DE102007047619A1 - Hybridantrieb mit Notstart- und Fremdstartmöglichkeit - Google Patents

Hybridantrieb mit Notstart- und Fremdstartmöglichkeit Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungkraftmaschine eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb, der mindestens einen Elektroantrieb (101) aufweist und der über ein Hochvoltnetz mit einer Hochvoltbatterie (102) elektrisch verbunden werden kann. Das Fahrzeug weist ein Niedervoltnetz mit einer Bordnetz-Batterie (103) auf, wobei zwischen der Bordnetz-Batterie (103) und dem Elektroantrieb (101) ein DC/DC-Wandler (104) vorgesehen ist. Nachfolgende Verfahrensschritte werden durchgeführt: a) bei entladener Hochvoltbatterie (102) wird Energie aus dem Niedervoltnetz über den DC/DC-Wandler (104) in das Hochvoltnetz übertragen, - der mindestens eine Elektroantrieb (101) wird durch die im Hochvoltnetz vorhandene Energie beschleunigt, c) die Verbrennungskraftmaschine wird durch den beschleunigten Elektroantrieb (101) gestartet.

Description

  • Stand der Technik
  • Aus DE 199 56 384 C1 ist ein Impulsstartverfahren und eine Impulsstartvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt. Gemäß des in DE 199 56 384 C1 offenbarten Impulsstartverfahrens wird während einer Beschleunigungsphase eine Schwungmasse drehangetrieben beschleunigt und anschließend während einer Kupplungsphase die drehende Schwungmasse mit einer drehbar gelagerten Welle, vorzugsweise der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine zur Drehmomentübertragung gekuppelt. Während der Aufziehphase und/oder der Kupplungsphase wird der Drehzahlverlauf der Schwungmasse ausgewertet und aus dieser Auswertung abgeleitet, ob ein erfolgreicher Start der Brennkraftmaschine möglich ist. Falls ein erfolgreicher Start nicht zu erwarten steht, wird die Brennkraftmaschine über die Welle in eine für einen nachfolgenden zweiten Startversuch günstige Betriebsstellung gebracht. Gemäß des aus DE 199 56 384 C1 bekannten Impulsstartverfahrens wird während der Aufziehphase für die Auswertung der Gradient des Drehzahlverlaufes der Schwungmasse verwendet und bei zu geringen Gradienten die Kupplungsphase eingeleitet.
  • Bei derzeit auf dem Markt befindlichen Fahrzeugen mit Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor und mindestens einem Elektroantrieb, besteht für den Fahrer keine Möglichkeit, bei entladener Hochvoltbatterie das Fahrzeug zu starten. Dies stellt einen höchst unbefriedigenden Zustand dar.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, um ein mit einem Hybridantrieb ausgestattetes Fahrzeug entweder über die das Bordnetz speisende Fahrzeugbatterie oder fremd zu starten.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen, die es ermöglicht, insbesondere bei entladener Hochvoltbatterie, aus dem Niedervoltnetz, dem eine Bordnetz-Batterie des Kraftfahrzeuges zugeordnet ist, bei der es sich im allgemeinen um eine 12-Volt Batterie handelt, Energie in das Hochvoltnetz zu übertragen, wobei zwischen dem Niedervoltnetz und dem Hochvoltnetz ein DC/DC-Wandler geschaltet ist. Am Hochvoltnetz ist der mindestens eine Elektroantrieb des Hybridantriebs sowie eine Hochvoltbatterie angeschlossen. Der DC/DC-Wandler kann die niedrigere Niedervoltnetzspannung auf die höhere Spannung des elektrischen Antriebs des Hybridantrieb anheben. Zur Versorgung des elektrischen Antriebs ist eine Hochvoltbatterie vorgesehen. Ein Energieaustausch mit dem Niedervoltnetz, kann über den DC/DC-Wandler, insbesondere bidirektional, erfolgen. Die Hochvoltbatterie kann über ein Schütz ein- bzw. weggeschaltet werden. Für den elektrischen Antrieb ist eine elektrische Maschine vorgesehen, die über einen Umrichter, insbesondere Pulswechselrichter, und einen Zwischenkreiskondensator zugeschaltet ist. Die elektrische Maschine wird auch als Starter für den Verbrennungsmotor verwendet. Der mindestens eine Elektroantrieb des Hybridantriebes des Kraftfahrzeuges verfügt über eine Kupplung zum anderen Antriebsaggregat, insbesondere Verbrennungsmotor, des Kraftfahrzeuges. Reicht die Ladung der Hochvoltbatterie für einen Start des Verbrennungsmotors nicht mehr aus, wird Energie aus dem Niedervoltnetz über den DC/DC-Wandler in das Hochvoltnetz übertragen und anschließend ein Impulsstart durchgeführt. Für den Impulsstart wird die elektrische Maschine bei abgekuppelten Verbrennungsmotor beschleunigt. Vorzugsweise wird der Elektroantrieb durch die im Hochvoltnetz vorhandene Energie beschleunigt. Vorzugsweise wird die Maschine bis zu der maximal entsprechend dem Ladungsniveau der Fahrzeugbatterie erreichbaren Drehzahl beschleunigt. Anschließend wird die Verbrennungskraftmaschine durch den beschleunigten Elektroantrieb gestartet.
