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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Energierückgewinnung
in Fahrzeugen.
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Zur
effizienten Energienutzung in Fahrzeugen können diese mittels
eines elektrischen Fahrzeuggenerators abgebremst werden, sodass
die beim Abbremsen abgegebene Bremsenergie in elektrische Energie
umgewandelt werden kann, was auch mit dem Begriff der Rekuperation
bezeichnet wird. Die in einer Rekuperationsphase durch den Fahrzeuggenerator
erzeugte Ausgangsspannung wird üblicherweise durch ein
Steuergerät, wie es beispielsweise in der Druckschrift
DE 102 01 264 A1 beschrieben
ist, begrenzt, um eine Überhöhung der Ausgangsspannung
insbesondere bei höheren Generatordrehzahlen zu vermeiden.
Bei Belastung des Fahrzeuggenerators durch Fahrzeugenergieverbraucher
wie beispielsweise Heizung oder leistungsregelbare Lasten sinkt
jedoch die durch den Fahrzeuggenerator abgegebene Ausgangsspannung
ab. Wird durch den Fahrzeuggenerator in der Rekuperationsphase gleichzeitig
auch eine Fahrzeugbatterie geladen, so sinkt dadurch auch deren
Ladespannung, wodurch die Aufladung der Fahrzeugbatterie begrenzt
wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass bei Vollast des Generators
die Ausgangsspannung des in der Rekuperationsphase durch zumindest
einen Fahrzeugenergieverbraucher belasteten Generators durch eine
Verringerung der Leistung des Fahrzeugenergieverbrauchers, d. h.
durch eine Verringerung einer Leistungsaufnahme oder einer Leistungszufuhr
zu dem Fahrzeugenergieverbraucher, erhöht werden kann.
Der Fahrzeuggenerator wird dadurch in einen Teillastbetrieb überführt,
wobei die so entstandene Leistungsreserve zur beschleunigten Ladung
der Fahrzeugbatterie aufgrund der erhöhten Ausgangsspannung
genutzt werden kann. Darüber hinaus kann so die während
der Bremsphase zurückgewonnene Bremsenergie mit einem höheren
Wirkungsgrad in elektrische Energie umgewandelt und gespeichert
werden.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhöhen einer Ausgangsspannung
eines beispielsweise im Vollast betriebenen Fahrzeuggenerators eines Fahrzeugs,
das zumindest ein Antriebsaggregat umfasst, während einer
Rekuperationsphase, in welcher die beispielsweise beim Abbremsen
des Fahrzeugs freigewonnene Bremsenergie in elektrische Energie umgewandelt
wird. Das Verfahren umfasst das Erfassen einer Ausgangsspannung
des Fahrzeuggenerators während der Rekuperationsphase,
wobei die Ausgangsspannung des Fahrzeuggenerators beispielsweise
an dessen Ausgangsklemmen abgegriffen wird. Das Verfahren umfasst
ferner das Vergleichen der erfassten Ausgangsspannung mit einer Soll-Ausgangsspannung
des Fahrzeuggenerators, welche während der Rekuperationsphase
insbesondere im teilbelasteten Betrieb des Fahrzeuggenerators zu
erwarten bzw. erreichbar ist. Die Soll-Ausgangsspannung des Fahrzeuggenerators
kann beispielsweise diejenige maximale Ausgangsspannung sein, welche
der durch ein Steuergerät vorgegebenen, maximalen Ausgangsspannung
des Fahrzeuggenerators in der Rekuperationsphase entspricht oder
welche einen Spannungsgrenzwert darstellt, ab welchem der Fahrzeuggenerator
durch das Steuergerät abgeregelt wird, um einen darüber
hinausgehenden Spannungsanstieg zu verhindern. Das Verfahren umfasst
ferner das Verringern einer Leistung eines elektrischen Fahrzeugenergieverbrauchers, beispielsweise
einer Heizung oder einer steuerbaren, insbesondere bezüglich
einer Leistung, eines Stroms oder einer Spannung steuerbaren Last,
welche den Fahrzeuggenerator elektrisch belastet, in Abhängigkeit
von dem Vergleich, um die Ausgangsspannung des Fahrzeuggenerators
zu erhöhen.
