DE102006041079B4 - Verfahren und System zur Verwaltung der Stromverteilung in auf Schaltern basierenden Schaltkreisen - Google Patents

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Abstract

System zur Verwaltung der Stromverteilung in einem elektrischen Hybridantrieb, der eine Anzahl von Schaltern zur Steuerung des Energieflusses zwischen ersten und zweiten Energiespeicherungs-Vorrichtungen (30, 32), einer Stromquelle (28) und einer Last (34) zum Antrieb eines Fahrzeugs enthält, wobei das System folgendes umfasst:
eine ausreichende Anzahl von Schaltern (12, 14, 16, 18, 20, 22), die jeder der Energiespeicherungs-Vorrichtungen (30, 32) zugeordnet ist, um den Energiefluss zwischen den Energiespeicherungs-Vorrichtungen (30, 32), der Stromquelle (28) und der Last (34) getrennt zu verwalten;
einen Spannungserhöher (40, 42, 44, 46, 48, 50), der jedem Schalter (12, 14, 16, 18, 20, 22) zugeordnet und zur Ausgabe einer Spannung (VEout) zur Aktivierung des zugehörigen Schalters (12, 14, 16, 18, 20, 22) konfiguriert ist; und
eine Steuerung zur Steuerung des einzelnen Energieflusses zwischen den Energiespeicherungs-Vorrichtungen (30, 32), der Stromquelle (28) und der Last (34) durch Steuerung der Aktivierung der Spannungserhöher (40, 42, 44, 46,...

Description

  • 1. Feld der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zur Verwaltung der Stromverteilung in einem Hybridantrieb mit auf Schaltern basierenden Schaltkreisen.
  • 2. Hintergrund der Erfindung
  • Innerhalb von Hybridantrieben werden hinsichtlich der Zuschaltung von Kondensatoren oder Batterien im Stand der Technik Schalter verwendet, wobei es sich dabei zumeist um Leistungselektronikbauteile handelt. So offenbart die WO 02/15363 A2 , dass Energiespeichereinheiten mittels je einer Leistungselektronik und eines Transformators, die zusammen einen AC/DC-Wandler bilden, parallel an einen Wechselspannungs-Leistungskreis angeschlossen werden. Die Leistungselektronik wird dabei so gesteuert, dass die Gleichspannung der Speichereinheiten in eine rechteckförmige Wechselspannung umgeformt wird. Der Wechselspannungsleistungskreis ist über einen Wandler an einen Hauptgleichstromkreis angebunden, an den weiterhin noch eine Wechselstromquelle, induktive Abnehmer und ein Motor über AC/DC-Wandler angebunden sind.
  • Die DE 101 32 655 A1 offenbart ein Verbrennungsmotorabschaltsystem für ein elektrisches Hybridfahrzeug. Das Hybridfahrzeug weist einen mit einem Elektromotorsystem verbundenen Strominverter auf, der mit einem Ultrakondensator und über Gleichstromwandler mit einer 36 Volt und 32 Volt Batterie verbunden ist. Der Elektromotor wird verwendet, um positive und negative Traktionskraft zu erzeugen.
  • Die JP 10-309002 A offenbart ein Energieregenerierungssystem für ein Hybridfahrzeug, wobei ein erster und ein zweiter Schalter vorgesehen sind, die jeweils eine Verbindung zwischen dem Motor und einer Batterie bzw. dem Motor und einem Kondensator herstellen können.
  • Die Systeme im Stand der Technik weisen den Nachteil auf, dass nur eine sehr eingeschränkte Verteilung von Energie im System möglich ist, wodurch nicht in jedem Betriebszustand eine optimale Verwertung, Speicherung oder Regenerierung von Energie erreicht werden kann.
  • Insbesondere für sicherheitsrelevante Systeme wie X-by-wire Systeme werden ebenfalls Schalter verwendet, um zwischen redundanten Versorgungsnetzen und redundanten Verbrauchern umzuschalten. Beispiele hierfür finden sich in der DE 103 48 162 B3 , DE 100 20 304 A1 , DE 103 24 250 A1 und DE 196 51 612 A1 .
