DE102008023837A1 - Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug - Google Patents

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DE102008023837A1
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DE
Germany
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voltage
capacitor
micro
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motor vehicle
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Withdrawn
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DE102008023837A
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English (en)
Inventor
Bernhard Kortschak
Birger Fricke
Alan Walker
Bo Gao
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Ford Global Technologies LLC
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug 2 mit einer Maschine 5, die gestartet wird durch einen elektrischen Starter 6, die ein Startersystem hat, das adaptiv der Alterung einer elektrischen Leistungsquelle zu entsprechen vermag, wie einem Kondensator 12, um den Startermotor 6 leistungsmäßig zu versorgen, um so die Leistungsfähigkeit beim Starten der Maschine aufrecht zu erhalten. Das Startersystem besteht aus einer Steuerung 20, welche so programmiert ist, um die Spannung zu erhöhen, die verwendet wird, um den Kondensator 12 aufzuladen, wenn bestimmt ist, dass der Befindens- bzw. Gesundheitszustand des Kondensators 12 abgenommen hat.

Description

  • Diese Erfindung bezieht sich auf Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeuge und im Besonderen auf ein Stopp-Start-System zum Starten eines Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeugs während des Stopp-Start-Betriebes, in welchem die Überwachung der Ladekapazitätsabnahme dazu heran gezogen wird, das Stopp-Start-System anzupassen.
  • Es ist bestens bekannt, ein Kraftfahrzeug mit einer eingefügten konventionellen Brennkraftmaschine mit einem System zu versehen, das den automatischen Stopp der Maschine des Kraftfahrzeuges bewirkt, wenn bestimmte vorbestimmte Bedingungen eingetroffen sind, um die Wirtschaftlichkeit im Umgang mit Kraftstoff zu erhöhen und die Umweltverschmutzung herabzusetzen. Solch ein Kraftfahrzeug wird oft zitiert als ein Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug oder ein Mikro-Hybrid-Fahrzeug.
  • Es besteht ein Problem bei einem solchen Mikro-Hybrid-Fahrzeug, dass ein beträchtlicher Anteil von elektrischer Energie für den Wiederstart der Brennkraftmaschine benötigt wird. Zusätzlich sollte die elektrische Energie auch das 12 V Leistungsnetz aufrecht erhalten, wenn die Maschine gestoppt wird. Wenn die Frequenz der Stopp-Start-Zyklen hoch ist, wird eine Batterie mit sehr hoher Kapazität benötigt, um genügend Energie bereit zu stellen, bedingt durch die relativ lange Zeitperiode, die benötigt wird, um eine konventionelle elektrochemische Batterie wieder aufzuladen. Solche Batterien von sehr hoher Kapazität sind sowohl schwer und sperrig für die Unterbringung.
  • Es wurde deshalb vorgeschlagen, die konventionelle, elektrochemische Batterie durch eine Ultrakapazität (Ultrakondensator) oder eine Superkapazität (Superkondensator) zu ersetzen. Solche Bauteile haben den Vorteil, dass sie schnell wieder aufgeladen werden können. Daher kann sogar, wenn die Frequenz der Stopp-Start-Zyklen hoch ist, ein Superkondensator normalerweise bis zu seiner im Wesentlichen vollen Kapazität wieder aufgeladen werden. Dies erlaubt die Verwendung eines Superkondensators mit einer geringeren Kapazität als die einer elektrochemischen Batterie, womit die geringere Energiedichte eines Superkondensators, verglichen mit einer elektrochemischen Batterie ausgeglichen wird.
  • Es besteht jedoch ein Problem mit solchen Superkondensatoren, dass sich über die Zeit ihre Kapazität reduziert und ihr innerer Widerstand ansteigt, auf Grund von Alterungseffekten. Um verlässliche Starteigenschaften sicher zu stellen, war es deshalb notwendig entweder:
    • (i) Verwendung eines Superkondensators, der mehr Kapazität hat, wenn er neu ist als aktuell benötigt wird, um so den Effekt der Alterung zulassen zu können, wobei der Nachteil mit einhergeht, dass solch ein Superkondensator größer und sperriger ist gegenüber dem, was wirklich benötigt wird, um die Maschine zu starten, oder
    • (ii) die Verschlechterung in den Starteigenschaften, die mit der Alterung einhergeht, zu tolerieren.
  • Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einem System für das Starten der Maschine während des Stopp-Start-Betriebes bereitzustellen, bei dem die Alterung des Superkondensators überwacht wird und diese Alterung kompensiert werden kann.
  • Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug bereit gestellt, das eine Brennkraftmaschine und ein Maschinenstartersystem zum Starten der Maschine hat, wobei das Maschinenstartersystem aufweist: einen elektrischen Starter zum Starten der Maschine, einen Kondensator, um dem Starter elektrische Energie zuzuführen, um die Maschine zu starten, einen Generator, um dem Kondensator elektrische Energie zuzuführen, um den Kondensator wiederaufzuladen, und eine Steuereinrichtung, um die Startersystemparameter einzustellen, wobei die Steuerung so betreibbar ist, um die Startersystemparameter auf der Grundlage von überwachter Kondensator-Verschlechterung einzustellen.
  • Die Einstellung bzw. Justierung der Startersystemparameter kann das Justieren der Spannung umfassen, zu welcher der Kondensator aufgeladen wird.
  • Die Spannung kann auf der Grundlage eines Vergleichs einer Startdauer mit einer vorhergesagten Startdauer justiert werden.
  • Das System kann weiter einem Spannungssensor aufweisen, um die Spannung des Kondensators zu messen und die Steuerung verwendet die gemessene Spannung, um die vorhergesagte Startdauer zu berechnen.
  • Die vorhergesagte Startdauer kann bestimmt werden unter Verwendung einer Nachschlagtabelle, die sich auf die Zeit bezieht, um die vorherbestimmte Anlassgeschwindigkeit und die vorbestimmte Spannung zu erreichen.
  • Das System kann weiter aufweisen: einen Spannungssensor, um die Spannung des Kondensators zu messen, einen Temperatursensor, um die Temperatur des Kondensators zu messen, und die Steuerung zieht die gemessene Spannung und die gemessene Temperatur heran, um die vorherbestimmte Startdauer zu berechnen.
  • Die vorherbestimmte Startdauer kann bestimmt werden durch Verwendung einer dreidimensionalen Nachschlagtabelle, die sich auf die erwartete Startdauer, die erwartete Temperatur und die erwartete Spannung bezieht.
  • Die Spannung kann in einem vorher bestimmten Umfang erhöht werden, wenn die gemessene Startdauer größer ist als die erwartete Startdauer.
  • Die Spannung kann in einem vorher bestimmten Umfang herab gesetzt werden, wenn die gemessene Startdauer geringer ist als die erwartete Startdauer.
  • Der Maschinen-Anlasser(-Starter) und der Generator können als einzelner integrierter Startergenerator ausgebildet sein.
  • Der integrierte Startergenerator ist eine Mehr-Phasen Einheit und das Mikro-Hybrid-Fahrzeug weist ferner einen Umrichter (Inverter) auf, der eine Gleichstromseite (DC), die mit dem Kondensator verbunden ist, und eine Mehr-Phasen-Seite aufweist, die mit dem integrierten Startergenerator verbunden ist, wobei die Steuerung so betreibbar ist, um die Startersystemparameter einzustellen durch Einstellung der Gleichspannung, die dem Kondensator von dem Inverter geliefert wird, um den Kondensator wieder aufzuladen.