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Die
Ausgangsspannung kann eine unmittelbare Ausgangsspannug an den Generatorklemmen oder
eine Boardnetzspannung sein. In Analogie hierzu kann die Soll-Ausgangsspannung
eine unmittelbare Soll-Ausgangsspannug an den Generatorklemmen oder
eine Soll-Boardnetzspannung sein.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird die Leistung des elektrischen Fahrzeugenergieverbrauchers verringert,
falls die erfasste Ausgangsspannung geringer als die Soll-Ausgangsspannung
ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die Leistung
des elektrischen Fahrzeugenergieverbrauchers nur bei Bedarf verringert
wird, um eine Teilauslastung des Fahrzeuggenerators zu bewirken,
um somit eine maximale Ladespannung zur Verfügung zu stellen.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird die Leistung des elektrischen Fahrzeugenergieverbrauchers beibehalten,
falls ein Unterschied zwischen der erfassten Ausgangsspannung und
der Soll-Ausgangsspannung geringer als ein vorgegebener Schwellwert,
beispielsweise geringer als 1% oder 2% der Soll-Ausgangsspannung,
ist. Dadurch wird eine Schalthysterese realisiert, sodass in vorteilhafter Weise
einem unnötigen Abschalten des Fahrzeugenergieverbrauchers
entgegengewirkt wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird die Leistung des Fahrzeugenergieverbrauchers
reduziert durch ein Abschalten oder durch eine Überführung des
elektrischen Fahrzeugenergieverbrauchers in einen Zustand mit verringerter
Leistungsaufnahme während der Rekuperationsphase. Bei der Überführung
des Fahrzeugenergieverbrauchers in den leistungsverminderten Zustand
kann beispielsweise ein Motorlüfter mit geringerer Drehzahl
betrieben und/oder es können andere steuerbare Lasten entsprechend
angesteuert werden. Dadurch kann die Ausgangsspannung des Fahrzeuggenerators
in vorteilhafter Weise sicher erhöht werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird der Fahrzeugenergieverbraucher zur
Leistungsreduktion aus einer Mehrzahl von elektrischen Fahrzeugenergieverbrauchern
anhand eines Kriteriums ausgewählt. Das Kriterium kann
beispielsweise angeben, welcher Fahrzeugenergieverbraucher abgeschaltet oder
nicht abgeschaltet werden darf. Darüber hinaus kann das
Kriterium berücksichtigen, ob eine Verringerung der Leistung
des Fahrzeugenergieverbrauchers während der Rekuperationsphase
beispielsweise spürbar oder wahrnehmbar oder funktionsbeeinträchtigend
ist. Die Mehrzahl der Fahrzeugenergieverbraucher kann bei spielsweise
in einer Lookup-Tabelle abgelegt werden. Ferner kann vorgesehen
sein, mehrere elektrische Fahrzeugenergieverbraucher auszuwählen
und deren Leistung zu verringern, um die Ausgangsspannung des Generators noch
weiter zu erhöhen. Dadurch werden in vorteilhafter Weise
die Auswirkungen der Leistungsverringerung auf beispielsweise die
Fahrzeugfunktionsweise reduziert.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird durch das Verringern der Leistung
des elektrischen Fahrzeugenergieverbrauchers der Fahrzeuggenerator
in einen Teillastbetrieb überführt. Dadurch werden
in vorteilhafter Weise weitere Leistungsreserven zum beispielsweise
Aufladen der Fahrzeugbatterie bereitgestellt.
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Gemäß einer
Ausführungsform liefert der Fahrzeuggenerator in Abhängigkeit
von einer Fahrzeuggeneratorlast ein pulsweitenmoduliertes Auslastungssignal,
gesteuert. Die Pulsweite des Auslastungssignals zeigt somit einen
Auslastungsgrad des Fahrzeuggenerators an. Der Schritt des Erfassens der
Ausgangsspannung und/oder der Schritt des Vergleichens der erfassten
Spannung wird bevorzugt in Abhängigkeit von dem pulsweitenmodulierten
Auslastungssignal, insbesondere in Abhängigkeit von einer
Pulsweite des pulsweitenmodulierten Auslastungssignals oder bei
Ausbleiben des Auslastungssignals durchgeführt. Im letzteren
Falle wird ausgenutzt, dass bei Erreichen der Volllast kein derartiges Auslastungssignal
geliefert wird. Dadurch wird das erfindungsgemäße
Verfahren in vorteilhafter Weise nur dann ausgelöst, wenn
eine Volllast des Fahrzeuggenerators mittels des Auslastungssignals
angezeigt wird.
