DE10050379A1 - Steuer/Regelvorrichtung für Hybridfahrzeuge - Google Patents

Steuer/Regelvorrichtung für Hybridfahrzeuge

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DE10050379A1
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Kazuhiro Hara
Shinobu Ochiai
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Abstract

Es wird eine Steuer/Regelvorrichtung eines Hybridfahrzeugs bereitgestellt, welche in der Lage ist, den Überentladungszustand der Batterie zu erfassen und die Lade- und Entladeraten der Batterie zum Schutze dieser zu steuern/zu regeln. Die Steuer/Regelvorrichtung des Hybridfahrzeugs umfasst eine Maschine, welche Antriebskraft an das Fahrzeug ausgibt, einen Motor, welcher direkt mit der Maschine verbunden ist und welcher die Ausgabe bzw. Leistung der Maschine unterstützt, eine Batterie, welche dem Motor elektrische Leistung zuführt und welche durch elektrische Energie geladen wird, die durch Aktivieren des Motors als Generator erzeugt wird, wenn die unterstützende Antriebskraft nicht notwendig ist, einer elektrischen Last, deren elektrische Energie von durch den Motor erzeugter elektrischer Leistung und der Batterie geliefert wird sowie eine Batterie-Schutzvorrichtung, welche die Drehzahl der Maschine erhöht, wenn die Überentladung der Batterie erfasst wird, und welche eine Zufuhr elektrischer Leistung an die elektrische Last stoppt, wenn die Überentladung weiter voranschreitet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuer/Regelsystem zum Steuern/­ Regeln eines Ladungs- oder Entladungsbetrags einer Batterie, um in Hybridfahrzeugen eingebaute Batterien zu schützen.
Es sind herkömmliche Hybridfahrzeuge bekannt, welche zusätzlich zu einer Brennkraftmaschine mit einem Motor versehen sind. Dabei gibt es zwei Typen von Hybridfahrzeugen: Reihenhybridfahrzeuge und Parallelhybridfahr­ zeuge. Reihenhybridfahrzeuge sind durch Motoren angetrieben, welche durch die Leistung eines von einer Maschine angetriebenen Generators angetrieben sind.
Da der Motor nicht mechanisch mit der Maschine verbunden ist, kann die Maschine mit einer näherungsweise konstanten Drehgeschwindigkeit innerhalb eines Geschwindigkeitsbereiches betrieben werden, in welchem die Maschine mit einer niedrigeren Kraftstoffverbrauchsrate und einer niedrigeren Emissionsrate betrieben werden kann als im Falle einer herkömmlichen Maschine.
Im Gegensatz dazu unterstützt bei Parallelhybridfahrzeugen ein direkt mit der Maschine verbundener Motor die Maschine beim Drehen der Antriebs­ welle. Der Motor wird als Generator verwendet, um elektrische Energie in eine Speicherbatterie zu laden. Die vom Motor erzeugte elektrische Energie wird für verschiedene elektrische Geräte und elektrische Ausrüstung in Hybridfahrzeugen verwendet.
Somit können in Parallelhybridfahrzeugen der Kraftstoffverbrauch und die Emissionsraten verbessert werden, da die Antriebslast der Maschine reduziert werden kann.
Es gibt einige Typen der oben beschriebenen Parallelhybridfahrzeuge. Bei einem Typ funktioniert ein Motor, welcher direkt mit der Ausgangswelle der Maschine verbunden ist, als ein Generator, um die Batterie zu laden, wenn das Hybridfahrzeug verzögert bzw. bremst. Bei einem anderen Typ kann die Maschine oder/und der Motor die Antriebskraft erzeugen, und ein Generator ist zusätzlich vorgesehen.
In derartigen oben beschriebenen Hybridfahrzeugen können die Anforderun­ gen des Fahrers erfüllt werden durch Speichern der elektrischen Energie der Batterie (im Folgenden "Ladungszustand" genannt, d. h. die Batterierestla­ dung), durch Ausführen verschiedener Steuerungen/Regelungen derart, dass der Motor während einer Beschleunigung die Maschine unterstützt und der Motor während einer Verzögerung die Batterie durch Verzögerungswie­ dergewinnung lädt.
Jedoch wird die in einem Hybridfahrzeug vorgesehene Batterie derart verwendet, dass die Batterie eine unzureichende elektrische Leistung liefern kann, wenn die elektrische Energie, welche an die im Fahrzeug vorgesehene elektrische Ausstattung zu liefern ist, die vom Motor erzeugte elektrische Leistung übersteigt. D. h. es entsteht ein Problem dahingehend, dass die von der elektrischen Ausstattung verbrauchte elektrische Leistung die von dem Motor erzeugte elektrische Leistung wahrscheinlich übersteigt, wenn die Maschine sich in einem Leerlaufumdrehungsmodus befindet, und somit die Batterie wahrscheinlich überentladen wird. Wenn die in dem Hybridfahrzeug eingebaute Batterie sich in dem überentladenen Zustand befindet, muss das Fahrzeug durch die Maschine allein angetrieben werden, was eine Ver­ schlechterung des Kraftstoffverbrauchs und der Leistung des Hybridfahr­ zeugs hervorruft.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuer/Regelvor­ richtung für Hybridfahrzeuge bereitzustellen, um Lade- und Entladeraten zu steuern/regeln, um die Batterie in Antwort auf das Auftreten von überent­ ladenen Zuständen der Batterie durch Erfassen des Überentladungs­ zustandes zu schützen.
