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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein abgasbetriebenes Generatorsystem
und ein Verfahren zum Steuern eines elektrischen Systems eines Fahrzeugs.
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Verschiedene
elektrische Systeme für
Fahrzeuge werden z. B in der US 2004/0164616 A1 (JP 2004-260908
A) vorgeschlagen.
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Turbogeneratoren
zum Durchführen
elektrischer Leistungserzeugung durch Nutzen von überschüssiger durch
einen Turbolader verwendeter Abgasenergie werden in der JP 2000-45817
A vorgeschlagen. Ein Turbogenerator ist aufgebaut, eine Generatorturbine,
welche parallel zu einem Turbolader angeordnet ist und einen Wechselstromgenerator zum
Durchführen
der Leistungserzeugung in direkter Verbindung mit der Generatorturbine
zu enthalten. Die Generatorturbine dreht sich durch Aufnehmen von
Abgasenergie, welche durch ein Überdruckventil strömt, dass
sich öffnet,
wenn der Gasdruck einen vorbestimmten Wert erreicht. Mit der Drehung
führt der
Wechselstromgenerator, welcher mit der Generatorturbine direkt gekoppelt
ist, die elektrische Leistungserzeugung durch. Das Auftreten einer
so hohen Motorausgangsleistung, dass die Abgase durch das Überdruckventil
strömen,
kommt nicht so oft vor, als dass der Effekt des Nutzens der Abgasenergie
in zufriedenstellendem Rahmen erfolgen würde.
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Die
vorliegende Erfindung weist deshalb die Aufgabe auf, ein abgasbetriebenes
Generatorsystem, welches in der Lage ist, eine Leistungserzeugung
durch effektives Nutzen von Abgasenergie, und ein Verfahren zum
Steuern eines elektrischen Systems zu schaffen.
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Die
vorliegende Erfindung basiert auf einer Erkenntnis, dass falls ein
Turbogenerator betrieben wird, um selbst in einem Zustand geringer
Motorausgangsleistung Leistung zu erzeugen, die Leistungserzeugung
den Abgaswiderstand erhöht,
was eine Senkung der Motorausgangsleistung zur Folge hat. Um diese
Senkung der Motorausgangsleistung zu vermeiden, ist es notwendig,
die Kraftstoffmenge zu erhöhen.
Es ist somit wünschenswert,
elektrische Leistung basierend auf der Bestimmung zu erzeugen, ob
eine Leistungserzeugung durch einen Wechselstromgenerator oder eine
Leistungserzeugung durch einen abgasbetriebenen Generator wirtschaftlicher
ist.
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Entsprechend
einem Aspekt weist ein Generatorsystem einen Wechselstromgenerator
auf, welcher die Leistungserzeugung durch Nutzen von Antriebskräften eines
Motors nutzt und einen abgasbetriebenen Generator, welcher die Leistungserzeugung
durchführt,
in dem dieser die Abgasenergie des Motors nutzt. Eine Steuervorrichtung
bestimmt eine erzeugbare Leistung (Betrag der Leistung, welche erzeugt
werden kann) entsprechend einem Betriebsparameter des Motors. Die
erzeugbare Leistung gibt eine durch den abgasbetriebenen Generator
mit einer Erhöhung
der Kraftstoffmenge erzeugbare elektrische Leistung an, wobei die
Erhöhung
der Kraftstoffmenge geringer als eine Erhöhung der Kraftstoffmenge ist,
welche für
den Motor zur Leistungserzeugung durch den Generator notwendig ist.
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Entsprechend
einem weiteren Aspekt führt ein
elektrisches System die Leistungsversorgung an eine elektrische
Last und eine Batterie von einer Mehrzahl von Leistungsenergieversorgungsquellen einschließlich einem
abgasbetriebenen Generator durch, welcher die Leistungserzeugung
durch Nutzen von Abgasenergie eines Motors durchführt und einem
Wechselstromgenerator, welcher die Leistungserzeugung durch Nutzen
von Antriebskräften des
Motors durchführt.
Eine Steuervorrichtung berechnet Informationen der Leistungskosten,
welche mit den Kosten pro elektrischer Leistungseinheit der jeweiligen
Leistungsenergieversorgungsquellen und den bereitstellbaren Leistungen
(Betrag der Leistung, welche bereitgestellt werden kann) der jeweiligen Leistungsenergieversorgungsquellen übereinstimmen.
Die Steuervorrichtung stellt die Leistungsversorgungszuordnungsverhältnisse
der Leistungsenergieversorgungsquellen und einem empfangenen Leistungszuordnungsverhältnis der
elektrischen Last oder der Batterie entsprechend den Informationen
in einer Richtung, in welcher die Leistungsenergie verringert wird,
ein. Für
den abgasbetriebenen Generator wird eine erzeugbare Leistung, welche
eine durch den abgasbetriebenen Generator erzeugbare Leistung angibt,
als die erzeugbare Leistung verwendet. Der Leistungsbetrag wird
entsprechend einem Betriebsparameter des Motors bestimmt. Eine Erhöhung der
Kraftstoffmenge, welche zur Erzeugung der bereitstellbaren Leistung
durch den Motor notwendig ist, wird als Leistungskosten verwendet.