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Gemäß einer
Ausführungsform umfasst das Fahrzeug eine Fahrzeugbatterie,
wobei die erhöhte Ausgangsspannung des Fahrzeuggenerators
zum Laden der Fahrzeugbatterie verwendet wird. Dadurch kann die
Fahrzeugbatterie während der Rekuperationsphase schneller
geladen werden.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird die Leistung des Fahrzeugenergieverbrauchers
in Abhängigkeit von einem Batterieladezustand der Fahrzeugbatterie
verringert. Ist die Fahrzeugbatterie vollständig oder nahezu
vollständig geladen, so muss diese nicht notwenigerweise
weiter aufgeladen werden, so dass die Leistung des Fahrzeugenergieverbrauchers
nicht verringert werden muss. Somit kann die Leistung des elektrischen
Fahrzeugenergieverbrauchers nur dann reduziert werden, wenn die
Fahrzeugbatterie nicht vollständig geladen ist. Dadurch wird
in einfacher Weise sichergestellt, dass die Energie des Fahrzeugenergieverbrauchers
nicht unnötig reduziert wird.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeugsteuergerät mit einer
Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Ausgangsspannung eines
Fahrzeuggenerators während einer Rekuperationsphase, einer Vergleichseinrichtung
zum Vergleichen der erfassten Ausgangsspannung mit einer Soll-Ausgangsspannung
des Fahrzeuggenerators, welche während der Rekuperationsphase
zu erwarten bzw. erreichbar ist, wobei das Steuergerät
ausgebildet ist, eine Leistung eines Fahrzeugenergieverbrauchers,
welcher den Fahrzeuggenerator insbesondere während der
Rekuperationsphase belastet, in Abhängigkeit von einem
Ergebnis des Vergleichs zu verringern, um die Ausgangsspannung des
Fahrzeuggenerators zu erhöhen.
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Gemäß einer
Ausführungsform ist das Fahrzeugsteuergerät ausgebildet,
ein Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens zum Erhöhen der
Ausgangsspannung des Fahrzeuggenerators auszuführen.
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Weitere
Merkmale des Fahrzeugsteuergerätes sowie dessen Funktionsweise
ergeben sich unmittelbar aus den Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Erhöhen einer Ausgangsspannung eines Fahrzeuggenerators.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm mit einem Programmcode
zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Erhöhen einer Ausgangsspannung eines Fahrzeuggenerators, wenn
der Programmcode auf einem Computer ausgeführt wird. Das
Computerprogramm kann beispielsweise dasjenige Computerprogramm
sein, das durch das Fahrzeugsteuergerät ausgeführt
wird.
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Weitere
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen
prinzipiellen Ablauf eines Verfahrens zum Erhöhen einer
Ausgangsspannung eines Fahrzeuggenerators; und
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2 einen
Fahrzeugantrieb mit einem Fahrzeuggenerator.
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1 zeigt
den prinzipiellen Ablauf des Verfahrens zum Erhöhen einer
Ausgangsspannung eines Fahrzeuggenerators während einer
Rekuperationsphase mit den Schritten des Erfassens 101 einer Ausgangsspannung
des Fahrzeuggenerators während der Rekuperationsphase,
des Vergleichens 103 der erfassten Ausgangsspannung mit
einer Soll-Ausgangsspannung des Fahrzeuggenerators und des Verringerns 105 einer
Leistung eines Fahrzeugenergieverbrauchers mit Ausnahme einer Ladeleistung einer
Fahrzeugbatterie in Abhängigkeit von einem Ergebnis des
Vergleichs zur Erhöhung der Ausgangsspannung des Fahrzeuggenerators.
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Das
in 1 dargestellte Ablaufdiagramm verdeutlicht gleichzeitig
eine Struktur eines Fahrzeugsteuergerätes mit einer Erfassungseinrichtung zum
Erfassen 101 der Ausgangsspannung, einer Vergleichseinrichtung
zum Vergleichen 103 der erfassten Ausgangsspannung mit
der Soll-Ausgangsspannung und einem Steuergerät zum Verringern 105 einer
Leistung eines Fahrzeugenergieverbrauchers in Abhängigkeit
von einem Ergebnis des Vergleichs. Die Erfassungseinrichtung kann
beispielsweise eine Spannungsmesseinheit umfassen, welche die Ausgangsspannung
an den generatorklemmen oder die Boardnetzspannung messen kann.
Die Vergleichseinrichtung kann beispielsweise eine Differenz der
vorgenannten Spannungen bilden, um das Vergleichsergebnis zu erhalten,
auf dessen Basis die Leistung des Fahrzeugenergieverbrauchers, welcher während
der Rekuperationsphase die Fahrzeugbatterie belastet, verringert
oder nicht verringert wird.