Die vorstehende Aufgabe wird gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung durch eine Steuer/ Regelvorrichtung eines Hybridfahr­ zeuges gelöst, welche umfasst: eine (Brennkraft-)Maschine, welche Antriebskraft für das Fahrzeug ausgibt, einen Motor, welcher mit der Maschine verbunden ist und welcher die Ausgabe bzw. Leistung der Maschine unterstützt, eine Batterie, welche elektrische Leistung an den Motor liefert und welche durch elektrische Energie geladen wird, die durch Aktivieren des Motors als Generator erzeugt wird, wenn die Unterstützungs-Antriebskraft nicht notwendig ist, eine elektrische Last, deren elektrische Energie geliefert wird durch durch den Motor erzeugte elektrische Leistung wird sowie die Batterie, und eine Batterie-Schutzvorrichtung, welche die Drehzahl der Maschine erhöht, wenn eine Überentladung der Batterie erfasst wird, und welche die Zufuhr elektrischer Leistung an die elektrische Last stoppt, wenn die Überentladung weiter voranschreitet.
Eine Wirkung der Steuer/Regelvorrichtung des Hybridfahrzeugs gemäß des ersten Gesichtspunktes ist, dass sie die Fähigkeit bereitstellt, die Batterie davor zu schützen, in den Überentladungszustand zu geraten durch schrittweise Ausführung der Schritte "Anheben der Menge an erzeugter Energie durch Anheben der Leerlaufdrehzahl" sowie "Unterbrechen der elektrischen Last durch Stoppen des Wandlers zum Zuführen von Leistung an die elektrische Ausstattung", wenn der Ladungszustand der Batterie während eines Fahrens im Leerlaufmodus abnimmt. Zusätzlich weist die Steuer/Regelvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine weitere Wirkung dahingehend auf, dass sie eine Zunahme des Kraftstoffverbrauchs und eine Abnahme der Leistung der Hybridfahrzeuge verhindern kann.
Eine Steuer/Regelvorrichtung eines Hybridfahrzeugs umfasst gemäß dem zweiten Gesichtspunkt: eine (Brennkraft-)Maschine, welche Antriebskraft für das Fahrzeug ausgibt, einen Motor, welcher mit der Maschine verbunden ist und welcher die Ausgabe bzw. Leistung der Maschine unterstützt, eine Batterie, welche elektrische Leistung an den Motor liefert und welche durch elektrische Energie geladen wird, die durch Aktivieren des Motors als Generator erzeugt wird, wenn die Unterstützungs-Antriebskraft nicht notwendig ist, ein Schalter zum Verbinden und Trennen einer Stromversorgung zwischen der Batterie und dem Motor, eine elektrische Last, deren elektrische Energie geliefert wird durch durch den Motor erzeugte elektrische Leistung sowie durch die Batterie, eine Maschinen-Stoppvorrichtung, welche die Maschine in Antwort auf vorbestimmte Fahrzustände stoppt, eine Batterie-Schutzvor­ richtung, welche eine Zufuhr elektrischer Leistung an die elektrische Last stoppt, wenn erfasst wird, dass die Batterie überentladen ist, während sich die Maschine im Leerlauf-Fahrmodus befindet, und welche den Schalter trennt, wenn erfasst wird, dass die Batterie überentladen ist, während die Maschine gestoppt ist.
Die Wirkung der Steuer/Regelvorrichtung des Hybridfahrzeugs gemäß dieses zweiten Gesichtspunktes ist, dass sie in der Lage ist, die Batterie davor zu schützen, in den Überentladungszustand zu geraten, durch Vorsehen eines Schalters, wie z. B. eines Schütz oder eines Relais, zum Verbinden und Trennen der Stromzufuhr zwischen der Maschine und dem Motor, einer Maschinenstoppvorrichtung zum Stoppen der Maschine unter bestimmten Fahrzuständen sowie einer Batterieschutzvorrichtung, welche den Schalter trennt, wenn der Überentladungszustand der Batterie erfasst ist, um die an die elektrische Ausstattung gelieferte elektrische Leistung zu stoppen, während sich die Maschine im Leerlaufmodus befindet. D. h., wenn die Batterie in den Überentladungszustand gerät und wenn es möglich ist, Elektrizität durch den Motor zu erzeugen, kann die gesamte vom Motor erzeugte elektrische Leistung zu der Batterie geleitet und dort gespeichert werden und ein Fortschreiten des Überentladungszustandes kann verhindert werden, da die Zufuhr der elektrischen Leistung zu der anderen elektrischen Ausstattung durch Trennen des Schalters vollständig gestoppt werden kann.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich erläutert werden. Es stellt dar:
Fig. 1 ein Blockdiagramm, welches die Struktur der Steuer/Regelvorrichtung von Hybridfahrzeugen zeigt.
Fig. 2 ein Blockdiagramm, welches die Struktur der Steuer/Regelvorrichtung zeigt.
Fig. 3 ein Flussdiagramm, welches einen Betrieb des Modusbestimmungs­ abschnitts 52 in Fig. 2 zeigt.
Fig. 4 ein Flussdiagramm, welches einen Betrieb des Modusbestimmungs­ abschnitts 51 in Fig. 2 zeigt.
Fig. 5 ein Flussdiagramm, welches einen Betrieb des Ladungs-Entladungs- Steuer/Regelabschnitts 54 in Fig. 2 zeigt.
Fig. 6 ein Diagramm, welches den Aufbau des in Fig. 2 gezeigten Bestim­ mungskennfelds 53a erläutert.
Fig. 7 ein Diagramm, welches den Aufbau des in Fig. 2 gezeigten Bestim­ mungskennfelds 53b erläutert.
Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, welches die Gesamtstruktur eines Par­ allelhybridfahrzeugs, welches eine Art von Hybridfahrzeug darstellt, gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser Figur bezeichnet Bezugszeichen 1 eine Brennkraftmaschine, welche mit der Verbrennungsenergie von Kraftstoff betrieben wird. Bezugszeichen 2 ist ein Elektromotor, welcher parallel zu der Maschine verwendet und durch elektrische Energie betrieben wird. Die Antriebsleistung sowohl der Maschine 1 als auch des Motors 2 wird zu den Antriebsrädern (nicht dargestellt) über das Getriebe (nicht dargestellt), umfassend ein automati­ sches Getriebe oder ein manuelles Getriebe, übertragen.