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Die
obigen und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung sind anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung mit Bezug
auf die begleitenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigt:
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1 ist
ein Blockdiagramm, welches ein elektrisches System eines abgasbetriebenen
Generatorsystems entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Ablaufdiagramm, welches einen Ablauf eines Bestimmungsverfahrens
einer durch die abgasbetriebene Leistungserzeugung erzeugten Leistung
zeigt;
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3 ist
eine Grafik, welche ein Kennfeld einer abgasbetriebenen Leistungserzeugung
entsprechend von Motorbetriebsparametern zeigt;
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4 ist
ein Blockdiagramm, welches ein elektrisches System eines Fahrzeugs
einschließlich eines
elektrischen Fahrzeugleistungssystems entsprechend einer zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
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5 ist
ein schematisches Diagramm, welches ein Verfahren zum Steuern eines
elektrischen Systems entsprechend der zweiten Ausführungsform zeigt.
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(Erste Ausführungsform)
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Bezugnehmend
auf 1 enthält
eine abgasbetriebene Generatoranordnung 1 einen elektrisch
betriebenen Turbolader 2 und eine rotierende Elektromaschine 3 oder
eine rotierende Wechselstrom-Elektromaschine, welche mit einer Drehwelle des
Turboladers 2 direkt verbunden sind.
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Der
Turbolader 2 kann durch die rotierende Elektromaschine 3 angetrieben
werden, um dadurch eine Verdichtung der Ansaugluft eines Motors 10 durchzuführen. Wenn
der Turbolader 2 nicht durch die rotierende Elektromaschine 3 angetrieben
wird, dreht sich dieser durch Aufnehmen von Abgasenergie des Motors 10.
Mit der Rotationskraft des Turboladers 2 führt die
rotierende Elektromaschine 3 die elektrische Leistungserzeugung
(abgasbetriebene Leistungserzeugung) durch.
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Ein
Umrichter 6 wandelt von einem Leistungsbus 7 bereitgestellte
Gleichstromleistung in Wechselstromleistung um, um dadurch elektrische Leistung
an die rotierende Elektromaschine 3 bereitzustellen. Zusätzlich richtet
der Gleichrichter 6 die durch die rotierende Elektromaschine 3 erzeugte Wechselstromleistung
gleich und stellt die gleichgerichtete Leistung dem Leistungsbus 7 bereit.
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Ein
Wechselstromgenerator 4 ist ein 3-Phasen Synchrongenerator
mit Erregerspulen, welcher die elektrische Leistungserzeugung durch
Verwendung von Antriebskräften
des Motors durchführt.
Der Generator 4 enthält
darin montierte Gleichrichter 4a. Eine Batterie 5 wird
durch z. B. von der elektrischen Rotationsmaschine 3 und
dem Generator 4 erzeugter Leistung geladen. Der Leistungsbus 7 ist
mit dem Generator 4, der Batterie 5, dem Umrichter 6 und
vielen anderen elektrischen Lasten (nicht gezeigt) verbunden, um
dadurch die Leistungsversorgung an z. B. die Batterie 5,
sowie elektrische Lasten zu ermöglichen.
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Eine
Leistungssteuervorrichtung 8 ist primär ein Mikrocomputer und weist
Funktionen verschiedener Abschnitte auf. Die Abschnitte sind ein
Generatorsteuerabschnitt zum Steuern eines Erregerstroms des Generators 4;
ein Motorsteuerabschnitt zum Steu ern der Ausgangsleistung des Motors 10;
ein Verbindungs/Trennungssteuerabschnitt zum Steuern der Verbindung/Trennung
eines Leistungsbus-Verbindungsabschnitts 9; ein Steuerabschnitt
einer abgasbetriebenen Leistungserzeugung zum Steuern der elektrischen
Rotationsmaschine 3 unter Verwendung des Umrichters 6;
und ein Befehlsabschnitt zum Ausgeben von Befehlen an die jeweiligen
Steuerabschnitte. Der Generatorsteuerabschnitt und der Steuerabschnitt
abgasbetriebener Leistungserzeugung steuern jeweils den Generator 4 in Übereinstimmung mit
einem Spannungsbefehl für
die Spannung des Leistungsbus 7 von dem Befehlsabschnitt.
Der Generatorsteuerabschnitt, der Motorsteuerabschnitt und der Steuerabschnitt
abgasbetriebener Leistungserzeugung können durch getrennte Steuervorrichtungen
implementiert sein.
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In
dem obigen System, daß zwei
Generatoren 3 und 4 enthält, wird der Generator 4 als
Master für
die Spannungssteuerung des Steuerbus 7 verwendet. Die Ausgangsleistung
des Motors 10 wird so gesteuert, daß die rotierende Elektromaschine 3 als abgasbetriebenen
Generator zur Leistungssteuerung verwendet wird. Eine Störung zwischen
den beiden Generatoren kann dadurch vermieden werden.
