DE102011051439A1 - Antriebssystem für ein Plug-in-Hybrid-Kraftfahrzeug - Google Patents

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Martin Roth
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem (2) für ein Plug-in-Hybrid-Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (4), einem Elektromotor (6), einer Hochspannungsquelle (8), insbesondere einer Hochvoltbatterie, die einen minimalen Soll-Ladezustand aufweist, einem Generator (10), einer Kupplung (12), mindestens einem Getriebe (14), mindestens einer Antriebsachse und einer Steuereinheit, wobei der Verbrennungsmotor (4) mechanisch mit mindestens einer Antriebsachse (16) verbunden ist, wobei ein erster Antriebsmodus (22), „Depleting Modus“, und ein zweiter Antriebsmodus (24), „Sustaining Modus“, in der Steuereinheit (18) vorgesehen sind, wobei ein dritter, manuell aktivierbarer Antriebsmodus (26), „Increasing Modus“, vorgesehen ist, der eine Lastpunktanhebung am Verbrennungsmotor (4) vorsieht, derart, dass die Hochspannungsquelle (8) während des Fahrbetriebs aufladbar ist und damit der erste Antriebsmodus (18) aktivierbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Plug-in-Hybrid-Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem Elektromotor, einer Hochspannungsquelle, insbesondere einer Hochvoltbatterie, die einen minimalen Soll-Ladezustand aufweist, einem Generator, einer Kupplung, mindestens einem Getriebe, mindestens einer Antriebsachse und einer Steuereinheit, wobei der Verbrennungsmotor mechanisch mit mindestens einer Antriebsachse verbunden ist, wobei ein erster Antriebsmodus, „Depleting Modus“ und ein zweiter Antriebsmodus, „Sustaining Modus“ in der Steuereinheit vorgesehen sind.
  • Derartige Antriebssysteme sind hinlänglich bekannt. Es sei angemerkt, dass anstatt eines Verbrennungsmotors als primärer Motor gemeinhin auch eine Brennstoffzelle als primärer Motor dienen kann. Insbesondere die DE 10 2009 004 671 A1 beschreibt ein Antriebssystem eines Plug-in-Hybrid-Kraftfahrzeuges. Hierbei sieht die Steuereinheit zwei Antriebsmodi vor, nämlich den „Depleting Modus“ oder auch Ladungsverbrauchsmodus, wobei elektrische Energie aus der Hochspannungsquelle entladen und zum Antreiben genutzt wird und den „Sustaining Modus“ oder auch Ladungsspeichermodus, in dem die Hochvoltbatterie lediglich als Zwischenspeicher genutzt wird. Im Wesentlichen wird die Auswahl der beiden Modi durch die Steuereinheit vorgenommen. Naturgemäß kann, wenn einmal der minimale Soll-Ladezustand erreicht ist und die Steuereinheit den „Sustaining Modus“ ausgewählt hat, nicht mehr der „Depleting Modus“ genutzt werden. Dies ist besonders dann nachteilig, wenn eine Fahrt in einer „Zero-Emission-Zone“ vorgesehen ist. In diesem Fall muss die Hochspannungsquelle des Kraftfahrzeuges erst wieder an einer Steckdose vollständig aufgeladen werden, damit der „Depleting Modus“ zur Verfügung steht.
  • Somit stellt sich die Aufgabe, ein Antriebssystem für ein Plug-in-Hybrid-Kraftfahrzeug bereitzustellen, das die oben genannten Nachteile vermeidet. Des Weiteren besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Antriebssystems bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein dritter, manuell aktivierbarer Antriebsmodus, „Increasing Modus“, vorgesehen ist, der eine Lastanhebung am Verbrennungsmotor vorsieht, derart, dass die Hochspannungsquelle während des Fahrbetriebes aufladbar ist und damit der erste Antriebsmodus aktivierbar ist. Hierdurch ist es möglich, die elektrische Reichweite für spätere Fahrten zu generieren. Auch ohne das Laden an der Steckdose kann die Verfügbarkeit des ersten Antriebsmodus „Depleting-Modus“ wieder hergestellt werden. In manchen Fahrsituationen kann es vor dem Hintergrund eines schlechten Wirkungsgrades unvorteilhaft sein, den Lastpunkt des Verbrennungsmotors anzuheben. Um dies zu verhindern, sieht eine vorteilhafte weitere Ausführungsform vor, dass der dritte Antriebsmodus lediglich dann aktivierbar ist, wenn der Gesamtladewirkungsgrad der Wirkungsgradkette von Verbrennungsmotor, Hochspannungsquelle und Elektromotor größer ist als ein vorgegebner Wert, wobei dieser Wert etwa 30 % beträgt. Des Weiteren kann es vorteilhaft sein, im „Increasing Modus“ nicht ausschließlich zu laden, sondern eine Start-Stopp-Automatik für den Verbrennungsmotor vorzusehen, wobei die Grenzen (z.B. die Antriebswunschleistung) für den Start-Stopp-Betrieb des Verbrennungsmotors an das Verhältnis zwischen Soll- und Ist-Ladezustand des Energiespeichers gekoppelt sind. Im Vergleich zum zweiten Modus „Substaining“ sind die Start-Stopp-Grenzen im dritten Modus „Increasing“ reduziert.
  • Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Antriebssystems gelöst, wobei der erste Antriebsmodus automatisch aktiviert wird, wenn die Hochspannungsquelle voll aufgeladen ist und wobei der zweite Antriebsmodus automatisch aktiviert wird, wenn der minimale Soll-Ladezustand erreicht wird, wobei der dritte Antriebsmodus während des ersten Antriebsmodus oder zweiten Antriebsmodus manuell aktiviert wird, um den Lastpunkt des Verbrennungsmotors anzuheben und die Hochspannungsquelle aufzuladen. Auch ist es vorteilhaft, wenn der zweite Antriebsmodus während des ersten oder dritten Antriebsmodus aktiviert wird, um die Hochspannungsquelle als Zwischenspeicher zu nutzen, so dass der Ladezustand auf einem konstantem Niveau gehalten wird. Sobald durch das laden im dritten Modus der maximale Ladezustand erreicht ist, wird automatisch in den zweiten Modus umgeschaltet. Des weiteren kann der zweite Antriebsmodus vorteilhafterweise auch manuell aktiviert werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
  • Hierbei zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems für ein Plug-in-Hybrid-Kraftfahrzeug, und
  • 2 einen beispielhaften Verlauf des Ladezustandes der Hochspannungsquelle in Abhängigkeit eines Fahrzyklusses.
  • 1 zeigt beispielhaft ein Antriebssystem 2 für ein Plug-in-Hybrid-Kraftfahrzeug. Das Antriebssystem 2 ist im vorliegenden Fall als paralleler Hybridantrieb ausgebildet. Es weist einen Verbrennungsmotor 4, einen Elektromotor 6, eine Hochspannungsquelle 8, die im vorliegenden Fall als Hochvoltbatterie ausgeführt ist, einen Generator 10 sowie eine Kupplung 12 und ein Getriebe 14 auf. Der Verbrennungsmotor 4 und der Elektromotor 6 sind beide mechanisch mit einer Antriebsachse 16 über das Getriebe 14 verbunden. Der Elektromotor 6 und der Verbrennungsmotor 4 können sowohl einzeln als auch gleichzeitig zum Antrieb des Fahrzeuges genutzt werden. Über die Kupplung 12 kann eine Entkopplung von Elektromotor 6 und Verbrennungsmotor 4 stattfinden, so dass in einem ersten Antriebsmodus, dem „Depleting-Modus“, lediglich der Elektromotor 6 auf die Antriebsachse 16 einwirkt. Im zweiten Antriebsmodus, dem „Sustaining Modus“ wird die Hochvoltbatterie 8 lediglich als Zwischenspeicher genutzt, so dass der Ladezustand SoC auf einem konstanten Wert gehalten wird.
  • Eine Steuereinheit 18 ist vorgesehen, um abhängig von bestimmten Parametern, wie zum Beispiel Ladezustand der Hochspannungsquelle 8, erforderliches Drehmoment, etc. einen Antriebsmodus auszuwählen. Die Hochvoltbatterie 8 kann auf bekannte Weise über einen Stecker 20 an eine elektrische Ladestation angeschlossen werden.
  • Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass ein weiterer Antriebsmodus 26, „Increasing Modus“, in der Steuereinheit 18 hinterlegt ist und der manuell aktivierbar ist. Hierdurch findet eine Lastanhebung am Verbrennungsmotor 4 statt, derart, dass die Hochvoltbatterie 8 während des Fahrbetriebes aufgeladen wird und damit der erste Antriebsmodus 22 wieder aktivierbar ist, ohne dass die Hochvoltbatterie 8 über den Ladestecker 20 an eine externe Ladestation angeschlossen werden muss.
