DE102010021044B4 - Mild hybrid vehicle - Google Patents
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Abstract
Mildhybrid-Fahrzeug (1) mit einem Verbrennungsmotor (2) zum Antreiben einer ersten Fahrzeugachse (3) und mindestens einer elektrischen Maschine (5) zum Antreiben einer zweiten Fahrzeugachse (6) im Motorbetrieb sowie zum Rückgewinnen von Energie im Generatorbetrieb über diese Fahrzeugachse (6), wobei dem Verbrennungsmotor (2) eine herkömmliche Peripherie mit Niedervolt-Batterie (9), Generator (11), Starter (12) und Bordnetz (10) zugeordnet ist und die elektrische Maschine (5) sowie deren Peripherie unabhängig von dem Verbrennungsmotor (2) und dessen Peripherie für den Antrieb und Rekuperationsbetrieb konzipiert sind, wobei der Peripherie der elektrischen Maschine (5) eine Hochvolt-Batterie (15) und ein Pulswechselrichter (16) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Peripherie des Verbrennungsmotors (2) ein Klimakompressor (13) und ein Speicherverdampfer (14) zugeordnet ist.Mild hybrid vehicle (1) with an internal combustion engine (2) for driving a first vehicle axle (3) and at least one electric machine (5) for driving a second vehicle axle (6) in engine operation and for recovering energy in generator operation via this vehicle axle (6 ), whereby the internal combustion engine (2) is assigned conventional peripherals with a low-voltage battery (9), generator (11), starter (12) and vehicle electrical system (10) and the electric machine (5) and its peripherals are independent of the internal combustion engine ( 2) and its periphery are designed for drive and recuperation operation, the periphery of the electrical machine (5) being assigned a high-voltage battery (15) and a pulse inverter (16), characterized in that the periphery of the internal combustion engine (2). Air conditioning compressor (13) and a storage evaporator (14) are assigned.
Description
Die Erfindung betrifft ein Mildhybrid-Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor zum Antreiben einer ersten Fahrzeugachse und mindestens einer elektrischen Maschine zum Antreiben einer zweiten Fahrzeugachse im Motorbetrieb sowie zum Rückgewinnen von Energie im Generatorbetrieb über diese Fahrzeugachse.The invention relates to a mild hybrid vehicle with an internal combustion engine for driving a first vehicle axle and at least one electric machine for driving a second vehicle axle in engine operation and for recovering energy in generator operation via this vehicle axle.
Bei einem Mildhybrid-Fahrzeug unterstützt die elektrische Maschine im Motorbetrieb den Verbrennungsmotor zur Leistungssteigerung und zur Verbrauchsreduzierung. Bremsenergie kann im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine teilweise wiedergewonnen werden. Im Gegensatz hierzu ist ein Vollhybrid-Fahrzeug mit einer wesentlich höheren elektromotorischen Leistung in der Lage, auch rein elektromotorisch zu fahren, einschließlich des Anfahrens und Beschleunigens.In a mild hybrid vehicle, the electric machine supports the combustion engine during engine operation to increase performance and reduce consumption. Braking energy can be partially recovered in generator operation of the electric machine. In contrast, a full hybrid vehicle with a significantly higher electric motor power is able to drive purely on electric power, including starting and accelerating.
Der Vorteil eines Mildhybrid-Fahrzeuges ist darin zu sehen, dass mit relativ wenig Aufwand in vorhandene Fahrzeugkonzepte diese Antriebsart integriert werden kann. Für Vollhybrid-Fahrzeuge ist demgegenüber wesentlich mehr Entwicklungsaufwand und höhere Anzahl an Komponenten erforderlich. Insbesondere erfordert ein Vollhybrid-Antrieb recht hohe Energiespeicherkapazitäten. Das hiermit einhergehende höhere Gewicht der Hochvolt-Batterie verringert den Nutzen des Vollhybridantriebs. Es wird versucht, dies durch Einsparungsmöglichkeiten an anderer Stelle, z. B. durch ein vereinfachtes Getriebe, Entfallen der Lichtmaschine und des Anlassers teilweise zu kompensieren.The advantage of a mild hybrid vehicle is that this type of drive can be integrated into existing vehicle concepts with relatively little effort. Full hybrid vehicles, on the other hand, require significantly more development effort and a larger number of components. In particular, a full hybrid drive requires quite high energy storage capacities. The resulting higher weight of the high-voltage battery reduces the benefit of the full hybrid drive. An attempt is being made to achieve this through savings options elsewhere, e.g. B. by a simplified gearbox, the elimination of the alternator and starter can be partially compensated for.