  • Das Justieren der Systemparameter kann das Justieren wenigstens eines Startersystemparameters aufweisen, basierend auf einer Bestimmung einer Abschätzung einer Kapazitätsverschlechterung, die durch eine Messung eines maximalen Spannungsabfalls während des Anlassens der Maschine erhalten wird.
  • Das Justieren der Startersystemparameter kann das Justieren wenigstens eines Startersystemparameters aufweisen, basierend auf einer Verschlechterung des Spannungsabfalls in einem Gleichstromkabel, das den Kondensator mit dem Startermotor verbindet.
  • Das Justieren der Startersystemparameter kann aus dem Justieren wenigstens eines Startersystemparameters bestehen, basierend auf einem gemessenen Kondensator-Strom.
  • Das Justieren von Startersystemparametern kann das Justieren von wenigstens einem Startersystemparameter aufweisen, basierend auf einer Bestimmung von Verlusten von einer Spannungskurve, die während des Anlassens des Verbrennungsmotors durch Spannungsmessungen erzeugt wird.
  • Das Justieren von Startersystemparametern kann das Justieren wenigstens eines Startersystemparameters aufweisen, basierend auf einer Bestimmung einer Zeitkonstanten, die von Spannungsmessungen gewonnen wird, die während des Anlassens des Verbrennungsmotors vorgenommen werden.
  • Das Justieren von Startersystemparametern kann das Justieren wenigstens eines Startersystemparameters aufweisen, basierend auf der Bestimmung einer vorhergesagten Kapazitätsalterung.
  • Das Justieren von Startersystemparametern kann das Justieren wenigstens eines Startersystemparameters aufweisen, basierend auf einer abgeschätzten Kondensator-Kapazität, durch Verwendung eines Spannungs-Anstieges/-Abfalls (Steilheit), der durch Messungen erzeugt wird, die beim Anlassen des Verbrennungsmotors erfolgen.
  • Der Kondensator kann ein Superkondensator-Pack (Superkondensator-Packung) sein, der eine Anzahl von Superkondensatoren aufweist, die in Serie miteinander verbunden sind.
  • Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern des Betriebes eines Brennkraftmaschinenstartersystems unter Verwendung eines Kondensators als eine elektrische Energiequelle zum Starten der Brennkraftmaschine geschaffen, wobei das Verfahren aufweist: Überwachen der Kondensator-Leistung während des Startens der Maschine und Justieren von einem oder mehreren Startersystemparametern, um die Kondensator-Verschlechterung zu kompensieren.
  • Das Justieren von einem oder mehreren Startersystemparametern kann das Justieren einer Spannung aufweisen, mit der der Kondensator gespeist wird, um ihn wieder aufzuladen.
  • Das Verfahren kann weiter aufweisen: Messen der Startdauer, Vorhersagen einer Startdauer aus einem oder mehreren gemessenen Parametern, Vergleichen der gemessenen Startdauer mit der vorhergesagten Startdauer und Justieren der Spannung, mit der der Kondensator versorgt wird, um ihn auf Grund des Vergleiches aufzuladen.
  • Das Verfahren kann weiter aufweisen: Messen einer Spannung an dem Kondensator vor dem Starten, wobei die vorhergesagte Startdauer auf der gemessenen Spannung beruht.
  • Das Verfahren kann weiter aufweisen: Messen einer Spannung des Kondensators vor dem Starten, Messen der Temperatur des Kondensators vor dem Starten, wobei die vorhergesagte Startdauer auf der gemessenen Spannung und auf der gemessenen Temperatur beruht.
  • Das Verfahren kann weiter aufweisen, dass die Spannung, mit der der Kondensator versorgt wird, erhöht wird, um seine Ladung zu erhöhen, wenn die gemessene Startdauer größer ist als die vorhergesagte Startdauer.
  • Das Verfahren kann ferner aufweisen: Herabsetzen der Spannung, mit der der Kondensator versorgt wird, um seine Ladung zu reduzieren, wenn die gemessene Startdauer geringer ist als die vorhergesagte Startdauer.
  • Das Verfahren kann weiter aufweisen: Bestimmung eines Hinweises (Hinweisgebers) auf die Kondensator-Verschlechterung aus der überwachten Kondensator-Leistung während des Starts der Maschine, Verwendung des Hinweisgebers, um eine Variable zu erzeugen, die für eine benötigte Ladespannungskorrektur indikativ ist und Justieren von einem oder mehreren Startersystemparametern durch Justieren der Ladespannung auf der Grundlage der Variablen, um die Kondensator-Verschlechterung zu kompensieren.
  • Die Erfindung wird nun beschrieben anhand von Beispielen mit Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in welcher:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Mikro-Hybrid Fahrzeuges nach einer Ausführungsform der Erfindung ist,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Mikro-Hybrid Fahrzeuges nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist,
  • 3 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren nach der Erfindung zeigt, ist,
  • 4 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen einer benötigten Zeit zum Start der Maschine über der Temperatur für einen annähernd von der Temperatur unabhängigen Typ eines Superkondensators von verschieden anfänglichen Spannungen zeigt,
  • 5 ein Diagramm, das den Spannungsabfall zeigt aufgrund eines raschen Anstieges des Entladungsstromes während eines Maschinenstarts, ist,
  • 6 ein Diagramm, das die Leerlaufspannung des Superkondensators und die gefilterte Anschlussklemmenspannung des Superkondensators während eines Maschinenstarts zeigt, ist,
  • 7 eine Beziehung zwischen der anfänglichen Spannung des Superkondensators, des inneren Widerstandes und des Zeitintegrales über dem Quadrat der Differenz zwischen der Leerlaufspannung des Superkondensators und der gefilterten Anschluss-Klemmenspannung des Superkondensators, zeigt,
  • 8 ein Diagramm, das die gemessene Superkondensator-Anschluss-Klemmenspannung und die Superkondensator-Leerlaufspannung während eines Starts zeigt, wobei der Wechsel betreffend der Leerlaufspannung des Superkondensators vor und nach dem Start gezeigt wird, ist,
  • 9 ein allgemeines Verfahren nach der Erfindung zeigt,
  • 10 ein Ersatzschaltbild des Superkondensators zeigt,
  • 11 ein Ersatzschaltbild des Superkondensators einschließlich Leitung (Kabel) und Anschlusswiderständen zeigt,
  • 12 ein Diagramm, das den Spitzen-Einschalt-Stoßstrom während eines Starts als eine Funktion der Spannung des Superkondensators und eines zusätzlichen Kondensator-Widerstandes zeigt, ist,
  • 13 ein Diagramm, das die Zeit beim Maschinenstart zeigt, um 700 Umdrehungen pro Minute zu erreichen, als eine Funktion der Superkondensator-Spannung und eines zusätzlichen Kondensator-Widerstandes, ist,
  • 14 ein Diagramm, das die verfügbare Superkondensator-Energie als eine Funktion von der Paket-Spannung und der Kapazitätsabnahme zeigt, ist und
  • 15 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Zeit, die zum Start der Maschine benötigt wird (Startdauer/Zunahme der Startdauer) über der Temperatur für einen Temperatur abhängigen Typ von Superkondensator für verschiedene anfängliche Spannungen zeigt, ist.
  • Unter Bezugnahme auf 1 wird dort ein Mikro-Hybrid-Fahrzeug 2 gezeigt, das eine Brennkraftmaschine 5 hat, um dem Mikro-Hybrid-Fahrzeug über ein Getriebe (nicht gezeigt) Antriebskraft bereitzustellen. Ein integrierter Starter-Generator 6 ist antreibbar verbunden mit einem Ende der Kurbelwelle (nicht gezeigt) der Maschine 5 über einen Antriebsriemen 4. Es sollte berücksichtigt sein, dass andere Mittel zum treibenden Verbinden des integrierten Starter-Generators 6 mit der Maschine 5 verwendet werden können und dass die Erfindung nicht beschränkt ist auf die Verwendung mit einem Antriebsriemen. Darüber hinaus sollte verstanden werden, dass die Erfindung auch anwendbar ist bei einem Mikro-Hybrid-Fahrzeug, das einen getrennten Startermotor und einen getrennten Generator hat.
