DE102009000973A1 - Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebssstrangs, wobei der Antriebsstrang ein als Hybridantrieb ausgebildetes Antriebsaggregat mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, ein zwischen den Hybridantrieb und einen Abtrieb geschaltetes Getriebe und einen elektrischen Energiespeicher umfasst, wobei dann, wenn der Elektromotor als Generator betrieben wird, der elektrische Energiespeicher geladen wird, wobei dann, wenn der Elektromotor als Motor betrieben wird, der elektrische Energiespeicher entladen wird, und wobei eine Hybridstrategie abhängig vom Fahrerwunsch und/oder abhängig vom Betriebspunkt des Antriebsstrangs den Betrieb desselben steuert und/oder regelt. Erfindungsgemäß steuert und/oder regelt die Hybridstrategie den Betrieb des Antriebsstangs abhängig von elektrischer Energie, die durch mindestens einen thermoelektrischen Generator aus Wärme erzeugbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs nach dem Obergriff des Anspruchs 1.
  • Die Hauptkomponenten eines Antriebsstrangs sind ein Antriebsaggregat und ein Getriebe. Das Getriebe wandelt Drehzahlen und Drehmomente und setzt so das Zugkraftangebot des Antriebsaggregats um und stellt dasselbe an einem Abtrieb des Antriebsstrangs bereit. Die hier vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, der als Antriebsaggregat einen Hybridantrieb mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor umfasst. Ein solcher Antriebsstrang umfasst neben dem Verbrennungsmotor und dem Elektromotor des Antriebsaggregats sowie neben dem zwischen das Antriebsaggregat und den Abtrieb geschalteten Getriebe weiterhin einen elektrischen Energiespeicher, wobei dann, wenn der Elektromotor des Antriebsaggregats als Generator betrieben wird, der elektrische Energiespeicher geladen, und dann, wenn der Elektromotor als Motor betrieben wird, der elektrische Energiespeicher entladen wird.
  • Der Betrieb eines solchen Antriebsstrangs wird von einer Hybridstrategie gesteuert und/oder geregelt, wobei die Hybridstrategie abhängig von einem Fahrerwunsch und/oder abhängig von einem Betriebspunkt des Antriebsstrangs einen Betriebsmodus ermittelt, auf Grundlage dessen der Betrieb des Antriebsstrangs gesteuert und/oder geregelt wird. Bei einem solchen Betriebsmodus kann es sich um Hybridfahren handeln, beim welchem sowohl der Verbrennungsmotor als auch der Elektromotor des Hybridantriebs am Abtrieb ein Antriebsmoment bereitstellen. Weiterhin kann es sich bei einem solchen Betriebsmodus um rein elektromotorisches Fahren handeln, bei welchem der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist. Bei einem weiteren Betriebsmodus handelt es sich um das verbrennungsmotorische Fahren, bei welchem der Elektromotor als Generator betrieben wird, um den Energiespeicher zu laden.
  • Die Bestimmung eines solchen Betriebsmodus erfolgt abhängig vom aktuellen Fahrerwunsch sowie abhängig vom aktuellen Betriebspunkt des Antriebsstrangs, so zum Beispiel abhängig davon, ob der Antriebsstrang in einer Ebene oder in einer Steigung bergauf oder bergab betrieben wird.
  • Auf diese Art und Weise ist es bereits möglich, einen Antriebsstrang, der einen Hybridantrieb umfasst, verbrauchsoptimiert zu betreiben. Es besteht jedoch Bedarf an einem Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, mithilfe dessen der Wirkungsgrad nochmals gesteigert werden kann.
  • Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs zu schaffen.
  • Dieses Problem wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß steuert und/oder regelt die Hybridstrategie den Betrieb des Antriebsstrangs abhängig von elektrischer Energie, die durch mindestens einen thermoelektrischen Generator aus Wärme erzeugbar ist.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Steuerung und/oder Regelung des Betriebs des Antriebsstrangs durch die Hybridstrategie abhängig von der elektrischen Energie, die durch mindestens einen thermoelektrischen Generator aus Wärme erzeugbar ist. Mit der hier vorliegenden Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, dass in einer Hybridstrategie eines Antriebsstrangs mit einem Hybridantrieb die elektrische Energie, die von thermoelektrischen Generatoren aus Wärme erzeugt werden kann, für die Regelung und/oder Steuerung des Antriebsstrangs berücksichtigt wird. Hiermit kann der Wirkungsgrad eines Antriebsstrangs mit einem Hybridantrieb gesteigert werden.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 ein exemplarisches Blockschaltbild eines Antriebsstrangs bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs einsetzbar ist.