Ein Mildhybrid-Fahrzeug, das die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, ist für den Fachmann der
In der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mildhybrid-Fahrzeug zu schaffen, das sich durch eine besonders einfache und kostengünstige Konzeption sowie ein vorteilhaftes Klimatisierungskonzept auszeichnet.The object of the present invention is to create a mild hybrid vehicle that is characterized by a particularly simple and cost-effective concept as well as an advantageous air conditioning concept.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein Mildhybridfahrzeug der eingangs genannten Art, bei dem dem Verbrennungsmotor eine herkömmliche Peripherie mit Niedervolt-Batterie, Generator, Starter und Bordnetz zugeordnet ist und die elektrische Maschine sowie deren Peripherie unabhängig von dem Verbrennungsmotor und dessen Peripherie konzipiert sind, wobei der Peripherie der elektrischen Maschine eine Hochvolt-Batterie und ein Pulswechselrichter zugeordnet sind, wobei der Peripherie des Verbrennungsmotors ein Klimakompressor und ein Speicherverdampfer zugeordnet ist.The task is solved by a mild hybrid vehicle of the type mentioned at the beginning, in which the internal combustion engine is assigned conventional peripherals with a low-voltage battery, generator, starter and on-board electrical system and the electric machine and its peripherals are designed independently of the internal combustion engine and its peripherals, whereby the A high-voltage battery and a pulse inverter are assigned to the periphery of the electrical machine, with an air conditioning compressor and a storage evaporator being assigned to the periphery of the internal combustion engine.
Das erfindungsgemäße Mildhybrid-Fahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass das Fahrzeug gegenüber einem herkömmlichen Fahrzeug, das ausschließlich mittels eines Verbrennungsmotors angetrieben wird, unverändert bzw. nahezu unverändert ist.The mild hybrid vehicle according to the invention is characterized in that the vehicle is unchanged or almost unchanged compared to a conventional vehicle that is driven exclusively by an internal combustion engine.
Demzufolge ist dem erfindungsgemäßen Mildhybrid-Fahrzeug bezüglich des Verbrennungsmotors die herkömmliche Peripherie eines ausschließlich mittels des Verbrennungsmotors antreibbaren Fahrzeuges zugeordnet, nämlich die Niedervolt-Batterie, der Generator, der Starter und das Bordnetz. Die mindestens eine elektrische Maschine zum Antreiben der zweiten Achse im Motorbetrieb sowie zum Rückgewinnen von Energie im Generatorbetrieb über diese Fahrzeugachse ist hingegen unabhängig zum Verbrennungsmotor konzipiert. Zur Bildung des Mildhybrid-Fahrzeuges ist es demnach nur erforderlich, ein herkömmliches, mittels des Verbrennungsmotors antreibbares Fahrzeug, ohne Änderung der grundsätzlichen Konzeption dieses Fahrzeuges, um die mindestens eine elektrische Maschine und deren Peripherie zu ergänzen. Bei dieser Peripherie handelt es sich um die Hochvolt-Batterie, den Pulswechselrichter sowie die notwendige Verkabelung und Mildhybrid-Steuerungssoftware.As a result, the mild hybrid vehicle according to the invention is assigned the conventional peripherals of a vehicle that can be driven exclusively by means of the internal combustion engine with regard to the internal combustion engine, namely the low-voltage battery, the generator, the starter and the on-board electrical system. However, the at least one electric machine for driving the second axle in engine operation and for recovering energy in generator operation via this vehicle axle is designed independently of the internal combustion engine. To form the mild hybrid vehicle, it is therefore only necessary to add the at least one electric machine and its peripherals to a conventional vehicle that can be driven by the internal combustion engine, without changing the basic concept of this vehicle. These peripherals include the high-voltage battery, the pulse inverter as well as the necessary cabling and mild hybrid control software.
Bei der Niedervolt-Batterie handelt es sich insbesondere um eine Standard 12V-Batterie, bei einem Generator um einen 12V-Generator und beim Bordnetz um ein 12V-Bordnetz.The low-voltage battery is in particular a standard 12V battery, a generator is a 12V generator and the vehicle electrical system is a 12V vehicle electrical system.
Die Hochvolt-Batterie besitzt insbesondere eine Spannung, die größer ist als 60V. Der Pulswechselrichter ist insbesondere als einfachinverter Pulswechselrichter ausgebildet. Dabei kann der Pulswechselrichter auch die Mildhybrid-Steuerungssoftware umfassen.The high-voltage battery in particular has a voltage that is greater than 60V. The pulse inverter is designed in particular as a single-inverter pulse inverter. The pulse inverter can also include the mild hybrid control software.