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Der
Leistungsbus-Verbindungsabschnitt 9 wird verwendet, um
die Verbindung zwischen dem Umrichter 6 und dem Leistungsbus 7 zu
trennen. Wenn die Steuerung der elektrischen Rotationsmaschine 3 deaktiviert
ist, trennt der Verbindungsabschnitt 9 die Verbindung zwischen
dem Umrichter 6 und dem Leistungsbus 7.
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Die
Steuerung der elektrischen Rotationsmaschine wird demzufolge deaktiviert.
Demzufolge wird die Verbindung zwischen der elektrischen Rotationsmaschine 3 und
dem Leistungsbus 7 getrennt, auch wenn die Leistungserzeugung
der elektrischen Rotationsmaschine 3 eine Übererzeugung
aufweist, was möglicherweise
zu einem anormalen Anstieg des Spannungsniveaus des Leistungsbusses 7 führt, sodass
ein solcher anormaler Spannungsanstieg verhindert werden kann.
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Wie
oben beschrieben verwendet das abgasbetriebene Generatorsystem dieser
Ausführungsform
im Gegensatz zu einem herkömmlichen Turbogenerator
nicht nur vollständig
ausgestoßene bzw.
nicht mehr genutzte Abgasenergie, sondern ebenfalls nicht ausgestoßene Abgasenergie,
mit anderen Worten Abgasenergie, welche, wenn diese verwendet wird,
den Kraftstoffverbrauch auf Grund von erhöhter Ansaugluftströmung noch
erhöht.
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Bei
dem Verwenden von nichtausgestoßener Abgasenergie
sollte die Aufmerksamkeit ebenfalls auf die Unterschiede wirtschaftlicher
Gesichtspunkte im Gegensatz zu anderen Leistungserzeugungsverfahren
wie z. B. dem eines Wechselstromgenerators gerichtet werden. Im
Falle des Erzeugens einer bestimmten Leistung wird die Abgasenergie
mit anderen Worten nicht notwendigerweise effektiv genutzt, wenn
der Kraftstoffverbrauch zur Leistungserzeugung durch Verwenden der
Abgasenergie höher
als der Kraftstoffverbrauch zur Leistungserzeugung durch Verwenden
von Antriebskräften
des Motors 10 ist.
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Deshalb
wird in der vorliegenden Ausführungsform
entsprechend Betriebsparametern des Motors 10, wie z. B.
der Motordrehzahl und dem Ausgangsdrehmoment des Motors eine Entscheidung
in Bezug auf eine durch eine zusätzliche
Menge von Kraftstoff durch die rotierende Elektromaschine 3, welche
als abgasbetriebener Generator dient, erzeugbare Leistung, welche
geringer als eine zusätzliche
Menge von Kraftstoff für
den Motor 10 ist, die zur Leistungserzeugung durch den
Generator 4 notwendig ist, getroffen. Die Ausgangsleistung
des Motors 10 wird anschließend entsprechend der erzeugbaren
Leistung gesteuert.
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Nachstehend
wird mit Bezug auf ein Ablaufdiagramm in der 2 ein Verfahren
zum Bestimmen des Betrags der Leistungserzeugung durch abgasbetriebene
Leistungserzeugung beschrieben. Das Bestimmungsverfahren wird durch
die Leistungssteuervorrichtung 8 ausgeführt.
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Bei
Schritt (S) 102 erfasst die Leistungssteuervorrichtung 8 einen
gegenwärtigen
Betriebsparameter des Motors (Motorbetriebsparameter). In der vorliegenden
Ausführungsform
kann, während
die Motordrehzahl Ne und das Ausgangsdrehmoment Tb des Motors als
Betriebsparamter des Motors verwendet werden, das Ausgangsdrehmoment
Te des Motors durch eine Ansaugluftmenge oder ein Zylinderdruck
des Motors ersetzt werden.
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Bei
S104 wird ein Leistungserzeugungs-Referenzbetrag Pgex-ref von vorgespeicherten
Kennfelddaten ausgelesen, welche ein Verhältnis zwischen einer abgasbetriebenen
Leistungserzeugung und Betriebsparamtern des Motors wie in 3 gezeigt,
definieren. In dieser Figur sind lediglich 100 W, 300 W und 500
W als Beispiele von Pgex-refangegeben. Diese Kennfelddaten bezüglich der
abgasbetriebenen bzw. für
die abgasbetriebene Leistungserzeugung werden in folgender Weise
bestimmt. Die erzeugbare Leistung, welche in Bezug auf die Leistung, d.
h. den Leistungserzeugungs-Referenzbetrag Pgex-refindikativ ist,
welcher durch die abgasbetriebene Leistungserzeugung durch die rotierende
Elektromaschine 3 erzeugbar ist, wobei die zusätzliche Kraftstoffmenge
geringer als die zusätzliche
Kraftstoffmenge für
den Motor 10 ist, welche für die Leistungserzeugung durch
den Generator 4 notwendig ist, wird vorläufig entsprechend
der Beziehung zwischen einer Motordrehzahl Ne und einem Ausgangsdrehmoment
Pe des Motors berechnet. Die Motordrehzahl Ne und das Ausgangsdrehmoment
Pe des Motors bestimmen dem jeweiligen Betriebsparameter des Motors,
welcher bezüglich
dem Betriebszustand des Motors 10 indikativ ist.