  • Ein bei Hybridantrieben auftretendes Problem betrifft die richtige Ansteuerung dieser Schalter zur Unterstützung der gewünschten Funktionen und Aktivierungen. Bezüglich Transistoren zum Beispiel, muss eine Gate-Source-Spannung (Vgs) größer als eine Schwellspannung (Vt) des Transistors sein, um den Transistor (Schalter) richtig zu aktivieren.
  • Entsprechend ist es erforderlich, die Gate-Source-Spannung zu steuern oder auf andere Art zu regeln.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein System bereitzustellen, in dem durch eine optimal regelbare Energieverteilung zwischen den einzelnen Komponenten des Hybridantriebs ein geringer Energieverbrauch ermöglicht wird.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Verwaltung der Stromverteilung in einem elektrischen Hybridantrieb, das eine Anzahl von Schaltern aufweist, um den Energiefluss zwischen einer Lichtmaschine, einem Ultrakondensator, der Batterie und einem Elektromotor zum Antrieb eines Fahrzeugs zu steuern. Das System kann eine ausreichende Anzahl von Schaltern enthalten, die jedem der Ultrakondensatoren und der Batterie zugeordnet sind, um die zwischen der Lichtmaschine und dem Motor, zwischen Lichtmaschine und Ultrakondensator, Lichtmaschine und Batterie, Ultrakondensator und Batterie, Ultrakondensator und Motor, Batterie und Ultrakondensator und Batterie und Motor fließende Energie getrennt zu verwalten. Das System kann weiterhin einen Spannungserhöher enthalten, der jedem Schalter zugeordnet und konfiguriert ist, eine Spannung (VEout) auszugeben, um den zugeordneten Schalter und eine Steuerung zu aktivieren, um den getrennten Energiefluss zwischen Lichtmaschine, Ultrakondensator, Batterie und Elektromotor zu steuern, indem die Aktivierung der Spannungserhöher und dadurch die zugeordneten Schalter gesteuert werden.
  • Das System kann weiterhin die Spannungserhöher enthalten, die so konfiguriert sind, die Spannung (VEout) als Funktion einer eingegebenen Referenzspannung (Vref) auszugeben, die um eine feste Spannungserhöher-Spannung (VEfixed) erhöht wird. Wahlweise ist die feste Spannung (VEfixed) mit einer Aktivierungs-Schwellspannung (Vt) der Schalter und/oder mit einer Spannung des zugeordneten Ultrakondensators (Vcap) oder der Batterie (Vbat) verbunden. Das System kann weiterhin umfassen, dass die Schalter Transistoren sind und die feste Spannung (VEfixed) einer gewünschten Gate-Source-Spannung (Vgs) der Transistoren entspricht, die mit deren Aktivierung verbunden ist, so dass die feste Spannung (VEfixed) gleich der gewünschten Gate-Source-Spannung (Vgs) ist, wenn die angelegte Referenzspannung (Vref) gleich einer Quellspannung (Vs) des zugeordneten Transistors ist.
  • Das System kann es weiterhin umfassen, dass drei Schalter jedem der Ultrakondensatoren und jeder Batterie zugeordnet sind, um den getrennten Energiefluss zwischen Lichtmaschine, Ultrakondensator, Batterie und Elektromotor zu steuern. Wahlweise können die drei Spannungserhöher, die den Schaltern des Ultrakondensators zugeordnet sind, konfiguriert werden, den zugeordneten Schalter als Funktion einer festen Spannungserhöhung auf eine mit dem Ultrakondensator verbundene Referenzspannung zu aktivieren, und die drei mit den Schaltern der Batterie verbundenen Spannungserhöher können konfiguriert werden, den zugehörigen Schalter als Funktion einer festen Spannungserhöhung auf eine mit der Batterie verbundene Referenzspannung zu aktivieren.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein System zur Verwaltung der Stromverteilung in einem Hybridantrieb, der eine Anzahl von Schaltern aufweist, um den Energiefluss zwischen ersten und zweiten Energiespeicherungs-Vorrichtungen, einer Stromquelle und einer Last zum Antrieb eines Fahrzeugs zu steuern. Das System kann eine ausreichende Zahl von Schaltern enthalten, die jeder der Energiespeicherungs-Vorrichtungen zugeordnet sind, um den Energiefluss zwischen den Energiespeicherungs-Vorrichtungen, den Stromquellen und der Last zu verwalten. Das System kann weiterhin einen Spannungserhöher enthalten, der jedem Schalter zugeordnet und konfiguriert ist, eine Spannung (VEout) auszugeben, um den zugeordneten Schalter und eine Steuerung zu aktivieren, um den Energiefluss zwischen den Energiespeicherungs-Vorrichtungen, der Stromquelle und der Last zu steuern, indem die Aktivierung der Spannungserhöher und dadurch der zugeordneten Schalter gesteuert wird.