  • Im vorliegenden Fall ist der integrierte Startergenerator 6 eine Mehr-Phasen Wechselstrom-(Drehstrom-)Einheit und ist verbunden über ein Mehr-Phasen-Kabel 7 zu einem Inverter (Umrichter) 10. Ein Kontrollanschluss 8 wird verwendet, um Daten bi-direktional zwischen dem integrierten Startergenerator 6 und dem Inverter 10 zu übertragen und stellt in diesem Fall ein Signal zur Verfügung, das die Drehgeschwindigkeit des integrierten Startergenerators anzeigt und welches herangezogen werden kann, um die Drehgeschwindigkeit der Maschine 5 zu berechnen. Alternativ kann die Maschinengeschwindigkeit direkt durch Verwendung eines Kurbelwellen-Sensors oder einer anderen Sensorvorrichtung gemessen werden.
  • Ein Superkondensator-Pack 12 ist verbunden mit der Gleichstromseite des Inverters 10. Der Superkondensator-Pack enthält im vorliegenden Fall zehn 2,7 Volt Superkondensatoren (Elektrische zwei-lagige Kondensatoren, gelegentlich als Zellen bezeichnet) und hat einen nominale Anschlussspannung von 27 Volt. Es sollte verstanden werden, dass mehr oder weniger Superkondensatoren in dem Superkondensatoren-Pack verwendet werden können und dass die Spannung von jedem der Superkondensatoren, die den Pack bilden, mehr oder weniger als 2,7 Volt sein kann.
  • Der Superkondensator-Pack 12 ist auch verbunden mit einem Gleichspannung auf Gleichspannung umsetzenden Konverter 15 (DC/DC Konverter). Der DC/DC Konverter ist verbunden mit einer 12-Volt-Versorgung (nicht gezeigt) mittels Versorgungsanschlüssen 16. Die 12-Volt-Versorgung beinhaltet eine konventionelle elektrochemische Batterie (nicht gezeigt) und wird verwendet, um die elektrischen Einrichtungen, die in dem Mikro-Hybrid-Fahrzeug 2 eingebaut sind, in bekannter Weise zu versorgen. Der integrierte Startergenerator 6 ist auch so betreibbar, dass der Superkondensator und die elektrochemische Batterie wieder aufgeladen werden können, aber die Mittel und elektrischen Verbindungen, die benötigt werden, um diese Funktion ausüben zu können, werden nicht gezeigt oder hier beschrieben. Der DC/DC Konverter wird auch verwendet, um den Superkondensator-Pack 12 von der 12-Volt-Versorgung aufladen zu lassen, wenn das Mikro-Hybrid-Fahrzeug 2 für einige Wochen nicht benutzt wurde und die Ladung des Superkondensator-Pack 12 abgesunken ist (aufgrund von Undichtigkeiten) unter einen vorbestimmten Pegel (Level), der benötigt wird für ein erfolgreiches Starten. Der DC/DC Konverter stellt eine Spannung von mehr als 12 Volt zur Verfügung, um die Wiederaufladungsfunktion ausüben zu können. Alternativ kann ein konventioneller Anlasser (Starter), der mit der 12 Volt Versorgung verbunden ist, verwendet werden. Diese Funktion ist nicht gezeigt oder hierin beschrieben.
  • Eine Steuerung 20 des Superkondensators ist betriebsmäßig mit dem Inverter 10 über eine Steuerleitung 21 verbunden, um den Elektrizitäts-(Strom-)Fluss zwischen dem Inverter 10 und dem Superkondensator-Pack 12 zu steuern. Die Steuerung 20 des Superkondensators empfängt kontinuierlich über eine Spannungssensorleitung 22 ein Signal von dem Superkondensator-Pack 12, das die Anschluss-Klemmenspannung des Superkondensator-Pack 12 anzeigt und ein Signal über die Steuerleitung 21, das die Maschinendrehzahl (Motordrehzahl) anzeigt. Es sollte verstanden werden, dass die Steuerung 20 des Superkondensators als Teil des Inverters 10 oder als Teil einer anderen elektrischen Steuereinrichtung, wie einer Steuerung des Antriebsstranges, ausgebildet werden kann und dass die Erfindung nicht beschränkt ist, eine getrennte Steuerung für den Superkondensator zu verwenden.
  • Die Steuerung 20 des Superkondensators ist so programmiert, dass sie die Superkondensator Verschlechterung, bedingt durch Altern, überwacht und einen oder mehrere Startersystemparameter justiert auf der Grundlage der Einschätzung der Verschlechterung. Man kann es so sagen, die Steuerung 20 des Superkondensators ermittelt den Gesundheitszustand des Superkondensator-Pack 12 und justiert den Betrieb des Inverters 10, um beständige Startereigenschaften aufrecht zu erhalten.
  • Die Systemparameter, die in der Erfindung betrachtet werden, sind die Spannungsgrenzen der Superkondensator Spannung. Diese Spannungsgrenzen beschränken die Verwendung des Superkondensator-Pack auf einen sicheren Betriebsbereich. Der Kondensator-Spannungspegel kann frei justiert werden innerhalb des sicheren Betriebsbereiches durch die Betriebsweise des Leistungsinverters und/oder durch die Betriebsweise DC/DC Konverter. Aus Gründen der Vereinfachung der Beschreibung für die Erfindung ist der Superkondensator vereinfacht wiedergegeben durch ein Widerstands-Kapazitäts-Modell (siehe 10), wobei Rscap und Cscap dem Widerstands- bzw. dem Kapazitätswert entsprechen. Dieses Modell kann auch den Kabelwiderstand einschließen der durch Rcable gezeigt ist, wie in 11 dargestellt. Somit kann die Erfindung auch dahingehend angewandt werden, dass Kabelwiderstandswerte und Anschlusswiderstandswerte auch überwacht werden.
  • Die Verschlechterung des Superkondensators kann dann beschrieben werden durch einen Widerstandsanstieg und/oder eine Kapazitätsabnahme. Es ist bekannt, dass sich der Widerstand und die Kapazität von dem Superkondensator auch mit der Temperatur ändern können, aber zwei-dimensionale Tabellen können diesen Effekt leicht kompensieren, wie untenstehend gezeigt wird.
  • Der Spannungspegel des Pack und seine Widerstands- und Kapazitätswerte beeinflussen das Verhalten des gesamten Systems. Zum Beispiel wird in 12 gezeigt, dass der Spitzen-Einschalt-Stoßstrom während eines Maschinenstarts von der Spannung und dem Widerstandswert abhängt. Um den Superkondensator und/oder andere Systemkomponenten, wie den Leistungsinverter, zu schützen, kann es erforderlich sein, den Betrieb unterhalb gewisser Stromgrenzen durchzuführen. Beispielsweise spezifiziert ein Systemparameter eine obere Spannungsgrenze des Superkondensator-Pack (bzw. der Superkondensator-Baugruppe) entsprechend seinem ansteigenden Widerstandswert. Ein anderes Beispiel wird in 13 vorgestellt. Für einen Maschinenstart ist die Zeit zum Starten eine Funktion von Widerstand- und Spannungspegel. Entsprechend dieser Beziehung wird ein anderer Systemparameter justiert, um eine angemessene Start-Leistungsfähigkeit sicher zu stellen. 14 zeigt, dass die verfügbare Energie eine Funktion von der Spannung und der Kondensator-Verschlechterung ist. Ein Systemparameter kann dies dadurch berücksichtigen, dass zum Beispiel eine spezifizierte Reserve von Energie verfügbar ist. Diese Beispiele zeigen, dass einer oder mehrere Systemparameter justiert werden müssen, entsprechend der Verschlechterung des Superkondensators.
