DE102004026950A1

DE102004026950A1 - Systeme und Verfahren für die Leistungsregelung bei Hybridfahrzeugen

Info

Publication number: DE102004026950A1
Application number: DE102004026950A
Authority: DE
Inventors: Robert Dean King; Dongwoo Song; Lembit Salasoo; Ajith Kuttanair Kumar; Henry Todd Young
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Transportation IP Holdings LLC
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2024-06-02
Also published as: US8025115B2; DE102004026950B4; US20040238243A1

Abstract

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.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenlegung betrifft im Allgemeinen Hybridfahrzeuge wie Nutz- und Geländefahrzeuge (Off-Highway Vehicles, OHV), Zugmaschinen, Trolley-Systeme und dergleichen sowie im Besonderen Systeme und Verfahren für die Leistungsregelung bei Hybridfahrzeugen.
OHVs, darunter mit Oberleitungen verbundene OHVs und andere große Triebfahrzeuge, werden üblicherweise von elektrischen Fahrmotoren angetrieben, die in einer Antriebsbeziehung an eine oder mehrere Achsen bzw. einen oder mehrere Getrieberadsätze des Fahrzeugs gekoppelt sind. Im Motor- oder Traktionsbetrieb werden die Fahrmotoren mit elektrischem Strom aus einer steuerbaren elektrischen Energiequelle gespeist (z.B. eine motorgetriebene Kombination aus Traktionsdrehstromgenerator, Traktionsgleichrichter und Traktionswechselrichter oder als Alternative ein Gleichstromantrieb mit einem Gleichstrommotor ohne Wechselrichter) und übertragen ein Drehmoment auf die Fahrzeugräder, die eine Tangential- oder Traktionskraft auf die Fläche ausüben, auf der sich das Fahrzeug fortbewegt (z.B. auf einer Förderstrecke oder auf einer Straße), so dass das Fahrzeug in eine gewünschte Richtung entlang der Vorfahrtsstrecke vorwärts getrieben wird.
Umgekehrt dienen in einem elektrischen (d.h. dynamischen) Widerstandsbremsbetrieb die gleichen Elektromotoren als Achsgeneratoren. Ein Drehmoment wird auf die Wellen des Elektromotors von den ihnen entsprechend zugeordneten Achsradsätzen übertragen, die dann eine Bremskraft auf die Ober fläche ausüben und dadurch den Vortrieb des Fahrzeugs verzögern oder verlangsamen. Da es in einem herkömmlichen OHV oder Trolley-System kein geeignetes Speichermedium für die resultierende erzeugte elektrische Energie gibt, dient ein elektrisches Widerstandsnetz (auch als Widerstandsnetz für das Widerstandsbremsen oder als Bremslast bezeichnet) zum Umwandeln der elektrischen Energie in Wärmeenergie, die daraufhin an die Umgebung abgegeben wird. Wie bereits zuvor erwähnt, verschwenden dem Stand der Technik entsprechende OHVs (und Zugmaschinen) normalerweise die beim Widerstandsbremsen erzeugte Energie. 2 ist daher ein schematisches Diagramm des in einem hybriden OHV befindlichen Bordnetzes 200, das über ein Medium für die Aufnahme und Speicherung von Energie verfügt, das für eine Nutzung in Verbindung mit Ausführungsformen der in diesem Dokument beschriebenen Systeme und Verfahren geeignet ist.
Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Bordnetz 100, das in 1 dargestellt ist, enthält das Bordnetz 200 ferner eine Speicherbatterie 202, obgleich für den Fachmann nachvollziehbar ist, dass andere Speichervorrichtungen implementiert werden können.
Zu diesen können beispielsweise Schwungräder, Kondensatorspeicher (einschließlich Superkondensatoren) und zusätzliche Batteriespeicher (nicht abgebildet) zählen, die ebenfalls über den DC-Bus angeschlossen und mit Hilfe von Choppern und/oder Wandlern und dergleichen gesteuert werden können. In der veranschaulichten Ausführungsform ermöglicht der kombinierte Einsatz des Choppers CH2 und der Speicherbatterie 202 größere Abweichungen zwischen der DC-Busspannung und der Nennspannung der Speicherbatterie 202. Wie nachfolgend noch ausführlicher beschrieben wird, ist der Chopper CH2 au ßerdem für die selektive Kopplung mit dem Pluspol der Speicherbatterie 202 so konfiguriert, dass die Batterie dem DC-Bus 104 abgenommene Energie speichern kann oder dem Bus Energie zuführen kann. Die Anzahl der Schatzschalter des Widerstandsnetzes für das Widerstandsbremsen und die Anzahl der Chopper zur Steuerung der Widerstandsnetze für das Widerstandsbremsen können auch von den Nennleistungen abhängig gemacht werden.
Im Gegensatz dazu besitzen hybride OHVs und mit Oberleitungstechnik ausgestattete hybride OHVs die Fähigkeit, die beim Widerstandsbremsen erzeugte Energie in (einer) geeigneten Speichervorrichtung(en) wie Batterien, Schwungräder, Superkondensatoren und dergleichen zu speichern. Diese gespeicherte Energie kann anschließend für Traktions- und/oder Zusatzsysteme im OHV genutzt werden, wodurch eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs erzielt wird. Da diese zugeordneten Energiespeichervorrichtungen jetzt dem Bordnetz in einem OHV hinzugefügt werden, wäre es wünschenswert, weitere sekundäre Vorteile daraus zu ziehen, um beispielsweise die Beanspruchung von Wirkkomponenten zu verringern, durch die Optimierung der Systembetriebsspannungen den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und um u.a. den Betrieb des Fahrzeugs zu dynamisieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die oben beschriebenen sowie weitere Nachteile und Defizite nach dem Stand der Technik werden durch ein Verfahren zum Regeln des Bordnetzes eines hybriden Fahrzeugs überwunden oder gemildert. In einer exemplarischen Ausführungsform sieht das Verfahren vor, dass während einer Motorbetriebsphase bei einer vorgegebenen Drehzahl eine gewünschte Betriebsspannung für einen in das Bordnetz integrierten DC-Bus 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.
Gemäß einem anderen Aspekt sieht das Verfahren zum Regeln des Bordnetzes eines Hybridfahrzeugs vor, dass das Bordnetz während des Widerstandsbremsbetriebs so konfiguriert wird, dass eine Speicherbatterie die von einem Fahrmotor des Systems erzeugte Widerstandbremsleistung aufnimmt, wobei die Batterie die Widerstandsbremsleistung bis zu einem ersten Schwellenwert aufnimmt. Zum Dissipieren der Widerstandsbremsleistung, die über dem ersten Schwellenwert liegt werden ein oder mehrere Widerstandsnetze im Bordnetz gekoppelt.
