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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Leistungsumwandlungsschaltungen, die in Hybridfahrzeugen verwendet werden, und insbesondere jene Schaltungen, bei denen eine Hochspannungsbatterie verwendet wird, um elektrische Leistung an eine Niederspannungsfahrzeuglast und eine Anlassermotorschaltung zu liefern.
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Hybridfahrzeuge verwenden ein elektrisches Antriebssystem, das niedrigere Energiekosten aufweist und weniger Verunreinigungen emittiert als ein herkömmliches Antriebssystem mit Verbrennungsmotor (ICE - Internal Combustion Engine). Verschiedene Konfigurationen von Hybridfahrzeugen wurden entwickelt. Bei einer ersten Konfiguration kann ein Bediener zwischen dem elektrischen Betrieb und dem ICE-Betrieb wählen. Bei einer SHEV-Konfiguration (Series Hybrid Electric Vehicle) ist ein Motor, in der Regel ein ICE, mit einem als Generator bezeichneten Elektromotor verbunden. Der Generator wiederum liefert Elektrizität an eine Batterie und an einen anderen, als Traktionsmotor bezeichneten Motor. Bei dem SHEV ist der Traktionsmotor die einzige Quelle für Raddrehmoment. Es besteht keine mechanische Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und den Antriebsrädern. Bei einer weiteren Konfiguration, einem PHEV (Parallel Hybrid Electric Vehicle), wirken ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor zusammen, um das Raddrehmoment zum Antreiben des Fahrzeugs zu liefern. Außerdem kann bei einer PHEV-Konfiguration der Motor als Generator zum Laden der Batterie aus der von dem ICE erzeugten Leistung verwendet werden. Eine weitere Konfiguration, ein PSHEV (Parallel/Series Hybrid Electric Vehicle), besitzt Charakteristika sowohl des SHEV als auch des PHEV.
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Der elektrische Vortrieb kann bei einem HEV durch ein elektrisches Antriebssystem durchgeführt werden, das eine Anzahl von Komponenten enthalten kann, in der Regel mindestens mit einer Leistungsumwandlungseinheit und einem Motor. Bei dieser Anordnung kann die Leistungsumwandlungsschaltung Leistung von einer Leistungsquelle steuerbar an den Motor übertragen, um eine Last anzutreiben. Eine typische Leistungsumwandlungsschaltung kann eine Stromquelle wie etwa eine Hochspannungsbatterie und eine Inverterschaltung, die einen Dreiphasenstrom an eine Elektromaschine liefern kann, umfassen. Wie oben erörtert kann ein Hybridfahrzeug bei Zeiten in einem elektrischen Antriebsmodus arbeiten, wobei es ausschließlich von einem Elektromotor angetrieben wird, und zu anderen Zeiten kann ein ICE kooperieren, um das Fahrzeug anzutreiben. In der Vergangenheit wurde in Hybridfahrzeugen eine Planetengetriebeanordnung eingesetzt, um einen Verbrennungsmotor durchzudrehen, wenn er das Antreiben des Fahrzeugs unterstützen soll. Bei einigen Hybriddesigns jedoch kann die Planetengetriebeanordnung eine inakzeptable Drehmomentstörung verursachen, die sich als Fahrzeugzittereffekt manifestiert.
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Als eine Alternative zu einer Planetengetriebeanordnung in einem Hybridfahrzeug kann ein Anlassermotor verwendet werden. Beispielsweise kann ein integrierter Anlasser-Generator (ISG - Integrated Starter Generator) sowohl zum Antreiben eines Fahrzeugs als auch zum Anlassen eines ICE verwendet werden. In vielen Fällen jedoch ist der zum Anlassen des Motors benötigte gezogene ISG-Strom für den DC-DC-Wandler des Antriebssystems zu hoch, was bewirkt, dass er im Hinblick auf Spannungsausgabe abfällt. Bei einer weiteren Konfiguration kann zum Anlassen des ICE ein separater Niederspannungsanlassermotor anstelle eines ISG verwendet werden. Bei dieser Art von Konfiguration kann der DC-DC-Wandler durch einen Niederspannungsbus an den Anlassermotor gekoppelt sein. Ein Niederspannungsbus kann auch die Niederspannungsbatterie eines Fahrzeugs und eine Niederspannungslast wie etwa Lampen, äußere Lichter, ein Radio und andere Fahrzeugnebenverbraucher an den DC-DC-Wandler koppeln. Somit kann eine in einer Umwandlungsschaltung zum Bestromen eines Elektromotors verwendete Hochspannungsbatterie zum Bestromen von Fahrzeugnebenverbrauchern mit Niederspannung und eines Niederspannungsanlassermotors für einen ICE durch einen DC-DC-Wandler verwendet werden.