  • Ein nicht einschränkender Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwaltung der Stromverteilung in einem elektrischen Hybridantrieb, das eine Anzahl von Schaltern zur Steuerung des Energieflusses zwischen Lichtmaschine, Ultrakondensator, Batterie und Elektromotor zum Antrieb eines Fahrzeugs aufweist. Das Verfahren kann eine ausreichende Anzahl von Schaltern bei jedem der Ultrakondensatoren und Batterien enthalten, um die zwischen der Lichtmaschine und dem Motor, zwischen Lichtmaschine und Ultrakondensator, Lichtmaschine und Batterie, Ultrakondensator und Batterie, Ultrakondensator und Motor, Batterie und Ultrakondensator und Batterie und Motor fließende Energie getrennt zu verwalten. Das Verfahren kann es weiterhin umfassen, jedem Schalter einen Spannungserhöher zuzuordnen und zu konfigurieren, eine Spannung (VEout) auszugeben, um den zugeordneten Schalter zu aktivieren und den getrennten Energiefluss zwischen Lichtmaschine, Ultrakondensator, Batterie und Elektromotor zu steuern, indem die Aktivierung der Spannungserhöher und dadurch die zugeordneten Schalter gesteuert werden.
  • Das Verfahren kann es weiterhin umfassen, die Spannung (VEout) als Funktion einer eingegebenen Referenzspannung (Vref) auszugeben, die um eine feste Spannungserhöher-Spannung (VEfixed) erhöht wird. Wenn die Schalter Transistoren sind, kann das Verfahren es umfassen, die feste Spannung (VEfixed) so festzulegen, dass sie einer gewünschten Gate-Source-Spannung (Vgs) der Transistoren entspricht, die mit deren Aktivierung verbunden ist, so dass die feste Spannung (VEfixed) gleich der gewünschten Gate- Source-Spannung (Vgs) ist, wenn die angelegte Referenzspannung (Vref) gleich einer Quellspannung (Vs) des zugeordneten Transistors ist.
  • Die obigen Eigenschaften und Vorteile werden zusammen mit anderen Eigenschaften und Vorteilen der vorliegenden Erfindung aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich.
  • Überschrift
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird genau in den beigefügten Ansprüchen aufgezeigt. Weitere Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden jedoch deutlicher, und die vorliegende Erfindung wird am besten verstanden, wenn auf die folgende detaillierte Beschreibung in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines auf Schaltern basierenden Schaltkreises entsprechend einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung ist;
  • 2 ein Ersatzschaltbild für die Steuerung des Energieflusses zwischen einer Lichtmaschine und einem Motor entsprechend einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 3 ein Ersatzschaltbild für die Steuerung des Energieflusses von einer Batterie zu einem Ultrakondensator entsprechend einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 4 ein Ersatzschaltbild für die Steuerung des Energieflusses entweder zwischen der Lichtmaschine und dem Ultrakondensator und/oder dem Ultrakondensator und dem Motor entsprechend einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 5 ein Ersatzschaltbild für die Steuerung des Energieflusses zwischen der Lichtmaschine und der Batterie und/oder der Batterie und dem Motor entsprechend einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt; und
  • 6 ein Ersatzschaltbild 68 für die Steuerung des Energieflusses vom Ultrakondensator 30 zur Batterie 32 entsprechend einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Überschrift
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNG(EN)
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines auf Schaltern basierenden Schaltkreises 10 entsprechend einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung. Der Schaltkreis 10 kann mit einer beliebigen Anzahl von Anwendungen eines Hybridantriebes verbunden sein, die eine Anzahl von Schaltern 12–22 zur Verwaltung des Energieflusses enthalten. Als Beispiel und ohne Absicht, den Umfang und die Betrachtungen der vorliegenden Erfindung einzuschränken, wird 1 bezüglich einer Anwendung in einem elektrischen Hybrid-Fahrzeug beschrieben.