  • Vorzugsweise wird die Kupplung zwischen der mindestens einen beschleunigten elektrischen Maschine und dem Verbrennungsmotor wenigstens teilweise geschlossen. Vorzugsweise wird so die im rotierenden Rotor des mindestens einen Elektroantriebes gespeicherte mechanische Energie über die Kupplung auf den Verbrennungsmotor, insbesondere dessen Kurbelwelle übertragen, so dass dieser gestartet werden kann. Vorzugsweise kann das Starten des Verbrennungsmotors durch Einspritzung und Zündung erfolgen. Sollte der Startversuch missglücken, so kann der gesamte Vorgang wiederholt werden, vorausgesetzt die 12-Volt Bordnetz-Batterie des Kraftfahrzeuges weist einen ausreichenden Ladezustand auf.
  • Der erfindungsgemäß vorgeschlagene Aufbau des Hybridantriebes ist bevorzugt so gestaltet, dass die 12-Volt Fahrzeugbatterie und die Hochvoltbatterie allseitig gegeneinander isoliert sind und keine unzulässig hohen Spannungsspitzen von dem mindestens einen elektrischen Antrieb über den DC/DC-Wandler in die intakte 12-Volt Bordnetz-Batterie eingespeist werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die bei entladener Hochvoltbatterie in das Hochvoltnetz übertragene Energie zunächst zur Ladung der mindestens einen Hochvoltbatterie verwendet wird, bevor der Elektroantrieb beschleunigt wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die bei entladener Hochvoltbatterie in das Hochvoltnetz übertragene Energie zunächst zur Ladung eines im Hochvoltnetz vorgesehenen Zwischenkreiskondensator verwendet wird, bevor der Elektroantrieb beschleunigt wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die bei entladener Hochvoltbatterie in das Hochvoltnetz übertragene Energie zunächst zur Ladung eines im Hochvoltnetz vorgesehenen Zwischenkreiskondensator und der mindestens einen Hochvoltbatterie verwendet wird, bevor der Elektroantrieb beschleunigt wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die bei entladener Hochvoltbatterie aus dem Niedervoltnetz über den DC/DC-Wandler in das Hochvoltnetz übertragene Energie dadurch zur Verfügung gestellt wird, dass eine externe Spannungsquelle an das Niedervoltnetz angeschlossen wird. Vorzugsweise besteht so auch die Möglichkeit, die Verbrennungskraftmaschine eines mit einem Hybridantrieb ausgestatteten Fahrzeuges Fremdzustarten. Nun kann bei unzureichendem Ladungsniveau der Bordnetz-Batterie diese mittels eines Starthilfekabels mit einer Spenderbatterie oder einem Spenderfahrzeug verbunden werden und der mindestens eine Elektroantrieb des Fahrzeugs mit Hybridantrieb über das Spenderfahrzeug bzw. die Spenderbatterie werden. Vorzugsweise kann es sich bei der externen Spannungsquelle auch um andere Spannungsquellen, insbesondere stationäre und/oder mobile Spannungsquellen, wie Ladestationen und/oder Werkstattausrüstungen handeln.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Entladezustand der Hochvoltbatterie dadurch erkannt, dass während eines Startvorgangs der Batteriestrom gemessen und mit Schwellenwerten verglichen wird. Bei Belastung des Hochvoltnetzes, insbesondere durch Zuschalten des Elektroantriebs, fließt ein Strom durch das Hochvolt netz. Die Höhe des Stroms ist abhängig von der Last im Hochvoltnetz und des Ladezustands der mindestens einen Hochvoltbatterie. Wenn der Strom einen bestimmten Schwellenwert nicht erreicht, kann der mindestens eine Elektroantrieb nicht gestartet werden. Der Wert des Schwellwertes ist abhängig von vielen Systemgrößen, insbesondere Typ und/oder Leistung der E-Maschine, und/oder Umgebungsparametern, insbesondere Temperatur der Verbrennungskraftmaschine.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird abhängig von der Temperatur, insbesondere abhängig von der Temperatur der Hochvoltbatterie,