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Diese Konfiguration leidet jedoch ebenfalls unter Mängeln. Ein herkömmlicher Anlassermotor kann einen relativ großen Strom ziehen, der einen signifikanten Spannungsabfall, vielleicht herunter zu 6-8 V anderweitig entlang des Spannungsbusses verursachen kann. Wenn ein Fahrer ein herkömmliches ICE-Fahrzeug anlässt, sind im Allgemeinen wenige Nebenverbraucher, wenn überhaupt, eingeschaltet. Diese Nebenverbraucher, die eingeschaltet sind, kann ein kurzes Flackern oder Abklingen erfahren, das mit dem Durchdrehen des Motors endet, wobei es während des Fahrens nicht weiter auftritt. Weil sie vorübergehend nur zu Beginn eines Fahrzeugbetriebs auftreten, sind die Effekte eines gezogenen großen Anlassermotorstroms für ICE-Fahrzeuge kein signifikantes Problem. Bei einem Hybridfahrzeug jedoch kann ein Verbrennungsmotor während einer einzelnen Fahrepisode häufig ein- und ausgeschaltet werden. Wiederholt flackernde Lichter oder eine abklingende Radiolautstärke aufgrund unzureichender Spannung auf einem Niederspannungsbus kann für einen HEV-Fahrer eine ärgerliche, inakzeptable Störung sein.
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In der Vergangenheit wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen, um das Problem von Spannungsabfällen aufgrund einer großen Anlasserstromnachfrage zu behandeln. Beispielsweise ist aus der
US 2009/0107443 A1 ein Controller zum Abschalten des Verbrennungsmotors bekannt, wenn das Fahrzeug im Leerlauf ist, ein Motor/Generator zum Anlassen des Verbrennungsmotors, ein Inverter zum Umwandeln einer DC-Hilfsspannung von einer Batterie in eine AC-Spannung zum Bestromen des Motors/Generators und eine Einrichtung zum Trennen einer DC-Spannung von der DC-Hilfsspannung, um einen Spannungsabfall in einem Fahrzeugsystem während des Anlassens des Verbrennungsmotors zu verhindern. Die Einrichtung enthält einen Transformator, einen Gleichrichter/Regler und einen Trenner. Von einer einzelnen Energiespeichereinrichtung wie etwa einer Niederspannungsbatterie kann eine DC-Spannung von einer DC-Hilfsspannung getrennt und an ein Hilfssystem geliefert werden, das Komponenten umfasst, die für einen Spannungsabfall anfällig sind, während ein Motor durchgedreht wird. Ein Verfahren beinhaltet das Detektieren eines befohlenen Motoranlassens, Vergleichen einer gemessenen Hilfsspannung mit einem Schwellwert, Trennen einer vorbestimmten DC-Spannung von einer DC-Hilfsspannung, wenn die gemessene Hilfsspannung unter dem Schwellwert liegt, und Bestromen des Hilfsfahrzeugsystems unter Verwendung der getrennten DC-Spannung. Die Energiespeichereinrichtung kann über den Motor/Generator geladen werden. Die Lösung der
US 2009/0107443 A1 hängt davon ab, dass eine einzelne Batterie ausreichend Spannung sowohl für einen Anlassermotor als auch ein Hilfssystem liefert.
US 2009/0107443 A1 lehrt das Hinzufügen eines Transformators, eines Reglers und eines Trenners und basiert auf einem Vergleich von Spannungen und einer Unterteilung von Fahrzeugnebenverbrauchern in jene, die Spannungsabfällen unterworfen sind, und jenen, die es nicht sind.
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Aus der
US 2009/0243387 A1 ist ein doppeltes Batteriestromsystem mit einer Primär- und einer Sekundärlast bekannt, und es kann zwischen einem Ein-Zustand, in dem der Verbrennungsmotor läuft, einem Aus-Zustand, in dem der Verbrennungsmotor nicht läuft, einem Start-Zustand, in dem die Primärlast Leistung zum Anlassen des Motors erfordert, und einem Pause-Zustand, in dem der Motor nicht läuft, umgeschaltet werden. Eine erste Batterie bestromt die Primärlast, die Leistung zum Anlassen eines Verbrennungsmotors erfordert, und eine zweite Batterie bestromt die Sekundärlast, die keine Leistung zum Anlassen eines Verbrennungsmotors erfordert. Ein Batterieschalter kann geschlossen werden, um die erste Batterie derart mit der zweiten Batterie zu verbinden, dass beide Batterien Leistung an beide Lasten liefern können. Der Schalter ist in Abhängigkeit von der Fahrzeugbedingung und dem Betriebszustand offen oder geschlossen.
US 2009/0243387 A1 lehrt das Trennen der beiden Batterien, so dass die Primärbatterie ausreichend Ladung zum Anlassen eines Verbrennungsmotors besitzt. Außerdem kann der Erhaltungszustand der Primärbatterie vor dem Verbinden oder Trennen der beiden Batterien geprüft werden. Da die Erfindung der
US 2009/0243387 A1 darauf ausgerichtet ist, in der Primärbatterie ausreichend Leistung zum Anlassen eines Verbrennungsmotors zu haben, wird das Problem des Spannungsabfalls in der Sekundärlast nicht betont.
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Aus
DE 199 46 997 A1 ist eine Energieversorgungsanordnung für ein Fahrzeug bekannt. Die Anordnung umfasst einen Generator, der mit einer Maschine des Fahrzeugs verbunden ist, einen Hochspannungsbus, an den die Ausgangsspannung des Generators geführt wird und mit dem eine Hochspannungslast verbunden ist. Des Weiteren umfasst die Anordnung einen Niederspannungsbus, der mit dem Hochspannungsbus über ein Spannungs-Herabstufungselement verbunden ist.