  • Der Schaltkreis 10 kann konfiguriert sein, den Energiefluss zwischen einer Lichtmaschine 28, einem Ultrakondensator 30, einer Batterie 32 und einem Elektromotor oder einer anderen Last 34 zu unterstützen. Die Lichtmaschine 28 kann mit einem Generator (nicht gezeigt) verbunden sein oder einer anderen Einrichtung, die mit einer Maschine (nicht gezeigt) verbunden ist, die konfiguriert ist, elektrische Energie zu erzeugen, so dass die Lichtmaschine 28 als Stromquelle betrachtet werden kann. Der Elektromotor 34 kann jede geeignete elektrisch angetriebene Vorrichtung oder andere Last sein, die Fähigkeiten zum Antrieb eines Fahrzeugs hat. Die Last 34 kann auch mit anderen Strom verbrauchenden Einrichtungen im Fahrzeug verbunden sein, wie z. B. Instrumenten, Klimaanlage, Elektronik und andere Fahrzeug-Lasten.
  • Der Ultrakondensator 30 und die Batterie 32 können passive Energiespeicher-Vorrichtungen sein, die konfiguriert sind, elektrische Energie passiv zu speichern und abzugeben. Im Gegensatz dazu können der elektrische Verbrauch und die Abgabe der Lichtmaschine 28 und der Last 34 durch eine Fahrzeug-System-Steuerung oder eine andere Steuerung (nicht gezeigt) gesteuert werden. Die Steuerung kann konfiguriert sein, die Aktivierung der Schalter 12–22 zu steuern und dadurch die Speicherung und Abgabe von Energie aus jedem der Ultrakondensatoren 30 und der Batterie 32 zu steuern.
  • Der Ultrakondensator 30 kann jeder geeignete Kondensator sein, der Eigenschaften hat, die ausreichen, elektrische Energie zu speichern und an den Elektromotor 34 abzugeben. Auf die gleiche Weise kann die Batterie 32 jede geeignete Batterie sein, die Eigenschaften hat, die ausreichen, elektrische Energie zu speichern und an den Elektromotor 334 abzugeben. Die Kombination von Ultrakondensator 30 und Batterie 32 wird allgemein in elektrischen Hybridfahrzeugen verwendet, da der Ultrakondensator 30 typischerweise für schnelles Entladen und Laden geeignet ist, und die Batterie 32 typischerweise für die erweiterte Speicherung von Energie und für eine Anzahl anderer Gründe geeignet ist.
  • Die Schalter 12–22 können jeder elektrische steuerbare Schalter 12–22 sein. Als Beispiel werden die Schalter 12–22 als Transistoren dargestellt und mit einem aus einer Anzahl von Spannungserhöhern 40–50 verbunden. Die Transistoren 12–22 können elektrisch aktiviert werden, um den Stromfluss von einem Drain zur Source zu erlauben, wenn eine ausreichende Spannungsdifferenz zwischen Gate und Source (Vgs) auftritt. Die Spannungserhöher 40–50 geben eine Spannung (VEout) an das Gate jedes Transistors 12–22 aus, so dass die Gate-Spannung jedes Transistors der ausgegebenen Spannung (VEout) des zugehörigen Spannungserhöhers 40–50 entspricht.
  • Die Spannungserhöher 40–50 enthalten einen Eingang zum Empfang einer Referenzspannung (Vref). Die Spannungserhöher 40–50 sind konfiguriert, die angelegte Referenzspannung (Vref) so zu erhöhen, dass die ausgegebene Spannung (VEout) der angelegten Referenzspannung (Vref) plus einer Spannungserhöhung (VEboost) entspricht. Die Spannungserhöher 40–50 können jeden geeigneten integrierten Schaltkreis oder jede andere Vorrichtung enthalten, die in der Lage ist, die angelegte Referenzspannung (Vref) zu erhöhen.