  • Die folgenden Abschnitte zeigen ein Verfahren, um die erwähnte Verschlechterung zu messen, und einen Weg, um die Systemparameter entsprechend zu justieren.
  • In der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, hat der Superkondensator-Pack 12 zehn Temperatur unabhängige Superkondensatoren von je 2,7 Volt, die zusammen in Serie verbunden sind, um eine nominale Ausgangsspannung von 27 Volt bereit zu stellen. Ein Temperatur unabhängiger Superkondensator ist einer, in welchem die elektrischen Eigenschaften von Kapazität und Widerstand virtuell für den Normaltemperatur-Betriebsbereich des Mikro-Hybrid-Fahrzeuges 2, der im vorliegenden Fall von minus 25 Grad Celsius bis plus 25 Grad Celsius und darüber geht, konstant sind. Die zunehmende Maschinenstartzeit eines Temperatur unabhängigen Superkondensator-Pack, der differierende Anfangs-Spannungen und differierende Temperaturen aufweist, ist in 4 mit Verläufen für 16 V, 20 V und 24 V gezeigt. Die gezeigten Ergebnisse ergeben sich für „Maxwell Bootscap" (Markenbezeichnung)-Typ Vorrichtungen, die hergestellt werden von General Atomics Electronic Systems Inc. und anfängliche Anschlussspannungen von 16, 20 und 24 Volt jeweilig haben.
  • Es kann aus 4 entnommen werden, dass die Zeit zum Starten von allen drei dieser anfänglichen Spannungen im Wesentlichen konstant ist über dem gewünschten Temperaturbereich und dass die Startzeit von der Spannung abhängig ist.
  • Deshalb wird es beim Gebrauch einer Nachschlagtabelle, die in einem Speicher der Steuerung des Superkondensators gespeichert ist, ermöglicht, die Zeit vorherzusagen, die benötigt wird, um die vorgegebene Kurbelwellendrehzahl zu erreichen, und zwar aus einer Messung der Spannung an einem Ausgangsanschluss des Superkondensator-Pack 12 im neuen Zustand.
  • Die Steuerung 20 des Superkondensators kann daher betrieben werden, um die Spannung zu benutzen, die durch den Spannungssensoranschluss 22 vorliegt, um eine vorhergesagte Zeit zum Starten zu bestimmen und diese zu vergleichen mit der aktuell gemessenen Zeit durch Starten eines internen Zeitgebers, wenn der Start beginnt, und Stoppen des internen Zeitgebers, wenn das Starten abgeschlossen ist, und dann Ablesen des Wertes des internen Zeitgebers. Wenn dieser Vergleich anzeigt, dass die gemessene Zeit größer ist als die vorhergesagte Zeit, zeigt dies Verluste in der Leistungsfähigkeit (oder Alterung) von dem Superkondensator-Pack 12 an, und, um diesen Verlust der Leistungsfähigkeit zu kompensieren, wird die Steuerung 20 des Superkondensators so betrieben, dass die Spannung erhöht wird, mit der der Inverter 10 den Superkondensator-Pack 12 versorgt und zwar bei der nächsten Wiederaufladung, um so den Verlust an Leistungsfähigkeit zu kompensieren. Wenn aus irgendeinem Grund die gemessene Zeit geringer ist als die vorhergesagte Zeit, zeigt dies ein Überladen des Superkondensator-Pack 12, und, um dies zu kompensieren, wird die Steuerung 20 des Superkondensators so betrieben, dass sie die Spannung erniedrigt mit der der Inverter 10 den Superkondensator-Pack 12 versorgt und zwar bei der nächsten Wiederaufladung. Dieses Messen und Vergleichen kann für verschiedene Starts durchgeführt werden und ein Mittelwert kann genommen werden, bevor die gelieferte Spannung des Inverters geändert wird. Es sollte verstanden werden, dass dieses Zunehmen der Ladespannung unterschiedlich sein kann von einem vorbestimmten Abnehmen der Ladespannung.
  • Während des Gebrauchs des Mikro-Hybrid-Fahrzeugs 2 wird der integrierte Startergenerator 6 dazu benutzt, um den Superkondensator-Pack 12 wieder aufzuladen.
  • Wenn die Maschine 5 wieder gestartet wird, ist der Inverter 10 so betreibbar, um die Gleichspannungsversorgung des Superkondensator-Pack 12 in eine mehr-phasige Wechselstromversorgung (meist Drehstrom) umzuwandeln, um den integrierten Startergenerator 6 als Motor zum Anlassen der Maschine 5 bis zu einer gewünschten Kurbelwellendrehzahl zu betreiben, die benötigt wird für das Starten der Maschine.
  • Solch ein System, das einen Temperatur-unabhängigen Superkondensator verwendet, hat den Vorteil, dass nur eine zwei-dimensionale Nachschlagtabelle oder lineare Beziehung benötigt wird, um eine bestimmte vorher zu sagende Startzeit zu bestimmen. Da jeder Verlust in der Superkondensator-Pack-Leistungsfähigkeit durch Erhöhen der Ladespannung ausgeglichen wird, besteht kein Bedarf einen Superkondensator-Pack mit einer Größe entsprechend der Leistung für bei beendete Lebensdauer einzusetzen und so kann ein kleinerer und leichterer Superkondensator-Pack verwendet werden.
  • Unter Bezugnahme auf 3 wird ein Verfahren gezeigt, zum Kompensieren des Alterns eines Superkondensators von dem Typ, der als ausführbare Instruktionen in der Steuerung 20 des Superkondensators, implementiert ist, wie in 1 gezeigt.
  • Das Verfahren startet bei Schritt 100, welches typischerweise ein Schlüsselereignis bildet für das Mikro-Hybrid-Fahrzeug 2.
  • Dann wird bei Schritt 110 ein Spannungsoffset Voffset verwendet, um die Verschlechterung zu kompensieren, die von dem nichtflüchtigen Speicher des Leistungsinverters ausgelesen wird.
  • Beim Schritt 120 wird die Anschlussspannung des Superkondensator-Pack 12 fortwährend überwacht und fortlaufend gespeichert als eine Variable Visg in einer Speichervorrichtung. Wenn das Anlassen der Maschine gestartet wird, wird ein Zeitgeber, der einen Unterschritt von Schritt 120 abgibt, gestartet und dieser Zeitgeber darf laufen bis der Startvorgang abgeschlossen ist (das heißt, bis die Energiebeaufschlagung des integrierten Startergenerators 6 abgeschlossen ist). Bei Schritt 130 wird die gemessene verbrauchte Zeit, um die vorbestimmte Drehzahl zu erreichen, in der Speichervorrichtung als Variable Tmeas gespeichert.
  • Dann wird bei Schritt 140 eine erwartete Anlassdauer Texp bestimmt für eine Spannung, die der gemessenen Spannung VISG bei Beginn des Anlassens, abzüglich der Spannung Offset Voffset, entsprechen würde und zwar durch Verwendung einer Nachschlagtabelle oder eines linearen Diagramms der Spannung über der Zeit.