Bei dem erfindungsgemäßen Mildhybrid-Fahrzeug wird demzufolge die eine Achse verbrennungsmotorisch angetrieben und die zweite Achse elektromotorisch angetrieben, insbesondere mit einer Leistung von mehr als 10 kW, beispielsweise mit einer Leistung von 20 kW. Der Verbrennungsmotor für die eine Achse ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und weist den Generator, auch als Lichtmaschine bezeichnet, und den Starter für den Verbrennungsmotor samt zugeordnetem 12V-Bordnetz auf. Die andere Achse weist entweder eine einzelne Elektromaschine auf, um die Räder dieser Achse über ein Differential anzutreiben oder es sind zwei getrennte Elektromaschinen zum Antrieb eines jeweiligen Rades vorgesehen. Die Elektromaschine bzw. die Elektromaschinen werden über den Pulswechselrichter aus der Hochvolt-Batterie, auch als Traktionsbatterie bezeichnet, mit Strom versorgt (motorischer Betrieb) bzw. Laden diese Batterie, wenn das Mildhybrid-Fahrzeug fährt (generatorischer Betrieb). Ein DC/DC-Wandler ist nicht vorhanden bzw. erforderlich, da das 12V-Bordnetz und eine eigene 12V-Batterie erhalten bleiben. Damit wird, neben den üblichen Mildhybrid-Funktionen, zusätzlich ein zeitweiser Allradantrieb des Mildhybrid-Fahrzeugs möglich.In the mild hybrid vehicle according to the invention, one axle is therefore driven by an internal combustion engine and the second axle is driven by an electric motor, in particular with a power of more than 10 kW, for example with a power of 20 kW. The internal combustion engine for one axle is in a conventional manner designed and has the generator, also known as an alternator, and the starter for the internal combustion engine including the associated 12V electrical system. The other axle either has a single electric machine to drive the wheels of this axle via a differential or two separate electric machines are provided to drive a respective wheel. The electric machine or machines are supplied with power via the pulse inverter from the high-voltage battery, also known as the traction battery (motor operation) or charge this battery when the mild hybrid vehicle is driving (regenerative operation). A DC/DC converter is not available or required because the 12V on-board network and its own 12V battery are retained. In addition to the usual mild hybrid functions, this also makes temporary all-wheel drive possible for the mild hybrid vehicle.
Der Klimakompressor des Mildhybrid-Fahrzeugs wird in herkömmlicher Weise vom Verbrennungsmotor angetrieben, zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums. Während bei einem Vollhybrid-Fahrzeug aufwändige Maßnahmen zur Kühlung der Hochvolt-Batterie erforderlich sind, ist dies bei dem Mildhybrid-Fahrzeug nicht erforderlich. Es reicht aus, wenn der Peripherie der elektrischen Maschine eine Luft-Kühleinrichtung für die Hochvoltbatterie zugeordnet ist. Alternativ kann die Hochvoltbatterie eine Flüssigkühlung aufweisen.The air conditioning compressor of the mild hybrid vehicle is conventionally driven by the combustion engine to air-condition the vehicle interior. While a full hybrid vehicle requires complex measures to cool the high-voltage battery, this is not necessary for a mild hybrid vehicle. It is sufficient if the periphery of the electrical machine is assigned an air cooling device for the high-voltage battery. Alternatively, the high-voltage battery can have liquid cooling.
Die beschriebene Ausbildung des Mildhybrid-Fahrzeugs verdeutlicht dessen sehr einfaches und damit kostengünstiges Konzept aufgrund der Unabhängigkeit von Verbrennungsmotor und dessen Peripherie von der elektrischen Maschine und deren Peripherie. Insbesondere ist keine funktionelle Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und dessen Peripherie mit der elektrischen Maschine und deren Peripherie erforderlich, beispielsweise keine Leitungen zu und von der Hochvolt-Batterie innerhalb des Fahrzeugs von hinten nach vorne und umgekehrt zu verlegen bzw. Kühlleitungen für die Hochvoltbatterie im Fahrzeug zu verlegen bzw. ein Kühlsystem der Hochvoltbatterie in das Kühlsystem des Verbrennungsmotors zu integrieren.The described design of the mild hybrid vehicle illustrates its very simple and therefore cost-effective concept due to the independence of the internal combustion engine and its peripherals from the electric machine and its peripherals. In particular, no functional connection between the internal combustion engine and its periphery with the electric machine and its periphery is required, for example no need to lay lines to and from the high-voltage battery within the vehicle from the back to the front and vice versa or to lay cooling lines for the high-voltage battery in the vehicle or to integrate a cooling system of the high-voltage battery into the cooling system of the combustion engine.