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In der
DE 10 2007 029 479 A1 wird ein elektrisches Bordnetz eines Kraftfahrzeuges, beschrieben, wobei das Bordnetz eine elektrische Maschine zum Starten eines Verbrennungsmotors umfasst. Ferner umfasst das Bordnetz einen ersten Akkumulator, einen vom Verbrennungsmotor antreibbaren Generator und einen elektrischen Verbraucher.
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In der
DE 197 05 634 C2 wird eine Anordnung zur Erhöhung der Startsicherheit eines Verbrennungsmotors mit einer aufladbaren Starterbatterie, die in einem Bordnetz angeordnet ist, beschrieben.
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In der
JP 2008 - 7 003 A wird eine Steuervorrichtung zum Umschalten eines Hybridfahrzeugs von einem Leerlaufzustand in einen Fahrzustand offenbart.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Niederspannungsbus während des Motorstarts zu stabilisieren.
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Vor diesem Hintergrund betrifft die Erfindung ein System gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Systems ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Demnach betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Anlassen eines Hybridfahrzeug-ICE mit einem Anlassermotor bereit, während die Stabilität in einem Niederspannungsbus aufrechterhalten wird, der einen DC-DC-Wandler mit einer Niederspannungslast koppelt. Das System umfasst einen DC-DC-Wandler, der konfiguriert ist zum Koppeln an eine Hochspannungsbatterie, wobei der Wandler konfiguriert ist, eine Ausgabe an einen ersten Niederspannungsbus zu liefern, der konfiguriert ist, den Wandler an eine Niederspannungslast zu koppeln; eine Sekundärbatterie, die durch einen zweiten Niederspannungsbus an einen Anlassermotor gekoppelt ist, wobei der Anlassermotor konfiguriert ist zum Anlassen eines Verbrennungsmotors; und eine Trenneinrichtung, die konfiguriert ist zum Entkoppeln des ersten und zweiten Niederspannungsbusses. Beispielhaft kann die Niederspannungslast Fahrzeuglampen, äußere Lichter, Radio und/oder andere Nebenverbraucher umfassen. Der erste und zweite Niederspannungsbus empfangen, wenn sie verbunden sind, eine Spannungsausgabe von dem DC-DC-Wandler, der an eine Hochspannungsbatterie gekoppelt ist. Gemäß der Erfindung ist die Trenneinrichtung derart konfiguriert, den ersten und zweiten Spannungsbus während eines Anlassereignisses für den Verbrennungsmotor abzutrennen, den DC-DC-Wandler von dem Anlassermotor trennend. Während des Verbrennungsmotoranlassereignisses zieht der Anlassermotor einen Strom über den zweiten Niederspannungsbus von der Sekundärbatterie. Weil der Anlassermotor von dem ersten Niederspannungsbus getrennt ist, wird die von dem DC-DC-Wandler an die Niederspannungslast gelieferte Spannung nicht durch den gezogenen Anlasserstrom beeinflusst und bleibt stabil. Dementsprechend kann der Betrieb von Fahrzeugnebenverbrauchern, die die Niederspannungslast bilden, ununterbrochen weitergehen.
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Die Trenneinrichtung ist weiterhin konfiguriert, den ersten und zweiten Spannungsbus nach dem Abschluss des Motoranlassereignisses wieder zu koppeln. Wenn die beiden Busse verbunden sind, kann die Hochspannungsbatterie die Sekundärbatterie über den DC-DC-Wandler laden. Gemäß der Erfindung umfasst die Trenneinrichtung eine variable Batterieladeeinrichtung, die den Strom zu dem zweiten Spannungsbus während eines Anlassereignisses blockieren und den Stromfluss zu dem zweiten Spannungsbus nach dem Abschluss des Anlassereignisses mit einer variablen Rate wiederaufnehmen kann, um Probleme zu vermeiden, die durch einen großen Einschaltstrom zu der Sekundärbatterie nach dem Wiederanschluss verursacht werden. Bei einem weiteren Beispiel kann die Koppeleinrichtung in Form eines steuerbaren Relaisschalters vorliegen.