  • Beim Schritt 150 wird der vorhergehend gespeicherte Wert der gemessenen Zeit Tmeas verglichen zu der vorhergesagten oder erwarteten Anlassdauer Texp. Wenn Tmeas größer ist als Texp, dann zeigt dies an, dass ein Rückgang in der Startleistungsfähigkeit vorlag und so geht das Verfahren weiter zu Schritt 156, aber wenn Tmeas geringer ist Texp, dann zeigt dies an, dass die Startleistungsfähigkeit besser ist als erwartet und das Verfahren geht weiter zu Schritt 157.
  • Im Schritt 156 wird die Offsetspannung Voffset einjustiert bis um einen vorbestimmten Betrag Vschritt, welcher in der Größenordnung 10 mV sein kann. Alternativ kann bei Schritt 157 die Offsetspannung Voffset einjustiert werden herab um einen vorherbestimmten Betrag Vschritt, welcher derselbe Betrag sein kann, wie in Schritt 156 oder es kann auch ein unterschiedlicher Wert sein.
  • Dann geht das Verfahren nach den Schritten 156 bzw. 157 weiter zu Schritt 180, wo die neue Offsetspannung Voffset im Speicher gespeichert wird. Das Verfahren geht dann weiter zu Schritt 190, wo die neu aktualisierte Offsetspannung Voffset gelesen wird für die Verwendung im nächsten Berechnungszyklus und ferner auch gelesen wird, für die Verwendung im Schritt 200 für das Berechnen der Ladespannung VLade, die im Inverter 10 herangezogen wird, wenn beim nächsten Mal der Superkondensator-Pack 12 aufgeladen wird unter Heranziehung der Gleichung VLade = Vnom + Voffset.
  • Wobei: – Vnom ist die nominale Ladespannung des Superkondensator-Pack, wenn er neu ist, und Voffset ist der Korrekturfaktor, wie bestimmt durch das Verfahren in den Schritten 120 bis 157.
  • Damit wird die verwendete Spannung des Inverters 10 bei Aufladung des Superkondensator-Pack 12 hoch inkrementiert durch den Wert VSchritt, wenn die Startdauer aufgrund der gemessenen Spannung länger ist als die vorhergesagte Startdauer. Wenn der Superkondensator-Pack 12 das erste Mal verwendet wird, kann Voffset auf Null gesetzt werden für die erste Iteration.
  • Einer der Vorteile dieses Ansatzes ist derjenige, dass, wenn eine Verschlechterung in einer der Leitungsverbindungen zwischen dem Superkondensator-Pack 12 und dem integrierten Startergenerator 6 oder in der Übertragungsfähigkeit des Inverters 10 vorliegt, dann wird diese automisch kompensiert durch die Variable Voffset.
  • In 2 wird ein Kraftfahrzeug 2 gezeigt, wie es in vieler Hinsicht identisch ist zu demjenigen, das vorstehend beschrieben wurde unter Bezugnahme auf die 1 und 3; der einzige signifikante Unterschied ist derjenige, dass der Superkondensator-Pack 12 Superkondensatoren verwendet, die veränderlich sind in Bezug auf die Temperatur, das heißt man kann sagen sie sind temperaturempfindlich.
  • 15 zeigt die Auswirkungen der Temperaturen zwischen plus 25 Grad Celsius und minus 25 Grad Celsius für einen Temperatur empfindlichen Superkondensator bei 16 V, 20 V und 24 V anfänglicher Spannung. Es kann entnommen werden, dass, wenn die Temperatur reduziert ist, die Startzeit zunimmt.
  • Um diese Temperatureinflüsse zu überwinden, hat das Mikro-Hybrid-Fahrzeug 2, wie in 2 gezeigt, einen Temperatursensor in dem Superkondensator-Pack 12, der verbunden ist mit der Steuerung 20 des Superkondensators durch eine Temperatursensor-Leitung 23, oder irgendwelche andere Mittel, um die Temperaturinformation des Superkondensators zu erhalten, wie zum Beispiel auch ein Temperaturmodell des Superkondensators.
  • Die Betriebsweise des Systems ist in vieler Hinsicht gleich wie vorstehend angegeben, jedoch wird in diesem Fall, wenn es notwendig ist, die erwartete Anlassdauer zu berechnen, die Spannung V = (VISG – Voffset) durch Verwendung einer zwei-dimensionalen Nachschlagtabelle bestimmt, die die Beziehung angibt zwischen der Anlassdauer und beidem, nämlich der Spannung und der Temperatur. In allen anderen Aspekten ist das System und das durch die Steuerung 20 verwendete Verfahren des Superkondensators, um die Ladespannung VLade einzujustieren, gleich wie zuvor beschrieben.
  • Obwohl die Erfindung bis jetzt beschrieben wurde unter Bezugnahme auf zwei Ausführungsformen, welche beide die Anlassdauer verwenden, sollte verstanden werden, dass andere Verfahren zur Kompensation der Verschlechterung des Kondensators oder dessen Alterns verwendet werden können, die in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefasst sind.
    Zusätzliche Verfahren Kurze Beschreibung
    Maximale Spannung Schätze Gleichstrom-seitigen Widerstand durch den Spannungsverlust
    Verlust Während des Anlassens
    Spannungsverlust über Gleichstromkabel Schätze Strom durch Gleichstromkabelwiderstand
    Verluste durch die Spannungskurve Schätze Widerstand auf Grundlage von Verlusten während des Startes
    Schätze RC Zeitkonstante Schätze Zeitkonstante RC aus Spannungsmessung
    Alterungsmodel Verfolge Spannung und Temperatur über der Zeit und schätze die Superkondensator Verschlechterung
    Kapazitätsschätzung Schätze Kapazität basierend auf der Neigung der Spannungsverlaufs und dem DCDC/PI Strom
    Tabelle 1
  • Maximaler Spannungsabfall
  • Der Widerstand des Superkondensators (siehe 10) oder der Widerstand der Gleichstrom(DC-)Seite des Leistungsinverters 10 (siehe 11; in diesem Fall beinhaltet Rcable den Gleichstromkabelwiderstand als auch die Anschlusswiderstände) können abgeschätzt durch den Spannungsabfall während des Anlassens. Der Spannungsabfall kann an den Anschlussklemmen des Superkondensators (bezogen auf 10) gemessen werden oder an den Anschlüssen des Gleichstrominverters (bezogen auf 11) gemessen werden. Der Widerstand Rdc wird berechnet durch die Formel: – Rdc = Ud/(U0 – Ud)·Rac,wobei Ud der Spannungsabfall bei Beginn des Anlassens und U0 die anfängliche Packspannung ist, wie in 5 angezeigt und Rac der Widerstand auf der Wechselstrom (AC) Seite des Leistungsinverters (einschließlich der Widerstände des integrierten Startergenerators, des Drei-Phasen-(AC)Kabels 7, jeglicher Anschlüsse und der Leistungsinverter 10, und, im Fall von 10, des Gleichstromkabels) ist. Wenn Rdc die Kabel- und Anschlusswiderstände beinhaltet (entsprechend 11) dann ist die Spannung Rscap des Superkondensators (entsprechend 10) definiert durch Rdc minus Kabel und Anschlusswiderständen.
