr als 900 kW (Bereich C) dem ersten Widerstandsnetz DB1 nichtermöglicht,zur Erhöhungder DC-Zwischenkreisspannung zusätzlicheLeistung zu dissipieren, sondern es wird in dieser Phase das Netz DB4zusammen mit dem Chopper CH1 zur Erzielung des Leistungsumsatzesaktiviert. Bei Erreichen des nächstenBetriebsbereichs (D) wird das zweite Widerstandsnetz DB2 aktiviert,wodurch die von DB4 dissipierte Leistungsmenge verringert wird.Dadurch lässtsich die DC-Zwischenkreisspannungbis zu einer Leistung von ca. 1800 kW konstant halten, ab der sichdas Netz DB4 sowie die Kombination aus dem ersten Netz DB1 und demzweiten Netz DB2 die Dissipation (den Umsatz) der erhöhten Leistungteilen. Folglich wird die DC-Zwischenkreisspannung erst bei einemUmsatz von mehr als 1800 kW erhöht,was eine Erhöhungder Gebläsemotordrehzahlbewirkt. Der Kompromiss besteht in dieser Ausführungsform in einem kleinerenBereich fürdem Leistungsumsatz, den der Chopper CH1 und die SchützschalterRP1 und RP2 zyklisch durchlaufen.The first two in 7 Operating areas shown are similar to those from 6 (ie, only the battery dissipates a braking power of up to approx. 600 kW, and the battery and the first resistor network DB1 together dissipate a braking power of approx. 600 kW to approx. 900 kW). Subsequently, for more than 900 kW (area C), the first resistor network DB1 is not enabled to dissipate additional power to increase the DC link voltage, but instead the network DB4 is activated together with the chopper CH1 to achieve the power conversion. When the next operating range (D) is reached, the second resistor network DB2 is activated, as a result of which the amount of power dissipated by DB4 is reduced. This allows the DC link voltage to be kept constant up to an output of approx. 1800 kW, from which the network DB4 and the combination of the first network DB1 and the second network DB2 share the dissipation (sales) of the increased power. Consequently, the DC link voltage is only increased when the conversion exceeds 1800 kW, which causes an increase in the blower motor speed. The compromise in this embodiment is a smaller range for the power conversion which the chopper CH1 and the contactor switches RP1 and RP2 cycle through.
[0047] Einanderes Leistungsmerkmal des Bordnetzes 200 in einem hybridenOHV bewirkt das Erzielen zusätzlicherBremsleistung bei höherenDrehzahlen. Bei einer vorgegebenen DC-Zwischenkreisspannung verbrauchtein Festwiderstand eine konstante Menge Strom. Bei der gleichenFestspannung ist die Leistungserzeugungsfähigkeit des Fahrmotors jedoch umgekehrtproportional zur Drehzahl. Bei Erreichen einer bestimmten Drehzahlentspricht die Leistungserzeugungsfähigkeit des Elektromotors dervon den Widerstandsnetzen entnommenen Leistung, so dass oberhalbdieser Drehzahl keine Bremsungen möglich sind. Andererseits kannbei vorhandener EnergiespeicherfähigkeitzusätzlicheLeistung von der Speicherbatterie an die Netze abgegeben werden,so dass eine Widerstandsbremsung bei höheren Drehzahlen möglich ist.Wenn die maximale DC-Zwischenkreisspannung erreicht ist, wird weiteresWiderstandsbremsen nur bei niedrigeren Brems-PS-Werten ausgeführt.Another feature of the electrical system 200 In a hybrid OHV, additional braking power is achieved at higher speeds. At a given DC link voltage, a fixed resistor consumes a constant amount of current. At the same fixed voltage, however, the power generation capacity of the traction motor is inversely proportional to the speed. When a certain speed is reached, the power generation capacity of the electric motor corresponds to the power drawn from the resistance networks, so that braking is not possible above this speed. On the other hand, if the energy storage capacity is available, additional power can be delivered from the storage battery to the networks, so that resistance braking is possible at higher speeds. When the maximum DC link voltage is reached, further resistance braking is only carried out at lower brake horsepower values.
