DE102013225969A1

DE102013225969A1 - System zum Betreiben eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102013225969A1
Application number: DE102013225969.7A
Authority: DE
Inventors: Marian Nemes; Tudor Dachin
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2015-05-21

Abstract

Ein System (80) zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (2) mit wenigstens zwei elektrischen Komponenten sollte eine Kostensenkung ermöglichen und gleichzeitig eine robuste Funktionalität sicherstellen. Somit umfasst es ein Steuersystem (86), das in einer Anzahl von Betriebsarten einen Energiefluss zwischen den wenigstens zwei elektrischen Komponenten anweist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs mit wenigstens zwei elektrischen Komponenten.
In modernen Kraftfahrzeugen wie etwa Personenkraftwagen, insbesondere in vollelektrischen Fahrzeugen, in Fahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine oder in Hybridfahrzeugen, arbeiten mehrere verschiedene und unterschiedliche elektronische Steuereinheiten (ECUs) zusammen, um verschiedene Funktionen wie etwa das Steuern des Motors, das Steuern des Bremssystems usw. auszuführen.
Üblicherweise ist die Hauptsteuerschaltungsanordnung aktuell in drei verschiedenen ECUs, d. h. in der Haupt- oder Zentral-ECU (Kraftmaschinensteuereinheit), in einer TCU (Traktionssteuereinheit) und in einer HECU (elektronischen Hydrauliksteuereinheit), die das hydraulische Bremssystem steuert, konzentriert. Bisher ist die einzige Art und Weise, verschwendete Energie zu gewinnen, die, dies während der Nutzbremsung oder Rückgewinnungsbremsung zu tun, indem der Elektromotor als ein Generator laufengelassen wird. Dagegen ist die Energie, die während der regulären Bremsung wegen der Reibung als Wärme abgeleitet wird, verloren. Die verschiedenen verwendeten Steuermodule (Zentral-ECU, TCU und HECU) sind im Allgemeinen komplex und kostspielig.
Bei einer Vielzahl miteinander in Wechselwirkung stehender Steuereinheiten können Verbindungs- und Kommunikationskomplexitätsprobleme auftreten, wenn verschiedene Systeme kommunizieren und Funktionen zusammen ausführen müssen, was die Flexibilität moderner PKW-Umgebungen beeinträchtigt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Systems, das eine Kostensenkung ermöglicht und das gleichzeitig eine robustere Funktionalität bereitstellt.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Steuersystem, das in einer Anzahl von Betriebsarten den Energiefluss zwischen den wenigstens zwei elektrischen Komponenten anweist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen spezifiziert.
Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass die Verwendung vieler miteinander in Wechselwirkung stehender elektrischer Komponenten mit der zunehmenden Komplexität und mit den hohen Anforderungen an die Fahrzeugsicherheit und -leistung problematisch werden kann. Insbesondere Kommunikation, Zeiteinstellung und synchronisierte Anstrengungen sind fehleranfällig, führen zu Störungen und verringerter Leistung, was zu Sicherheitsproblemen und gefährlichen Situationen für den Fahrer führen kann. Dies ist insbesondere wahr und wichtig für moderne Kraftfahrzeuge, die sich immer mehr auf elektrische und elektronische Komponenten stützen.
Wie nun erkannt wird, entsteht mit der Aufnahme elektrischer Kraftmaschinen, die entweder in vollelektrischen Fahrzeugen (FEV) die einzige Kraftmaschine sind oder die in Hybridfahrzeugen durch eine Brennkraftmaschine ergänzt sind, eine Möglichkeit, die verschiedenen elektronischen Steuereinheiten in einem Fahrzeug zu vereinheitlichen. Darüber hinaus ermöglicht ein solcher integrierter Entwurf die Hinzufügung einer Funktionalität, die die Nutzererfahrung und -zufriedenheit, die PKW-Autonomie und die Kraftstoff-/Batterieeffizienz erhöht.
Vorzugsweise umfassen die elektrischen Komponenten einen Elektromotor und wenigstens eine Energiespeicherkomponente. Darüber hinaus ist vorzugsweise eine Batterie verwendet, um für den Betrieb des Elektromotors Energie bereitzustellen. Der Elektromotor ist vorzugsweise ein Teil des Vortriebsystems und kann in zwei Betriebsarten betrieben werden: in einer ”Motorbetriebsart”, in der er Energie verbraucht, was zu einer angetriebenen Drehung seines Rotors und einer damit verbundenen Achse führt, deren Drehung auf die Drehung der Hinter- und/oder Vorderachse des Kraftfahrzeugs, insbesondere eines PKW, übertragen wird. In einer ”Generatorbetriebsart” wird er für die Nutzbremsung verwendet, wobei er durch die Drehung der Fahrzeugachse angetrieben wird und Energie erzeugt, während er ein Bremsmoment auf die Fahrzeugachse ausübt.