  • Der Wechsel in Rdc kann durch die Steuerung 20 herangezogen werden, um die Spannung, mit der der Inverter 10 den Superkondensator-Pack 12 versorgt, einzujustieren, um diesen somit so aufzuladen, dass der Alterungseffekt des Superkondensator-Pack 12 kompensiert wird. Man kann es so sagen, dass ein ähnliches Verfahren wie jenes, das in 3 gezeigt ist, verwendet wird. Soweit dann Schritt 110 ersetzt wird durch 'Lese R_gespeichert'; werden die Schritte 140 und 150 ersetzt durch 'Berechne Superkondensator Widerstand Rdc'; Schritt 155 wird ersetzt durch 'Rdc > R_gespeichert'; Schritt 157 wird ersetzt durch 'Dekrementiere R_gespeichert durch R_Schritt Schritt 156 wird ersetzt durch 'Inkrementiere R_gespeichert durch R_Schritt'; Schritt 180 wird ersetzt durch 'Speicher aktualisiertes R_gespeichert'; Schritt 190 wird ersetzt durch 'Lese R_gespeichert'. Die Systemparameter werden einjustiert auf Grundlage von R_gespeichert, zum Beispiel entsprechend den 12, 13 oder 14. Der anfängliche Wert von R_gespeichert sollte der erwartete Widerstandswert von neuen Komponenten sein.
  • Auf der anderen Seite kann der abgeschätzte Widerstandswert Rdc bei Schritt 140 direkt herangezogen werden, um die Systemparameter zu ändern (zum Beispiel wie in 12, 13, oder 14), oder ein Tief-Pass-gefilterter Rdc Wert könnte herangezogen werden.
  • Wie bereits ausgeführt, kann das Diagramm in 13 zusammen mit der Anlassdauer und der anfänglichen Superkondensator-Spannung herangezogen werden, um einen erhöhten Widerstandswert zu messen. Als solches kann dieser Wert in einem ähnlichen Algorithmus verwendet werden.
  • Spannungsabfall über dem Gleichstrom (DC) Kabel
  • Dieses Verfahren schätzt den Gleichstrom DC durch den Spannungsabfall über das Gleichstrom-Kabel. Die hohen Ströme, die für das Anlassen der Maschine benötigt werden, führen zu einem messbaren Spannungsabfall. Das Verfahren bewertet eine Messstrecke, anstatt einen einzigen Spannungsabfall. Das führt zu einer verbesserten Robustheit. Der Strom kann bestimmt werden durch die Gleichung I = (U_PI – Uscap)/Rcabwobei I = der Strom, U_PI die Spannung des Superkondensators auf der Seite des Leistungsinverters ist, Uscap die erfasste Spannung des Superkondensators ist oder die Gleichspannung des Superkondensators und Rcab ist der Widerstand des Kabels.
  • Der berechnete Strom I kann dann herangezogen werden zusammen mit der gemessenen Spannung U des Superkondensators, um den inneren Widerstand des Superkondensator-Pack 12 abzuschätzen. Der Widerstand R wird einfach berechnet durch R = U/I. Ein anderes Verfahren besteht darin, dass der Strom direkt gemessen wird durch einen Shunt (Nebenwiderstand) oder durch einen Hall-Sensor.
  • Wie zuvor kann die Ladespannung durch die Steuerung 20 des Superkondensators einjustiert werden aufgrund von irgendwelchen Veränderungen des geschätzten Superkondensator-Widerstandes, um das Altern des Superkondensators zu kompensieren. Der geschätzte Widerstandswert kann herangezogen werden, wie oben erläutert.
  • Verluste durch die Spannungskurve
  • 6 zeigt ein Gebiet „A" welches den internen Kondensator-Verlusten entspricht. Die punktierte Linie Viscap entspricht dem internen Status des Superkondensator-Pack 12 und die durchgehende Linie ist eine gemessene, gefilterte Klemmenspannung, wie zum Beispiel anliegend an der Sensorleitung 22, die zu der Steuerung 20 führt. Viscap kann beispielsweise abgeschätzt werden durch das beschriebene Verfahren 'Schätze RC Zeitkonstante' (siehe nachsehend; Viscap Äquivalente Vi). Das Quadrat der Spannungsdifferenz zwischen den gestrichelten und kontinuierlichen Linien wird über die Zeit integriert und dieser Wert entspricht dem Produkt von Verlusten und internen Widerständen gemessen in [V^2s] oder [JOhm]).
  • 7 zeigt die Beziehung zwischen der anfänglichen Kondensator-Spannung, dem Widerstand auf der Gleichstromseite des Leistungsinverters 10 und der ins Quadrat genommenen Spannung über der Zeitfläche, von welcher eine Abschätzung des Widerstandswertes des Superkondensator-Pack 12 erhalten werden kann. Wie zuvor kann die Ladespannung dann einjustiert werden auf Grundlage von irgendwelchen Änderungen von geschätztem Superkondensator-Widerstand, um so die Alterung des Superkondensators zu kompensieren. Die anfängliche Spannung hat nur einen begrenzten Effekt auf das Gebiet „A", weil die längere Startdauer einen verkleinerten Anlassstrom bei geringeren Spannungen ausgleicht. Der abgeschätzte Widerstandswert kann herangezogen werden, wie obig erklärt.
  • Abschätzung RC Zeitkonstante
  • Widerstand und Kapazität können nicht abgeschätzt werden durch Spannungsmessungen, ohne dass weitere Informationen über den Strom vorliegen. Es ist jedoch möglich, die Zeitkonstante des Superkondensator-Pack zu bewerten, das heißt, man kann sagen das Produkt aus Kapazität und Widerstand.
  • 8 zeigt die Klemmenspannung und die innere Spannung des Kondensators während eines Maschinenstarts.
  • Die innere Kondensator-Spannung kann beschrieben werden durch die Differenzialgleichung dU_i/dt = 1/R/C·(U_terminal – U_i).wobei U_i die interne Spannung oder die Leerlaufspannung des Kondensators, U_terminal die Spannung, die an den Klemmen des Kondensators gemessen wird, R der innere Widerstand des Kondensators und C die Kapazität des Kondensators ist.
  • Wenn der Strom des Kondensators beim Beginn oder beim Ende eines Anlassvorganges (oder einem anderen beliebigen Auflade oder Entlade Ereignis) Null ist, können die anfängliche und die restliche Spannung herangezogen werden als begrenzende Bedingungen für die innere Kondensator-Spannung. Das Produkt RC kann dann dem entsprechend angepasst werden.
  • Die Vorteile dieses Verfahrens bestehen darin, dass es sich um eine rein elektrische Bewertung des Superkondensator-Verhaltens handelt, ohne Beeinflussung durch mechanische Veränderungen, es stellt einen Abschätzer für die innere Kondensator-Spannung (dies kann verwendet werden für die Verluste betreffend des Spannungskurvenverfahrens) zur Verfügung und es kann zusammen mit einem zusätzlichen Widerstands- oder Kapazitäts-Abschätzer(-Bewerter) herangezogen werden. Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen darin, dass es nicht unterscheiden kann zwischen einer Widerstandszunahme und einer Kapazitätsabnahme, da diese beiden Wirkungen miteinander vermischt sind, es liegt nur eine kleine Veränderung über die Lebensdauer vor und der Strom des Kondensators muss am Beginn und am Ende des Anlassereignisses Null sein.
  • Dennoch kann die Zeitkonstante RC, wie zuvor durch die Steuerung 20 des Superkondensators, herangezogen wurde, um die Ladespannung einzujustieren auf Grundlage von irgendwelchen Veränderungen von RC, um die Alterung der Superkondensators auszugleichen. Wenn zum Beispiel RC angestiegen ist, dann kann die Ladespannung auch vergrößert werden durch einen proportionalen Wert entweder linear oder in Übereinstimmung mit einigen nichtlinearen Beziehungen, die in der Nachschlagtabelle gespeichert sind.