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Die
in 3 gezeigten Kennfelddaten der abgasbetriebenen
Leistungserzeugung sind dementsprechend eingestellt, sodass die
erzeugbare Leistung mit Zunahme der Motorausgangsleistung proportional
zunimmt. Da die Abgasenergie insbesondere mit Zunahme der Ausgangsleistung
des Motors zunimmt, erhöht
sich die für
die abgasbetriebene Leistungserzeugung verwendbare Energie. Wenn sich
die zur abgasbetriebenen Leistungserzeugung verwendbare Energie
als solche erhöht,
erhöht
sich die erzeugbare Leistung proportional. Es kann demzufolge bestimmt
werden, dass wenn die Ausgangsleistung des Motors höher wird,
die erzeugbare Leistung größer wird.
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Zusätzlich kann
die Leistungserzeugung auch ohne eine zusätzliche Kraftstoffmenge implementiert
werden, wenn der Gasdruck des Turboladers 2 größer oder
gleich einem vorbestimmten Wert ist und dadurch verursacht wird,
dass die Abgase durch das Überdruckventil
umgeleitet werden.
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Bei
S106 wird eine Busspannung VB des Leistungsbus 7 gemessen,
um die Leistungserzeugung des Generators 4 zu erfassen
und mit einem bestimmten oberen Grenzwert VB-max verglichen. Der
obere Grenzwert VB-max wird größer als
ein Spannungsregelwert des Generators 4 bestimmt.
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Wenn
die Busspannung VB geringer als der obere Grenzwert VB-max ist,
fährt das
Verfahren mit Schritt S108 fort. Wenn alternativ die Busspannung VB
nicht geringer als der obere Grenzwert VB-max ist, führt das
Verfahren mit Schritt S114 fort.
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Bei
S108 wird ein vorbestimmter Leistungsbetrag Δk (etwa mehrere Watt) zu einem
Kompensationsleistungsbetrag Pk hinzugefügt. Bei S110 wird bestimmt,
ob der Kompensationsleistungsbetrag Pk größer oder gleich Null ist. Wenn
Pk größer oder gleich
Null ist, wird der Kompensationsleistungsbetrag Pk bei Schritt S112
auf Null gesetzt. Wenn Pk kleiner als Null ist, fährt das
Verfahren mit Schritt S116 fort, während der existierende Wert
des Kompensationsleistungsbetrags Pk beibehalten wird. Bei S114
führt das
Verfahren andererseits die Substraktion des vorbestimmten Leistungsbetrags Δk von dem Kompensationsleistungsbetrag
Pk durch, da die Busspannung VB nicht geringer als der obere Grenzwert VB-max
ist und fährt
anschließend
mit S116 fort.
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Bei
S116 wird ein Befehl Pgex-com bezüglich der abgasbetriebenen
Leistungserzeugung entsprechend der folgenden Gleichung berechnet. Pgex-com = Pgex-ref + Pk
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Die
durch Verringern des Kompensationsleistungsbetrags Pk von den Leistungserzeugungs-Referenzbetrag
Pgex-ref erhaltene Leistung kann dementsprechend im Falle, wenn
die Busspannung VB nicht geringer als der obere Grenzwert VB-max
ist, auf den Befehl Pgex-com bezüglich
der abgasbetriebenen Leistungserzeugung gesetzt werden. Es kann
demzufolge verhindert werden, dass das Spannungsniveau des Leistungsbus 7 bei übermäßiger abgasbetriebener
Leistungserzeugung überhöht wird.
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Wie
oben beschrieben wird der Befehl Pgex-com bezüglich der abgasbetriebenen
Leistungserzeugung variable entsprechend der Spannung des Leistungsbusses 7 gesetzt,
wodurch die abgasbetriebene Leistungserzeugungssteuerung in Kooperation
mit der Spannungssteuerung des Generators 4 implementiert
werden kann. Bei S118 wird der bei S116 berechnete Befehl Pgex-com
bezüglich der
abgasbetriebenen Leistungserzeugung in einen Verlust Tg-loss des
Ausgangsdrehmoments des Motors umgewandelt, welches durch die abgasbetriebene
Leistungserzeugung verursacht wird.
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Bei
S120 wird ein Drehmomentkompensationsbefehl zum Kompensieren des
Verlusts Tg-loss des Ausgangsdrehmoments des Motors ausgegeben.
Der Drehmomentkompensationsbefehl wird in den Motorsteuerabschnitt
eingegeben. Der Motorsteuerabschnitt steuert in Reaktion durch Hinzufügen des
Verlusts Tg-loss des Ausgangsdrehmoments des Motors zu einem für den Motor 10 ausgegebenen Ausgangsdrehmomentbefehls.
Dies ermöglicht
ein Unterdrücken
von Variationen des Ausgangsdrehmoments des Motors, welche durch
die abgasbetriebene Leistungserzeugung verursacht werden.