Gemäß einem anderen Aspekt sieht das Verfahren zum Regeln des Bordnetzes eines Hybridfahrzeugs vor, dass für eine erste Busspannung ein Betriebszeitpunkt bestimmt wird, zu dem die Leistungserzeugungsfähigkeit des Fahrmotors im Bordnetz der Leistungsumsatzfähigkeit eines oder mehrerer Widerstandsnetze im Bordnetz entspricht. Ungefähr zu diesem Betriebszeitpunkt wird die erste Busspannung auf eine zweite Busspannung erhöht.
Gemäß einem anderen Aspekt umfasst ein Verfahren zum Regeln der Motordrehzahl eines Hybridfahrzeugs das Bestimmen der Leistungsanforderung eines Traktionsantriebs des Fahrzeugs, das Bestimmen der durchschnittlichen Leistungslasten von Zusatzaggregaten des Fahrzeugs und das Bestimmen eines Sollwerts für die Drehzahlregelung. Der Sollwert für die Drehzahlregelung sorgt für eine gewünschte Motorgesamtleis tung und einen gewünschten spezifischen Kraftstoffverbrauch. Die gewünschte Gesamtleistung entspricht der Summe aus der vom Traktionsantrieb ausgehenden Leistungsanforderung und den durchschnittlichen Leistungslasten der Zusatzaggregate.
Gemäß einem anderen Aspekt umfasst ein Leistungsregelungssystem für ein Hybridfahrzeug ein Steuergerät (Electronic Control Module, ECM), das für den Empfang eines Signals konfiguriert ist, das die von einem Traktionsantrieb des Fahrzeugs ausgehende Leistungsanforderung darstellt. Das ECM ist ferner für den Empfang eines Signals konfiguriert, das die durchschnittlichen Leistungslasten von Zusatzaggregaten des Fahrzeuges darstellt. Das ECM ist ferner für die Erzeugung eines Sollwerts für die Drehzahlregelung konfiguriert, wobei der Sollwert für die Drehzahlregelung für eine gewünschte Motordrehzahl, ein gewünschtes Drehmoment, eine gewünschte Motorgesamtleistung und einen gewünschten Kraftstoffverbrauch sorgt. Die gewünschte Gesamtleistung entspricht der Summe aus der vom Traktionsantrieb ausgehenden Leistungsanforderung und den durchschnittlichen Leistungslasten der Zusatzaggregate.
Gemäß einem anderen Aspekt umfasst ein Verfahren zum Regeln der Katalysatortemperatur in der Abgasanlage eines Hybridfahrzeugs das Bestimmen eines Betriebsmodus, in dem die Motorausgangsleistung unter einem Schwellenwert liegt, sowie die Nutzung der in einem Energiespeichersystem des Fahrzeugs gespeicherten Energie für das Erwärmen des Fahrzeugkatalysators, wenn die Motorausgangsleistung unter einem Schwellenwert liegt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den verschiedenen Figuren der folgenden exemplarischen Zeichnungen sind gleiche Elemente gleich nummeriert:
1 stellt in einem schematischen Diagramm ein herkömmliches Bordnetz einer Zugmaschine oder eines OHV dar;
2 ist ein schematisches Diagramm des Bordnetzes in einem hybriden OHV mit einem Medium für die Aufnahme und Speicherung von Energie, das für eine Nutzung in Verbindung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung geeignet ist;
3 ist ein Graph, der die DC-Zwischenkreisspannungsregelung in einem herkömmlichen OHV als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit während einer Motorbetriebsphase veranschaulicht;
4 ist ein Graph, der ein Verfahren für die DC-Zwischenkreisspannungsregelung in einem hybriden OHV als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit während einer Motorbetriebsphase gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
5 veranschaulicht anhand einer grafischen Darstellung eine existierende Implementierung einer Schützsteuerung für das Widerstandsbremsen;
6 veranschaulicht anhand einer grafischen Darstellung eine mögliche Ausführungsform für das Implementieren einer Schützsteuerung für das Widerstandsbremsen gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung;
7 veranschaulicht anhand einer grafischen Darstellung eine andere mögliche Ausführungsform für das Implementieren einer Schützsteuerung für das Widerstandsbremsen gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung;
8 stellt eine PS/Volt-Kennlinie für ein OHV ohne Energiespeicherfähigkeit dar;
9 stellt eine PS/Volt-Kennlinie für ein hybrides OHV ohne Energiespeicherfähigkeit dar und veranschaulicht dabei einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung;
10 veranschaulicht anhand eines Blockdiagramms ein Verfahren für die CLPC-Leistungsregelung (Closed Loop Power Control, CPLC) im Motor eines hybriden OHV gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung; und
11 veranschaulicht anhand eines Flussdiagramms, wie aufgenommene elektrische Energie in einem OHV gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung in Phasen niedriger Leistungsanforderung für das Erwärmen eines Katalysators der Abgasanlage genutzt wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 stellt in einem schematischen Diagramm ein herkömmliches Bordnetz 100 einer Zugmaschine oder eines OHV dar. Obwohl die einzelnen nachfolgend beschriebenen Figuren und Ausführungsformen im Kontext eines OHV-Bordnetzes dargestellt werden, sollte es nachvollziehbar sein, dass die entsprechenden Prinzipien gleichermaßen auf andere große Zugmaschinentypen anwendbar sind, die für das Widerstandsbremsen oder das generatorische Bremsen ausgelegt sind.
Es ist allgemein bekannt, dass nach dem Stand der Technik mindestens zwei Stromversorgungssysteme in diesen Zugmaschinen zum Einsatz kommen. Ein erstes System enthält das Primärleistungsantriebssystem, das die Fahrmotoren mit Spannung versorgt, während ein zweites System so genannte elektrische Zusatzsysteme (oder kurz Zusatzaggregate) mit Spannung versorgt. Ein Dieselmotor (nicht abgebildet) die Primärantriebsspannungsquelle 102 (z.B. ein Drehstromgenerator und ein Gleichrichter) der sowie beliebige zusätzliche Drehstromgeneratoren (nicht abgebildet) an, die verschiedene zusätzliche elektrische Subsysteme (nicht abgebildet), wie z.B. die Beleuchtung, die Klimaanlage und die Heizung, Gebläseantriebe, Kühlerlüftersysteme, Batterieladegeräte, Erregerwicklungen und dergleichen, mit Strom versorgen. Das Zusatzbordsystem kann auch von einem separaten Achsgenerator mit Strom versorgt werden. Zusatzspannung kann auch vom Traktionsdrehstromgenerator der Spannungsquelle 102 der Antriebsmaschine bezogen werden.