[0048] 8 stellt eine Leistungs/Spannungs-Kennlinie 800 für ein OHVohne Energiespeicherfähigkeitdar. Wie aus der Darstellung ersichtlich ist, liegt der Punkt, andem die zurückgehendeAusgangsleistung des Fahrmotors unter die Leistung des Widerstandsnetzesabfälltbei konstanter DC-Zwischenkreisspannung und konstantem Leistungsumsatzdes Widerstandsnetzes bei einer Drehzahl von etwa 2700 Umdrehungenpro Minute. Bei höheren Motordrehzahlenist der Elektromotor daher nicht in der Lage, eine Bremskraft zuerzeugen. Wie durch den Graph 900 in 9 dargestellt, kann der Speicherbatterieanschlussjedoch durch ein an den Chopper CH2 gesendetes Signal so umkonfiguriert werden,dass die Batterie 202 ab einer Drehzahl von 2700 Umdrehungenpro Minute Leistung an den DC-Bus abgibt. Diese Leistung könnte auchzum Erhöhender DC-Zwischenkreisspannungverwendet werden. Die erhöhteSpannung am DC-Bus bewirkt eine Erweiterung des Drehzahlbereichs,so dass der Fahrmotor bis zu einem Wert von ca. 3250 Umdrehungenin der Lage ist, die volle Bremsleistung zu liefern. Bei Drehzahlenvon mehr als 3250 Umdrehungen pro Minute ist Widerstandsbremsenimmer noch möglich,solange die Batterie zu sätzlicheLeistung bereitstellt. Wenn die DC-Zwischenkreisspannung jedochihren oberen Grenzwert erreicht hat, wird die Bremsleistung oberhalbdieser Drehzahl verringert. 8th provides a power / voltage characteristic 800 for an OHV without energy storage capability. As can be seen from the illustration, the point at which the declining output power of the traction motor drops below the power of the resistor network with constant DC link voltage and constant power consumption of the resistor network at a speed of about 2700 revolutions per minute , At higher engine speeds, the electric motor is therefore unable to generate a braking force. As through the graph 900 in 9 shown, the storage battery connector can be reconfigured by a signal sent to the chopper CH2 so that the battery 202 outputs power to the DC bus from a speed of 2700 revolutions per minute. This power could also be used to increase the DC link voltage. The increased voltage on the DC bus causes the speed range to be expanded so that the drive motor is able to deliver the full braking power up to a value of approx. 3250 revolutions. At speeds of more than 3250 revolutions per minute, resistance brakes are still possible as long as the battery provides additional power. However, if the DC link voltage has reached its upper limit, the braking power is reduced above this speed.
[0049] Ineinem herkömmlichenOHV-Antriebssystem wird die Motordrehzahl von einem Regler gesteuert,der auf der Grundlage der vom Fahrer erhaltenen Leistungsanforderungeine Führungsgröße von derSteuerung empfängt.Allerdings treten vorübergehendeLasten beim Normalbetrieb der Zusatzaggregate des Fahrzeugs auf,währendvariierende Antriebslasten beim Fahren auf rauen Straßenbelägen undbeim Fahren durch Schlaglöcherauftreten. Bestimmte durch Zusatzaggregate hervorgerufene Temporärlastenresultieren aus Ereignissen, die vom Fahrzeugbediener ausgelöst wurden(z.B. Leistungsanforderungen an die Servolenkung), während andereauf Grund des Ein- und Ausschaltens von Lüftern, Pumpen etc. auftreten.Durch Zusatzaggregate hervorgerufene Lasten mindern tendenzielldie in herkömmlichenOHV-Antriebssystemen verfügbareAntriebsleistung.Ina conventional oneOHV drive system, the engine speed is controlled by a controller,based on the performance request received from the drivera leader of theControl receives.However, temporary occurLoads during normal operation of the auxiliary units of the vehicle,whilevarying drive loads when driving on rough road surfaces andwhen driving through potholesoccur. Certain temporary loads caused by additional unitsresult from events triggered by the vehicle operator(e.g. power steering performance requirements) while othersoccur due to the switching on and off of fans, pumps etc.Loads caused by additional units tend to reducethose in conventionalOHV drive systems availableDriving power.