Zusätzlich wird während einer Verzögerung des Hybridfahrzeugs die Fahrenergie von den Antriebsrädern zum Motor 2 übertragen und der Motor 2 funktioniert als ein Leistungsgenerator. Der Motor 2 wandelt die kinetische Energie des Fahrzeugkörpers in elektrische Energie um und die Batterie wird geladen, wie unten erläutert wird. Darüber hinaus kann der Antriebsmotor 2 derart aufgebaut sein, dass der elektrische Generator zum Laden der Batterie 3 gesondert vorgesehen ist.
Bezugszeichen 3 bezeichnet eine Batterie zum Zuführen von elektrischer Leistung an den Motor 2 sowie zum Laden der Batterie mit elektrischer Energie, welche durch Betreiben des Motors 2 als Generator dann erhalten wird, wenn die Energie des Motors nicht zum Antreiben des Fahrzeugs benötigt wird. Dabei weist die Batterie 3 z. B. eine Mehrzahl von Modulen auf, welche in Reihe verbunden sind und welche wiederum eine Mehrzahl von in Reihe verbundener Zellen aufweisen, wobei die Module als eine Einheit dienen, um eine Hochspannungsbatterie zu bilden. Bezugszeichen 19 ist ein in dem Modul angebrachter Temperatursensor.
Bezugszeichen 4 ist eine Maschinensteuer/regelvorrichtung, welche die Maschinengeschwindigkeit, Fahrzeuggeschwindigkeit usw. in bestimmten Intervallen überwacht. Auf Grundlage dieser Ergebnisse werden die Fahrmodi bestimmt, wie z. B. der Motorwiedergewinnungsmodus, der Unterstützungsmodus und der Verzögerungsmodus. Zusätzlich führt die Maschinensteuer/regelvorrichtung 4 gleichzeitig eine Bestimmung des Ausmasses bzw. Betrags an Unterstützung/Wiedergewinnung in Ab­ hängigkeit des unten beschriebenen Modus aus und gibt Informationen dieser Modi und den Unterstützungs/Wiedergewinnungsbetrag betreffen z. B. an die Motorsteuer/regelvorrichtung 5 aus. Wenn die Motorsteuer/regelvor­ richtung 5 diese Informationen von der Maschinensteuer/regelvorrichtung 4 empfängt, wird eine Steuerung/Regelung der Leistungsantriebseinheit 7 und dgl. ausgeführt, welche den Motor 2 gemäß ihrer Befehle als Antrieb und zur Wiedergewinnung betreibt.
Bezugszeichen 6 ist eine Batteriesteuer/regelvorrichtung, welche eine Berechnung des SOC (State Of Charge = Ladungszustand; d. h. die "Batterierestladung") der Batterie 3 durchführt. Zusätzlich steuert/regelt die Batteriesteuer/regelvorrichtung 6 das Gebläse 20, welches nahe der Batterie angeordnet ist, um deren Temperatur gleich oder unterhalb eines spezifizier­ ten Wertes zu halten, um die Batterie 3 zu schützen.
Darüber hinaus sind die Maschinensteuer/regelvorrichtung 4, die Motor­ steuer/regelvorrichtung 5 sowie die Batteriesteuer/regelvorrichtung 6 gebildet durch einen Sequenzierer bzw. Zuordner oder einer CPU (Central Processing Unit = zentrale Verarbeitungseinheit) und einen Speicher, welche diese Funktionen durch Ausführen eines Programms zur Realisierung der Funktion einer Steuer/Regelvorrichtung realisieren können.
Bezugszeichen 7 ist eine Leistungsantriebseinheit, welche durch zwei in Reihe verbundene Schaltelemente oder durch drei parallel verbundene Schaltelemente gebildet ist. Ein Schaltelement in dieser Leistungsantriebs­ einheit 7 wird durch die Motorsteuer/regelvorrichtung 5 ein- oder ausge­ schaltet und liefert die Hochspannungs-Gleichstromkomponente, welche von der Batterie 3 an die Leistungsantriebseinheit 7 geliefert wird, an den Motor 2 über ein dreiphasiges Dreileitungssystem.
Zusätzlich ist Bezugszeichen 9 eine 12-Volt-Batterie zum Antreiben zahlreicher Geräte und Aggregate. Die 12-Volt-Batterie ist mit der Batterie 3 über einen Wandler 8 verbunden. Der Wandler 8 reduziert die Spannung von der Batterie 3 und führt sie der 12-Volt-Batterie zu.
Bezugszeichen 10 ist ein Vorladungsschalter, und Bezugszeichen 11 bezeichnet einen Hauptschalter. Als Schalter kommen beispielsweise ein Schütz oder ein Relais in Frage. Die Batterie 3 und die Leistungsantriebs­ einheit 7 sind über diese Schalter verbunden. Die Ein/Aus-Steuerung/­ Regelung des Vorladungsschalters 10 und des Hauptschalters 11 wird durch die Motorsteuer/regelvorrichtung 5 durchgeführt.
Bezugszeichen 12 ist ein Sensor, welcher die Stellung und Drehzahl des Motors 2 berechnet.
Bezugszeichen 13 ist ein Stromsensor, welcher den durch das dreiphasige Dreileitungssystem fließenden Strom erfasst. Die erfassten Werte dieser Sensoren 12 und 13 werden in die Motorsteuer/regelvorrichtung 5 eingegeben.
Bezugszeichen 14 ist ein Spannungssensor, welcher die Spannung des Eingangsteils der Leistungsantriebseinheit 7 erfasst, und Bezugszeichen 15 ist ein Stromsensor, welcher den in die Leistungsantriebseinheit 7 eingege­ benen Strom erfasst. Bezugszeichen 16 ist ein Spannungssensor, welcher die Ausgangsspannung der Batterie 3 erfasst. Die durch jeden dieser Spannungs- und Stromsensoren (14-16) erfassten Spannungs- und Stromwerte werden in die Motorsteuer/regelvorrichtung 5 eingegeben.