Der Ausgang der Spannungsquelle 102 der Antriebsmaschine ist mit einem DC-Bus 104 verbunden, der die Fahrmotorsubsysteme 106 und 108 mit Gleichstrom versorgt. Der DC-Bus 104 kann auch als Fahrmotorbus bezeichnet werden, da er die von den Fahrmotorsubsystemen benötigte Spannung bereitstellt. Obwohl in 1 nur zwei Fahrmotorsubsysteme abgebildet sind, sollte nachvollziehbar sein, dass je nach Größe und Typ des OHV zusätzliche Fahrmotorsubsysteme vorhanden sein können. Jedes der Fahrmotorsubsysteme 106 und 108 enthält einen Wechselrichter (INV1 bzw. INV2) sowie einen entsprechenden Fahrmotor (TM1 bzw. TM2).
Beim Bremsen wird die von den Fahrmotoren erzeugte Leistung durch ein Widerstandsnetz-Subsystem 110 für das Widerstandsbremsen dissipiert. Wie der Darstellung in 1 ferner zu entnehmen ist, enthält ein übliches, dem Stand der Technik entsprechendes Widerstandsnetz für das Widerstandsbremsen eine Vielzahl von Schützschaltern (z.B. RP1-RP3) für das Umschalten einer Vielzahl von Widerstandselementen zwischen den Plus- und Minusleitungen des DC-Busses 104. Jede vertikale Anordnung von Widerständen kann als Widerstandsstrang (z.B. DB1-DB3) bezeichnet werden. Durch ein oder mehrere Stromnetzkühlgebläse (z.B. BM1 und BM2) wird normalerweise die auf Grund der Widerstandsbremsung von den Widerständen erzeugte Wärme entzogen. Zusätzlich ermöglichen die Chopper-Schaltkreise CH1 und CH2 eine genauere Steuerung des Leistungsumsatzes (der Leistungsdissipation) an den Widerstandssträngen DB4 und DB5. Zusätzliche Chopper-Schaltkreise können auch zum Regeln von Übergangsleistungsflüssen genutzt werden. Je nach Leistungsvermögen und der zu dissipierenden Verzögerungsleistung kann die Anzahl der Schützschalter und Chopper verringert werden.
Wie bereits zuvor erwähnt, verschwenden dem Stand der Technik entsprechende OHVs (und Zugmaschinen) normalerweise die beim Widerstandsbremsen erzeugte Energie. 2 ist da her ein schematisches Diagramm des in einem hybriden OHV befindlichen Bordnetzes 200, das über ein Medium für die Aufnahme und Speicherung von Energie verfügt, das für eine Nutzung in Verbindung mit Ausführungsformen der in diesem Dokument beschriebenen Systeme und Verfahren geeignet ist. Im Gegensatz zu dem herkömmlichen Bordnetz 100, das in 1 dargestellt ist, enthält das Bordnetz 200 ferner eine Speicherbatterie 202, obgleich für den Fachmann nachvollziehbar ist, dass andere Speichervorrichtungen implementiert werden können. Zu diesen können beispielsweise Schwungräder, Kondensatorspeicher (einschließlich Superkondensatoren) und zusätzliche Batteriespeicher (nicht abgebildet) zählen, die ebenfalls über den DC-Bus angeschlossen und mit Hilfe von Choppern und/oder Wandlern und dergleichen gesteuert werden können. In der veranschaulichten Ausführungsform erlaubt der kombinierte Einsatz des Choppers CH2 und der Speicherbatterie 202 größere Abweichungen zwischen der DC-Busspannung und der Nennspannung der Speicherbatterie 202. Wie nachfolgend noch ausführlicher beschrieben wird, ist der Chopper CH2 außerdem für die selektive Kopplung mit dem Pluspol der Speicherbatterie 202 so konfiguriert, dass die Batterie dem DC-Bus 104 abgenommene Energie speichern kann oder dem Bus Energie zuführen kann. Die Anzahl der Schützschalter des Widerstandsnetzes für das Widerstandsbremsen und die Anzahl der Chopper zur Steuerung der Widerstandsnetze für das Widerstandsbremsen können auch von den Nennleistungen abhängig gemacht werden.
Im Betriebszustand wird die Batterie 202 (und/oder beliebige andere Energiespeichervorrichtungen) direkt während des Widerstandsbremsens geladen. Es sei daran erinnert, dass beim Widerstandsbremsen ein oder mehrere der Fahrmotorsubsysteme (z.B. TM1 und TM2) als Generatoren betrieben werden und aus dem Widerstandsbremsen elektrische Leistung gewinnen, die über den DC-Bus 104 übertragen wird. Je nach verfügbarer Busleistung und je nach der Menge der speicherbaren Leistung lässt sich folglich entweder die gesamte, ein Teil oder gar keine der beim Widerstandsbremsen gewonnenen elektrischen Leistung, die über den DC-Bus 104 übertragen wird, in der Speicherbatterie 202 speichern. Wenn der Motor in Betrieb ist, dürfen sich die Batterie 202 (und alle anderen optionalen Speichervorrichtungen) entladen und an den DC-Bus 104 Energie abgeben, die für den Betrieb der Fahrmotoren genutzt werden kann.
3 ist ein Graph 300, der die DC-Zwischenkreisspannungsregelung in einem herkömmlichen OHV als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit während einer Motorbetriebsphase veranschaulicht. Eine „optimale" Spannungskennlinie 302 im Verhältnis zur Geschwindigkeit wird durch einen Minimalwert und einen Maximalwert begrenzt, die ebenfalls von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängen. Ein Minimalwert für die DC-Zwischenkreisspannung bei einer vorgegebenen Drehzahl basiert vor allem auf der Mindestbetriebsspannung des Fahrmotors (Kennlinie 304) und/oder der Mindestbetriebsspannung des Wechselrichters (Kennlinie 306). Es kann auch andere Kriterien für die Auswahl einer minimalen DC-Zwischenkreisspannung geben (z.B. Einschwingverhalten, Generatorkenndaten, Motordrehzahl etc.). Des Weiteren basiert ein Maximalwert für die DC-Zwischenkreisspannung auf der maximalen Betriebsspannung des Wechselrichters (Kennlinie 308) und/oder der maximalen Betriebsspannung des Drehstromgenerators (Kennlinie 310). Wie bei der minimalen Zwischenkreisspannung können wiederum andere Größen die maximale Spannung bestimmen. Im veranschaulichten Beispiel werden die minimale und die maximale DC-Zwischenkreisspannung bei Fahrzeuggeschwindigkeiten zwischen 0 und ca. 6 mph (zwischen 0 und ca. 9,5 km/h) folglich von der minimalen oder maximalen Betriebsspannung des Wechselrichters vorgegeben. Der optimale Kennlinienverlauf der DC-Zwischenkreisspannung ist abhängig vom aktuellen Status der verschiedenen Komponenten, da einige der Verluste von Kenndaten wie Widerständen abhängig sind, die ihrerseits von der Temperatur der Vorrichtungen abhängen.