[0050] Einweiterer neuer Regelungsaspekt besteht beim hybriden OHV in derRegelung der Motorleistung als Funktion der Leistungsanforderungdes Traktionsantriebs und der durchschnittlichen Leistungslast vonZusatzaggregaten. Wie in dem in 10 enthaltenenBlockdiagramm 1000 dargestellt, wird über eine Nachschlagetabelle 1002 (Look-Up Table,LUT) ein Sollwert fürdie Motordrehzahl im Ruhezustand bestimmt, durch den die erforderlicheMotorleistung (Drehmoment und Geschwindigkeit) bei minimalem spezifischenKraftstoffverbrauch erzeugt wird. Existierende Motoren mit einemSteuergerät (ElectronicControl Module, ECM) 1004 können diese Funktion über einauf dem CAN-Bus basierendes Kommunikationsnetzwerk bereitstellen.Anpassungen des Sollwerts fürdie Motorleistung, die entweder zum Herabsetzen oder zum Heraufsetzender Motorleistung die nen, wobei beim Motorbetrieb der Sollwert für die Drehzahlregelungzu Grunde gelegt wird, werden durch die über die CAN-Bussteuerung erfolgende Nutzung derDrehmomentregelungsfunktion des ECM 1004 realisiert. DieseFunktion ermöglicht Leistungsanpassungenund einen Kompromiss bei der direkten Nutzung zusätzlicherMotorausgangsleistung fürdie Temporärlastenvon Zusatzaggregaten des Fahrzeugs.Another new control aspect of the hybrid OHV is the regulation of the engine power as a function of the power requirement of the traction drive and the average power load of additional units. Like in that 10 included block diagram 1000 is shown using a lookup table 1002 (Look-Up Table, LUT) a setpoint for the engine speed in Ru state determined by which the required engine power (torque and speed) is generated with minimum specific fuel consumption. Existing motors with one control unit (Electronic Control Module, ECM) 1004 can provide this function via a communication network based on the CAN bus. Adjustments of the setpoint for the engine power, which serve either to reduce or to increase the engine power, whereby the setpoint for the speed control is taken as a basis during engine operation, are made by the CAN bus control using the torque control function of the ECM 1004 realized. This feature enables performance adjustments and a compromise in the direct use of additional engine output power for the temporary loads of auxiliary units of the vehicle.
[0051] ImFall des neuen hybriden OHV, bei dem die Temporärlasten von Zusatzaggregatendes Fahrzeugs von den Batterien des Hybridfahrzeugs gespeist werden,dient die Drehmomentregelungsfunktion zum Verringern des Motordrehmoments,der Motorleistung, und letztlich des Kraftstoffverbrauchs, während dieZusatzaggregate des Fahrzeugs vom integrierten Energiespeichersystemversorgt werden. Der Regler 1006, der den in der Nachschlagetabelle erzeugtenSollwert und das vom OHV-Motor 1008 gesendeteDrehzahlsignal berücksichtigt,generiert ein geeignetes Fehlersignal zur Steuerung der Ausgangsleistungdes Motors 1008. Geringe Schwankungen bei der Motorleistung(z.B. bis zu einem bestimmten Schwellenwert) können von der Drehmomentregelungsfunktionausgeglichen werden. Beim Auftreten größerer Abweichungen, die denSchwellenwert überschreiten(z.B. auf Grund von Neigungsänderungender Straßenoberfläche), wirdder Sollwert fürdie Motordrehzahl jedoch an einen anderen Sollwert angepasst, umden spezifischen Kraftstoffverbrauch und den Schadstoffausstoß zu optimieren. Esist nachvollziehbar, dass obwohl die veranschaulichte Ausführungsformdie Drehmomentregelungsfunktion des ECM nutzt, andere Arten derDrehmomentregelung ebenfalls verwendet werden können.In the case of the new hybrid OHV, in which the temporary loads of additional components of the vehicle are fed by the batteries of the hybrid vehicle, the torque control function serves to reduce the engine torque, engine power and ultimately fuel consumption, while the additional components of the vehicle are supplied by the integrated energy storage system. The regulator 1006 , the setpoint generated in the lookup table and that of the OHV engine 1008 transmitted speed signal takes into account, generates a suitable error signal for controlling the output power of the motor 1008 , Minor fluctuations in engine performance (e.g. up to a certain threshold) can be compensated for by the torque control function. If larger deviations occur that exceed the threshold (e.g. due to changes in the inclination of the road surface), the setpoint for the engine speed is adjusted to a different setpoint in order to optimize the specific fuel consumption and pollutant emissions. It will be appreciated that although the illustrated embodiment uses the torque control function of the ECM, other types of torque control can also be used.