  • 1 zeigt schematisiert ein Antriebsstrangschema, dessen Antriebsaggregat als Hybridantrieb ausgebildet ist, wobei der Hybridantrieb einen Verbrennungsmotor 1 und einen Elektromotor 2 umfasst. Zwischen den Hybridantrieb und einen Abtrieb 3 ist ein Getriebe 4 geschaltet.
  • Im Antriebsstrangschema der 1 ist zwischen den Verbrennungsmotor 1 und den Elektromotor 2 eine Kupplung 5 und weiterhin zwischen den Elektromotor 2 und das Getriebe 4 eine Kupplung 6 geschaltet. Bei dem Antriebsstrang der 1 handelt es sich demnach um einen sogenannten Parallelhybrid-Antriebsstrang. Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung bei einem Parallelhybrid-Antriebsstrang beschränkt. Vielmehr kann die Erfindung auch bei anderen Antriebssträngen mit einem Hybridantrieb zum Einsatz kommen.
  • Dann, wenn beim Antriebsstrang der 1 die Kupplung 5 geöffnet ist, ist der Verbrennungsmotor 1 vom Abtrieb 3 abgekoppelt. Bei geschlossener Kupplung 5 ist hingegen der Verbrennungsmotor 1 an den Abtrieb 3 angekoppelt. Bei der Kupplung 6 handelt es sich um ein getriebeexternes Anfahrelement. Anstelle des getriebeexternen Anfahrelements 6 kann auch ein getriebeinternes Anfahrelement zum Einsatz kommen.
  • Weiterhin umfasst der Antriebsstrang des Beispiels der 1 einen elektrischen Energiespeicher 7.
  • Dann, wenn der Elektromotor 2 als Motor betrieben wird, wird der elektrische Energiespeicher 2 entladen und die im elektrischen Energiespeicher 7 gespeicherte Energie genutzt, um am Abtrieb 3 ein Antriebsmoment bereitzustellen. Dann, wenn der Elektromotor 2 generatorisch betrieben wird, kann mithilfe des Elektromotors 2 der elektrische Energiespeicher 7 geladen werden.
  • Der Betrieb des in 1 exemplarisch gezeigten Antriebsstrangs wird von einer Hybridstrategie gesteuert und/oder geregelt. Die Hybridstrategie kann eine regelbasierte und/oder kennfeldbasierte Hybridstrategie sein.
  • Die Hybridstrategie ermittelt abhängig vom aktuellen Fahrerwunsch und/oder abhängig vom aktuellen Betriebspunkt des Antriebsstrangs einen Betriebsmodus für den Antriebsstrang, auf Grundlage dessen der Betrieb des Antriebsstrangs gesteuert und/oder geregelt wird.
  • Bei einem solchen Betriebsmodus kann es sich zum Beispiel um rein elektromotorisches Fahren handeln, wobei in diesem Betriebsmodus der Verbrennungsmotor 1 bei geöffneter Kupplung 5 ausgeschaltet ist und im elektrischen Energiespeicher 7 gespeicherte Energie zum Antreiben des Elektromotors 2 verwendet wird. Weiterhin kann es sich bei einem solchen Betriebsmodus um das sogenannte Hybridfahren handeln, wobei beim Hybridfahren die Kupplung 5 geschlossen ist und sowohl der Verbrennungsmotor 1 als auch der Elektromotor 2 am Abtrieb 3 ein Antriebsmoment bereitstellen. Bei einem weiteren Betriebsmodus, den die Hybridstrategie zur Steuerung und/oder Regelung des Betriebs des Antriebsstrangs ermitteln kann, handelt es sich um ein verbrennungsmotorisches Fahren mithilfe des Verbrennungsmotors 1, bei welchem dann der Elektromotor 2 generatorisch betrieben wird, um den elektrischen Energiespeicher 7 zu laden.
  • Gemäß 1 ist dem Verbrennungsmotor 1 mindestens ein thermoelektrischer Generator 8 zugeordnet, mithilfe dessen Wärme, zum Beispiel Verlustwärme des Verbrennungsmotors 1, in elektrische Energie gewandelt werden kann, um den elektrischen Energiespeicher 7 des Antriebsstrangs zu laden.
  • Es liegt hierbei im Sinne der hier vorliegenden Erfindung, dass die Hybridstrategie des Antriebsstrangs den Betrieb desselben abhängig von der elektrischen Energie, die durch den oder jeden thermoelektrischen Generator 8 erzeugt werden kann, steuert und/oder regelt.