Bei Geschwindigkeiten von ca. 7 mph (ca. 11,2 km/h) oder mehr lässt sich jedoch feststellen, dass die Mindestspannung des Fahrmotors größer ist als die Mindestspannung des Wechselrichters, und dass folglich dann die Mindestspannung des Fahrmotors die minimale DC-Zwischenkreisspannung vorgibt. Hinzu kommt, dass bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von mehr als 9 mph (ca. 14,5 km/h) die Maximalspannung des Drehstromgenerators den Wert der maximalen DC-Zwischenkreisspannung erreicht. Der jeweilige Wert für die DC-Zwischenkreisspannung bei einer vorgegebenen Drehzahl wird durch eine Optimierungsfunktion im Systemsteuerung so bestimmt, wie es durch die bei dieser Drehzahl gültigen Bereiche minimaler und maximaler Spannung festgelegt wird.
Je nach Wahl der Stromkreise sorgt die Ergänzung eines hybriden OHV durch ein Energiespeichersystem für zusätzliche Flexibilität (und Beschränkungen, z.B. Spannungsbeschränkungen) im DC-Zwischenkreis. Beispielsweise erfordert das Vorhandensein der Batterie vor allem in Bordnetzen, in denen ein herkömmlicher DC/DC-Wandler eingesetzt wird, eine zusätzliche Mindestspannung, die zu berücksichtigen ist. Mit anderen Worten ist die ausgewählte DC-Zwischenkreisspannung gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung auch eine Funktion der Ausgangsenergie und/oder -leistung der Energiespeichervorrichtung (z.B. der Batteriespannung).
Ein andere Begrenzung dieser Spannung wird durch die Schaltfrequenz des Choppers und durch Oberwellenstrom bewirkt. Der Oberwellenstrom der Batterie ist abhängig von DC-Zwischenkreisspannung, Batteriespannung, Induktivität und Chopping-Frequenz. Da sich in einem einphasigen Chopper die DC-Zwischenkreisspannung auf einen Wert über der Batteriespannung erhöht, nimmt die Stärke des Oberwellenstroms zu. Gleichermaßen nimmt in einem zweiphasigen Chopper die Stärke des Oberwellenstroms anfangs zu und fällt dann bei zweifacher Batteriespannung auf Null ab. Oberhalb dieser Spannung nimmt die Stärke des Oberwellenstroms weiter zu. Der Wirkungsgrad des DC/DC-Wandlers hängt nicht nur vom Oberwellenstrom ab, sondern auch von den Schalt- und Leitverlusten (wie beispielsweise in Halbleitern wie IGBT-Leistungsschaltern (Insulated Gated Bipolar Transistors), Freilaufdioden und Komponenten von Entlastungsnetzwerken), die ebenfalls von der DC-Zwischenkreisspannung abhängen. Dementsprechend berücksichtigt eine Optimierungsfunktion im Bordsystem des hybriden OHV außerdem den Oberwellenstrom und den Wirkungsgrad der verschiedenen Komponenten. 4 veranschaulicht die Details.
Wie durch den Graph 400 in 4 dargestellt, spiegelt die Kennlinie 412 (eine Konstante) eine Mindestspannung der Speicherbatterie wider. Zur Veranschaulichung wurden die Kennlinien 304, 306, 308 und 310 aus 3 in 4 umnummeriert und sind darin jetzt entsprechend als Kennlinien 404, 406, 408 und 410 dargestellt. An dieser Stelle gilt zu beachten, dass die spezifischen Werte der in 4 dargestellten Kennlinien exemplarischer Natur sind und in keinerlei Hinsicht als einschränkend aufzufassen sind. Hinzu kommt, dass die Kennlinie 412, die eine Mindestspannung der Speicherbatterie darstellt, auch eine Mindestbetriebsspannung für andere Arten von Speichervorrichtungen darstellen könnte. Im Allgemeinen kann diese Spannung keine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit sein, sondern muss vielmehr eine Funktion eines Parameters für ein Energiespeichersystem sein (z.B. Kondensatorspannung, Schwungraddrehzahl, Ladezustand/Temperatur der 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-Zwischenkreisspannung aufbaut. Des Weiteren lässt sich feststellen, dass sich bei Fahrzeuggeschwindigkeiten von ca. 3 bis 7 mph (von ca. 5 bis 11 km/h) (bei denen die Mindestspannung des Wechselrichters die minimale DC-Zwischenkreisspannung aufbaut) sowie von ca. 7 bis 11 mph (von ca. 11 bis 17,5 km/h) (bei denen die Mindestspannung des Fahrmotors die minimale DC-Zwischenkreisspannung aufbaut) die optimierte Kennlinie 402 der DC-Zwischenkreisspannung normalerweise von der in 3 dargestellten optimierten Kennlinie 302 unterscheidet, obwohl in diesem Drehzahlbereich beide die gleichen Mindest- und Höchstgrenzen aufweisen. Dies ist wiederum auf die Optimierungsfunktion zurückzuführen, welche die Energiespeichervorrichtungen sowie die Leistung und den Wirkungsgrad dieser Vorrichtungen berücksichtigt.
Da ein Teil der Leistung von der bzw. den Energiespeichervorrichtung(en) geliefert wird, kann der Drehstromgenerator/Wechselrichter unterschiedlichen Lastbedingungen unterworfen sein. Beispielsweise muss bei gleicher Last auf dem Wechselrichter der Drehstromgenerator/Motor weniger Leistung liefern, da die Energiespeichervorrichtung einen Teil der Leistung liefert. In einem anderen Fall steht bei gleicher Generatorleistung dem Wechselrichter und dem Fahrmotor um so mehr Leistung zur Verfügung. Die optimierte Spannung hängt auch vom aktuellen Status verschiedener Komponenten einschließlich der Speichervorrichtung ab. Der interne Wider stand von Batterien (der die Leistungsverluste und somit den Wirkungsgrad bestimmt) hängt beispielsweise vom Ladezustand und von der Temperatur der Batterien ab.