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Auf
diese Weise wird in dem abgasbetriebenen Generatorsystem der vorliegenden
Ausführungsform
die Bestimmung bezüglich
der erzeugbaren Leistung Pgex-ref gemacht, welche durch die rotierende
Elektromaschine 3 mit der zusätzlichen Kraftstoffmenge, welche
geringer als die zusätzliche Kraftstoffmenge
für den
Motor 10 ist, welche für
die Leistungserzeugung durch den Generator 4 notwendig
ist, erzeugbar ist. Die Datenverarbeitung des Motors 10 wird
anschließend
entsprechend der erzeugbaren Leistung gesteuert. Somit werden die
für die Leistungserzeugung
notwendigen Kosten verringert, sodass die Leistungserzeugung durch
effektives Nutzen der Abgasenergie durchgeführt werden kann. Demzufolge
kann eine Kraftstoffkostenverbesserung implementiert werden.
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Während in
der vorliegenden Ausführungsform
die Motordrehzahl Ne und das Ausgangsdrehmoment Te des Motors als
Motorbetriebsparameter verwendet werden, können der durchschnittliche
effektive Kolbendruck des Motors 10, die Fahrzeuggeschwindigkeit,
des Antriebsdrehmoment, die Gangschaltposition (Verhältnis) oder
dergleichen als ein Ersatz des Ausgangsdrehmoments (Te) des Motors verwendet
werden.
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(zweite Ausführungsform)
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Ein
Fahrzeugleistungssystem, welches das Steuerverfahren des Leistungsversorgungssystems der
ersten Ausführungsform
nutzt, ist in 4 als eine zweite Ausführungsform
gezeigt. Das Fahrzeugleistungssystem der vorliegenden Ausführungsform
und das Leistungssteuerverfahren sind ähnlich denen eines Fahrzeugleistungssystems,
welches in der US 2004/0164616 A1 offenbart ist, deren Inhalt hierdurch
durch Bezug aufgenommen wird.
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In 4 ist
ein Motor 10 mit einem Wechselstromgenerator 4 durch
einen Riemen 107 verbunden. Der Generator 4 ist
mit einer Speicherbatterie 5 und Laststeuervorrichtungen 110a bis 110e durch
einen Leistungsbus 7 verbunden.
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Ähnlich wie
in der ersten Ausführungsform enthält eine
abgasbetriebene Generatoranordnung 1 einen Turbolader,
welcher sich durch Aufnahme von Abgasenergie des Motors 10 dreht,
sowie eine rotierende Elektromaschine, welche mit einer Drehwelle des
Turboladers direkt verbunden ist. Durch die rotierende Elektromaschine
erzeugte Wechselstromleistung wird durch einen Umrichter (nicht
gezeigt) gleichgerichtet, und die Leistung wird anschließend an
den Leistungsbus bereit gestellt.
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Die
Laststeuervorrichtung 110a führt die Leistungsversorgungssteuerung
für die
entsprechenden Lasten (L), d. h. die Lasten 111a1 bis 111a3 durch.
Die Laststeuervorrichtung 111b1 führt gleichermaßen die
Leistungsversorgungssteuerung für die
entsprechenden Lasten 111b1 bis 111b3 durch und
die Laststeuervorrichtung 110e führt die Leistungsversorgungssteuerung
für die
Lasten 111e1 bis 111e3 durch.
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Eine
Motorsteuervorrichtung 104 dient dem Steuern des Motors 10 und
ist mit einer Leistungssteuervorrichtung 8 verbunden. Die
Motorsteuervorrichtung 104 sendet verschiedene Arten von
Informationen, wie z. B. durch Sensoren (nicht gezeigt), welche
verschiedene Zustände
des Motors 10 erfassen, erfasste Motordrehzahlen an die
Leistungssteuervorrichtung 8. Zusätzlich führt die Motorsteuervorrichtung 104 Erhöhungs- und
Senkungseinstellungen der Ausgangsleistung des Motors 10 in
Reaktion auf verschiedene von der Leistungssteuervorrichtung 8 empfangene
Befehle durch.
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Die
Leistungssteuervorrichtung 8 überwacht die Zustände des
Generators 4, der Batterie 5, der abgasbetriebenen
Generatorandordnung 1 und des Leistungsbusses 7.
Die Leistungssteuervorrichtung 8 steuert anschließend z.
B. den Generator 4 und die abgasbetriebene Generatoranordnung 1 durch
eine Generatorsteuervorrichtung 112. Die Generatorsteuervorrichtung 112 ist
vorgesehen, z. B. den Generator 4 und die abgasbetriebene
Generatoranordnung 1 zu steuern. Die Leistungssteuervorrichtung 8 ist
mit der Generatorsteuervorrichtung 112 verbunden. Die Leistungserzeugung
des Generators 4 und der abgasbetriebenen Generatoranordnung 1 wird
entsprechend jeweiliger von der Leistungssteuervorrichtung 8 empfangenen
Befehle gesteuert.