[0052] Abschließend bleibtfestzuhalten, dass der korrekt Betrieb von Nachbehandlungsvorrichtungen wiePartikelfiltern nur bei hohen Temperaturen gewährleistet ist. Bei niedrigerMotorleistung (z.B. währendeiner Bremsoperation) könnteGleichstrom aus dem DC-Bus oder aus den Energiespeichervorrichtungenzum Erwärmender Katalysatoren genutzt werden. Herkömmliche Diesel- oder Ottomotorenin Schwerlastzügensind häufigmit Katalysatoren zur Verringerung der Abgasemissionen ausgestattet. DieseKatalysatoren benötigeneine relativ hohe Betriebstemperatur, die normalerweise im Bereichvon ca. 500 bis ca. 700°F(ca. 260 bis ca. 370°C)liegt. Ein Beispiel füreinen solchen Katalysator ist ein regenerativer Partikel- oder Rußpartikelfilter.In herkömmlichenmechanisch angetriebenen Straßenlastwagen sinddie Katalysatoren im Abgasstrom angeordnet und werden so auf dieerforderliche Betriebstemperatur erwärmt.In conclusion remainsnote that the correct operation of aftertreatment devices such asParticle filters are only guaranteed at high temperatures. At lowerEngine power (e.g. duringbraking operation)Direct current from the DC bus or from the energy storage devicesto warm upof the catalysts are used. Conventional diesel or petrol enginesin heavy goods trainsare commonequipped with catalysts to reduce exhaust emissions. ThisNeed catalystsa relatively high operating temperature that is normally in the rangefrom approx. 500 to approx. 700 ° F(approx. 260 to approx. 370 ° C)lies. An example forsuch a catalyst is a regenerative particle or soot particle filter.In conventionalare mechanically powered road trucksthe catalysts are arranged in the exhaust gas stream and are thus on therequired operating temperature warmed.
[0053] Gleichermaßen kannbei herkömmlichen OHVs,die als Förderwagenschwere Zuladungen beispielsweise in eine tiefe Mine oder einentiefen Schacht hinein- oder aus diesen hinausbefördern, die Abgastemperaturausreichen, um den korrekten Betrieb der Abgaskatalysatoren für den Fallzu gewährleisten,in dem der Förderwagendie Steigung hinauffährt.Währendeiner Bergabfahrt, bei der das Fahrzeug seine mechanischen und/oderelektrodynamischen Bremsen einsetzt, während der Motor bei relativniedriger Leistung betrieben wird, sinkt die Abgastemperatur undist fürden Betrieb der Katalysatoren bei der für sie erforderlichen Temperatureventuell nicht mehr ausreichend. Für die nächste Bergaufbeförderungvon Ladung oder fürden Hochleistungsbetrieb müssendie Katalysatoren erwärmtwerden, was einige Zeit in Anspruch nimmt. Der Betrieb der Katalysatorenbei niedrigen Temperaturen mindert ihre Effizienz bei der Verringerungvon Abgasemissionen. Darüberhinaus trägtder ständigeTemperaturwechsel häufigzu einer deutlichen Verkürzungder Lebensdauer der Katalysatoren und ihrer zugehörigen Komponentenbei.Likewise, canwith conventional OHVs,the as a tramheavy payloads, for example, in a deep mine orconvey the exhaust gas temperature into or out of the deep shaftsufficient to ensure the correct operation of the catalytic converters in caseto ensure,in which the tramdriving up the slope.Whilea downhill run where the vehicle is mechanically and / orelectrodynamic brakes sets in while the engine is at relativeis operated at lower power, the exhaust gas temperature drops andis foroperating the catalysts at the temperature required for themmay no longer be sufficient. For the next uphill rideof cargo or forhigh-performance operationthe catalysts warmedwhat takes some time. Operation of the catalystsat low temperatures their efficiency in reducing decreasesof exhaust emissions. About thatcarries outthe constantTemperature changes frequentlyto a significant shorteningthe life of the catalysts and their associated componentsat.