Zusätzliche Vorteile für das Bordnetz des hybriden OHV lassen sich auch während des Widerstandsbremsbetriebs realisieren. In einem existierenden nicht-hybriden OHV dienen beispielsweise luftgekühlte Widerstandselemente zum Dissipieren der von den Fahrmotoren erzeugten Leistung. Diese Leistung entsteht durch die Trägheit oder Neigung des Fahrzeugs und sorgt so für ein negatives Drehmoment, das ein Verlangsamen des Fahrzeugs bewirkt. Die zum Kühlen der Widerstände verwendete Luft wird wiederum normalerweise von einem Gleichstromgebläse geliefert, das direkt von den Widerstandsnetzen gespeist wird. Die über die Widerstände dissipierte spezifische Leistung wird im Allgemeinen durch das Öffnen oder Schließen von Schützschaltern und/oder die Aktivierung von Choppern geregelt. In einem die Chopper einbeziehenden herkömmlichen Bordnetz eines OHV muss der Schützschalter, der dem den Gebläsemotor antreibenden Widerstandsstrang zugeordnet ist, vor weiterem Leistungsumsatz geschlossen werden. 5 enthält eine grafische Darstellung 500 des Spannungs- und Stromflusses sowie der Schütz-/Choppersteuerung in dem herkömmlichen Bordnetz. Der in 5 dargestellte Graph 500 veranschaulicht insbesondere die Verteilung der von den Komponenten des herkömmlichen Bordnetzes umgesetzten Leistung, während die Gesamtbremsleistung zunimmt. Es lässt sich erkennen, dass die an der vertikalen Achse aufgeführten Einheiten sowohl die Einheit „Kilowatt" (kW) für die Menge der dissipierten Leistung als auch die Einheit „Volt" darstellen, da als eine Funktion des Widerstandsbremsschemas zusätzlich die resultierende DC-Zwischenkreisspannung veranschaulicht wird.
Die einzelnen in 5 dargestellten Einheiten sind exemplarischer Natur.
Zur Veranschaulichung wurde der Graph 500 in vier Betriebsbereiche (mit den Bezeichnungen A-D) unterteilt. Im ersten Betriebsbereich (A) wird die vom Fahrmotor gelieferte Leistung durch abgegebene Leistung vom Motor erhöht, um die Spannung auf einem gewünschten Mindestniveau zu halten. Die von den Festwiderstandsnetzen verbrauchte Leistung ist eine Funktion der DC-Zwischenkreisspannung. Parallel zu der Erhöhung der von den Fahrmotoren gelieferten Leistung nimmt die vom Motor verbrauchte Leistung so lange ab, bis die gesamte von den Widerstandsnetzen dissipierte Leistung vom Fahrmotor geliefert wird. Weitere Leistungserhöhungen von etwa 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 zusätzliche Leistungserhöhungen (von etwa 1200 kW auf etwa 2250 kW) von den Chopper-Netzen dissipiert, während die DC-Zwischenkreisspannung konstant gehalten wird. Wenn die Leistung des Chopper-Netzes einen bestimmten Wert überschreitet (z.B. etwa 2250 kW), wird das nächste Widerstandsnetz aktiviert und die pro Chopper-Netz dissipierte Leistungsmenge wird sofort reduziert. Dies wird am Übergang zwischen den Bereichen C und D dargestellt. Jegliche danach erfolgende Zunahme der Widerstandsbremsleistung wird von den Chopper-Netzen verbraucht.
Im Gegensatz dazu kann in einem hybriden OHV die ursprüngliche zu dissipierende Leistung an die Batterie abgeführt werden. Der Schützschalter des Widerstandsnetzes muss an sich nur geschlossen werden, wenn die Widerstandsbremsleistung die Speicherkapazität der Batterie übersteigt. Dieses Schema bietet mindestens zwei Vorteile. Erstens wird die Anzahl der Schützschalterzyklen und der Motorstarts des Widerstandsnetzgebläses verringert, da diese Komponenten nur dann beteiligt sind, wenn ein bestimmter Schwellenanteil der Widerstandsbremsleistung dissipiert werden soll. Zweitens wird das Verzögerungsmoment im Hybridfahrzeug schneller erzeugt, da das Speicherbatteriesystem ohne Zeitverlust Spannung aufnehmen kann, während das Schließen eines Schützschalters ungefähr 500 Millisekunden in Anspruch nimmt und so das Erzeugen einer Verzögerungskraft zeitlich hinausschiebt.
6 veranschaulicht anhand einer grafischen Darstellung 600 eine mögliche Ausführungsform für das Implementieren einer Schützsteuerung für das Widerstandsbremsen gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung; Der in 6 dargestellte Graph 600 veranschaulicht insbesondere die Verteilung der von den Komponenten des herkömmlichen Bordnetzes umgesetzten Leistung, während die Gesamtbremsleistung zunimmt. Wiederum lässt sich erkennen, dass die an der vertikalen Achse aufgeführten Einheiten sowohl die Einheit „Kilowatt" (kW) für die Menge der dissipierten Leistung als auch die Einheit „Volt" darstellen, da als eine Funktion des Widerstandsbremsschemas zusätzlich die resultierende DC-Zwischenkreisspannung veranschaulicht wird. Wie es beim herkömmlichen Schema für das Widerstandsbremsen der Fall war, sind die einzelnen in 6 dargestellten Einheiten exemplarischer Natur.
Zu Analysezwecken kann der in 6 dargestellte Graph in sechs Betriebsbereiche (mit den Bezeichnungen A-F) eingeteilt werden. Im ersten Bereich (A), in dem die zu dissipierende Bremsleistung zwischen ca. 0 und ca. 600 kW beträgt, wird die Speicherbatterie 202, wie zuvor bereits erwähnt, zum Speichern der gesamten dissipierten Leistung verwendet. Na türlich wird in diesem Beispiel von der Annahme ausgegangen, dass die Batterie 202 nicht vollständig geladen ist und Leistung dissipieren kann. In diesem Bereich bleibt die (Zwischenkreis-)Spannung des DC-Bus 104 konstant bei ca. 700 Volt. Im nächsten Bereich (B), in dem die zu dissipierende Bremsleistung zwischen ca. 600 kW und ca. 900 kW beträgt, wird dann ein erstes Widerstandsnetz (z.B. DB1 in 2) aktiviert, so dass das erste Netz sofort ca. 300 kW umsetzen kann. Gleichzeitig fällt die von der Batterie aufgenommene Leistung auf ca. 300 kW ab und steigt dann allmählich wieder auf die Kapazität der Batterie von ca. 600 kW an. Da die vom ersten Widerstandsnetz DB1 dissipierte Leistung in diesem Bereich konstant bleibt, verharrt die DC-Zwischenkreisspannung relativ konstant bei ca. 700 Volt.