  • Diese Annäherung kann mit dem einen oder anderen Verfahren kombiniert werden. Wenn das andere Verfahren eine Anzeige für R zur Verfügung stellt und dieses Verfahren das Produkt RC liefert, kann man berechnen C = RC/R. Wenn das andere Verfahren eine Anzeige für C ermöglicht und das Verfahren das Produkt RC liefert, kann man berechnen R = RC/C.
  • Alterungsmodell
  • Die Abhandlung 'Temperaturverhalten und Impedanz-Grundlagen von Superkondensatoren', Journal of Power Sources 154 (2006) pp. 550–555, beschreibt das Altern von Superkondensatoren. Der Spannungspegel und die Zelttemperatur bestimmen die Alterungsgeschwindigkeit. Tatsächlich kann die Abnahme der Kapazität und die Zunahme an Widerstand gekennzeichnet werden durch das Arrhenius Gesetz. Deshalb können die gemessene Kondensator-Spannung und die gemessene Kondensator-Temperatur herangezogen werden, um direkt die Verschlechterung der Baugruppe abzuschätzen. Ein Nachteil ist der, dass ein Herabsteuern des Leistungsinverters benötigt wird für eine verlässliche Vorhersage der Kondensator-Verschlechterung während des diskreten Messens und dass kontinuierliches Messen der Spannung des Kondensators und der Temperatur benötigt werden.
  • Dennoch ist es durch Programmierung einer solchen Gleichung in die Steuerung 20 des Superkondensators möglich, die Verschlechterung des Superkondensator-Pack 12 abzuschätzen. Die Systemparameter des Startersystems können dann entsprechend den vorhergesagten Widerstands- und Kapazitätswerten (zum Beispiel entsprechend den 12, 13, und 14) einjustiert werden und somit kann die Alterung und die Verschlechterung des Superkondensator-Pack 12 kompensiert werden.
  • Kapazitätsabschätzung
  • Der Kapazitätswert des Superkondensator-Pack 12 kann während einer Lade- oder Entlade-Phase abgeschätzt werden. Durch Integration des Stromes i über der zeit t und der Spannung vor und nach der Lade- oder Entladephase V_1 bzw. V_2, kann die Kapazität des Superkondensators berechnet werden. Die Kapazität ist C = integral (i·dt)/(V_2 – V_1)
  • Wenn die Kapazität heruntergeht, muss die Spannung erhöht werden, um die gespeicherte Energie beizubehalten (siehe 14).
  • 9 zeigt ein verallgemeinertes Verfahren entsprechend der Erfindung, um die Parameter für das Startersystem einzujustieren, um so die Kondensator-Verschlechterung/Alterung zu kompensieren.
  • Das Verfahren startet bei Schritt 500, welches ein Schlüsselereignis ist, und geht dann weiter zu Schritt 510, wo eine Bestimmung der Kondensator-Verschlechterung durch Verwendung von einem der Verfahren, wie oben beschrieben, erreicht wird. Das Verfahren geht dann weiter zu Schritt 520, wo diese Bewertung umgesetzt wird durch Berechnung oder durch Verwendung einer Nachschlagtabelle in eine Spannungskorrektur, die benötigt wird, um die Verschlechterung auszugleichen und dann wird in Schritt 530 diese Spannungskorrektur angewandt und zwar in diesem Fall bezogen auf die Ausgangsspannung des Inverters 10, sodass der Superkondensator-Pack 12 aufgeladen wird auf eine geringfügig höhere Spannung als die des letzten Aufladezyklus, um so den Verlust an Leistungsfähigkeit des Superkondensator-Pack auszugleichen. Es sollte verstanden werden, dass die Ladespannung nicht nach jedem Maschinenstart inkrementiert werden muss, sondern nur wenn ein Verlust an Leistungsfähigkeit in einem vorbestimmten Ausmaß erreicht ist.
  • Deshalb sind in einer Zusammenfassung eine Anzahl von Verfahren möglich, um den Gesundheits-/Befindens-Zustand des Superkondensator-Pack zu bestimmen und alle von diesen können herangezogen werden, um einen Hinweis über die Verschlechterung oder Alterung des Superkondensator-Pack zu bekommen, wobei diese durch Erhöhen/Erniedrigen der Spannung, bis zu welcher der Superkondensator-Pack durch den Inverter 10 wieder aufgeladen wird, dann kompensiert werden können.
  • Obwohl die Erfindung soweit beschrieben wurde über beispielhafte Ausführungsformen, in welchen die Verschlechterung des Superkondensator-Packs durch Einjustierung eines Parameters des Startersystems in Form der Spannung, die benutzt wird, um den Superkondensator wieder aufzuladen, kompensiert wird, so ist auch zu verstehen, dass andere Parameter des Startersystems justiert werden können, oder das Justieren der Startersystemparameter kann auch aufweisen, wenigstens einen Startersystemparameter zu justieren auf Grundlage eines gemessenen Kondensatorstromes, zum Beispiel gemessen durch einen Shunt (Nebenwiderstand) oder Hall-Sensor.
  • Damit der integrierte Startergenerator genau funktionieren kann und um eine verlässliche Abschätzung (Bestimmung) von minimal/maximal zugelassenen Spannungspegeln während des Stopps/Starts zu haben, müssen eine oder mehrere der folgenden Erfordernisse erfüllt sein:
    • 1/ ein Trigger-Signal wird benötigt, um einen Start zu signalisieren vor einer aktuellen Erregung des integrierten Startergenerator-Rotors;
    • 2/ der Gleichstrom (DCDC) auf der 24 V Seite sollte bei Beginn des Starts gering genug sein, dass der entsprechende Spannungsabfall die Messungen nicht stört (wenigstens bei den meisten der Wiederstarts);
    • 3/ der Gleichstrom zu Gleichstrom (DCDC) Konverter ist zu sperren, unmittelbar wenn ein Start beginnt;
    • 5/ automatische Wiederstarts der Maschine werden nur erwartet bei Maschinentemperaturen, die hoch genug sind, sodass die Maschinenreibung – wie erwartet – vorliegt und mit einer Temperatur des Kondensator-Pack zu Temperaturen, bei welchen die angenommene Temperatur-Unabhängigkeit möglich ist oder bei Temperaturen, für welche die Kompensation durch eine Tabelle möglich ist;
    • 6/ idealerweise sollte kein Antriebsriemenschlupf während des Anlassens vorliegen, oder ein Start mit einem Antriebsriemenschlupf sollte ignoriert werden; und
    • 7/ die Fahrzeugkupplung sollte zu 100% gedrückt sein (ausgekuppelt) während des Starts oder der Start sollte ignoriert werden.
  • Es sollte vom Fachmann verstanden bzw. anerkannt werden, dass, obwohl die Erfindung beschrieben wurde mit beispielhafter Bezugnahme auf eine oder mehrere Ausführungsformen, es ersichtlich ist, dass die Erfindung nicht beschränkt ist auf die offenbarten Ausführungsformen, so dass eine oder mehrere Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen oder alternativen Ausführungsformen geschaffen werden können, ohne dass vom Umfang der Erfindung abgewichen wird.
  • Zum Beispiel ist die Erfindung nicht beschränkt auf die Spannungspegel, die hierin offenbart sind und andere Spannungspegel können verwendet werden ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - 'Temperaturverhalten und Impedanz-Grundlagen von Superkondensatoren', Journal of Power Sources 154 (2006) pp. 550–555 [0099]

Claims (29)

  1. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (5) und einem Motorstartersystem für das Starten des Motors, wobei das Motorstartersystem aufweist: einen elektrischen Starter zum Starten des Motors (5), einen Kondensator (12), um elektrische Energie an den Starter zum Starten des Motors zu liefern, einen Generator, um elektrische Energie zu dem Kondensator zu liefern, um den Kondensator wieder aufzuladen, und eine Steuerung (20), um Starter-Systemparameter einzustellen, wobei die Steuerung (20) so betrieben werden kann, um die Starter-Systemparameter auf Grundlage einer überwachten Verschlechterung des Kondensators (12) einzustellen.