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Ein beispielhaftes Verfahren zum Betrieb eines Systems der Erfindung kann Folgendes beinhalten: Erhalten einer Verbrennungsmotoranlassanforderung und als Reaktion das Trennen eines DC-DC-Wandlers von einem Anlasserkreis; Einrücken eines Anlassermotors, Bestimmen, dass ein Verbrennungsmotor angelassen wird, Ausrücken des Anlassermotors und erneutes Koppeln des DC-DC-Wandlers an den Anlasserkreis. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der DC-DC-Wandler konfiguriert zum Koppeln an eine Hochspannungsbatterie und ist konfiguriert zum Koppeln an eine Niederspannungslast durch einen ersten Niederspannungsbus. Ein Anlasserkreis kann den Anlassermotor umfassen, der über einen zweiten Niederspannungsbus an eine Sekundärbatterie gekoppelt ist. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Entkoppeln eines DC-DC-Wandlers von der Anlasserschaltung das Aktivieren einer Trenneinrichtung, die den ersten Niederspannungsbus von dem zweiten Niederspannungsbus entkoppelt. Diese Handlung trennt den DC-DC-Wandler von dem Anlassermotor, bevor er den zum Anlassen des Verbrennungsmotors erforderlichen Strom zieht. Während des Anlassereignisses kann der Anlassermotor durch die Sekundärbatterie bestromt werden, da er über den zweiten Niederspannungsbus an den Anlasser gekoppelt bleibt. Gleichermaßen kann das Wiederkoppeln des DC-DC-Wandlers an den Anlasserkreis das Deaktivieren der Trenneinrichtung umfassen, um den ersten und zweiten Niederspannungsbus wieder zu verbinden. Während der erste und zweite Niederspannungsbus gekoppelt sind, kann die Hochspannungsbatterie durch den DC-DC-Wandler die Sekundärbatterie laden.
- 1 zeigt ein beispielhaftes System.
- 2 zeigt ein beispielhaftes System.
- 3 zeigt ein beispielhaftes System.
- 4 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Betrieb eines derartigen Systems.
- 5 zeigt ein beispielhaftes System der Erfindung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden hier vorgele) die Erfindung kann jedoch in einer Vielzahl alternativer Formen verkörpert werden, wie für den Fachmann offensichtlich ist. Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern und eine Basis für die Ansprüche zu liefern, sind verschiedene Figuren in der Spezifikation enthalten.
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Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet, und verwandte Elemente können ausgelassen worden sein, um die neuartigen Merkmale der Erfindung zu betonen. In den Figuren dargestellte strukturelle und funktionale Details sind für den Zweck vorgelegt, die Ausübung der Erfindung dem Fachmann zu lehren, und sind nicht als Beschränkungen auszulegen. Beispielsweise können Steuermodule für verschiedene Systeme unterschiedlich angeordnet und/oder kombiniert werden und sind möglicherweise in Darstellungen von Ausführungsbeispielen hierin nicht gezeigt, um neuartige Aspekte der Erfindung besser zu betonen. Außerdem können Systemkomponenten unterschiedlich angeordnet sein, wie in der Technik bekannt ist.
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1 zeigt ein Schemadiagramm eines beispielhaften Fahrzeuges 100 . Das Fahrzeug 100 kann von einem beliebigen geeigneten Typ sein, wie etwa ein Hybridfahrzeug (HEV - Hybrid Electric Vehicle) oder ein PHEV (Plug-In Hybrid Electric Vehicle). Bei mindestens einer Ausführungsform kann das Fahrzeug 100 einen ersten Radsatz 102 , einen zweiten Radsatz 104 , einen Verbrennungsmotor 106 , ein HEV-Achsgetriebe 104 und ein elektrisches Antriebssystem 110 enthalten. Das elektrische Antriebssystem 110 kann konfiguriert sein, ein Drehmoment an den ersten und/oder zweiten Radsatz 102 , 104 zu liefern, beispielsweise über eine Leistungstransfereinheit 120 und ein Differential 130 . Das elektrische Antriebssystem 110 kann eine beliebige geeignete Konfiguration aufweisen und kann ein Parallelantrieb, ein Reihenantrieb oder ein Split-Hybrid-Antrieb sein, wie dem Fachmann bekannt ist. Als ein Beispiel kann das elektrische Antriebssystem 110 einen Leistungselektronikwandler (PEC - Power Electronics Converter) 112 enthalten, der an eine permanent erregte Synchronmaschine (PMSM) 114 gekoppelt ist. Es wird in Betracht gezogen, dass die PMSM 114 als ein Motor fungieren kann, der elektrische Energie in kinetische Energie umwandelt, oder als ein Generator, der kinetische Energie in elektrische Energie umwandelt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der PEC 112 an eine als Motor fungierende erste PMSM und eine als Generator fungierende zweite PMSM angeschlossen sein.
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Das EDS 110 kann an einen Verbrennungsmotor 106 und ein HEV-Achsgetriebe 108 gekoppelt sein, mit dem es zusammenarbeiten kann, um das Fahrzeug anzutreiben.
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Außerdem kann das EDS 110 an ein Niederspannungssystem 140 gekoppelt sein. Insbesondere kann der PEC 112 zum Koppeln an das Niederspannungssystem 140 über einen Niederspannungsbus 150 gekoppelt sein. Um das Problem der Niederspannungsbusinstabilität des Stands der Technik zu verhindern, ist ein Stabilisator 152 , der konfiguriert ist, die Ausgangsspannung des PEC 112 an das Niederspannungssystem 140 zu stabilisieren, enthalten, um sehr steile Abfälle auf dem Niederspannungsbus 150 zu verhindern. Ein Antriebsstrangsteuermodul (PCM - Powertrain Control Module) 160 , das konfiguriert ist zum Überwachen und/oder Steuern verschiedener Fahrzeugteilsysteme wie etwa das Getriebesystem, das Ladesystem, das Motorsteuersystem, sowie zum Kommunizieren mit anderen Bordmodulen, kann an das EDS 110 sowie andere Fahrzeugteilsysteme gekoppelt sein. Das PCM 160 kann beispielsweise in Form eines Bordcomputers oder Mikroprozessors in Kommunikation mit verschiedenen Fahrzeugmodulen und Controllern vorliegen.