Der Klimakompressor des Mildhybrid-Fahrzeugs, der insbesondere als mechanischer Klimakompressor ausgebildet ist und vom Verbrennungsmotor angetrieben wird, wird zusätzlich zur Kühlung der Hochvolt-Batterie über die Klimaanlage verwendet. In jedem Fall ist beim Stillstand des Verbrennungsmotors keine Klimaleistung durch den Klimakompressor verfügbar. Deshalb ist zusätzlich der Speicherverdampfer vorgesehen, zur Aufrechterhaltung der Klimatisierung des Innenraumes und/oder zur Kühlung der Hochvolt-Batterie. Bei zu starker Temperaturerhöhung im Innenraum bzw. in der Hochvolt-Batterie wird der Verbrennungsmotor wieder gestartet.The air conditioning compressor of the mild hybrid vehicle, which is designed in particular as a mechanical air conditioning compressor and is driven by the combustion engine, is also used to cool the high-voltage battery via the air conditioning system. In any case, when the combustion engine is at a standstill, no air conditioning power is available from the air conditioning compressor. Therefore, the storage evaporator is also provided to maintain the air conditioning of the interior and/or to cool the high-voltage battery. If the temperature in the interior or in the high-voltage battery increases too much, the combustion engine is started again.
Das erfindungsgemäße Mildhybrid-Fahrzeug benötigt somit auch keinen Riemenstartergenerator, wie er bei Vollhybrid-Fahrzeugen in aller Regel zur Anwendung kommt.The mild hybrid vehicle according to the invention therefore does not require a belt starter generator, as is usually used in full hybrid vehicles.
Über die eine Achse und die im Generatorbetrieb befindliche elektrische Maschine erfolgt die Rekuperation und das Laden der Hochvolt-Batterie und über die im Motorbetrieb befindliche Maschine das Boosten der der elektrischen Maschine zugeordneten Fahrzeugachse.The recuperation and charging of the high-voltage battery takes place via one axle and the electric machine in generator operation, and the vehicle axle assigned to the electric machine is boosted via the machine in engine operation.
Die elektrische Maschine ist längs oder quer angeordnet und insbesondere in einem Gehäuse gelagert, das der Aufnahme von elektrischen Antrieben unterschiedlicher Baugröße dient. Eine Leistungssteigerung der elektrischen Maschine ist auch über eine Spannungserhöhung aus der der Hochvolt-Batterie möglich. Durch diesen modularen Ansatz lässt sich eine baulich besonders einfache und kostengünstige Variante verwirklichen. Je nach maximalem Leistungsbedarf wird eine entsprechend leistungsmäßig dimensionierte elektrische Maschine verwendet. Demzufolge kann das erfindungsgemäße Konzept bei den unterschiedlichsten Mildhybrid-Fahrzeugen verwendet werden.The electrical machine is arranged longitudinally or transversely and is mounted in particular in a housing that serves to accommodate electrical drives of different sizes. An increase in the performance of the electrical machine is also possible by increasing the voltage from the high-voltage battery. This modular approach allows a particularly simple and cost-effective variant to be implemented. Depending on the maximum power requirement, an appropriately dimensioned electrical machine is used. As a result, the concept according to the invention can be used in a wide variety of mild hybrid vehicles.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die erste Fahrzeugachse die Hinterachse und die zweite Fahrzeugachse die Vorderachse des Fahrzeugs ist. Der Verbrennungsmotor ist im Bereich der Hinterachse angeordnet und die mindestens eine elektrische Maschine im Bereich der Vorderachse des Fahrzeugs. Veränderungen des Fahrzeugs gegenüber der herkömmlichen Ausführung mit dem im Bereich der Hinterachse angeordneten Verbrennungsmotor beziehen sich demzufolge fast ausschließlich auf den vorderen Bereich des Fahrzeugs, somit den Bereich, der der Vorderachse zugeordnet ist. Eine analoge Anwendung ergibt sich, wenn der Verbrennungsmotor im Bereich der Vorderachse angeordnet ist und die mindestens eine elektrische Maschine im Bereich der Hinterachse des Fahrzeugs.It is in particular provided that the first vehicle axle is the rear axle and the second vehicle axle is the front axle of the vehicle. The internal combustion engine is arranged in the area of the rear axle and the at least one electric machine in the area of the front axle of the vehicle. Changes to the vehicle compared to the conventional version with the internal combustion engine arranged in the area of the rear axle therefore relate almost exclusively to the front area of the vehicle, i.e. the area that is assigned to the front axle. An analogous application arises if the internal combustion engine is arranged in the area of the front axle and the at least one electric machine in the area of the rear axle of the vehicle.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Bezeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels, ohne auf dieses beschränkt zu sein.Further features of the invention result from the subclaims, the attached designation and the description of the exemplary embodiment shown in the drawing, without being limited to this.