[0054] Daherist gemäß einemweiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung das Hybridantriebssystem desOHV so konfiguriert, dass ein Teil der beim Widerstandsbremsen abgegebenenEnergie zum Erwärmender Katalysatoren bei Bergabfahrten oder in Betriebsphasen des Dieselmotorsmit relativ geringer Leistungsaufnahme genutzt wird. Diese Funktion wirddurch das in 11 enthalteneFlussdiagramm 1100 veranschaulicht. Wenn sich das Fahrzeugnicht im Widerstandsbremsbetrieb befindet, können durch elektrische Leistungaus dem Energiespeichersystem (z.B. Batterien, Superkondensatorenoder Schwungräder)die Katalysatoren auf die erforderliche Betriebstemperatur erwärmt werden,die einen effizienten Betrieb und eine lange Lebensdauer gewährleistet.Therefore, according to a further aspect of the present invention, the hybrid drive system of the OHV is configured in such a way that part of the energy given off during resistance braking is used to heat the catalysts when driving downhill or in operating phases of the diesel engine with a relatively low power consumption. This function is supported by the in 11 included flowchart 1100 illustrated. If the vehicle is not in drag braking mode, electrical power from the energy storage system (e.g. batteries, supercapacitors or flywheels) can be used to heat the catalytic converters to the required operating temperature, which ensures efficient operation and a long service life.
[0055] Wennam Entscheidungsblock 1102 die Ausgangsleistung des OHV-Motorsnicht unter einen Schwellenwert abfällt, wird daher hinsichtlichdes Katalysators keine weitere Maßnahme ergriffen (wie durchden Rückgabeblock 1104 dargestellt).Wenn die Ausgangsleistung des Motors jedoch unter dem Schwellenwert(wie es bei einer Bergabfahrt eintreten kann) sinkt, wird der Prozessbei Entscheidungsblock 1106 fortgesetzt, wo bestimmt wird,ob die Ist-Temperatur des Katalysators unter der für ihn erwünschtenMindestbetriebstemperatur liegt. Ist dies nicht der Fall, wird indieser Phase (Block 1108) keine weitere Maßnahme ergriffen.Wenn andererseits der Temperaturwert unter dem Wert der gewünschten Mindestbetriebstemperaturliegt, wird Energie aus dem Energiespeichersystem, wie in Block 1110 dargestellt,zum Erwärmendes Katalysators genutzt.If at the decision block 1102 If the output power of the OHV engine does not drop below a threshold value, no further action is therefore taken with regard to the catalytic converter (as with the return block 1104 ) Shown. However, if the engine's output power drops below the threshold (as it may occur on a downhill descent), the process goes to decision block 1106 continued, where it is determined whether the actual temperature of the catalyst is below the desired minimum operating temperature. If this is not the case, then in this phase (block 1108 ) no further action was taken. On the other hand, if the Temperature value is below the value of the desired minimum operating temperature, energy from the energy storage system, as in block 1110 shown, used to heat the catalyst.