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Die Leistungstransfereinheit 120 kann von einer beliebigen geeigneten Art sein, wie etwa unter anderem ein Mehrfachgang-„Stufenverhältnis“-Getriebe, ein stufenloses Getriebe oder ein elektronisches wandlerloses Getriebe, wie dem Fachmann bekannt ist. Die Leistungstransfereinheit 120 kann ausgelegt sein, ein oder mehrere Fahrzeugräder anzutreiben, und kann selektiv an mindestens eine PMSM 114 gekoppelt sein. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die Leistungstransfereinheit 120 auf beliebige geeignete Weise mit einem Differential 130 verbunden, wie etwa mit einer Antriebswelle oder einer anderen mechanischen Einrichtung. Das Differential 130 kann durch eine Welle 134 wie etwa eine Achse oder Halbwelle mit jedem Rad des Radsatzes 104 verbunden sein.
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2 zeigt ein beispielhaftes System 200 . Als Teil eines elektrischen Antriebssystems kann ein PEC 212 konfiguriert sein, Leistung an einen als ein ISG 219 verkörperten Motor zu liefern. Der ISG 219 kann mit einem Verbrennungsmotor 208 kooperieren, um einen Radsatz 204 anzutreiben. Der ISG 219 kann durch eine Trennkupplung 221 selektiv an den Verbrennungsmotor 208 gekoppelt sein, die es dem ISG 219 gestattet, an den Verbrennungsmotor 208 gekoppelt oder von diesem getrennt zu werden. Analog kann eine Anfahrkupplung 222 den ISG 219 von einem Getriebegehäuse 224 trennen oder ihn daran koppeln, um den Radsatz 204 anzutreiben. Zusätzlich zu dem Bestromen des ISG 219 kann der PEC 212 auch Leistung über einen Niederspannungsbus 250 mit einem Stabilisator 252 an ein Niederspannungssystem 240 liefern. Der Stabilisator 252 kann konfiguriert sein zu verhindern, dass die von dem PEC 212 ausgegebene Spannung zu niedrig abfällt, um das Niederspannungssystem 240 adäquat zu bestromen.
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Der beispielhafte PEC 212 kann einen Inverter 214 , einen DC-DC-Wandler 216 und eine Hochspannungsbatterie 218 enthalten. Der DC-DC-Wandler 216 kann konfiguriert sein, Eingangsspannung von der Hochspannungsbatterie 218 in eine Ausgangsspannung umzuwandeln, die von dem Inverter 214 verwendet wird, um einen Dreiphasenstrom an den ISG 219 zu liefern, wie in der Technik bekannt ist. Der DC-DC-Wandler 216 kann in der Form eines variablen Spannungswandlers vorliegen, der in einem Boost- oder Buck-Modus arbeiten kann, um Leistung an den Inverter oder eine Ladung an die auch als die Primärbatterie bezeichnete Hochspannungsbatterie 218 durch regeneratives Bremsen zu liefern, wie in der Technik bekannt. Die Hochspannungsbatterie 218 kann in der Form einer Mehrzellen-Nickelmetallhydridbatterie oder einer Lithiumionenbatterie vorliegen.
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Beispielsweise kann die Hochspannungsbatterie 100 - 200 in Reihe geschaltete Zellen umfassen, die kombiniert werden können, um eine Spannung von etwa 330 V zu liefern.
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Der PEC 212 kann über den Niederspannungsbus 250 und den Stabilisator 252 an das Niederspannungssystem 240 gekoppelt sein. Das Niederspannungssystem 240 kann eine Niederspannungslast 242 enthalten. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Niederspannungslast verschiedene Fahrzeugnebenverbraucher für Niederspannung wie etwa Innenlampen, äußere Lichter, Radio, Scheibenwischer, Lüftungsgebläse und dergleichen. Das Niederspannungssystem 240 kann weiterhin eine auch als eine Sekundärbatterie bezeichnete Niederspannungsbatterie 244 enthalten, die als eine Fahrzeugbatterie von nominal 12 V verkörpert sein kann. Das Niederspannungssystem 240 kann auch einen Anlassermotor 246 enthalten, der an die Niederspannungsbatterie 244 gekoppelt und zum Durchdrehen des Verbrennungsmotors 208 konfiguriert ist. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Hochspannungsbatterie 218 durch den DC-DC-Wandler 216 und den Niederspannungsbus 250 eine Spannung an das Niederspannungssystem 240 liefern. Der Stabilisator 252 ist konfiguriert, die Spannung des Niederspannungsbusses 250 so zu stabilisieren, dass eine ausreichende Spannung zu der Niederspannungslast 242 aufrechterhalten wird, so dass die Spannungsanforderungen von verschiedenen Fahrzeugnebenverbrauchern erfüllt werden können.