Vorzugsweise umfasst das Steuersystem eine Transistorbrücke zur Anpassung der verfügbaren Ladespannung an die Anforderungen der jeweiligen Energiespeicherkomponente. Im Fall der Motorsteuerung wird die Batteriegleichspannung auf der Grundlage des erforderlichen Schaltmusters mit Frequenz-, Amplituden- und Signalformsteuerung in Wechselspannung umgesetzt. Im Fall der Nutzbremsung wird die Wechselstromausgabe des Motors gleichgerichtet und (durch periodische und gesteuerte Kurzschlüsse) auf einen Pegel verstärkt, der hoch genug ist, um die Batterie zu laden. Vorzugsweise stellt sie eine Wechselstrom/Gleichstrom- und Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzungsfunktionalität sowie eine PWM-Steuerung des Elektromotors oder der elektrischen Kraftmaschine bereit.
Die Transistorbrücke ist vorzugsweise als eine H-Brücke mit sechs Schaltern und mit drei Anschlüssen aufgebaut, die für den Mehrfach-Eingabe/Ausgabe-Betrieb abgeändert worden ist. Die H-Brücke ist die erforderliche Mindestkonfiguration und somit kostenoptimal. Sie weist sechs Leistungsschalter, insbesondere IGBTs/MOSFETs, auf, die durch eine bekannte H-Brückenschaltung miteinander verbunden sind. Dadurch, dass die Transistoren der H-Brücke in einem spezifischen Muster geöffnet werden, ist es möglich, verschiedene Energiewege, die verschiedenen Betriebsarten entsprechen, zwischen verschiedenen Komponenten zu definieren und zu verwirklichen. Der Motor ist mit den Mittelknoten der H-Brücke verbunden und die Batterie und/oder ein anderes Speicherelement sind an den Endpunkten verbunden. Der Controller ist mit den Steueranschlussstiften (Gates) der Brückenschaltelemente verbunden.
Vorzugsweise steuert oder bestimmt der Schaltzustand der Transistorbrücke den Energieflussweg. Insbesondere, wenn die Transistorbrücke als eine H-Brücke mit sechs Schaltern und mit drei Anschlüssen aufgebaut ist, ermöglicht sie eine Anzahl verschiedener Schaltzustände, die verschiedenen Energieflüssen oder -wegen zwischen den elektrischen Komponenten des Fahrzeugs entsprechen können.
Vorzugsweise umfasst das System einen Controller, vorzugsweise einen Mikrocontroller, der die Betriebsart wählt. Der Mikrocontroller kann, insbesondere in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des PKW, die Richtung des Energieflusses, z. B. zwischen Batterie und Motor oder umgekehrt, während der Rückgewinnungs- oder Nutzbremsung wählen. Vorzugsweise umfasst der Controller mehrere Einheiten oder Module, insbesondere Softwaremodule oder -programme, die in seiner Architektur ausgeführt werden, die jeweils eine spezifische Funktionalität verwirklichen. Zum Beispiel kann ein Modul den Motor, insbesondere sein Drehmoment, steuern, während ein anderes Modul dafür verantwortlich ist, die Bremsen während der Betriebs- und/oder Parkbremsbetriebsart zu steuern.
Vorzugsweise überwacht der Mikrocontroller die in den elektrischen Systemen der Fahrzeuge auftretenden Spannungen und Ströme. Diese Größen können z. B. zum Einstellen/Anpassen der Batterie und/oder anderer Energiespeicher, denen verfügbare Energie zugeführt wird, verwendet werden.