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2 zeigt
eine prinzipielle Struktur eines Fahrzeugantriebs mit einem Fahrzeuggenerator 201, welcher
mit einem Antriebsstrang beispielsweise über ein Antriebsaggregat,
beispielsweise über einen Verbrennungsmotor 205,
und/oder direkt oder indirekt über ein Getriebe 207 mit
den Rädern 209 antriebsseitig verbunden bzw. gekoppelt
ist.
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Elektrisch
ist der Generator 201 über eine elektrische Verbindung 211,
beispielsweise über einen Kabelbaum, über einen
Leistungsversorgungspunkt 213 mit einer Fahrzeugbatterie 215 verbunden, welche
beispielsweise eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Fahrzeugbatteriezellen 217 umfasst. Der
Fahrzeuggenerator 201 kann ferner über die elektrische
Leitung 211 direkt und/oder indirekt über einen
Schalter bzw. Taster 219 oder über ein Steuergerät 221 oder
unmit telbar mit Fahrzeugenergieverbrauchern 223, beispielsweise
mit Heizung oder dgl., verbunden. Ferner kann ein weiteres Steuergerät 225 vorgesehen
sein, welches mit der elektrischen Leitung 211 verbunden
ist und beispielsweise über einen weiteren Eingang 227 eine
Ausgangsspannung des Generators 201 erfasst. Der Generator
sowie die mit diesem über die Leitung 211 verbundenen Elemente
bilden beispielsweise ein Fahrzeugbordnetz 227. Die Steuergeräte 219, 221 und 225 können beispielsweise
Kombiinstrumente oder Motorsteuergeräte sein und jeweils
einen dem Signaleingang 227 entsprechenden Eingang zur
signalmäßigen Verbindung aufweisen.
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Während
der Rekuperationsphase ist es besonders effizient, wenn der Generator 201 möglichst viel
Bremsmoment, welches auf die Räder 209 übertragen
wird, erzeugt, um während des Zeitintervalls, in welchem
sich das Fahrzeug in der Rekuperationsphase befindet, auf diese
Weise elektrische Energie ohne weiteren Kraftstoffverbrauch zu erzeugen.
Die beispielsweise während einer Bremsphase erhöhte Ausgangsspannung
des Generators 201 führt zu einer beschleunigten
Aufladung der Fahrzeugbatterie 215, so dass die Energie
später, insbesondere nach der Rekuperationsphase, wieder
für die Versorgung der Lasten 223 genutzt werden
kann.
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Damit
der Generator 201 die Spannung jedoch erhöhen
kann, muss sich dieser in einem Teillastbetrieb, d. h. nicht bei
maximaler Vollauslastung, befinden. Um dies sicherzustellen, kann
beispielsweise der Generator 201 ein pulsweitenmoduliertes
Auslastungssignal DF erzeugen, das einen Auslastungsgrad des Generators
anzeigt. Aus einer Messung der Pulsweite des pulsweitenmodulierten Ausgangssignals
DF bzw. aus einer Messung der Bordnetzspannung, d. h. der Ausgangsspannung des
Generators 201, kann beispielsweise ermittelt werden, ob
während der Rekuperation eine höhere Ausgangsspannung
des Generators 201 erreicht oder nicht erreicht werden
kann. Dabei ist die Ausgangsspannung des Generators 201 durch
eine maximale Ausgangsspannung beispielsweise durch das Steuergerät 225 bzw.
durch einen Regler begrenzt, welche während der Rekuperationsphase
beispielsweise bei nicht belastetem Generator erzeugt wird. Aus
einer Differenz zwischen der gemessenen Bordnetz- bzw. Ausgangsspannung
des Generators und der höheren Soll-Spannung, welche beispielsweise maximal
zu erwarten ist, kann die notwendige Leistungsreduktion bzw. die
notwendige Lastleistung insbesondere lastselektiv oder lastkollektiv
für eine Lastgruppe berechnet werden, welche beispielsweise
mittels Abschaltung eines oder mehrerer Verbraucher 223 verringert
werden muss, damit der Generator 201 sich in dem Teillastbetrieb
befindet, in dem eine Spannungserhöhung bis beispielsweise
zum Erreichen der maximal möglichen Sollspannung des Generators 201 erreicht
werden kann. Eine optimale Nutzung der zur Verfügung stehenden
Ressourcen kann beispielsweise bei Erreichen der erhöhten
Sollspannung im Übergang von einem Teillastbetrieb zu einem
Teillastbetrieb erfolgen, bei dem bezogen auf das vorstehend genannte,
pulsweitenmodulierte Auslastungssignal 99% und 100% der Signalpulsweite
zu erwarten sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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