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3 liefert ein beispielhaftes System 300 mit einem stabilisierten Niederspannungsbus, der eine Ausgangsspannung von einem Leistungsumwandlungssystem liefert. Ein DC-DC-Wandler 302 ist konfiguriert zum Koppeln an eine Hochspannungsbatterie 304 . Eine Ausgangsspannung von dem DC-DC-Wandler 302 kann an einen ersten Niederspannungsbus 308 geliefert werden, der den DC-DC-Wandler an die Niederspannungsfahrzeuglast 306 koppelt, die bei einem Ausführungsbeispiel Niederspannungsfahrzeugnebenverbraucher wie etwa jene hierin zuvor erörterten umfasst. Der erste Niederspannungsbus 308 kann an einen zweiten Niederspannungsbus 312 gekoppelt sein, der eine hier als Niederspannungsbatterie 314 gezeigte Sekundärbatterie mit einem Anlassermotor 316 koppelt. Der erste und zweite Niederspannungsbus 308 , 312 können an einem Stabilisator miteinander gekoppelt sein, der als eine Trenneinrichtung 310 verkörpert ist, die sie steuerbar koppeln oder entkoppeln kann. Bei Zusammenkopplung kann die Hochspannungsbatterie 304 die Niederspannungsbatterie 314 durch den DC-DC-Wandler 302 und die Niederspannungsbusse 308 und 312 laden. Gleichzeitig kann die Hochspannungsbatterie 304 die Fahrzeuglast 306 durch den DC-DC-Wandler 302 und den Niederspannungsbus 308 bestromen.
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Während einer Motoranlassereignisses kann die Trenneinrichtung 310 den ersten und zweiten Niederspannungsbus 308, 312 abtrennen, wodurch der DC-DC-Wandler 302 von dem Anlassermotor 316 getrennt und der Wandler 302 gegenüber der Stromnachfrage des Anlassers 316 abgeschirmt wird. Die Sekundärbatterie, die Niederspannungsbatterie 314 , kann durch den Niederspannungsbus 312 an den Anlassermotor 316 gekoppelt bleiben, um den Strom zu liefern, der zum Durchdrehen eines Verbrennungsmotors erforderlich ist. Der DC-DC-Wandler 302 kann durch den ersten Spannungsbus 308 an die Fahrzeuglast 306 gekoppelt bleiben, um die Spannung zu liefern, die von den verschiedenen Fahrzeugnebenverbrauchern gefordert wird, während der Anlassermotor 316 den Motor anlässt. Dementsprechend können Lichter, Lampen, Unterhaltungseinrichtungen und dergleichen ohne Unterbrechung durch Motoranlassereignisse weiterhin arbeiten.
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Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Trenneinrichtung 310 in der Form einer variablen Batterieladeeinrichtung vorliegen, die konfiguriert ist, einen variablen Strom an die Niederspannungsbatterie 314 zu liefern. Während eines Motoranlassereignisses kann die variable Batterieladeeinrichtung den Strom auf einen niedrigen Pegel begrenzen oder den Stromfluss zu dem Spannungsbus 312 vollständig verhindern, um den DC-DC-Wandler 302 effektiv gegenüber der hohen Stromnachfrage des Anlassermotors 316 zu schützen. Nach dem Abschluss des Motoranlassereignisses und dem Ausrücken des Anlassermotors 316 kann die variable Ladeeinrichtung den ersten und zweiten Spannungsbus 308 , 312 wieder verbinden, wobei sie den Strom zu dem zweiten Spannungsbus 312 allmählich erhöht, um die Niederspannungsbatterie 314 vor einem großen Einschaltstrom und seinen potentiellen abträglichen Effekten zu schützen.
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Als ein weiteres Ausführungsbeispiel kann die Trenneinrichtung 310 in Form eines steuerbaren Relais vorliegen. Beispielsweise kann eine in einer Stufe mit einem oder mehreren Widerständen geschaltete Serie von Relais durch einen Mikroprozessor gesteuert werden, um den Stromfluss von dem ersten Spannungsbus 308 selektiv zu dem zweiten Spannungsbus 312 zu gestatten oder zu verhindern. Bei einem Ausführungsbeispiel kann das PCM 160 oder ein nichtgezeigter Mikroprozessor des DC-DC-Wandlers 302 den Relaiskreis so steuern, dass der Kreis während Motoranlassereignissen offen ist (kein Strom).