Bezugszeichen 17 ist ein Stromsensor auf Seiten der Batterie 3, welcher den durch die Batterie 3 fließenden Strom durch den Schalter erfasst. Die erfassten Stromwerte werden in die Batteriesteuer/regelvorrichtung 6 eingegeben.
Auf diese Art und Weise erfassen die Sensoren 14-15 die Spannung und den Strom der Ausgabeseite der Batterie 3, und die Sensoren 16 und 17 erfassen die Spannung und den Strom der Eingabeseite der Leistungs­ antriebseinheit 7 nach dem Hindurchfließen durch die Schalter 10 und 11. Zusätzlich bezeichnet der durch den Stromsensor 15 erfasste Strom einen Stromwert, bei welchem von dem von der Batterie 3 ausgegebenen Strom ein den Wandler 8 durchfließender Stromanteil abgezogen ist.
Im Folgenden wird der Betrieb der Steuer/Regelvorrichtung für das Hybridfahrzeug umfassend die oben beschriebene Struktur kurz erläutert werden.
Als erstes berechnet die Batteriesteuer/regelvorrichtung 6 den Ladungs­ zustand in der Batterie 3 durch die Werte des Eingangsstroms, der Spannung sowie der Temperatur usw. an der Batterieseite und gibt den Ladungszustand an die Motorsteuer/regelvorrichtung 5 aus. Die Motor­ steuer/regelvorrichtung 5 gibt den erhaltenen Ladungszustand an die Maschinensteuer/regelvorrichtung 4 aus.
Die Maschinensteuer/regelvorrichtung 4 bestimmt den Modus (Unter­ stützung, Wiedergewinnung, Anfahren, Verzögerung usw.) und die notwendige Energie für den Motor 2 aus dem Ladungszustand, der Maschinengeschwindigkeit, des Drosselöffnungsgrads, des Maschinenmo­ ments, des aktuellen Motormoments usw. und gibt den Modus und die Anforderung an elektrischer Leistung an die Motorsteuer/regelvorrichtung 5 aus.
Wenn die Motorsteuer/regelvorrichtung 5 den Modus und die Anforderung an elektrischer Energie von der Maschinensteuer/regelvorrichtung während einer Unterstützung oder Verzögerung empfängt, wird eine Rückmeldung derart ausgeführt, dass die elektrische Leistung an der Eingangsseite der Leistungsantriebseinheit 7 (der Seite des Spannungssensors 14 und des Stromsensors 15 in Fig. 1) die benötigte elektrische Leistung gemäß der von der Maschinensteuer/regelvorrichtung 4 erhaltenen Anforderung liefert, und die Motorsteuer/regelvorrichtung 5 berechnet das Drehmoment. Während Normalfahrt wird eine Rückmeldung derart ausgeführt, dass der Leistungs­ wert der Batterie 3 (der Spannungssensor 16 und der Stromsensor 17 in Fig. 1) die benötigte elektrische Leistung liefert, und die Motorsteuer/regel­ vorrichtung berechnet das Drehmoment. Wenn das Drehmoment auf diese Art und Weise berechnet ist, steuert/regelt die Motorsteuer/regelvorrichtung 5 die Leistungsantriebseinheit 7 entsprechend dem berechneten Drehmo­ ment. Zusätzlich führt die Motorsteuer/regelvorrichtung 5 während eines Anfahrens eine Maschinenanfahrsteuerung/regelung aus unter Verwendung des Motors 2 durch Steuern/Regeln der Leistungsantriebseinheit 7.
Als nächstes gibt die Motorsteuer/regelvorrichtung 5, wenn sie das aktuelle Drehmoment von der Leistungsantriebseinheit 7 erhält, dieses an die Maschinensteuer/regelvorrichtung 4 aus.
Die Maschinensteuer/regelvorrichtung 4, die Motorsteuer/regelvorrichtung 5 und die Batteriesteuer/regelvorrichtung 6 führen eine Steuerung/Regelung der Maschine 1, des Motors 2 und der Batterie 3 aus, indem sie die oben beschriebene spezifizierte, kontinuierliche Zeitablaufsteuerung/regelung ausführen, um das Hybridfahrzeug anzutreiben.
Als nächstes wird eine Steuer/Regelvorrichtung mit Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert. Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches die Struktur der Steuer/­ Regelvorrichtung zeigt. In Fig. 2 bezeichnet Bezugszeichen 51 einen Überentladungserfassungsabschnitt, um auf Grundlage der Spannung und des Ladungszustands der Batterie 3 zu erfassen, ob sich diese in dem Überentladungszustand befindet. Bezugszeichen 52 bezeichnet einen Modusbestimmungsabschnitt, um die Antriebsmodi des Hybridfahrzeugs zu identifizieren. Bezugszeichen 53a bezeichnet ein Bestimmungskennfeld, welches Maßnahmen definiert, die für die Batterie 3 ergriffen werden sollen, wenn sich die Batterie 3 im Überentladungszustand im Leerlaufmodus befindet. Bezugszeichen 53b bezeichnet ein Bestimmungskennfeld, welches Maßnahmen definiert, welche für die Batterie 3 ergriffen werden sollen, wenn sich die Batterie 3 im Überentladungszustand im Leerlauf-Stopp- Modus befindet.
Bezugszeichen 54 bezeichnet einen Ladungs-Entladungs-Steuer/Regelab­ schnitt zum Ausführen von Maßnahmen für die Batterie 3, unter Be­ zugnahme auf die Identifikationskennfelder 53a und 53b. Bezugszeichen 55 bezeichnet einen Schaltersteuer/regelabschnitt zum Ausführen der Ein/Aus- Steuerung/Regelung des Hauptschalters 11. Bezugszeichen 57 bezeichnet einen Maschinendrehzahl-Setzabschnitt, um die Maschinensteuer/regelvor­ richtung 4 anzuweisen, die Leerlaufdrehzahl der Maschine zu erhöhen bzw. die Maschine erneut zu starten.