Sobald die Bremsleistung jedoch mehr als ca. 900 kW beträgt, beginnt die vom ersten Widerstandsnetz DB1 dissipierte Leistung 300 kW zu übersteigen, da die Batterie keine zusätzliche Leistung jenseits von 600 kW umsetzen kann. Wie im dritten Bereich (C) dargestellt, in dem die zu dissipierende Bremsleistung zwischen ca. 900 kW und ca. 1500 kW beträgt, ist das erste Widerstandsnetz gezwungen, eine Leistung zwischen ca. 300 kW und ca. 900 kW zu umsetzen (wobei die Batterie weiterhin ihre maximale Kapazität von 600 kW dissipiert). Als Ergebnis lässt sich ferner für den Bereich C feststellen, dass die DC-Zwischenkreisspannung jetzt höher ist, da das erste Widerstandsnetz Leistung von mehr als 300 kW dissipiert.
Widerstandsbremslasten zwischen ca. 1500 kW und ca. 2600 kW stellt der Graph im vierten Bereich (D) dar, in dem das dem Chopper CH1 zugeordnete Widerstandsnetz DB4 aktiviert wird, um zusätzlich ungefähr 1100 kW zu dissipieren. Da für die Bearbeitung der erhöhten Leistung in diesem Bereich der Chopper CH1 ausgewählt wird, bleibt die durch das Widerstandsnetz DB1 (und die Batterieleistung) dissipierte Leistung ebenso relativ konstant wie die DC-Zwischenkreisspannung. Wie im fünften Bereich (E) dargestellt, in dem die zu dissipierende Bremsleistung zwischen ca. 2600 kW und ca. 3200 kW beträgt, wird anschließend ein weiterer 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 keine Leistung, während das erste und das zweite Widerstandsnetz den in diesem Bereich höheren Umsatz gemeinsam abwickeln. Die DC-Zwischenkreisspannung wird entsprechend weiter erhöht, da die Widerstandsnetze DB1 und DB2 mehr Leistung dissipieren. Bei Bremslasten von mehr als 3200 kW wird, wie im sechsten Bereich (F) dargestellt, schließlich abermals das Netz DB4 zusammen mit dem Chopper CH1 aktiviert, um die übrige Leistung umzusetzen . Da die aktivierten Widerstandsnetze in dieser Phase keine zusätzliche Leistung mehr dissipieren, erhöht sich die DC-Zwischenkreisspannung nicht weiter.
Das in 6 dargestellte Widerstandsbremsschema ist eignet sich besonders für Anwendungen, in denen eine Minimierung der Schützschalterzyklen erwünscht ist, um so die Beanspruchung der Leistungsschalterkomponenten zu reduzieren. Andererseits wird in dieser Ausführungsform die DC-Zwischenkreisspannung bei dem Umsatz relativ niedriger Leistungsstufen erhöht, damit die Aktivierung von Schützschaltern und Choppern so lange verzögert wird, bis sie bei höheren Leistungsstufen erforderlich ist. Je höher die DC-Zwischenkreisspannung ist, desto schneller werden die Gebläsemotoren BM1 und BM2 in Betrieb genommen, wodurch wiederum der erzeugte Geräuschpegel angehoben wird. Für den Fall, dass eine Mini mierung des Gebläsegeräuschpegels erwünscht ist, kann eine andere Ausführungsform für ein Bremsschema implementiert werden, die durch den in 7 enthaltenen Graph dargestellt wird.
Die ersten beiden in 7 dargestellten Betriebsbereiche ähneln denen aus 6 (d.h., nur die Batterie dissipiert eine Bremsleistung bis ca. 600 kW, und die Batterie und das erste Widerstandsnetz DB1 dissipieren gemeinsam eine Bremsleistung von ca. 600 kW bis ca. 900 kW). Anschließend wird bei mehr als 900 kW (Bereich C) dem ersten Widerstandsnetz DB1 nicht ermöglicht, zur Erhöhung der DC-Zwischenkreisspannung zusätzliche Leistung zu dissipieren, sondern es wird in dieser Phase das Netz DB4 zusammen mit dem Chopper CH1 zur Erzielung des Leistungsumsatzes aktiviert. Bei Erreichen des nächsten Betriebsbereichs (D) wird das zweite Widerstandsnetz DB2 aktiviert, wodurch die von DB4 dissipierte Leistungsmenge verringert wird. Dadurch lässt sich die DC-Zwischenkreisspannung bis zu einer Leistung von ca. 1800 kW konstant halten, ab der sich das Netz DB4 sowie die Kombination aus dem ersten Netz DB1 und dem zweiten Netz DB2 die Dissipation (den Umsatz) der erhöhten Leistung teilen. Folglich wird die DC-Zwischenkreisspannung erst bei einem Umsatz von mehr als 1800 kW erhöht, was eine Erhöhung der Gebläsemotordrehzahl bewirkt. Der Kompromiss besteht in dieser Ausführungsform in einem kleineren Bereich für dem Leistungsumsatz, den der Chopper CH1 und die Schützschalter RP1 und RP2 zyklisch durchlaufen.
Ein anderes Leistungsmerkmal des Bordnetzes 200 in einem hybriden OHV bewirkt das Erzielen zusätzlicher Bremsleistung bei höheren Drehzahlen. Bei einer vorgegebenen DC-Zwischenkreisspannung verbraucht ein Festwiderstand eine konstante Menge Strom. Bei der gleichen Festspannung ist die Leistungserzeugungsfähigkeit des Fahrmotors jedoch umgekehrt proportional zur Drehzahl. Bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl entspricht die Leistungserzeugungsfähigkeit des Elektromotors der von den Widerstandsnetzen entnommenen Leistung, so dass oberhalb dieser Drehzahl keine Bremsungen möglich sind. Andererseits kann bei vorhandener Energiespeicherfähigkeit zusätzliche Leistung 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 weiteres Widerstandsbremsen nur bei niedrigeren Brems-PS-Werten ausgeführt.