Es zeigt in schematischer Darstellung:
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1 das Mildhybridfahrzeug mit Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine sowie dazugehörigen Peripherien.
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1 the mild hybrid vehicle with a combustion engine and electric machine as well as associated peripherals.
Das Mildhybrid-Fahrzeug 1, das als Personenkraftwagen ausgebildet ist, weist einen im Heckbereich des Fahrzeugs angeordneten Verbrennungsmotor 2 zum Antrieb einer Hinterachse 3 und damit zwei hinteren Rädern 4 auf, ferner eine elektrische Maschine 5 auf, die im vorderen Bereich des Fahrzeugs angeordnet ist, zum Antreiben einer vorderen Achse 6 und mit dieser verbundenen beiden Rädern 7.The mild hybrid vehicle 1, which is designed as a passenger car, has an
Mit der Bezugsziffer 8 ist ein mit dem Verbrennungsmotor 3 zusammenwirkendes Getriebe bezeichnet. Aus Gewichtsgründen ist im vorderen Bereich des Fahrzeuges eine Standard 12V-Batterie 9 angeordnet. Mit der Bezugsziffer 10 ist das 12V-Bordnetz des Fahrzeugs bezeichnet. Im Heckbereich, somit im Bereich des Verbrennungsmotors 2, wirkt mit diesem zusammen und sind dort angeordnet eine Serien 12V-Lichtmaschine, d. h. ein normaler 12V-Generator 11, ein Starter 12 zum Starten des Verbrennungsmotors 2, wobei es sich bei diesem Starter beispielsweise um einen Ritzelstarter handelt, ferner ein üblicher mechanischer Klimakompressor 13. Generator 11 und Klimakompressor 13 werden somit vom Verbrennungsmotor 2 angetrieben. Durch Anlegen einer Spannung an den Starter 12 wird der Verbrennungsmotor 2 gestartet. Zusätzlich ist dem Verbrennungsmotor 2 ein Speicherverdampfer 14 zugeordnet.The
Im vorderen Bereich des Fahrzeugs ist eine Hochvolt-Batterie 15, beispielsweise eine solche mit einer Spannung von 60V angeordnet, ferner ein einfachinverter Pulswechselrichter 16. Die elektrische Maschine 5 ist in Längsrichtung des Fahrzeugs angeordnet und in einem nicht näher veranschaulichten Gehäuse gelagert, das der Aufnahme von elektrischen Maschinen 5 unterschiedlicher Baugröße dient. Somit ist ein modularer Ansatz möglich, d. h. es ist beim konkreten Mildhybrid-Fahrzeug ein hierauf abgestimmter elektrischer Antrieb im Gehäuse gelagert. Beispielsweise beträgt die Leistung der elektrischen Maschine 20 kW. Die Hochvolt-Batterie 15 hat beispielsweise eine Leistung von 20 kW. Gekühlt wird die Hochvoltbatterie 15 mittels einer Luftkühlung, d. h. durch ein Gebläse und/oder durch Anströmung der Hochvoltbatterie beim Fahren.In the front area of the vehicle there is a high-
Die beschriebene Ausführungsform benötigt keine Änderungen am Verbrennungsmotor 2 und dem Getriebe 8. Die elektrische Maschine 5 und deren beschriebene Peripherie ist unabhängig von dem Verbrennungsmotor 2 und dessen beschriebener Peripherie. Insbesondere ist im Zusammenhang mit der elektrischen Maschine kein DC/DC-Wandler erforderlich. Im Bedarfsfall erfolgt der Standard-Motorstart mit Versorgung des 12V-Bordnetzes und Standklimatisierung. Start-Stoppfunktionen des Verbrennungsmotors sind unverändert, entsprechend denjenigen bei einem rein mittels eines Verbrennungsmotors antreibbaren Fahrzeug. Es ist kein elektrischer Klimakompressor oder ein Riemenstartergenerator erforderlich. Die Rekuperation erfolgt über die Vorderachse und damit das Laden der Hochvolt-Batterie, Boosten erfolgt durch die elektrische Maschine über die Vorderachse.The embodiment described does not require any changes to the
Claims (9)
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-
2010
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