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4 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zum Betreiben eines Systems der Erfindung. Bei einem Ausführungsbeispiel kann eine Logik zum Implementieren des Verfahrens 400 in einem nichtgezeigten Speicher des PCM 160 gespeichert sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das PCM 160 für die Befehle an die Kupplungen 221 , 222 , den Anlassermotor 246 , den Stabilisator 252 sowie andere Fahrzeugkomponenten, Teilsysteme und Controller verantwortlich. Bei Block 402 kann als Reaktion auf eine Motoranlassanforderung ein DC-DC-Wandler von einem Anlasserkreis getrennt werden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das PCM 160 eine Motoranlassanforderung erhalten; beispielsweise kann eine Anlassanforderung als Reaktion auf eine vergrößerte Leistungsnachfrage generiert werden, wie sie etwa während eines Beschleunigungsereignisses auftreten kann. Als Reaktion auf das Empfangen einer Motoranlassanforderung kann das PCM 160 die Trenneinrichtung 310 aktivieren, den ersten Spannungsbus 308 zwischen dem DC-DC-Wandler 302 und der Spannungslast 306 von einem Anlasserkreis zu trennen, der die Niederspannungsbatterie 314 und den durch den Niederspannungsbus 312 gekoppelten Anlassermotor 316 umfasst. Beispielsweise kann das PCM 160 die als eine variable Batterieladeeinrichtung verkörperte Trenneinrichtung 310 aktivieren, um Stromfluss zwischen dem ersten und zweiten Niederspannungsbus 308, 312 zu begrenzen oder abzuschneiden, wodurch der DC-DC-Wandler 302 effektiv von dem Anlassermotor 316 und der Niederspannungsbatterie 314 getrennt wird. Bei einer Ausführungsform, bei der die Trenneinrichtung 310 als ein steuerbares Relais verkörpert ist, kann das PCM 160 oder eine andere Controllereinrichtung wie etwa ein Mikroprozessor das Relais öffnen, um einen Stromfluss von dem DC-DC-Wandler 302 zu dem zweiten Niederspannungsbus 312 zu verhindern.
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Bei Block 404 kann ein Anlasser eingerückt werden. Nachdem beispielsweise der den Anlassermotor 316 und die Niederspannungsbatterie 314 umfassende Anlasserkreis von dem DC-DC-Wandler 302 getrennt worden ist, kann das PCM 160 den Anlassermotor in Eingriff nehmen. Beim Versuch, den Motor 108 anzulassen, kann der Anlassermotor 316 Strom von der Niederspannungsbatterie 314 ziehen. Weil die Trenneinrichtung 310 den Stromfluss von dem DC-DC-Wandler 302 zu dem Anlassermotor 316 während des Motoranlassereignisses verhindert, wird die von dem DC-DC-Wandler 302 ausgegebene Spannung von dem von dem Anlassermotor 316 gezogenen Strom nicht beeinflusst. Die Spannungsanforderung der Fahrzeuglast 306 kann durch den DC-DC-Wandler 302 ganz durch die Hochspannungsbatterie 304 erfüllt werden. Dementsprechend kann die Leistung aller arbeitenden Fahrzeugnebenverbraucher fortgesetzt werden, ohne von dem von dem Anlassermotor 316 gezogenen Strom beeinträchtigt zu werden.
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Bei Entscheidungsblock 406 kann eine Bestimmung dahingehend erfolgen, ob ein Verbrennungsmotor angelassen worden ist. Beispielsweise können nichtgezeigte Sensoren an dem Verbrennungsmotor 108 einen Verbrennungsmotorstart detektieren, wobei eine Bestätigung des Verbrennungsmotorstarts an das PCM 160 geliefert wird. Alternativ kann eine einen Anlasserstrom nahe null erfassende Stromüberwachungseinrichtung anzeigen, dass der Verbrennungsmotor angelassen worden ist. Nach einem erfolgreichen Anlassen des Verbrennungsmotors kann bei Block 408 der Anlassermotor ausgerückt werden. Beispielsweise kann das PCM 160 den Anlassermotor 316 befehlen, auszurücken. Nachdem der Anlassermotor 316 ausgerückt worden ist, kann der DC-DC-Wandler 302 bei Block 410 wieder an den Anlasserkreis gekoppelt werden. Beispielsweise kann die Trenneinrichtung 310 deaktiviert werden, um den ersten und zweiten Niederspannungsbus 308 , 312 erneut zu koppeln, wodurch ein Stromfluss von dem DC-DC-Wandler 302 zu dem Anlasserkreis gestattet wird. Bei Verkörperung als eine variable Ladeeinrichtung kann die Trenneinrichtung 310 bei Wiederanschluss einen relativ kleinen Strom liefern, um große Einschaltströme zu der Niederspannungsbatterie 314 zu vermeiden. Das Wiederankoppeln des DC-DC-Wandlers an den Anlasserkreis gestattet, dass die Hochspannungsbatterie 304 die Niederspannungsbatterie 314 lädt. Der Strom durch die variable Batterieladeeinrichtung kann danach im Laufe der Zeit erhöht werden. Bei Verkörperung als ein steuerbares Relais kann das Relais oder die Relaisserie von dem PCM 160 geschlossen werden, um einen Stromfluss von dem DC-DC-Wandler 302 zu dem zweiten Spannungsbus 312 zum Wiederaufladen der Niederspannungsbatterie 314 zu gestatten.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Betrieb eines Systems der Erfindung das Warten für eine vorbestimmte Verzögerungsperiode nach dem Ausrücken des Anlassers vor dem Wiederankoppeln des DC-DC-Wandlers 302 an den Anlasserkreis. Diese Verzögerungsperiode gibt der Niederspannungsbatterie 314 zusätzliche Zeit, um sich von ihrer Ladungsverarmung durch den Anlassermotor 316 zu erholen, bevor sie wieder aufgeladen wird, wodurch etwaige potentielle Einschaltstromeffekte gemildert werden. Zur Erleichterung der Bezugnahme ist die Trenneinrichtung 310 außerhalb der Grenzen des Kastens des DC-DC-Wandlers 302 gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass ein Stabilisator und insbesondere die Trenneinrichtung 310 unterschiedlich positioniert sein kann. Beispielsweise kann sich ein Stabilisator innerhalb eines DC-DC-Wandlers befinden, um einen ersten und zweiten Spannungsbus zu verknüpfen.