8 stellt eine Leistungs/Spannungs-Kennlinie 800 für ein OHV ohne Energiespeicherfähigkeit dar. Wie aus der Darstellung ersichtlich ist, liegt der Punkt, an dem die zurückgehende Ausgangsleistung des Fahrmotors unter die Leistung des Widerstandsnetzes abfällt bei konstanter DC-Zwischenkreisspannung und konstantem Leistungsumsatz des Widerstandsnetzes bei einer Drehzahl von etwa 2700 Umdrehungen pro Minute. Bei höheren Motordrehzahlen ist der Elektromotor daher nicht in der Lage, eine Bremskraft zu erzeugen. Wie durch den Graph 900 in 9 dargestellt, kann der Speicherbatterieanschluss jedoch durch ein an den Chopper CH2 gesendetes Signal so umkonfiguriert werden, dass die Batterie 202 ab einer Drehzahl von 2700 Umdrehungen pro Minute Leistung an den DC-Bus abgibt. Diese Leistung könnte auch zum Erhöhen der DC-Zwischenkreisspannung verwendet werden. Die erhöhte Spannung am DC-Bus bewirkt eine Erweiterung des Drehzahlbereichs, so dass der Fahrmotor bis zu einem Wert von ca. 3250 Umdrehungen in der Lage ist, die volle Bremsleistung zu liefern. Bei Drehzahlen von mehr als 3250 Umdrehungen pro Minute ist Widerstandsbremsen immer noch möglich, solange die Batterie zu sätzliche Leistung bereitstellt. Wenn die DC-Zwischenkreisspannung jedoch ihren oberen Grenzwert erreicht hat, wird die Bremsleistung oberhalb dieser Drehzahl verringert.
In einem herkömmlichen OHV-Antriebssystem wird die Motordrehzahl von einem Regler gesteuert, der auf der Grundlage der vom Fahrer erhaltenen Leistungsanforderung eine Führungsgröße von der Steuerung empfängt. Allerdings treten vorübergehende Lasten beim Normalbetrieb der Zusatzaggregate des Fahrzeugs auf, während variierende Antriebslasten beim Fahren auf rauen Straßenbelägen und beim Fahren durch Schlaglöcher auftreten. Bestimmte durch Zusatzaggregate hervorgerufene Temporärlasten resultieren aus Ereignissen, die vom Fahrzeugbediener ausgelöst wurden (z.B. Leistungsanforderungen an die Servolenkung), während andere auf Grund des Ein- und Ausschaltens von Lüftern, Pumpen etc. auftreten. Durch Zusatzaggregate hervorgerufene Lasten mindern tendenziell die in herkömmlichen OHV-Antriebssystemen verfügbare Antriebsleistung.
Ein weiterer neuer Regelungsaspekt besteht beim hybriden OHV in der Regelung der Motorleistung als Funktion der Leistungsanforderung des Traktionsantriebs und der durchschnittlichen Leistungslast von Zusatzaggregaten. Wie in dem in 10 enthaltenen Blockdiagramm 1000 dargestellt, wird über eine Nachschlagetabelle 1002 (Look-Up Table, LUT) ein Sollwert für die Motordrehzahl im Ruhezustand bestimmt, durch den die erforderliche Motorleistung (Drehmoment und Geschwindigkeit) bei minimalem spezifischen Kraftstoffverbrauch erzeugt wird. Existierende Motoren mit einem Steuergerät (Electronic Control Module, ECM) 1004 können diese Funktion über ein auf dem CAN-Bus basierendes Kommunikationsnetzwerk bereitstellen. Anpassungen des Sollwerts für die Motorleistung, die entweder zum Herabsetzen oder zum Heraufsetzen der Motorleistung die nen, wobei beim Motorbetrieb der Sollwert für die Drehzahlregelung zu Grunde gelegt wird, werden durch die über die CAN-Bussteuerung erfolgende Nutzung der Drehmomentregelungsfunktion des ECM 1004 realisiert. Diese Funktion ermöglicht Leistungsanpassungen und einen Kompromiss bei der direkten Nutzung zusätzlicher Motorausgangsleistung für die Temporärlasten von Zusatzaggregaten des Fahrzeugs.
Im Fall des neuen hybriden OHV, bei dem die Temporärlasten von Zusatzaggregaten des Fahrzeugs von den Batterien des Hybridfahrzeugs gespeist werden, dient die Drehmomentregelungsfunktion zum Verringern des Motordrehmoments, der Motorleistung, und letztlich des Kraftstoffverbrauchs, während die Zusatzaggregate des Fahrzeugs vom integrierten Energiespeichersystem versorgt werden. Der Regler 1006, der den in der Nachschlagetabelle erzeugten Sollwert und das vom OHV-Motor 1008 gesendete Drehzahlsignal berücksichtigt, generiert ein geeignetes Fehlersignal zur Steuerung der Ausgangsleistung des Motors 1008. Geringe Schwankungen bei der Motorleistung (z.B. bis zu einem bestimmten Schwellenwert) können von der Drehmomentregelungsfunktion ausgeglichen werden. Beim Auftreten größerer Abweichungen, die den Schwellenwert überschreiten (z.B. auf Grund von Neigungsänderungen der Straßenoberfläche), wird der Sollwert für die Motordrehzahl jedoch an einen anderen Sollwert angepasst, um den spezifischen Kraftstoffverbrauch und den Schadstoffausstoß zu optimieren. Es ist nachvollziehbar, dass obwohl die veranschaulichte Ausführungsform die Drehmomentregelungsfunktion des ECM nutzt, andere Arten der Drehmomentregelung ebenfalls verwendet werden können.
Abschließend bleibt festzuhalten, dass der korrekt Betrieb von Nachbehandlungsvorrichtungen wie Partikelfiltern nur bei hohen Temperaturen gewährleistet ist. Bei niedriger Motorleistung (z.B. während einer Bremsoperation) könnte Gleichstrom aus dem DC-Bus oder aus den Energiespeichervorrichtungen zum Erwärmen der Katalysatoren genutzt werden. Herkömmliche Diesel- oder Ottomotoren in Schwerlastzügen sind häufig mit Katalysatoren zur Verringerung der Abgasemissionen ausgestattet. Diese Katalysatoren benötigen eine relativ hohe Betriebstemperatur, die normalerweise im Bereich von ca. 500 bis ca. 700°F (ca. 260 bis ca. 370°C) liegt. Ein Beispiel für einen solchen Katalysator ist ein regenerativer Partikel- oder Rußpartikelfilter. In herkömmlichen mechanisch angetriebenen Straßenlastwagen sind die Katalysatoren im Abgasstrom angeordnet und werden so auf die erforderliche Betriebstemperatur erwärmt.