[0056] EinVerfahren zum Regeln des Bordnetzes 200 eines Hybridfahrzeugssieht vor, dass während einerMotorbetriebsphase bei einer vorgegebenen Drehzahl eine gewünschte Betriebsspannungfür einenin das Bordnetz 200 integrierten DC-Bus 104 bestimmtwird. Die gewünschteBetriebsspannung liegt zwischen einer Mindestbetriebsspannung beider vorgegebenen Drehzahl und einer maximalen Betriebsspannung beider vorgegebenen Drehzahl, wobei die Mindestbetriebsspannung durcheinen Parameter der Energiespeichervorrichtung festgelegt wird.Da die Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsformbeschrieben wurde, ist fürden Fachmann nachvollziehbar, dass diverse Änderungen vorgenommen werdenkönnenund Elemente durch Äquivalenteersetzt werden können, ohnedass der Geltungsbereich der Erfindung verlassen wird. Zusätzlich können vieleModifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oderein bestimmtes Material an die Darlegungen der Erfindung anzupassen,ohne dass deren Kerngeltungsbereich verlassen wird. Daher soll dieErfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt sein,die als beste Form fürdie Ausführungder Erfindung erachtet und dargelegt wird, sondern alle Ausführungsformenenthalten, die im Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche liegen.A procedure for regulating the vehicle electrical system 200 of a hybrid vehicle provides that, during an engine operating phase at a predetermined speed, a desired operating voltage for one in the vehicle electrical system 200 integrated DC bus 104 is determined. The desired operating voltage is between a minimum operating voltage at the predetermined speed and a maximum operating voltage at the predetermined speed, the minimum operating voltage being determined by a parameter of the energy storage device. Since the invention has been described with reference to a preferred embodiment, it will be understood by the person skilled in the art that various changes can be made and elements can be replaced by equivalents without departing from the scope of the invention. In addition, many modifications can be made to adapt a particular situation or material to the statements of the invention without departing from its core scope. Therefore, the invention is not intended to be limited to the particular embodiment that is considered and set forth as the best mode for carrying out the invention, but to include all embodiments that are within the scope of the appended claims.

权利要求:
Claims (10)
[1]
Verfahren zum Regeln eines Bordnetzes (200) einesHybridfahrzeugs, das Folgendes beinhaltet: während einerMotorbetriebsphase wird bei einer vorgegebenen Drehzahl eine gewünschte Betriebsspannungfür einenin das Bordnetz (200) integrierten DC-Bus (104)bestimmt, wobei die gewünschteBetriebsspannung auf einer Mindestbetriebsspannung bei der vorgegebenenDrehzahl und einer maximalen Betriebsspannung bei der vorgegebenenDrehzahl basiert; wobei ein Parameter einer Energiespeichervorrichtungdie Mindestbetriebsspannung festlegt.Procedure for regulating an electrical system ( 200 ) of a hybrid vehicle, which includes the following: during an engine operating phase, a desired operating voltage for a in the vehicle electrical system is at a predetermined speed ( 200 ) integrated DC bus ( 104 ) determined, the desired operating voltage based on a minimum operating voltage at the predetermined speed and a maximum operating voltage at the predetermined speed; wherein a parameter of an energy storage device defines the minimum operating voltage.
[2]
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Energiespeichervorrichtung entweder eine Speicherbatterie(202), einen Superkondensator, ein Schwungrad oder Kombinationenumfasst, die mindestens eine der vorhergehenden Elemente umfassen.A method according to claim 1, characterized in that the energy storage device either a storage battery ( 202 ), a supercapacitor, a flywheel or combinations comprising at least one of the preceding elements.
[3]
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Mindestbetriebsspannung entweder durch eine Mindestbetriebsspannungdes Fahrmotors (404), eine Mindestbetriebsspannung des Wechselrichters(406) oder eine Mindestbetriebsspannung der Speicherbatterie(412) festgelegt wird.A method according to claim 1, characterized in that the minimum operating voltage either by a minimum operating voltage of the traction motor ( 404 ), a minimum operating voltage of the inverter ( 406 ) or a minimum operating voltage of the storage battery ( 412 ) is determined.
[4]
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass die maximale Betriebsspannung entweder durch eine maximaleBetriebsspannung des Drehstromgenerators (410) oder einemaximale Betriebsspannung (418) des Wechselrichters festgelegt wird.A method according to claim 3, characterized in that the maximum operating voltage either by a maximum operating voltage of the three-phase generator ( 410 ) or a maximum operating voltage ( 418 ) of the inverter.