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Die
Generatorsteuervorrichtung 112 sendet generatorbezogene
Informationen, wie z. B. die gegenwärtige Leistungserzeugung des
Generators 4 und die Drehzahl des Generators 4 an
die Leistungssteuervorrichtung 8. Die Leistungssteuervorrichtung 8 ist
mit einem Batteriestromsensor 107, einem Laststromsensor 109,
einem Batterietemperatursensor 113 und einem Batteriespannungssensor
(nicht gezeigt) verbunden, wodurch diese die Information des Batterieeingangs-/Ausgangsstroms,
Laststroms, Batterietemperatur, sowie Batteriespannung empfängt.
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Eine
abgasbetriebene Leistungserzeugungssteuervorrichtung 121 steuert
die abgasbetriebene Generatoranordnung 1, und ist mit der
Leistungssteuervorrichtung 8 verbunden.
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Die
Leistungssteuervorrichtung 8 ist durch Multiplexsignalkommunikationsleitungen 106 mit
den Laststeuervorrichtungen 110a bis 110e verbunden und
kommuniziert durch Multikommunikation mit den Laststeuervorrichtungen 110a bis 110e bidirektional Informationen.
Die Generatorsteuervorrichtung 112 empfängt von einer Fahrzeugsteuervorrichtung
(nicht gezeigt) Fahrzeugbremsinformationen, um dadurch die Leistungserzeugung
durch den Generator 4 auf einen Wert zu steuern, welcher
einem Abbremsen des Fahrzeugs entspricht, das entsprechend den Fahrzeugbremsinformationen
erkannt wird. Die Generatorsteuervorrichtung 112 verursacht
als solche, das der Feldstrom in dem Generator 4 ansteigt,
um ein regeneratives Bremsen durchzuführen, um dadurch eine notwendige
Bremskraft (Betrag der regenerativen Bremskraft) zu erzeugen.
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Die
Fahrzeugsteuervorrichtung berechnet die Bremskraft entsprechend
der Betätigung
einer Bremsvorrichtung, wie z. B. einem Bremspedal-Positionssensor
(nicht gezeigt). Die Fahrzeugsteuervorrichtung gibt dadurch einen
Befehl an einen Steuerabschnitt eines hydraulischen Bremssystems
(nicht gezeigt) aus, um eine Bremskraft durch die Substraktion der
regenerativen Bremskraft von der Fahrzeugbremskraft zu erzeugen.
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Die
Generatorsteuervorrichtung 112 bestimmt die Erhöhung der
Leistungserzeugung, welche durch das regenerative Bremsen erzeugt
wird, innerhalb eines Bereichs einer von dem Generator 4 maximal.
erzeugbaren Leistung, und setzt die Erhöhung innerhalb eines Bereichs
eines maximal ladbaren Leistungswerts (maximale Ladeleistung) der
Batterie 5 fest. Auf diese Weise steuert die Generatorsteuervorrichtung 112 die
Lei stungserzeugung des Generators 4, Ladung und Entladung
der Batterie 5, sowie den Leistungsverbrauch der jeweiligen
Lasten.
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(Leistungssteuerung)
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Im
folgenden wird die Leistungssteuerung des elektrischen Systems,
welche durch die Leistungssteuervorrichtung 8 durchgeführt werden
soll mit Bezug auf 5 beschrieben. Die Leistungssteuerung
enthält
(1) eine Leistungserzeugungssteuerung und (2) eine Leistungsverbrauchssteuerung.
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(1) Leistungserzeugungssteuerung
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Die
Leistungserzeugungssteuerung wird einschließlich der Bestimmung einer
tatsächlichen
Leistungsquelle von einer Mehrzahl von Leistungsversorgungsquellen,
der Bestimmung (Zuordnung) der Erzeugungsleistung der Leistungsversorgungsquelle und
das Ausgeben eines Befehls an die Leistungsversorgungsquelle zum
Versorgen der Leistung betrieben.
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Die
Leistungsversorgungsquellen können
z. B. den Motor 10, ein regeneratives Bremssystem, die Batterie,
andere elektrische Systeme (nicht gezeigt) und die abgasbetriebene
Generatoranordnung 1 enthalten. Das regenerative Bremssystem,
welches als ein Versorgungsziel der Leistungsenergie wirkt, ist während dem
generatorsichen Bremsen aus dem Generator 4 und der Generatorsteuervorrichtung 112,
welche den Generator 4 steuert, aufgebaut bzw. konfiguriert.
Die Kosten pro Leistungseinheit werden als Leistungskosten bezeichnet.
Diese Leistungskosten können
als DENPI (design of electric network with power index: g/Wh) definiert
werden.
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Der
Motor 10 als eine Leistungsversorgungsquelle stellt an
die Leistungsleitung 108 durch den motorbetriebenen Generator 4 Leistung
bereit. Die Leistungskosten des Motors 10, d. h. die Kosten
der durch den Motor erzeugten Leistung werden durch eine Leistungserzeugung
in Bezug auf die Erhöhungsmenge
der Kraftstofferhöhung
für die
Leistungserzeugung berechnet.
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Das
regenerative Bremssystem als eine Leistungsquelle ist mit dem Leistungsbus 7 durch den
Generator 4, welcher ein Teil des regenerativen Bremssystems
ist, verbunden. Die Kosten regenerativer Leistung (regenerative
Leistungskosten) durch das regenerative Bremssystem werden aus Gründen der
Vereinfachung in dieser Ausführungsform
als Null berechnet, wobei Faktoren wie z. B. Batterieverbrauch vernachlässigt werden.