Es wird angemerkt, dass der Überentladungserfassungsabschnitt 51, der Modusbestimmungsabschnitt 52, die Bestimmungskennfelder 53a und 53b, der Ladungs-Entladungs-Steuer/Regelabschnitt, der Schaltersteuer/regelab­ schnitt 55, der Wandlersteuer/regelabschnitt 56 und der Maschinen­ drehzahlsteuer/regelabschnitt 57 in der Motorsteuer/regelvorrichtung 5 vorgesehen sind.
Als nächstes wird der Betrieb der in Fig. 2 gezeigten Steuer/Regelvor­ richtung mit Bezugnahme auf die Fig. 3-7 erläutert. Fig. 3 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb des in Fig. 2 gezeigten Modusbestim­ mungsabschnitts 52 zeigt. Fig. 4 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb des Überentladungserfassungsabschnitts 51 zeigt. Fig. 5 ist ein Flussdiagramm, welches den Betrieb des Ladungs-Entladungssteuer/regelab­ schnitts 54 zeigt. Darüber hinaus sind Fig. 6 und 7 Diagramme, welche die Struktur der in Fig. 2 gezeigten Bestimmungskennfelder 53a und 53b zeigen.
Zuerst werden mit Bezugnahme auf Fig. 6 und 7 die Bestimmungskenn­ felder 53a und 53b erläutert werden. Fig. 6 veranschaulicht das Bestim­ mungskennfeld, auf welches Bezug genommen wird, wenn der Fahrmodus ein Leerlauf-Stopp-Modus ist und welches den Betrieb in Antwort auf den Ladungszustand der Batterie oder die Batteriespannung definiert. In diesem Beispiel ist definiert, die Maschine dann erneut zu starten, wenn der Ladungszustand der Batterie gleich oder kleiner als 20% wird oder wenn die Batteriespannung gleich oder weniger als 120 V wird. Es ist weiterhin definiert, den Hauptschalter 11 auszuschalten, wenn der Ladungszustand gleich oder kleiner als 10% wird oder wenn die Batterieladung gleich oder weniger als 108 V wird.
Fig. 7 veranschaulicht das Bestimmungskennfeld 53b, auf welches Bezug genommen wird, wenn der Fahrmodus ein Leerlaufmodus ist. Ähnlich dem Bestimmungskennfeld 53a definiert das Bestimmungskennfeld 53b den Betrieb in Antwort auf den Ladungszustand der Batterie oder die Batterie­ spannung. In diesem Beispiel ist definiert, die Leerlaufdrehzahl der Maschine zu erhöhen, wenn der Ladungszustand der Batterie gleich oder kleiner als 20% wird oder wenn die Batteriespannung gleich oder kleiner als 120 V wird. Es ist weiterhin definiert, den Hauptschalter 11 auszuschalten, wenn der Ladungszustand gleich oder kleiner als 10% wird oder die Batteriespan­ nung gleich oder kleiner als 108 V wird.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 der Betrieb erläutert, welcher durch den Modusbestimmungsabschnitt 52 zur Bestimmung des Modus ausgeführt wird.
Zuerst liest der Modusbestimmungsabschnitt 52 von der Maschinen- Steuer/Regelvorrichtung 4 ausgegebene Modusinformationen (Schritt S1). Fahrmodi des Hybridfahrzeugs umfassen den Unterstützungsmodus, Wiedergewinnungsmodus, Verzögerungsmodus, Leerlaufmodus sowie den Leerlauf-Stopp-Modus. Der Leerlaufmodus ist der Modus, bei welchem sich die Maschine 1 in Leerlaufumdrehung befindet. Der Leerlauf-Stopp-Modus ist ein Modus, bei welchem der der Maschine zuzuführende Kraftstoff gestoppt wird, wenn vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind, während sich die Maschine 1 in dem Leerlaufmodus befindet. Die Maschinen-Steuer/­ Regelvorrichtung 4 wählt in Antwort auf die Fahrumstände irgendeinen der oben beschriebenen Fahrmodi aus und gibt den ausgewählten Fahrmodus an die Motor-Steuer/Regelvorrichtung 5 aus. Wenn die Motor-Steuer/Regel­ vorrichtung 5 diesen erhalten hat, steuert/regelt sie den Motor in Antwort auf den Fahrmodus. Dabei sind in der Motor-Steuer/Regelvorrichtung gelesene Modusinformationen die gleichen, wie jene, welche von der Maschinen-Steuer/Regelvorrichtung 4 zum Steuern/Regeln des Motors 2 bereitgestellt sind.
Als nächstes bestimmt der Modusbestimmungsabschnitt 52, welcher Fahrmodus gelesen wird (Schritt S2). Wenn das Ergebnis der Bestimmung der Leerlaufmodus oder der Leerlauf-Stopp-Modus ist, schreitet der Ablauf zu Schritt S3 voran. Wenn das Ergebnis weder der Leerlaufmodus noch der Leerlauf-Stopp-Modus ist, kehrt der Ablauf zu Schritt S1 zurück.
Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S2 der Leerlaufmodus oder der Leerlauf-Stopp-Modus ist, wird das Ergebnis dem Überentladungs-Erfas­ sungsabschnitt 51 und an den Ladungs-Entladungs-Steuer/Regelabschnitt 54 geliefert (Schritt S3). Dabei wird die Information in einer Form gesendet derart, dass unterschieden werden kann, ob es sich um den Leerlaufmodus oder den Leerlauf-Stopp-Modus handelt.
Wie oben beschrieben wurde, liefert der Modusbestimmungsabschnitt 52 den aktuellen Fahrmodus an den Überentladungs-Erfassungsabschnitt 51 und an den Ladungs-Entladungs-Steuer/Regelabschnitt 54 nur dann, wenn die Maschinendrehzahl gleich oder kleiner als die Leerlaufdrehzahl ist und wenn der Fahrmodus entweder der Leerlaufmodus oder der Leerlauf-Stopp- Modus ist, in welchem die Menge an Erzeugung durch den Motor klein wird. Es wird angemerkt, dass der Modusbestimmungsabschnitt 52 die Fig. 3 dargestellten Vorgänge wiederholt ausführt.