    • – die bei entladener Hochvoltbatterie in das Hochvoltnetz übertragene Energie zunächst zur Ladung der mindestens einen Hochvoltbatterie verwendet wird, bevor der Elektroantrieb beschleunigt wird oder
    • – die bei entladener Hochvoltbatterie in das Hochvoltnetz übertragene Energie zunächst zur Ladung eines im Hochvoltnetz vorgesehenen Zwischenkreiskondensator verwendet wird, bevor der Elektroantrieb beschleunigt wird oder
    • – die bei entladener Hochvoltbatterie in das Hochvoltnetz übertragene Energie zunächst zur Ladung der mindestens einen Hochvoltbatterie und des Zwischenkreiskondensator verwendet wird, bevor der Elektroantrieb beschleunigt wird.
  • So kann zwischen hohen, normalen und niedrigen Temperaturen unterschieden werden. Vorzugsweise liegen normale Temperaturen in einem Bereich von ca. 10°–30° Celsius vor, hohe Temperaturen oberhalb dieses Bereiches und niedrige Temperaturen unterhalb dieses Bereiches. Vorzugsweise wird bei normalen Temperaturen an der mindestens einen Hochvoltbatterie, diese vorzugsweise geladen. Vorzugsweise wird bei hohen oder niedrigen Temperaturen an der mindestens einen Hochvoltbatterie, der Zwischenkreiskondensator vorzugsweise geladen. Vorzugsweise werden auch die Temperaturen weiterer Aggregate, insbesondere des mindestens einen Zwischenkreiskondensators und/oder des Verbrennungsmotors und/oder der Bordnetzbatterie und/oder der Umgebung für die Auswahl des zu ladenden Energiespeichers berücksichtigt.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird in Abhängigkeit vom Fahrerwunsch bei entladener Hochvoltbatterie Energie aus dem Niedervoltnetz über den DC/DC-Wandler in das Hochvoltnetz übertragen. So besteht die Möglichkeit, dass ein Fahrer gezielt die Übertragung von Energie aus dem Niedervoltnetz in das Hochvoltnetz ansteuern kann. Vorzugsweise wird diese Möglichkeit mittels eines Bedienelementes vorgesehen. Vorzugsweise wird diese Ausführungsform dann gewählt, wenn keine automatische Ansteuerung des Notstart- und/oder Fremdstartverfahrens vorgesehen ist.
  • Zeichnung
  • Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
  • Es zeigt:
  • 1 Eine Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine bei entladener Hochvoltbatterie
  • 2 Ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine bei entladener Hochvoltbatterie
  • 3 Ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine bei entladener Hochvoltbatterie in Abhängigkeit einer Temperatur
  • Ausführungsvarianten
  • 1 zeigt eine Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine bei entladener Hochvoltbatterie.
  • Abgebildet ist eine ein- bzw. wegschaltbare Hochvoltbatterie 102, ein Zwischenkreiskondensator 105 und ein Elektroantrieb 101 mit Umrichter. Diese Komponenten sind mittels des Hochvoltnetzes miteinander verbunden. Weiter abgebildet ist der DC/DC-Wandler 104 und die Bordnetzbatterie 103. Die Bordnetz-Batterie und der DC/DC-Wandler sind über das Niedervoltnetz miteinander verbunden. Der DC/DC-Wandler ist an der einen Seite mit dem Niedervoltnetz, an der anderen Seite schaltbar mit dem Hochvoltnetz verbunden. Eine Steuerung 106 ist vorgesehen, die mindestens die Schalter der mindestens einen Hochvoltbatterie 102, den DC/DC-Wandler 104, und/oder den Elektroantrieb ansteuert. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Steuerung mindestens weitere Signale, insbesondere von Sensoren, z. B.: Temperatursensor 107, verarbeitet und zur Steuerung der Komponenten verwendet. Vorzugsweise wird somit das erfindungsgemäße Verfahren angesteuert.