  • Die Spannungserhöhung der Spannungserhöher 40–50 kann einer Schwellspannung (Vt) der Transistoren 12–22 entsprechen. Die Schwellspannung (Vt) entspricht der zur Aktivierung der entsprechenden Transistoren 12–22 mindestens erforderlichen Spannungsdifferenz zwischen Gate und Source (Vgs). Die Spannungserhöhung (VEboost) kann so gewählt werden, dass sie der Schwellspannung (Vt) entspricht, so dass die ausgegebene Spannung (VEout) der Referenzspannung (Vref) plus der Schwellspannung (Vt) entspricht.
  • Die Referenzspannung (Vref) kann mit Source-Spannungen (Vs) der Transistoren 12–22 verbunden sein, so dass die ausgegebene Spannung (VEout) gleich der Source-Spannung (Vs) plus der Schwellspannung (Vt) ist. Dieser Zusammenhang garantiert, dass die Gate-Spannung (Vg) jedes Transistors 12–22 bezogen auf die entsprechende Source-Spannung (Vs) um die Spannungserhöhung (VEboost) erhöht ist, die mindestens gleich der Schwellspannung (Vt) ist. Folglich ist die Gate-Spannung (Vg) immer größer als die Source-Spannung (Vs), so dass die Gate-Source-Spannung (Vgs) größer als die Schwellspannung (Vt) ist und ausreicht, den Energiefluss von Drain zu Source zu unterstützen, wenn er aktiviert wird.
  • Durch die Verbindung der angelegten Referenzspannung (Vref) mit den Source-Spannungen (Vs) der zugeordneten Transistoren 12–22 wird der Einfluss von Spannungsänderungen im Ultrakondensator 30 und in der Batterie 32 begrenzt, so dass die Funktionsfähigkeit des Schaltkreises 10 nicht unterbrochen wird. Detaillierter ausgedrückt, kann in manchen Fällen die Spannung eines Ultrakondensators (Vcap) sich zwischen 3 V und 14 V ändern. Weil die Referenzspannung des Transistors 12–22 mit der Source-Spannung (Vs) verbunden ist, ist die Gate-Spannung des Transistors 12–22 immer gleich der Kondensatorspannung (Vcap) plus der Spannungserhöhung (VEboost), wodurch eine richtige Gate-Source-Spannung (Vgs) zur Aktivierung des Transistors 12–22 sichergestellt wird.
  • Die Steuerung kann konfiguriert sein, die Aktivierung jedes der Schalter (Transistoren) 12–22 zu steuern, um die Stromverteilung in dem Schaltkreis zu verwalten. Die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung, jeden der Schalter 12–22 und dadurch den Stromfluss unabhängig zu steuern, ist besonders vorteilhaft während des Betriebs des elektrischen Hybridfahrzeugs, wenn die Energiespeicherungs-Kapazitäten des Ultrakondensators 30 und der Batterie 32 sich schnell ändern.
  • 2 zeigt ein Ersatzschaltbild 56 für die Steuerung des Energieflusses zwischen der Lichtmaschine 30 und dem Motor 34 entsprechend einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung. Jeder der Schalter 12–22 ist inaktiv, so dass der Strom zwischen der Lichtmaschine und der Last 34 fließt, wie gezeigt. Dieser Energiefluss kann dazu benutzt werden, den Motor 34 mit elektrischer Energie von der Lichtmaschine 30 zu versorgen und/oder Energie vom Motor 34 zur Lichtmaschine 30 fließen zu lassen, wenn der Elektromotor im Regenerations-Modus arbeitet.