Als nächstes wird der Betrieb des Überentladungs-Erfassungsabschnitts 51 zum Erfassen des Überentladungszustands der Batterie 3 erläutert.
Als erstes liest der Überentladungs-Erfassungsabschnitt 51 den von dem Modusbestimmungsabschnitt 52 ausgegebenen aktuellen Fahrmodus (Schritt S11). Da die Ausgabe des Modusbestimmungsabschnitts 52 gelesen wurde, ist der gelesene Fahrmodus somit entweder der Leerlaufmo­ dus oder der Leerlauf-Stopp-Modus.
Als nächstes bestimmt der Überentladungs-Erfassungsabschnitt 51, welcher Fahrmodus gelesen wird (Schritt S12). Wenn das Bestimmungsergebnis der Leerlaufmodus ist, wird das Bestimmungskennfeld zu dem für den Leerlaufmodus geeigneten Bestimmungskennfeld 53a geschaltet (Schritt S13). Wenn dagegen das Ergebnis der Leerlauf-Stopp-Modus ist, wird das Bestimmungskennfeld zu dem für den Leerlauf-Stopp-Modus geeigneten Bestimmungskennfeld 53b geschaltet (Schritt S14).
Als nächstes liest der Überentladungs-Erfassungsabschnitt 51 die Spannung der Batterie 3 und den Ladungszustand der Batterie 3, welcher durch die Batterie-Steuer/Regelvorrichtung 6 bereitgestellt wird (Schritt S15). Die Ausgabe des Spannungssensors 16 wird als die Spannung der Batterie 3 verwendet.
Als nächstes erfasst der Überentladungs-Erfassungsabschnitt 51 den Überentladungszustand der Batterie 3 auf Grundlage eines der Bestim­ mungskennfelder 53a und 53b sowie die Batteriespannung und den von der Batterie-Steuer/Regelvorrichtung 6 erhaltenen Ladungszustand der Batterie (Schritt S16). Der Überentladungszustand wird bestimmt, wenn der durch die Batterie-Steuer/Regelvorrichtung 6 bereitgestellte Ladungszustand der Batterie oder die durch den Spannungssensor 16 erfasste Batteriespannung unterhalb des vorbestimmten Wertes (z. B.: der Ladungszustand der Batterie beträgt 20% oder die Batteriespannung beträgt 120 V) abgesunken ist.
Es wird auf Grundlage der in Schritt S16 erfassten Ergebnisse bestimmt, ob die Batterie 3 sich in dem Überentladungszustand befindet (Schritt S17). Wenn das Ergebnis dieser Bestimmung zeigt, dass sie sich nicht in dem Überentladungszustand befindet, kehrt der Ablauf zu Schritt S11 zurück und wiederholt die oben beschriebenen Prozesse.
Wenn das Bestimmungsergebnis in Schritt S17 anzeigt, dass die Batterie 3 sich in dem Überentladungszustand befindet, informiert der Überentladungs- Erfassungsabschnitt 51 den Ladungs-Entladungs-Steuer/Regelabschnitt 54 über den Überentladungszustand der Batterie 3 (Schritt S18). Diese Information umfasst den aktuellen Ladungszustand, welcher sich in einem Bereich von 20% bis 0% befindet. Selbst dann, wenn eine Überentladung durch die Batteriespannung erfasst wird, wird die Batteriespannung durch den Ladungszustand ersetzt und dieser Ladungszustand wird an den Ladungs-Entladungs-Steuer/Regelabschnitt 54 als Information weitergege­ ben.
Wie oben beschrieben wurde, erfasst der Überentladungs-Erfassungs­ abschnitt den Überentladungszustand mit Bezugnahme auf ein Bestim­ mungskennfeld, welches auf Grundlage des Fahrmodus durch Schalten zweier Bestimmungskennfelder ausgewählt wird, welche ein für den Leerlaufmodus geeignetes sowie ein für den Leerlauf-Stopp-Modus geeignetes Kennfeld umfassen, und der so erfasste Zustand wird als Information an den Ladungs-Entladungs-Steuer/Regelabschnitt 54 wei­ tergegeben. Der Überentladungs-Erfassungsabschnitt 51 führt die in Fig. 4 gezeigten Vorgänge wiederholt aus.
Als nächstes wird mit Bezugnahme auf Fig. 5 der durch den Ladungs- Entladungs-Steuer/Regelabschnitt 54 zum Schutz der Batterie 3 ausgeführte Betrieb erläutert.
Als erstes liest der Ladungs-Entladungs-Steuer/Regelabschnitt 54 den von dem Überentladungs-Erfassungsabschnitt 51 ausgegebenen Überentla­ dungszustand (Schritt S21). Anschließend bestimmt der Ladungs-Entla­ dungs-Steuer/Regelabschnitt 54, ob die so eingelesene Information den Überentladungszustand anzeigt (Schritt S22). Wenn das Bestimmungs­ ergebnis anzeigt, dass die Information den Überentladungszustand nicht anzeigt, kehrt der Ladungs-Entladungs-Steuer/Regelabschnitt 54 zu Schritt S21 zurück und wartet bis die den Überentladungszustand anzeigende Information eintrifft.
Wenn die Information vom Überentladungs-Erfassungsabschnitt 51 anzeigt, dass die Batterie 3 sich in dem Überentladungszustand befindet, liest der Ladungs-Entladungs-Steuer/Regelabschnitt 54 den vom Modus-Bestim­ mungsabschnitt 52 ausgegebenen aktuellen Modus. Anschließend wählt der Ladungs-Entladungs-Steuer/Regelabschnitt 54 ein Bestimmungskennfeld aus den zwei Bestimmungskennfeldern 53a und 53b in Antwort auf den so gelesenen Fahrmodus aus (Schritte S24, S25 und S26).