  • Der Darstellung gemäß 2 ist ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine bei entladener Hochvoltbatterie zu entnehmen.
  • 2 zeigt ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine bei entladener Hochvoltbatterie. In Schritt 201 startet das Verfahren. In Schritt 202 wird geprüft, ob die Hochvoltbatterie entladen ist. Vorzugsweise erfolgt die Prüfung über Messung von Batteriestromgrenzen. Bei Unterschreiten bestimmter Schwellenwerte verzweigt das Verfahren zu Schritt 203. In Schritt 203 wird bei entladener Hochvoltbatterie Energie aus dem Niedervoltnetz über den DC/DC-Wandler in das Hochvoltnetz übertragen. Anschließend wird in Schritt 204 der mindestens eine Elektroantrieb durch die im Hochvoltnetz vorhandene Energie beschleunigt und im folgenden Schritt 205 wird die Verbrennungskraftmaschine durch den beschleunigten Elektroantrieb gestartet.
  • Bei Erreichen und/oder Überschreiten bestimmter Schwellenwerte in Schritt 202 weist die Hochvoltbatterie einen zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine ausreichenden Ladezustand auf. Somit verzweigt das Verfahren zu Schritt 207, wo ein beliebiges Verfahren, insbesondere konventionelles Startverfahren, zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Hybridantriebes durchgeführt wird, auf welches hier nicht näher eingegangen wird.
  • Nach erfolgreichen Start des Verbrennungsmotors in Schritt 207 oder 205 folgt Schritt 206 mit dem das beschriebene Verfahren endet.
  • Der Darstellung gemäß 3 ist ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine bei entladener Hochvoltbatterie in Abhängigkeit einer Temperatur zu entnehmen.
  • 3 zeigt ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine bei entladener Hochvoltbatterie. In Schritt 301 startet das Verfahren. In Schritt 302 wird geprüft, ob die Hochvoltbatterie entladen ist. Vorzugsweise erfolgt die Prüfung über Messung von Batteriestromgrenzen. Bei Unterschreiten bestimmter Schwellenwerte verzweigt das Verfahren zu Schritt 309. In diesem Ausführungsbeispiel wird in Schritt 309 mittels eines Temperatursensors, insbesondere an der mindestens einen Hochvoltbatterie, die aktuelle Temperatur eingelesen. Wird eine Temperatur außerhalb des normalen Temperaturbereiches, insbesondere 10°–30° Celsius gemessen, verzweigt das Verfahren zu Schritt 307, wird eine Temperatur innerhalb des normalen Temperaturbereiches, insbesondere 10°–30° Celsius gemessen, verzweigt das Verfahren zu Schritt 308. In Schritt 308 und 307 wird bei entladener Hochvoltbatterie Energie aus dem Niedervoltnetz über den DC/DC-Wandler in das Hochvoltnetz übertragen. In Schritt 308 wird dabei die bei entladener Hochvoltbatterie in das Hochvoltnetz übertragene Energie zunächst zur Ladung der mindestens einen Hochvoltbatterie verwendet. In Schritt 307 wird dabei die bei entladener Hochvoltbatterie in das Hochvoltnetz übertragene Energie zunächst zur Ladung eines im Hochvoltnetz vorgesehenen Zwischenkreiskondensator verwendet. Beiden Schritten schließt sich Schritt 304 an, in dem der mindestens eine Elektroantrieb durch die im Hochvoltnetz vorhandene Energie beschleunigt wird. Im folgenden Schritt 305 wird die Verbrennungskraftmaschine durch den beschleunigten Elektroantrieb gestartet. Bei Erreichen und/oder Überschreiten bestimmter Schwellenwerte in Schritt 302 weist die Hochvoltbatterie einen zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine ausreichenden Ladezustand auf. Somit verzweigt das Verfahren zu Schritt 307, wo ein beliebiges Verfahren, insbesondere konventionelles Startverfahren, zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Hybridantriebes durchgeführt wird, auf welches hier nicht näher eingegangen wird.