  2. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, wobei das Einstellen von Starter-Systemparametern aufweist: Einstellen der Spannung, zu der der Kondensator (12) aufgeladen wird.
  3. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Spannung eingestellt wird auf Basis eines Vergleichs einer Startdauer mit einer vorhergesagten Startdauer.
  4. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, wobei das System weiter einen Spannungssensor aufweist, um die Spannung des Kondensators zu messen, wobei die Steuerung (20) die gemessene Spannung verwendet, um eine vorausgesagte Startdauer zu berechnen.
  5. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, wobei die vorhergesagte Startdauer durch Verwendung einer Nachschlagtabelle ermittelt wird, die sich auf die Zeit bezieht, um die vorbestimmte Anlassdrehzahl und die vorbestimmte Spannung zu erreichen.
  6. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach Anspruch 3, wobei das System ferner aufweist: einen Spannungssensor, um die Spannung von dem Kondensator (12) zu messen, einen Temperatursensor, um die Temperatur des Kondensators zu messen, wobei die Steuerung (20) die gemessene Spannung und die gemessene Temperatur verwendet, um eine vorherzusagende Startdauer zu berechnen.
  7. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, wobei die vorhergesagte Startdauer bestimmt wird durch Verwendung einer dreidimensionalen Nachschlagtabelle, die sich auf die erwartete Startdauer, die erwartete Temperatur und die erwartete Spannung bezieht.
  8. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 3–7, wobei die Spannung um einen vorbestimmten Betrag erhöht wird, wenn die gemessene Startdauer größer ist als die erwartete Startdauer.
  9. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 3–8, wobei die Spannung um einen vorbestimmten Betrag herabgesetzt wird, wenn die gemessene Startdauer geringer ist als die erwartete Startdauer.
  10. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1–9, wobei der Maschinenstarter und der Generator als ein einziger integrierter Startergenerator (6) ausgebildet sind.
  11. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, wobei der integrierte Startergenerator (6) eine Mehrphasen-Einrichtung ist und das Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug weiter aufweist: einen Inverter (10), der eine Gleichstrom-(DC-)Seite hat, die verbunden ist mit dem Kondensator (12), und eine Mehrphasenseite hat, die verbunden ist mit dem integrierten Startergenerator (6), wobei die Steuerung (20) so betreibbar ist, um die Startersystemparameter einzustellen durch Einstellung der Gleich-(DC-)Spannung, die dem Kondensator (12) von dem Inverter (10) zugeführt wird, um den Kondensator (12) wieder aufzuladen.
  12. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, wobei das Einstellen der Startersystemparameter aufweist: Einstellen wenigstens eines Startersystemparameters basierend auf einer Ermittlung einer Abschätzung der Kondensator-Verschlechterung, die aus einer Messung von einem maximalen Spannungsabfall während des Anlassens des Motors erhalten wird.
  13. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einstellen von Startersystemparametern aus dem Einjustieren von wenigstens einem Startersystemparameter basierend der auf einer Ermittlung des Spannungsabfalls in einem Gleichstrom-(DC-)Kabel, das den Kondensator mit dem Startermotor verbindet.
  14. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einstellen von Startersystemparametern aufweist: Einstellen von wenigstens einem Startersystemparameter basierend auf einem gemessenen Kondensator-Strom.
  15. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einstellen von Startersystemparametern aufweist: Einjustieren von wenigstens einem Startersystemparameter basierend auf einer Ermittlung von Verlusten von einer Spannungskurve, die erzeugt wird durch Messungen, die während des Anlassens des Motors vorgenommen werden.
  16. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einstellen von Startersystemparametern aufweist: Einjustieren von wenigstens einem Startersystemparameter basierend auf einer Ermittlung einer Zeitkonstante, die erzeugt wird durch Spannungsmessungen, die während des Anlassens des Motors vorgenommen werden.
  17. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einstellen von Startersystemparametern aufweist: Einstellen von wenigstens einem Startersystemparameter basierend auf einer Ermittlung einer Vorhersage der Alterung des Kondensators.
  18. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Einstellen von Startersystemparametern aufweist: Einstellen von wenigstens einem Startersystemparameter basierend auf einer Schätzung der Kondensator-Kapazität, die durch Verwenden einer Spannungsverlaufsneigung erhalten wird, die aus Messungen während des Anlassens des Motors erzeugt wird.
  19. Ein Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1–18, wobei der Kondensator ein Superkondensator-Pack (12) ist, das eine Anzahl von Superkondensatoren, die in Serie zusammengeschlossen sind, hat.
  20. Verfahren zum Steuern des Betriebes eines Verbrennungsmotorstartersystems unter Verwendung eines Kondensators als elektrische Energiequelle zum Starten des Verbrennungsmotors, wobei das Verfahren aufweist: Überwachen der Kondensator-Leistungsfähigkeit während des Startens des Motors und Einstellen von einem oder mehreren Startersystemparametern zum Ausgleichen einer Kondensator-Verschlechterung.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Einstellen von einem oder mehrerer Startersystemparameter aufweist: dem Einstellen einer Spannung, die dem Kondensator zugeführt wird, um ihn wieder aufzuladen.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei das Verfahren weiter aufweist: Messen der Startdauer, Vorhersagen einer Startdauer aus einem oder mehreren gemessenen Parametern, Vergleichen der gemessenen Startdauer mit der vorhergesagten Startdauer und Einstellen der Spannung, die an den Kondensator angelegt wird, um ihn wieder aufzuladen basierend auf dem Vergleich.
  23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Verfahren weiter aufweist: Messen einer Spannung von dem Kondensator vor dem Starten, wobei die vorhergesagte Startdauer auf der gemessenen Spannung basiert.
  24. Verfahren nach Anspruch 22, wobei das Verfahren weiter aufweist: Messen einer Spannung von dem Kondensator vor dem Starten, Messen der Temperatur des Kondensators vor dem Starten wobei die vorhergesagte Startdauer auf der gemessenen Spannung und der gemessenen Temperatur basiert.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22–24, wobei das Verfahren weiter aufweist: Erhöhen der Spannung, die an den Kondensator angelegt wird, um seine Ladung zu erhöhen, wenn die gemessene Startdauer größer ist als die vorhergesagte Startdauer.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22–25, wobei das Verfahren weiter aufweist: Erniedrigen der Spannung, die an den Kondensator angelegt wird, um seine Ladung herabzusetzen, wenn die gemessene Startdauer geringer ist als die vorhergesagte Startdauer.
  27. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Verfahren aufweist: Ermitteln einer Indikation der Verschlechterung des Kondensators aus der überwachten Kondensator-Leistungsfähigkeit während des Startens des Motors, wobei der Indikator verwendet wird, um eine Variable zu erzeugen, die eine benötigte Ladespannungskorrektur anzeigt und Einstellen einer oder mehrerer Startersystemparameter durch Einstellen der Ladespannung basierend auf der Variablen, um die Verschlechterung des Kondensators auszugleichen.
  28. Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug im Wesentlichen wie hierin beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
  29. Verfahren zum Steuern des Betriebes eines Brennkraftmaschinenstartersystems im Wesentlichen wie hierin beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
DE102008023837A 2007-07-19 2008-05-16 Mikro-Hybrid-Kraftfahrzeug Withdrawn DE102008023837A1 (de)

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