Anschließend konsultiert der Ladungs-Entladungs-Steuer/Regelabschnitt 54 das so ausgewählte Bestimmungskennfeld 53a oder 53b, um Maßnahmen zum Schutze der Batterie 3 zu ergreifen (Schritt S27). Die zum Schutze der Batterie 3 zu ergreifende Maßnahmen unterscheiden sich nach Maßgabe des vorliegenden Fahrmodus. Im Leerlauf-Stopp-Modus und dann, wenn der Ladungszustand der Batterie gleich oder kleiner als 20% ist, wird der Motor 2 erneut gestartet, um elektrische Leistung durch erneutes Starten der Maschine 1 zu erzeugen. Dieser Vorgang wird durch den Ladungs-Entla­ dungs-Steuer/Regelabschnitt 54 ausgeführt, welcher den Maschinen­ drehzahl-Setzabschnitt 57 anweist, die Maschine erneut zu starten. Wenn der Maschinendrehzahl-Setzabschnitt 57 diese Anweisung empfängt, setzt er die Leerlaufdrehzahl und informiert die Maschinen-Steuer/Regelvor­ richtung 4 über das erneute Starten der Maschine 1. Dadurch kann die so durch den Motor 2 erzeugte elektrische Leistung in der Batterie 3 gespei­ chert werden, da die Erzeugung durch den Motor 2 erneut gestartet wird.
Die Maschine 1 kann jedoch nicht gestartet werden, wenn die Maschine 1 nicht bereit ist, sicher zu starten, z. B. indem das Getriebe in die Neutral­ stellung geschaltet und die Kupplung ausgerückt wird. Die Maschine 1 kann beispielsweise nicht gestartet werden, wenn die Kupplung vom Fahrer in einem eingerückten Zustand gelassen wurde. Obwohl die Maschine angewiesen wurde erneut zu starten, kann sie nicht erneut gestartet werden, und der Ladungszustand der Batterie 3 fällt auf weniger als 10%. Wenn der Ladungszustand der Batterie 3 gleich oder kleiner als 10% ist, wird die Entladung der Batterie 3 vollständig gestoppt, indem der Haupt­ schalter 11 angewiesen wird, abzuschalten. Wenn der Schalter-Steuer/­ Regelabschnitt 55 diese Anweisung erhält, gibt er ein Signal aus, den Hauptschalter 11 abzuschalten und der Hauptschalter 11 wird abgeschaltet. Als Folge wird die Entladung der Batterie 3 vollständig gestoppt und eine weitere Entladung der Batterie 3 kann verhindert werden.
Wie oben beschrieben wurde, kann die Überentladung der Batterie 3 verhindert werden durch Ausführen der Schritte der "Erneuerung der Erzeugung bzw. erneute Erzeugung durch das erneute Starten der Maschi­ ne" und "vollständiger Stopp der Entladung durch Unterbrechen aller mit der Batterie 3 verbundenen elektrischen Lasten", welche der Verringerung des Ladungszustandes im Leerlauf-Stopp-Modus folgen. Wenn ausreichend Ladung wiederhergestellt ist, werden schrittweise die Schritte "Einschalten des Schalters" und "Leerlauf-Stopp" ausgeführt.
Wenn im Gegensatz dazu sich der Fahrmodus im Leerlaufmodus befindet und der Ladungszustand der Batterie 3 gleich oder kleiner als 20% ist, wird die Menge an Erzeugung durch den Motor 2 durch Anheben der Leerlauf­ drehzahl erhöht. Der Ladungs-Entladungs-Steuer/Regelabschnitt 54 führt diesen Vorgang aus, indem er den Maschinendrehzahl-Setzabschnitt 57 anweist, die Leerlaufdrehzahl zu erhöhen. Wenn der Maschinendrehzahl- Setzabschnitt 57 diese Anweisung erhält, setzt er die Leerlaufdrehzahl und die so gesetzte Leerlaufdrehzahl wird als Information an die Maschinen- Steuer/Regelvorrichtung 4 weitergegeben. Dadurch wird die Verknappung an elektrischer Leistung ausgeglichen.
Wenn zusätzlich der Ladungszustand der Batterie weiter auf weniger als 10% reduziert wird, wird die elektrische Last der Batterie unterbrochen, indem der Wandler 8 zusätzlich zur Anhebung der Leerlaufdrehzahl gestoppt wird. Der Ladungs-Entladungs-Steuer/Regelabschnitt 54 führt diesen Vorgang aus, indem er an den Wandler-Steuer/Regelabschnitt 56 eine Anweisung ausgibt, den Wandler 8 zu stoppen. Wenn der Wandler- Steuer/Regelabschnitt 56 diese Anweisung erhält, gibt er ein Signal an den Wandler 8 aus, anzuhalten, und somit stoppt der Wandler. Die elektrische Versorgung der elektrischen Ausrüstung wird beendet. Während der Wandler angehalten ist, wird in dieser Zeitdauer die elektrische Leistung von der 12-Volt-Batterie 9 an die elektrische Ausstattung geliefert. Dadurch kann die Last an der Batterie 3 verringert werden. Da sich der Hauptschalter 11 im EIN-Zustand befindet, kann jedoch die durch den Motor 2 erzeugte elektrische Leistung in der Batterie 3 gespeichert werden, wenn sich die Maschine 1 in der Leerlaufumdrehung befindet.
Wie oben beschrieben wurde, kann die Überentladung verhindert werden durch schrittweise Ausführung der Schritte "Anheben der Erzeugungsmenge durch Anheben der Leerlaufdrehzahl" und "Unterbrechen der elektrischen Last durch Stoppen des Wandlers zur Versorgung der elektrischen Ausstattung", wenn der Ladungszustand der Batterie abnimmt, während im Leerlaufmodus gefahren wird. Wenn der Ladungszustand der Batterie 3 wiederhergestellt ist, werden die folgenden Schritte "Starten des Wandlers" und "Initialisierung der Leerlaufdrehzahl" schrittweise ausgeführt.