Gleichermaßen kann bei herkömmlichen OHVs, die als Förderwagen schwere Zuladungen beispielsweise in eine tiefe Mine oder einen tiefen Schacht hinein- oder aus diesen hinausbefördern, die Abgastemperatur ausreichen, um den korrekten Betrieb der Abgaskatalysatoren für den Fall zu gewährleisten, in dem der Förderwagen die Steigung hinauffährt. Während einer Bergabfahrt, bei der das Fahrzeug seine mechanischen und/oder elektrodynamischen Bremsen einsetzt, während der Motor bei relativ niedriger Leistung betrieben wird, sinkt die Abgastemperatur und ist für den Betrieb der Katalysatoren bei der für sie erforderlichen Temperatur eventuell nicht mehr ausreichend. Für die nächste Bergaufbeförderung von Ladung oder für den Hochleistungsbetrieb müssen die Katalysatoren erwärmt werden, was einige Zeit in Anspruch nimmt. Der Betrieb der Katalysatoren bei niedrigen Temperaturen mindert ihre Effizienz bei der Verringerung von Abgasemissionen. Darüber hinaus trägt der ständige Temperaturwechsel häufig zu einer deutlichen Verkürzung der Lebensdauer der Katalysatoren und ihrer zugehörigen Komponenten bei.
Daher ist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung das Hybridantriebssystem des OHV so konfiguriert, dass ein Teil der beim Widerstandsbremsen abgegebenen Energie zum Erwärmen der Katalysatoren bei Bergabfahrten oder in Betriebsphasen des Dieselmotors mit relativ geringer Leistungsaufnahme genutzt wird. Diese Funktion wird durch das in 11 enthaltene Flussdiagramm 1100 veranschaulicht. Wenn sich das Fahrzeug nicht im Widerstandsbremsbetrieb befindet, können durch elektrische Leistung aus dem Energiespeichersystem (z.B. Batterien, Superkondensatoren oder Schwungräder) die Katalysatoren auf die erforderliche Betriebstemperatur erwärmt werden, die einen effizienten Betrieb und eine lange Lebensdauer gewährleistet.
Wenn am Entscheidungsblock 1102 die Ausgangsleistung des OHV-Motors nicht unter einen Schwellenwert abfällt, wird daher hinsichtlich des Katalysators keine weitere Maßnahme ergriffen (wie durch den Rückgabeblock 1104 dargestellt). Wenn die Ausgangsleistung des Motors jedoch unter dem Schwellenwert (wie es bei einer Bergabfahrt eintreten kann) sinkt, wird der Prozess bei Entscheidungsblock 1106 fortgesetzt, wo bestimmt wird, ob die Ist-Temperatur des Katalysators unter der für ihn erwünschten Mindestbetriebstemperatur liegt. Ist dies nicht der Fall, wird in dieser Phase (Block 1108) keine weitere Maßnahme ergriffen. Wenn andererseits der Temperaturwert unter dem Wert der gewünschten Mindestbetriebstemperatur liegt, wird Energie aus dem Energiespeichersystem, wie in Block 1110 dargestellt, zum Erwärmen des Katalysators genutzt.
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. Da die Erfindung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, ist für den Fachmann nachvollziehbar, dass diverse Änderungen vorgenommen werden können und Elemente durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne dass der Geltungsbereich der Erfindung verlassen wird. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Darlegungen der Erfindung anzupassen, ohne dass deren Kerngeltungsbereich verlassen wird. Daher soll die Erfindung nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt sein, die als beste Form für die Ausführung der Erfindung erachtet und dargelegt wird, sondern alle Ausführungsformen enthalten, die im Geltungsbereich der beigefügten Ansprüche liegen.

Claims

Verfahren zum Regeln eines Bordnetzes (200) eines Hybridfahrzeugs, das Folgendes beinhaltet: während einer Motorbetriebsphase wird bei einer vorgegebenen Drehzahl eine gewünschte Betriebsspannung für einen in das Bordnetz (200) integrierten DC-Bus (104) bestimmt, wobei die gewünschte Betriebsspannung auf einer Mindestbetriebsspannung bei der vorgegebenen Drehzahl und einer maximalen Betriebsspannung bei der vorgegebenen Drehzahl basiert; wobei ein Parameter einer Energiespeichervorrichtung die Mindestbetriebsspannung festlegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichervorrichtung entweder eine Speicherbatterie (202), einen Superkondensator, ein Schwungrad oder Kombinationen umfasst, die mindestens eine der vorhergehenden Elemente umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mindestbetriebsspannung entweder durch eine Mindestbetriebsspannung des Fahrmotors (404), eine Mindestbetriebsspannung des Wechselrichters (406) oder eine Mindestbetriebsspannung der Speicherbatterie (412) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die maximale Betriebsspannung entweder durch eine maximale Betriebsspannung des Drehstromgenerators (410) oder eine maximale Betriebsspannung (418) des Wechselrichters festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die Anwendung einer Optimierungsfunktion zum Bestimmen der gewünschten Betriebsspannung umfasst, wobei die Optimierungsfunktion von einer Chopper-Schaltfrequenz und einem Oberwellenstrom des Bordnetzes (200) abhängig sind.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Optimierungsfunktion ferner von einem Status der Leistungsteilung zwischen einem motorgetriebenen Drehstromgenerator des Bordsystems (200) und der Energiespeichervorrichtung abhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridfahrzeug eines der folgenden ist: ein Nutz- und Geländefahrzeug (Off-Highway Vehicle, OHV) oder eine Zugmaschine.
Verfahren zum Regeln eines Bordnetzes (200) eines Hybridfahrzeugs, das Folgendes beinhaltet: im Widerstandsbremsbetrieb wird das Bordnetz (200) in der Weise konfiguriert, dass eine Speicherbatterie (202) die von einem Fahrmotor (106, 108) des Netzes abgegebene Widerstandsbremsleistung aufnimmt, wobei die Batterie die Widerstandsbremsleistung bis zu einem ersten Schwellenwert aufnimmt; und das eines oder mehrere Widerstandsnetze (DB3) werden zum Umsetzen der über dem ersten Schwellenwert liegenden Widerstandsbremsleistung in das Bordnetz (200) gekoppelt.
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.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Schützschalter (RP1, RP2) innerhalb des Bordnetzes (200) so konfiguriert werden, dass die Schalthäufigkeit der Schützschalter (RP1, RP2) in einem Bereich von Widerstandsbremsleistungen minimiert werden.