  • 3 zeigt ein Ersatzschaltbild 58 für die Steuerung des Energieflusses von der Batterie 32 zum Ultrakondensator 30 entsprechend einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung. Dies erfordert die Aktivierung des zweiten 14, vierten 18 und des sechsten Schalters 20, die Deaktivierung der anderen Schalter und die Einbeziehung einer Diode 60 zwischen dem zweiten 14 und dem sechsten Schalter 20, um sicherzustellen, dass der Strom nur in einer Richtung zum Ultrakondensator fließt. Dieser Energiefluss kann dazu benutzt werden, die in der Batterie 32 gespeicherte Energie zum Ultrakondensator 30 zu übertragen, so dass deren Aufladung ausgeglichen wird.
  • 4 zeigt ein Ersatzschaltbild 64 für die Steuerung des Energieflusses entweder zwischen der Lichtmaschine 28 und dem Ultrakondensator 30 und/oder dem Ultrakondensator 30 und dem Motor 34 entsprechend einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung. Dies erfordert die Aktivierung des ersten 12 und des zweiten Schalters 14 und die Deaktivierung der restlichen Schalter, um den gewünschten Stromfluss zu ermöglichen. Dieser Energiefluss kann dazu benutzt werden, die Energie zwischen dem Ultrakondensator 30 und dem Motor 34 zu übertragen, um den Motor 34 anzutreiben und/oder den Ultrakondensator 30 regenerativ aufzuladen, und/oder zwischen der Lichtmaschine 28 und dem Ultrakondensator 30, um den Ultrakondensator 30 aufzuladen und/oder die Lichtmaschine 28 mit Strom zu versorgen.
  • 5 zeigt ein Ersatzschaltbild 66 für die Steuerung des Energieflusses entweder zwischen der Lichtmaschine 28 und der Batterie 32 und/oder der Batterie 32 und dem Motor 34 entsprechend einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung. Dies erfordert die Aktivierung des dritten 16 und des vierten Schalters 18 und die Deaktivierung der restlichen Schalter, um den gewünschten Stromfluss zu ermöglichen. Dieser Energiefluss kann dazu benutzt werden, die Energie zwischen der Batterie 32 und dem Motor 34 zu übertragen, um den Motor 34 anzutreiben und/oder die Batterie 32 regenerativ aufzuladen, und/oder zwischen der Lichtmaschine 28 und der Batterie 32, um die Batterie 32 aufzuladen und/oder die Lichtmaschine 28 mit Strom zu versorgen.
  • 6 zeigt ein Ersatzschaltbild 68 für die Steuerung des Energieflusses vom Ultrakondensator 30 zur Batterie 32 entsprechend einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung. Dies erfordert die Aktivierung des zweiten 14, des vierten 18 und des fünften Schalters 22, die Deaktivierung der anderen Schalter und die Einbeziehung einer Diode 70 zwischen dem zweiten 14 und dem fünften Schalter 22, um sicherzustellen, dass der Strom nur in einer Richtung zur Batterie 32 fließt. Dieser Energiefluss kann dazu benutzt werden, die im Ultrakondensator 30 gespeicherte Energie zur Batterie 32 zu übertragen, so dass denen Aufladung ausgeglichen wird.
  • Wie erforderlich, werden detaillierte Ausführungen der vorliegenden Erfindung hier offen gelegt; es muss jedoch verstanden werden, dass die offen gelegten Ausführungen nur beispielhaft für die Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, einige Eigenschaften können übertrieben oder minimiert sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher dürfen spezielle, hier offen gelegte strukturelle und funktionelle Details nicht als Einschränkung interpretiert werden, sondern nur als repräsentative Grundlage für die Ansprüche und/oder als repräsentative Grundlage, um einem Fachmann Anleitungen zu geben, die vorliegende Erfindung unterschiedlich einzusetzen.