  • Nach erfolgreichen Start des Verbrennungsmotors in Schritt 307 oder 305 folgt Schritt 306 mit dem das beschriebene Verfahren endet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19956384 C1 [0001, 0001, 0001]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb, der mindestens einen Elektroantrieb (101) aufweist und über ein Hochvoltnetz mit einer Hochvoltbatterie (102) elektrisch verbunden werden kann, und das Fahrzeug ein Niedervoltnetz mit einer Bordnetz-Batterie (103) aufweist, wobei zwischen der Bordnetz-Batterie (103) und dem Elektroantrieb (101) ein DC/DC-Wandler (104) vorgesehen ist, mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) bei entladener Hochvoltbatterie (102) wird Energie aus dem Niedervoltnetz über den DC/DC-Wandler (104) in das Hochvoltnetz übertragen, b) der mindestens eine Elektroantrieb (101) wird durch die im Hochvoltnetz vorhandene Energie beschleunigt, c) die Verbrennungskraftmaschine wird durch den beschleunigten Elektroantrieb (101) gestartet.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine derart gestartet wird, dass eine zwischen dem mindestens einen Elektroantrieb und der Verbrennungskraftmaschine angeordnete Kupplung mindestens teilweise geschlossen wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bei entladener Hochvoltbatterie in das Hochvoltnetz übertragene Energie zunächst zur Ladung der mindestens einen Hochvoltbatterie verwendet wird, bevor der Elektroantrieb beschleunigt wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bei entladener Hochvoltbatterie in das Hochvoltnetz übertragene Energie zunächst zur Ladung eines im Hochvoltnetz vorgesehenen Zwischenkreiskondensator (105) verwendet wird, bevor der Elektroantrieb beschleunigt wird.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bei entladener Hochvoltbatterie in das Hochvoltnetz übertragene Energie zunächst zur Ladung eines im Hochvoltnetz vorgesehenen Zwischenkreiskondensator und der mindestens einen Hochvoltbatterie verwendet wird, bevor der Elektroantrieb beschleunigt wird.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bei entladener Hochvoltbatterie aus dem Niedervoltnetz über den DC/DC-Wandler in das Hochvoltnetz übertragene Energie dadurch zur Verfügung gestellt wird, dass eine externe Spannungsquelle an das Niedervoltnetz angeschlossen wird.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Entladezustand der Hochvoltbatterie dadurch erkannt wird, dass während eines Startvorgangs der Batteriestrom gemessen und mit Schwellenwerten verglichen wird.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von der Temperatur, insbesondere abhängig von der Temperatur der Hochvoltbatterie, a. die bei entladener Hochvoltbatterie in das Hochvoltnetz übertragene Energie zunächst zur Ladung der mindestens einen Hochvoltbatterie verwendet wird, bevor der Elektroantrieb beschleunigt wird oder b. die bei entladener Hochvoltbatterie in das Hochvoltnetz übertragene Energie zunächst zur Ladung eines im Hochvoltnetz vorgesehenen Zwischenkreiskondensator verwendet wird, bevor der Elektroantrieb beschleunigt wird oder c. die bei entladener Hochvoltbatterie in das Hochvoltnetz übertragene Energie zunächst zur Ladung der mindestens einen Hochvoltbatterie und des Zwischenkreiskondensator verwendet wird, bevor der Elektroantrieb beschleunigt wird.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt a) abhängig vom Fahrerwunsch geschieht.
  10. Vorrichtung zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb, der mindestens einen Elektroantrieb (101) aufweist und dem eine Hochvoltbatterie (102) zugeordnet ist, und das Fahrzeug ein Niedervoltnetz mit einer Bordnetz-Batterie (103) aufweist, wobei zwischen der Bordnetz-Batterie (103) und dem Elektroantrieb (101) ein DC/DC-Wandler (104) vorgesehen ist, mit einer Steuerung (106), mittels der a) bei entladener Hochvoltbatterie (102) wird Energie aus dem Niedervoltnetz über den DC/DC-Wandler (104) in das Hochvoltnetz übertragen wird, b) der mindestens eine Elektroantrieb (101) wird durch die im Hochvoltnetz vorhandene Energie beschleunigt wird, c) die Verbrennungskraftmaschine wird durch den beschleunigte Elektroantrieb gestartet wird.
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