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Die
andere Leistungsquelle als eine Versorgungsquelle bezieht sich auf
ein elektrisches System, wie z. B. eine Fahrzeugbatterie, abgesehen
von dem in 4 gezeigten elektrischen System.
Ein Beispiel ist ein kommerzielles Leistungsversorgungssystem eines
elektrischen Fahrzeugs, dessen System zum Aufladen verbunden ist,
während
das Fahrzeug parkt. Ein Hybridfahrzeug weist gewöhnlicherweise z. B. eine Hochspannungsbatterie
und eine Niederspannungsbatterie auf. Wenn die Leistungsversorgung
in einem elektrischen System des in 4 gezeigten
Typs, in welchem die Hochspannungsbatterie verbunden ist, unzureichend
wird, kann Leistung alternativ von dem Niederspannungsbatteriesystem
durch einen Gleichstrom-Gleichstromwandler (nicht gezeigt) bereit
gestellt werden. Die Leistungskosten der anderen Leistungsquelle können durch
die Multiplikation der Kosten des Aufladens der Niederspannungsbatterie
durch z. B. die Ladungs- und Entladungseffizienz oder den Gleichspannungs-Gleichspannungswandler
erhalten werden.
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Die
Quelle der abgasbetriebenen Leistungserzeugung als eine Versorgungsquelle
stellt die Leistung an den Leistungsbus 7 durch die abgasbetriebene
Generatoranordnung 1 bereit. Die Kosten der Leistung, welche
durch Nutzen der Abgasenergie des Motors (abgasbetriebene Leistungserzeugungskosten)
erzeugt wird, entspricht der Erhöhungsmenge
des Kraftstoffs, welche zur Leistungserzeugung einer Leistungseinheit
notwendig ist. Die Leistungskosten der abgasbetriebenen Leistungserzeugung sind
geringer bei höherer
Ausgangsleistung des Motors. Im Falle, wenn die Ausgangsleistung
des Motors größer oder
gleich dem vorbestimmten Niveau ist, kann die an dem Überdruckventil
des Turboladers ausgestoßene
Abgasenergie zu Leistungskosten von Null umgewandelt werden.
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Die
Batterie 5 wird mit von dem Motor 10 bereit gestellter
Leistung durch den Generator 4 und mit der Leistung des
regenerativen Bremssystems, der Leistung der abgasbetriebenen Generatoranordnung 1 oder
der von einer externen Leistungsquelle durch die Leistungsleitungen 108 bereit
gestellten (geladenen) Leistung geladen.
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Die
Batterieleistungskosten, d. h. die Kosten der durch die Batterie 5 bereit
gestellten Leistung ist somit von dem Zuordnungsverhältnissen
der Energiekosten des Motors, den Kosten von erworbener Energie,
den Kosten von regenerativer Energie und den abgasbetriebenen Leistungserzeugungskosten zeitabhängig. Die
vorliegende Ausführungsform
verwendet als solche einen gleitenden Mittelwert der Ladekosten,
welcher in Abhängigkeit
des Lade- und Entladeablaufs der Batterie 5 flukturiert,
um mit höchstmöglicher
Genauigkeit eine Wiedergabe der Kosten der geladenen Leistungsenergie
zu erhalten.
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(2) Leistungsverbrauchssteuerung
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Die
Leistungsverbrauchssteuerung enthält die Bestimmung eines tatsächlichen
Versorgungsziels, an welches eine Leistung (Leistungsverbrauch) von
einer Mehrzahl von Versorgungszielen (Verbrauchsenden), welcher
einen Leistungsverbrauch ausführen
(Akkumulation), Bestimmung (Zuordnung) der Leistung der Versorgungsquelle
und Ausgeben eines Befehls an das Versorgungsziel zum Versorgen
der Leistung, bereit gestellt werden soll.
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Die
Leistungssteuervorrichtung 8 führt entsprechend einer Gesamtleistungsanfrage
des Systems, welche ein Betrag einer Ladungsleistungsanfrage für die Batterie 5 ist,
sowie einer Lastleistungsanfrage für eine jeweilige Last 111a1 bis 111e3,
und einer erzeugbaren Gesamtleistung, welche eine gegenwärtig erzeugbare
Leistung in dem Sy stem ist, durch. Wenn die erzeugbare Gesamtleistung
größer oder
gleich der Gesamtanfrageleistung ist, erzeugt die Leistungssteuervorrichtung 8 die
Gesamtanfrageleistung. Wenn die erzeugbare Gesamtleistung geringer
als die Gesamtanfrageleistung ist, erzeugt die Leistungssteuervorrichtung 8 die
erzeugbare Gesamtleistung entsprechend der Gesamtanfrageleistung,
oder verringert die Gesamtanfrageleistung auf einen Maximalwert
der erzeugbaren Gesamtleistung.