  • Obwohl Ausführungen der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungen alle möglichen Formen der Erfindung darstellen und beschreiben. Die in der Spezifikation benutzten Worte sind vielmehr Worte der Beschreibung und nicht der Einschränkung, und es versteht sich von selbst, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (15)

  1. System zur Verwaltung der Stromverteilung in einem elektrischen Hybridantrieb, der eine Anzahl von Schaltern zur Steuerung des Energieflusses zwischen ersten und zweiten Energiespeicherungs-Vorrichtungen (30, 32), einer Stromquelle (28) und einer Last (34) zum Antrieb eines Fahrzeugs enthält, wobei das System folgendes umfasst: eine ausreichende Anzahl von Schaltern (12, 14, 16, 18, 20, 22), die jeder der Energiespeicherungs-Vorrichtungen (30, 32) zugeordnet ist, um den Energiefluss zwischen den Energiespeicherungs-Vorrichtungen (30, 32), der Stromquelle (28) und der Last (34) getrennt zu verwalten; einen Spannungserhöher (40, 42, 44, 46, 48, 50), der jedem Schalter (12, 14, 16, 18, 20, 22) zugeordnet und zur Ausgabe einer Spannung (VEout) zur Aktivierung des zugehörigen Schalters (12, 14, 16, 18, 20, 22) konfiguriert ist; und eine Steuerung zur Steuerung des einzelnen Energieflusses zwischen den Energiespeicherungs-Vorrichtungen (30, 32), der Stromquelle (28) und der Last (34) durch Steuerung der Aktivierung der Spannungserhöher (40, 42, 44, 46, 48, 50) und dadurch der zugeordneten Schalter (12, 14, 16, 18, 20, 22).
  2. System nach Anspruch 1, wobei die Spannungserhöher (40, 42, 44, 46, 48, 50) die Spannung (Veout) als Funktion einer angelegten Referenzspannung (Vref) ausgeben, die gemäß einer festen Spannungserhöher-Spannung (VEfixed) erhöht wird.
  3. System nach Anspruch 2, wobei die feste Spannung (VEfixed) mit einer Aktivierungs-Schwellspannung (Vt) der Schalter verbunden ist.
  4. System nach Anspruch 3, wobei die feste Spannung (VEfixed) weiterhin mit einer Spannung der zugeordneten Energiespeicherungs-Vorrichtung (30, 32) verbunden ist.
  5. System nach Anspruch 3, wobei die Schalter (12, 14, 16, 18, 20, 22) Transistoren sind, und die feste Spannung (VEfixed) einer gewünschten Gate-Source-Spannung (Vgs) der Transistoren entspricht, die mit deren Aktivierung verbunden ist.
  6. System nach Anspruch 5, wobei die feste Spannung (VEfixed) gleich der gewünschten Gate-Source-Spannung (Vgs) ist, wenn die angelegte Referenzspannung (Vref) gleich einer Quellspannung (Vs) des zugeordneten Transistors (12, 14, 16, 18, 20, 22) ist.
  7. System nach Anspruch 1, wobei drei Schalter (12, 14, 20; 16, 18, 22) jeder der Energiespeicherungs-Vorrichtungen (30, 32) zugeordnet sind, um den einzelnen Energiefluss zwischen den Energiespeicherungs-Vorrichtungen (30, 32), der Stromquelle (28) und der Last (34) zu steuern.
  8. System nach Anspruch 7, wobei die drei den Schaltern (12, 14, 20) der ersten Energiespeicherungs-Vorrichtung (30) zugeordneten Spannungserhöher (40, 42, 58) konfiguriert sind, den zugeordneten Schalter (12, 14, 20) als Funktion einer festen Spannungserhöhung auf eine der ersten Energiespeicherungs-Vorrichtung (30) zugeordnete Referenzspannung (Vref) zu legen, und wobei die drei den Schaltern (16, 18, 22) der zweiten Energiespeicherungs-Vorrichtung (32) zugeordneten Spannungserhöher (44, 46, 50) konfiguriert sind, den zugeordneten Schalter (16, 18, 22) als Funktion einer festen Spannungserhöhung auf eine der zweiten Energiespeicherungs-Vorrichtung (32) zugeordnete Referenzspannung zu legen.
  9. System nach Anspruch 8, wobei die Stromquelle (28) eine Lichtmaschine und die Last (34) ein Elektromotor und die erste und die zweite Energiespeicherungs-Vorrichtung (30, 32) passive Energiespeicherungs-Vorrichtungen sind.