[5]
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,dass es ferner die Anwendung einer Optimierungsfunktion zum Bestimmender gewünschten Betriebsspannungumfasst, wobei die Optimierungsfunktion von einer Chopper-Schaltfrequenzund einem Oberwellenstrom des Bordnetzes (200) abhängig sind.A method according to claim 4, characterized in that it further comprises the use of an optimization function to determine the desired operating voltage, the optimization function of a chopper switching frequency and a harmonic current of the vehicle electrical system ( 200 ) are dependent.
[6]
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass die Optimierungsfunktion ferner von einem Status der Leistungsteilungzwischen einem motorgetriebenen Drehstromgenerator des Bordsystems(200) und der Energiespeichervorrichtung abhängig ist.A method according to claim 5, characterized in that the optimization function further from a status of the power sharing between a motor-driven three-phase generator of the on-board system ( 200 ) and the energy storage device is dependent.
[7]
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass das Hybridfahrzeug eines der folgenden ist: ein Nutz- und Geländefahrzeug(Off-Highway Vehicle, OHV) oder eine Zugmaschine.A method according to claim 1, characterized inthat the hybrid vehicle is one of the following: a utility and off-road vehicle(Off-Highway Vehicle, OHV) or a tractor.
[8]
Verfahren zum Regeln eines Bordnetzes (200) einesHybridfahrzeugs, das Folgendes beinhaltet: im Widerstandsbremsbetriebwird das Bordnetz (200) in der Weise konfiguriert, dasseine Speicherbatterie (202) die von einem Fahrmotor (106, 108) desNetzes abgegebene Widerstandsbremsleistung aufnimmt, wobei die Batteriedie Widerstandsbremsleistung bis zu einem ersten Schwellenwert aufnimmt;und das eines oder mehrere Widerstandsnetze (DB3) werden zumUmsetzen der überdem ersten Schwellenwert liegenden Widerstandsbremsleistung in das Bordnetz(200) gekoppelt.Procedure for regulating an electrical system ( 200 ) of a hybrid vehicle that includes the following: in resistance braking mode, the on-board electrical system ( 200 ) configured in such a way that a storage battery ( 202 ) from a traction motor ( 106 . 108 ) the resistance braking power delivered by the network, the battery absorbing the resistance braking power up to a first threshold value; and the one or more resistance networks (DB3) are used to convert the resistance braking power above the first threshold value into the on-board network ( 200 ) coupled.
[9]
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass ferner eine oder mehrere Schützschalter (RP1, RP2) oder Chopper(141) in das Bordnetz (200) geschaltet werden,um das ein oder mehrer Widerstandsnetze (DB1, DB2, DB4) einzukoppeln.A method according to claim 8, characterized in that one or more contactor switches (RP1, RP2) or chopper ( 141 ) in the electrical system ( 200 ) can be switched to couple one or more resistor networks (DB1, DB2, DB4).
[10]
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,dass ein oder mehrere Schützschalter (RP1,RP2) innerhalb des Bordnetzes (200) so konfiguriert werden,dass die Schalthäufigkeitder Schützschalter(RP1, RP2) in einem Bereich von Widerstandsbremsleistungen minimiertwerden.A method according to claim 9, characterized in that one or more contactor switches (RP1, RP2) within the vehicle electrical system ( 200 ) can be configured so that the switching frequency of the contactor switches (RP1, RP2) is minimized in a range of resistance braking powers.

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公开号 | 公开日

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US8025115B2|2011-09-27|

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2007-08-23| 8110| Request for examination paragraph 44|

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2018-11-27| R079| Amendment of ipc main class|Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: B60L0011120000 Ipc: B60L0050150000 |

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2019-08-05| R082| Change of representative|Representative=s name: LORENZ SEIDLER GOSSEL RECHTSANWAELTE PATENTANW, DE |

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2021-12-15| R016| Response to examination communication|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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