Die Wirkung der Steuer/Regelvorrichtung des Hybridfahrzeugs gemäß dem ersten Gesichtspunkt ist die, dass sie durch schrittweise Ausführung der Schritte "Anheben der Erzeugungsmenge durch Anheben der Leerlauf­ drehzahl" und "Unterbrechen der elektrischen Last durch Stoppen des Wandlers zur Versorgung der elektrischen Ausrüstung" dann, wenn der Ladungszustand der Batterie abnimmt, während im Leerlaufmodus gefahren wird, die Möglichkeit bietet, die Batterie davor zu schützen, in den Überentladungszustand zu geraten. Zusätzlich weist die Steuer/Regelvor­ richtung eine weitere Wirkung dahingehend auf, dass die Steuer/Regelvor­ richtung der vorliegenden Erfindung eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs und eine Verringerung der Leistung der Hybridfahrzeuge verhindern kann.
Die Wirkung der Steuer/Regelvorrichtung des Hybridfahrzeugs gemäß dem zweiten Gesichtspunkt ist jene, dass sie durch Bereitstellen eines Schalters zum Verbinden und Trennen der Stromversorgung zwischen der Maschine und dem Motor, einer Maschinen-Stopp-Vorrichtung zum Stoppen der Maschine unter bestimmten Fahrzuständen sowie einer Batterie-Schutzvor­ richtung, welche den Schalter trennt bzw. unterbricht, wenn der Über­ entladungszustand der Batterie erfasst wird, während sich die Maschine in dem Leerlaufmodus befindet, um die elektrische Leistungszufuhr zur elektrischen Ausstattung zu unterbrechen, in der Lage ist, die Batterie davor zu schützen, in den Überentladungszustand zu geraten, d. h., wenn die Batterie in den Überentladungszustand gerät und wenn es möglich ist, Elektrizität durch den Motor zu erzeugen, kann die gesamte durch den Motor erzeugte elektrische Leistung der Batterie zugeführt und in dieser gespeichert werden, da die Zufuhr elektrischer Leistung an die übrige elektrische Ausstattung durch Trennen des Schalters vollständig gestoppt werden kann. Das Voranschreiten des Überentladungszustandes kann verhindert werden.
Es wird eine Steuer/Regelvorrichtung eines Hybridfahrzeugs bereitgestellt, welche in der Lage ist, den Überentladungszustand der Batterie zu erfassen und die Lade- und Entladeraten der Batterie zum Schutze dieser zu steuern/zu regeln. Die Steuer/Regelvorrichtung des Hybridfahrzeugs umfasst eine Maschine, welche Antriebskraft an das Fahrzeug ausgibt, einen Motor, welcher direkt mit der Maschine verbunden ist und welcher die Ausgabe bzw. Leistung der Maschine unterstützt, eine Batterie, welche dem Motor elektrische Leistung zuführt und welche durch elektrische Energie geladen wird, die durch Aktivieren des Motors als Generator erzeugt wird, wenn die unterstützende Antriebskraft nicht notwendig ist, einer elektrischen Last, deren elektrische Energie von durch den Motor erzeugter elektrischer Leistung und der Batterie geliefert wird sowie eine Batterie-Schutzvor­ richtung, welche die Drehzahl der Maschine erhöht, wenn die Überentladung der Batterie erfasst wird, und welche eine Zufuhr elektrischer Leistung an die elektrische Last stoppt, wenn die Überentladung weiter voranschreitet.

Claims (2)

1. Steuer/Regelvorrichtung eines Hybridfahrzeuges umfassend:
eine (Brennkraft-)Maschine (1), welche Antriebskraft für das Fahrzeug ausgibt,
einen Motor (2), welcher mit der Maschine (1) verbunden ist und welcher die Ausgabe bzw. Leistung der Maschine (1) unterstützt,
eine Batterie (3), welche elektrische Leistung an den Motor (2) liefert und welche durch elektrische Energie geladen wird, die durch Aktivieren des Motors (2) als Generator erzeugt wird, wenn die Unterstützungs-Antriebskraft nicht notwendig ist,
eine elektrische Last, deren elektrische Energie geliefert wird durch durch den Motor (2) erzeugte elektrische Leistung wird sowie durch die Batterie (3) sowie
eine Batterie-Schutzvorrichtung (54, 55, 56, 57, 4), welche die Drehzahl der Maschine (1) erhöht, wenn eine Überentladung der Batterie (3) erfasst wird, und welche die Zufuhr elektrischer Leistung an die elektrische Last stoppt, wenn die Überentladung weiter voranschreitet.
2. Steuer/Regelvorrichtung eines Hybridfahrzeuges umfassend:
eine (Brennkraft-)Maschine (1), welche Antriebskraft für das Fahrzeug ausgibt,
einen Motor (2), welcher mit der Maschine (1) verbunden ist und welcher die Ausgabe bzw. Leistung der Maschine (1) unterstützt,
eine Batterie (3), welche elektrische Leistung an den Motor (2) liefert und welche durch elektrische Energie geladen wird, die durch Aktivieren des Motors (2) als Generator erzeugt wird, wenn die Unterstützungs-Antriebskraft nicht notwendig ist,
ein Schalter (11) zum Verbinden und Trennen einer Stromversorgung zwischen der Batterie (3) und dem Motor (2),
eine elektrische Last, deren elektrische Energie geliefert wird durch durch den Motor (2) erzeugte elektrische Leistung sowie durch die Batterie (3),
eine Maschinen-Stoppvorrichtung (4), welche die Maschine (1) in Antwort auf vorbestimmte Fahrzustände stoppt,
eine Batterie-Schutzvorrichtung (54, 55, 56), welche eine Zufuhr elektrischer Leistung an die elektrische Last stoppt, wenn erfasst wird, dass die Batterie (3) überentladen ist, während sich die Maschine (1) im Leerlauf-Fahrmodus befindet, und welche den Schalter (11) trennt, wenn erfasst wird, dass die Batterie (3) überentladen ist, während die Maschine (1) gestoppt ist.
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