  10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schalter (12, 14, 16, 18, 20, 22) zur Steuerung des Energieflusses zwischen einer Lichtmaschine als Stromquelle (28), einem Ultrakondensator (30) als Energiespeicherungs-Vorrichtung, einer Batterie (32) als Energiespeicherungs-Vorrichtung und einem Elektromotor als Last (34) vorgesehen sind; wobei eine ausreichende Anzahl von Schaltern (12, 14, 16, 18, 20, 22) jedem der Ultrakondensatoren (30) und Batterien (32) zugeordnet ist, um die zwischen Lichtmaschine (28) und Motor (34), Lichtmaschine (28) und Ultrakondensator (30), Lichtmaschine (28) und Batterie (32), Ultrakondensator (30) und Batterie (32), Ultrakondensator (30) und Motor (34), Batterie (32) und Ultrakondensator (30) und Batterie (32) und Motor (34) fließende Energie getrennt zu verwalten; und wobei die Steuerung vorgesehen ist zur Steuerung des einzelnen Energieflusses zwischen Lichtmaschine (28), Ultrakondensator (30), Batterie (32) und Elektromotor (34) durch Steuerung der Aktivierung der Spannungserhöher (40, 42, 44, 46, 48, 50) und dadurch der zugeordneten Schalter (12, 14, 16, 20, 22).
  11. System nach Anspruch 10, wobei drei Schalter (12, 14, 20; 16, 18, 22) jedem der Ultrakondensatoren (30) und jeder Batterie (32) zugeordnet sind, um den einzelnen Energiefluss zwischen Lichtmaschine (28), Ultrakondensator (30), Batterie (32) und Elektromotor (34) zu steuern.
  12. System nach Anspruch 11, wobei die drei den Schaltern (12, 14, 20) des Ultrakondensators (30) zugeordneten Spannungserhöher (40, 42, 48) konfiguriert sind, den zugeordneten Schalter (12, 14, 20) als Funktion einer festen Spannungserhöhung (VEboost) auf eine dem Ultrakondensator (30) zugeordnete Referenzspannung (Vref) zu aktivieren, und wobei die drei den Schaltern (16, 18, 22) der Batterie (32) zugeordneten Spannungserhöher (44, 46, 50) konfiguriert sind, den zugeordneten Schalter (16, 18, 22) als Funktion einer festen Spannungserhöhung (VEBoost) auf eine der Batterie (32) zugeordnete Referenzspannung (Vref) zu aktivieren.
  13. Verfahren zur Verwaltung der Stromverteilung in einem elektrischen Hybridantrieb, das eine Anzahl von Schaltern zur Steuerung des Energieflusses zwischen Lichtmaschine, Ultrakondensator, Batterie und Elektromotor zum Antrieb eines Fahrzeugs enthält, wobei das Verfahren folgendes umfasst: Zuordnung einer ausreichenden Anzahl von Schaltern zu jedem der Ultrakondensatoren und jeder Batterie, um die zwischen Lichtmaschine und Motor, Lichtmaschine und Ultrakondensator, Lichtmaschine und Batterie, Ultrakondensator und Batterie, Ultrakondensator und Motor, Batterie und Ultrakondensator und Batterie und Motor fließende Energie getrennt zu verwalten; Zuordnung eines Spannungserhöhers zu jedem Schalter, der konfiguriert ist, eine Spannung (VEout) zur Aktivierung des zugehörigen Schalters auszugeben; und Steuerung des einzelnen Energieflusses zwischen Lichtmaschine, Ultrakondensator, Batterie und Elektromotor durch Steuerung der Aktivierung der Spannungserhöher und dadurch der zugeordneten Schalter.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, das weiterhin die Ausgabe der Spannung (VEout) als Funktion einer angelegten Referenzspannung (Vref) umfasst, die gemäß einer festen Spannungserhöher-Spannung (VEfixed) erhöht wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Schalter Transistoren sind, und das Verfahren es umfasst, dass die feste Spannung (VEfixed) einer gewünschten Gate-Source-Spannung (Vgs) der Transistoren entspricht, die mit deren Aktivierung verbunden ist, so dass die feste Spannung (VEfixed) gleich der gewünschten Gate-Source-Spannung (Vgs) ist, wenn die angelegte Referenzspannung (Vref) gleich einer Quellspannung (Vs) des zugeordneten Transistors ist.
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