  • 2 zeigt nun den Ladezustand der Hochspannungsquelle 8 in Bezug auf einen Fahrzyklus. Zu Beginn des Fahrzyklusses ist die Hochspannungsquelle 8 voll aufgeladen. Während einer Stadtfahrt 28 wird das Kraftfahrzeug von der Steuereinheit 18 im ersten Antriebsmodus 22, dem „Depleting-Modus“, betrieben. Es findet also ein vorwiegend elektrischer Fahrbetrieb statt. Als nächstes folgt eine Überlandfahrt 30. Der Ladezustand wäre noch ausreichend, um einen Teil der Überlandfahrt 30 im ersten Antriebsmodus 22 durchzuführen, jedoch erkennt der Fahrer dass die Reichweite zu gering ist und wählt manuell den zweiten Antriebsmodus 24, den „Sustaining Modus“ aus, bei dem die Hochspannungsquelle 8 lediglich als Zwischenspeicher genutzt wird. Auf diese Weise kann er den Ladezustand der Hochspannungsquelle 8 nutzen, um später noch einen Fahrbetrieb im ersten Antriebsmodus 22 durchzuführen. Während der Überlandfahrt erkennt der Fahrer, dass er für eine spätere Fahrt durch eine „Zero-Emission-Zone“ 32 einen voll aufgeladenen Elektromotor 6 benötigen könnte. Um den Ladezustand der Hochspannungsquelle 8 zu erhöhen, wählt er manuell den dritten Antriebsmodus 26, den „Increasing Modus“ aus. Die Steuereinheit 18 überprüft, ob der Ladewirkungsgrad von Verbrennungsmotor 4, Hochspannungsquelle 8 und Elektromotor 6 > 30 % ist und steuert dann den dritten Antriebsmodus 26 an. Ist der oben beschriebene Ladewirkungsgrad < 30 % und ist eine derartige Vorgehensweise dementsprechend nicht effizient, wird das Kraftfahrzeug ähnlich wie im zweiten Antriebsmodus betrieben. Wenn während der Überlandfahrt 30 die volle Aufladung der Hochspannungsquelle 8 erreicht wird, schaltet die Steuereinheit 18 automatisch in den zweiten Antriebsmodus 24 zurück. Bei Eintreffen in die Zero-Emission-Zone 32 kann dann das Fahrzeug wieder im ersten Antriebsmodus 22, im rein elektrischen Antriebsmodus, frei von Emissionswerten, betrieben werden. Durch eine derartige Antriebsstrategie kann durch die Kombination des ersten und dritten Antriebsmodus 22, 26 gegenüber dem zweiten Antriebsmodus 24 die Laufzeit des Verbrennungsmotors 6 verkürzt werden. Auch steigt der mittlere Verbrennungsmotor-Wirkungsgrad, weil alle Phasen, in denen im zweiten Antriebsmodus 24 lediglich der Verbrauch des Bordnetzes gedeckt wird, ersetzt werden. Auch können die Anzahl von Wiederstarts im Start-Stopp-Betrieb reduziert werden, so dass sowohl die elektrische Startenergie als auch die zusätzliche Kraftstoff-Einspritzmenge für den Wiederstart eingespart werden können.
  • 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 Patentliteratur
    • DE 102009004671 A1 [0002]

Claims (6)

  1. Antriebssystem (2) für ein Plug-in-Hybrid-Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (4), einem Elektromotor (6), einer Hochspannungsquelle (8), insbesondere einer Hochvoltbatterie, die einen minimalen Soll-Ladezustand aufweist, einem Generator (10), einer Kupplung (12), mindestens einem Getriebe (14), mindestens einer Antriebsachse und einer Steuereinheit, wobei der Verbrennungsmotor (4) mechanisch mit mindestens einer Antriebsachse (16) verbunden ist, wobei ein erster Antriebsmodus (22), „Depleting Modus“, und ein zweiter Antriebsmodus (24), „Sustaining Modus“, in der Steuereinheit (18) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein dritter, manuell aktivierbarer Antriebsmodus (26), „Increasing Modus“, vorgesehen ist, der eine Lastpunktanhebung am Verbrennungsmotor (4) vorsieht, derart, dass die Hochspannungsquelle (8) während des Fahrbetriebs aufladbar ist und damit der erste Antriebsmodus (18) aktivierbar ist.
  2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Antriebsmodus (26) lediglich dann aktivierbar ist, wenn der Ladewirkungsgrad von Verbrennungsmotor (4), Hochspannungsquelle (8) und Elektromotor (6) größer bzw. gleich einem definierbaren Wirkungsgrad ist.
  3. Antriebssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Start-Stopp-Automatik vorgesehen ist, wobei die Grenzen für den Start-Stopp-Betrieb des Verbrennungsmotors an das Verhältnis zwischen Soll- und Ist-Ladezustand des Energiespeichers gekoppelt sind.
  4. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antriebsmodus (24) manuell aktivierbar ist.
  5. Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Antriebsmodus (22) automatisch aktiviert wird, wenn die Hochspannungsquelle (8) voll aufgeladen ist und wobei der zweite Antriebsmodus (24) automatisch aktiviert wird, wenn der minimale Soll-Ladezustand erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Antriebsmodus (26) während des ersten oder zweiten Antriebsmodus (22, 24) manuell aktiviert wird, um den Lastpunkt des Verbrennungsmotors (4) anzuheben und die Hochspannungsquelle (8) aufzuladen.
  6. Verfahren zum Betrieb eines Antriebssystems nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Antriebsmodus (24) während des ersten oder dritten Antriebsmodus (22, 26) aktiviert wird, um die Hochspannungsquelle (8) als Zwischenspeicher zu nutzen.
DE102011051439A 2011-06-29 2011-06-29 Antriebssystem für ein Plug-in-Hybrid-Kraftfahrzeug Pending DE102011051439A1 (de)

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