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Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel 500 kann eine separate strombegrenzende Schaltung zum Laden einer Sekundärbatterie nach dem Abschluss eines Motoranlassereignisses verwendet werden. Beispielsweise können ein erster und zweiter Spannungsbus 308 bzw. 312 wie in 5 konfiguriert sein, durch einen Stabilisator in der Form einer Trenneinrichtung 510 gekoppelt. Die Trenneinrichtung 510 kann in der Form eines steuerbaren Relais vorliegen, wie oben erörtert, das den ersten und zweiten Spannungsbus 308 , 312 steuerbar entkoppeln kann. Ein zweiter Ausgang des DC-DC-Wandlers 502 kann eine strombegrenzende Schaltung umfassen, die den DC-DC-Wandler 502 mit der Niederspannungsbatterie 314 verknüpfen kann. Beispielsweise kann eine Strombegrenzungseinrichtung 515 eingesetzt werden, so dass die strombegrenzte Schaltung einen Maximalstrom von etwa 20 A an die Sekundärbatterie 314 liefern kann. Nach dem Abschluss eines Anlassereignisses kann die Batterie 314 vor dem Wiederkoppeln der Busse 308, 312 von dem DC-DC-Wandler 502 durch die Schaltung des Strombegrenzers 515 geladen werden, der die Sekundärbatterie 314 gegenüber einem großen Einschaltstrom schützt. Nachdem eine vorbestimmte Zeitperiode nach dem Ausrücken des Anlassermotors 316 verstrichen ist oder nachdem die Sekundärbatterie 314 ihre Ladung wieder erhalten hat, kann die Trenneinrichtung 510 deaktiviert werden, um den ersten und zweiten Spannungsbus 308 , 312 zu koppeln, wodurch die Niederspannungsbatterie 314 durch eine Schaltung, die nicht strombegrenzt ist, an den DC-DC-Wandler 502 gekoppelt wird.
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Somit liefert die Erfindung ein System zum Verwenden des Leistungsumwandlungssystems eines Hybridfahrzeugs in Verbindung mit der Niederspannungsbatterie eines Fahrzeugs, um ausreichend Strom und Spannung sowohl an einen Anlassermotor als auch verschiedene Fahrzeugnebenverbraucher zu liefern, ohne die Leistung der Nebenverbraucher zu beeinträchtigen. Durch Trennen eines DC-DC-Wandlers von einem Anlassermotor während Motoranlassereignissen kann ein an eine Hochspannungsbatterie gekoppelter DC-DC-Wandler Niederspannungsfahrzeuglastanforderungen vollständig erfüllen, während die Niederspannungsbatterie des Fahrzeugs den Strombedarf von dem Anlassermotor erfüllen kann. Das Wiederkoppeln des DC-DC-Wandlers an den Anlasserkreis, der den Anlassermotor mit der Niederspannungsbatterie verbindet, gestattet, dass die Hochspannungsbatterie die Niederspannungsbatterie lädt, so dass sie ausreichend Ladung für das nächste Anlassereignis besitzt. Die Erfindung liefert ein System, das einen Spannungsabfall bei einem Hybridfahrzeug auf effiziente kosteneffektive Weise behandelt, das eine Primär- und Sekundärbatterie eines Fahrzeugs verwendet, ohne den Zusatz von eigenen Energieumwandlungssystemen oder Transformatoren oder das Vergrößern der DC-DC-Wandlerausgangskapazität zu erfordern.
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Bezugszeichenliste
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- 106
- VEBR.-MOTOR
- 108
- HEV-GETRIEBE
- 140
- NS-SYSTEM
- 208
- VEBR.-MOTOR
- 221
- KUPPLUNG
- 222
- KUPPLUNG
- 224
- GETRIEBEGEHÄUSE
- 246
- ANLASSER
- 244
- NSB
- 242
- NS-LAST
- 216
- DC-DC-WANDL.
- 218
- HSB
- 304
- HSB
- 302
- DC-DC-WANDL.
- 306
- NS-FAHRZEUGLAST
- 316
- ANLASSERMOTOR
- 314
- NSB
- 402
- TRENNEN DES DC-DC-WANDLERS VON DEM ANLASSERKREIS ALS REAKTION AUF EINE MOTORANLASSANFORDERUNG
- 404
- ANLASSER EINRÜCKEN
- 406
- MOTOR ANGELASSEN? Y-J
- 406
- ANLASSER AUSRÜCKEN
- 410
- DC-DC-WANDLER WIEDER MIT ANLASSERKREIS KOPPELN
- 304
- HSB
- 502
- DC-DC-WANDL.
- 306
- NS-FAHRZEUGLAST
- 316
- ANLASSERMOTOR
- 314
- NSB