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Die
obige Leistungssteuerung wird insbesondere entsprechend z. B. einem
Leistungsversorgungsbefehl oder Verbrauchsbefehl, welcher durch einen
Zuordnungsbefehlsabschnitt 200 der Leistungssteuervorrichtung 8 ausgegeben
wird. In Reaktion auf eine Leistungsanfrage für eine jeweilige elektrische
Last 111a1 bis 111e3 und eine Leistungsanfrage
(Verbrauchsleistung) in Bezug auf eine Ladungsleistung der Batterie 5,
gibt der Zuordnungsbefehlsabschnitt 200 jeweilige Leistungsversorgungsbefehle
zur Leistungsversorgung von den jeweiligen Leistungsversorgungszielen,
nämlich
dem Versorgungszielen der Leistungserzeugung des Motors, der regenerativen
Leistungserzeugung, der Batterieentladung, einer anderen Leistungsquelle
und der abgasbetriebenen Leistungserzeugung aus.
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Der
Zuordnungsbefehlsabschnitt 200 speichert Informationen
bereitstellbarer Leistungen und ihrer Leistungskosten. Für die Leistungserzeugung des
Motors gibt es insbesondere gespeicherte maximal bereitstellbare
Leistungen bei gegenwärtigen Motordrehzahlen,
Kraftstoffkosten zum Erzeugen der entsprechenden maximal bereitstellbaren
Leistungsbeträgen,
empfohlene Leistungsversorgungen, sowie Kraftstoffkosten für das Erzeugen
der entsprechenden empfohlenen Leistungsbeträge. Diese können basierend auf verschiedenen
Beschränkungen, dass
z. B. die Leistungserzeugung durch den Generator 4 während der
Beschleunigung des Motors 10 beschränkt werden sollte, bestimmt
werden.
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Für die regenerative
Leistungserzeugung gibt es gespeicherte Leistungserzeugungsbeträge (= Null),
welche Befehlen des regenerativen Bremssystems entsprechen. Für die Batterieentladung
gibt es gespeicherte entladbare Leistungsbeträge (welche in Abhängigkeit
von z. B. der Temperatur, der Restkapazität, oder des Verschlechterungszustands
variabel sind) der Batterie 5 und der durchschnittlichen Leistungskosten
entsprechend vergangener Ladeabläufe
der Batterie 5. Für
die Leistungsversorgung durch die andere Leistungsquelle gibt es
gespeicherte durch die andere Leistungsquelle bereitstellbare Leistungsbeträge und ihre
Leistungskosten.
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Für die abgasbetriebene
Leistungserzeugung werden jeweilige erzeugbare Leistungen, welche
durch abgasbetriebene Leistungserzeugung erzeugbar sind, welche
entsprechend gegenwärtigen Betriebsparametern
des Motors (Motordrehzahlen und Ausgangsdrehmoment des Motors) auf
erzeugbare Leistungsbeträge
gesetzt, und der Zuordnungsbefehlsabschnitt 200 speichert
jeweilige Kraftstofferhöhungsmengen,
welche notwendig sind, dass der Motor 10 die entsprechenden
erzeugbaren Leistungen erzeugt.
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Im
Falle des Erzeugens der jeweiligen erzeugbaren Leistungen durch
abgasbetriebene Leistungserzeugung, gibt die Erhöhung der Kraftstoffmenge die
zu erhöhende
Kraftstoffmenge an, um ein Ausgangsdrehmoment des Motors zu erhalten,
welches im Wesentlichen gleich ist als im Falle, wenn keine Leistungserzeugung
durchgeführt
wird. Die vorliegende Ausführungsform
kann Kennfelddaten (nicht gezeigt) oder Modelle verwenden, welche
jeweilige Beziehungen zwischen bereitstellbaren Leistungen und Kraftstoffmengenerhöhungen angeben, um
dadurch die Kraftstoffmengenerhöhung
zu erhalten oder berechnen. Somit kann eine Steuerung des Motors
implementiert werden, welche zur abgasbetriebenen Leistungserzeugung
synchron ist, wodurch ermöglicht
wird, dass Schwankungen des Ausgangsdrehmoments des Motors beschränkt werden.
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Der
Zuordnungsbefehlsabschnitt 200 erkennt die durch die elektrische
Last angefragte Leistung (durch die Last angefragte Leistung) zuverlässig und
bestimmt einen Befehlswert der Lastleistung, um an die Last bereit
gestellt zu werden. Anschließend wird
eine Versorgungsleistung, welche mit dem bestimmten Lastleistungsbefehlswert übereinstimmt der
jeweiligen Versorgungsquelle zugeordnet. Bei der Zuordnung wird der
Versorgungsquelle eine höhere
Priorität
gegeben, da ihre Leistungskosten geringer sind. In der jeweiligen
Versorgungsquelle wird Leistung zu geringeren Leistungskosten mit
Priorität verwendet,
da die Leistungserzeugung entsprechend einem Zuordnungsbefehl mit
einer solchen Priorität durchgeführt wird,
wodurch demzufolge eine Verringerung der Leistungskosten implementiert
wird.
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Die
vorliegende Erfindung sollte nicht auf die obigen Ausführungsformen
begrenzt werden, sondern kann auf viele verschiedene Arten implementiert werden.