  • Der Betriebsmodus, den die Hybridstrategie zur Steuerung und/oder Regelung des Antriebsstrangs ermittelt, ist demnach abhängig vom aktuellen Fahrerwunsch und/oder abhängig vom aktuellen Betriebspunkt des Antriebsstrangs sowie zusätzlich abhängig von der von dem oder jedem thermoelektrischen Generator 8 erzeugbaren Energie. Abhängig von den obigen Kriterien entscheidet demnach die Hybridstrategie, ob der elektrische Energiespeicher 7 des Antriebsstrangs geladen oder entladen wird.
  • Für den Betrieb eines Antriebsstrangs mit einem Hybridantrieb wird demnach die elektrische Energie, die von thermoelektrischen Generatoren 8 des Antriebsstrangs aus Wärme erzeugt werden kann, berücksichtigt, und zwar bei der Ermittlung eines Betriebsmodus für den Antriebsstrang durch die Hybridstrategie. Die mithilfe der thermoelektrischen Generatoren 8 rückgewinnbare, elektrische Energie wird demnach bei der Bestimmung des Betriebsmodus für den Antriebsstrang mit eingeplant. Dies hat einen deutlichen Einfluss auf den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 7 und auf den Betriebsmodus, auf Grundlage dessen der elektrische Energiespeicher 7 entweder geladen oder entladen wird. Hiermit lässt sich der Wirkungsgrad eines Antriebsstrangs mit einem Hybridantrieb steigern.
  • Die Hybridstrategie des Antriebsstrangs plant dabei die von dem oder jeden elektrothermischen Generator 8 erzeugbare elektrische Energie derart ein, dass die Hybridstrategie vorab berücksichtigt, in welchem Betriebsmodus des Antriebsstrangs der Verbrennungsmotor 1 in welchem Umfang betrieben wird, und in weichem Umfang demnach Verlustwärme des Verbrennungsmotors 1 von dem oder jedem elektrothermischen Generator 8 zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden kann. In einem Betriebsmodus, in welchem demnach der Verbrennungsmotor 1 betrieben wird und hohe Verlustwärme generiert, hat die von dem oder jedem thermoelektrischen Generator 8 erzeugbare Energie demnach größeren Einfluss auf den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 7 als in einem Betriebsmodus, in welchem der Verbrennungsmotor 1 ausgeschaltet ist.
  • Die Erfindung kann sowohl bei betriebspunktoptimierten Hybridstrategien als auch bei vorausschauenden Hybridstrategien zum Einsatz kommen.
  • Die Erfindung findet vorzugsweise Anwendung bei einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung ist jedoch auch bei Antriebsträngen in der Bahntechnik oder Schiffstechnik einsetzbar.
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    Elektromotor
    3
    Abtrieb
    4
    Getriebe
    5
    Kupplung
    6
    Kupplung
    7
    elektrischer Energiespeicher
    8
    thermoelektrischer Generator

Claims (3)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Antriebsstrangs, wobei der Antriebsstrang ein als Hybridantrieb ausgebildetes Antriebsaggregat mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor, ein zwischen den Hybridantrieb und einen Abtrieb geschaltetes Getriebe und einen elektrischen Energiespeicher umfasst, wobei dann, wenn der Elektromotor als Generator betrieben wird, der elektrische Energiespeicher geladen wird, wobei dann, wenn der der Elektromotor als Motor betrieben wird, der elektrische Energiespeicher entladen wird, und wobei eine Hybridstrategie abhängig vom Fahrerwunsch und/oder abhängig vom Betriebspunkt des Antriebsstrangs den Betrieb desselben steuert und/oder regelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridstrategie den Betrieb des Antriebsstrangs abhängig von elektrischer Energie, die durch mindestens einen thermoelektrischen Generator aus Wärme erzeugbar ist, steuert und/oder regelt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybridstrategie abhängig vom aktuellen Fahrerwunsch und/oder abhängig vom aktuellen Betriebspunkt des Antriebsstrangs sowie abhängig von der von dem oder jedem thermoelektrischen Generator erzeugbaren Energie einen Betriebsmodus zur Regelung und/oder Steuerung des Betriebs des Antriebsstrangs ermittelt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher abhängig vom aktuellen Fahrerwunsch und/oder abhängig vom aktuellen Betriebspunkt des Antriebsstrangs sowie abhängig von der von dem oder jedem thermoelektrischen Generator erzeugbaren Energie geladen oder entladen wird.
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US4148192A (en) * 1977-11-23 1979-04-10 Cummings Troy A Internal combustion electric power hybrid power plant
US20070193617A1 (en) * 2004-04-07 2007-08-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust heat recovery power generation device and automobile equipped therewith
DE102006042651A1 (de) * 2006-09-12 2008-05-08 Bayerische Motoren Werke Ag Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb

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