Vorzugsweise umfasst das System ein elektrisches Bremssystem zur Bereitstellung einer Betriebs- und/oder Parkbremsfunktionalität mit wenigstens einem elektrisch angetriebenen Aktuator, der durch die Transistorbrücke und durch den Controller gesteuert wird. Vorzugsweise ist das elektrische Bremssystem mit elektromechanischen Bremsen aufgebaut, wobei der elektrisch angetriebene Aktuator einen Elektromotor umfasst, der mit einer Kugelumlaufspindel gekoppelt ist, durch die die Drehung der Achse des Motors in eine Linearbewegung eines Kolbens oder Tauchkolbens umgewandelt wird, der einen Bremsbelag gegen eine Bremsscheibe drückt. Somit steuert das Steuersystem sowohl den Motor als auch das Bremssystem, wobei es diese zwei verschiedenen Funktionen, die üblicherweise durch getrennte ECUs ausgeführt werden, vereinheitlicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das System eine Anzahl von Sensoren, insbesondere Strom- und Spannungssensoren. Vorzugsweise sollten die Motorposition, die Motortemperatur und die Motorversorgungsspannung/der Motorversorgungsstrom überwacht oder gefolgert werden, um die Steuerfunktion auszuführen und um sichere Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten.
Vorzugsweise umfasst der wenigstens eine Energiespeicher wenigstens einen Pufferkondensator, entweder als eine einzelne Einheit oder als ein Hybridgemisch verschiedener Kondensatortypen, um eine schnelle Ladung/Entladung der gespeicherten Energie zu ermöglichen und um die Hauptbatterie von elektrischer und mechanischer Spannung zu entlasten. Alternativ könnte für höhere Energiedichte und Spannungsanstiegsgeschwindigkeit ein schwungradgestütztes System, aktuell aber auf Kosten erhöhter Komplexität und Fehlerrate, verwendet werden.
Insbesondere weist die Erfindung die folgenden Vorteile auf: Für mehrere Funktionen kann dieselbe Hardware verwendet werden. Insbesondere die Vereinheitlichung der Ladeschaltungsanordnung mit der Antriebsschaltungsanordnung führt zur Kostensenkung und ermöglicht den Entwurf robuster Vorrichtungen, was im Fall der Nutzbremsung die Energieaufnahmefähigkeit verbessert. Mit solchen robusten Vorrichtungen ist es möglich, die Batterie von verschiedenen Energiequellen zu laden und sogar, eine Schnellladung von Quellen mit höherer Leistung zu ermöglichen. Dies erfordert eine Änderung der Steueralgorithmen und der Steuerschaltungsanordnung, um einen Zweirichtungsbetrieb eines Umsetzers mit mehreren Anschlüssen zu ermöglichen.
Alle das Vortriebssystem betreffenden Informationen können in dem beschriebenen System gespeichert und verarbeitet werden, was eine kurze Ansprechzeit und eine sichere Nutzererfahrung sicherstellt. Durch Vereinheitlichung verschiedener Funktionalitäten einer gemeinsamen ECU können Kommunikationsfehler minimiert werden.
Durch Verringerung der Anzahl der Systemkomponenten werden wegen der verringerten Verdrahtungskomplexität in dem Fahrzeug die Fehlerraten verbessert.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird in Verbindung mit einer Zeichnung diskutiert, die schematisch Folgendes zeigt:
1 ein Elektromotorfahrzeug mit einem Elektromotor und mit einem System zum Betreiben eines Fahrzeugs, das ein Steuersystem mit einer H-Brücke, einem Mikrocontroller, einer Batterie, einem Pufferkondensator und einem Energiespeicherkondensator in einer ersten Betriebsart der Batterieladung von einem Stromversorgungsnetz umfasst,
2 das Fahrzeug und das System in Übereinstimmung mit 1 in einer zweiten Betriebsart einer Fahrsequenz,
3 das Fahrzeug in Übereinstimmung mit den vorhergehenden Figuren in einer dritten Betriebsart der Nutzbremsung,
4 das Fahrzeug in Übereinstimmung mit den vorhergehenden Figuren in einer vierten Betriebsart der elektrischen Bremsung,
5 das Fahrzeug in Übereinstimmung mit den vorhergehenden Figuren in einer fünften Betriebsart der Parkbremse, und
6 das Fahrzeug in Übereinstimmung mit den vorhergehenden Figuren in einer sechsten Betriebsart der Energiegewinnung von Wärmequellen.
Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Ein in 1 gezeigtes Elektromotorfahrzeug 2 umfasst einen Elektromotor 8 für den Vortrieb einer Vorderachse 14 und einer Hinterachse 20. Alternativ wird, entweder dauerhaft oder vorübergehend, nur eine der zwei Achsen 14, 20 durch den Elektromotor 8 angetrieben. Zum Beispiel kann der Vortrieb beider Achsen 14, 20 nur vorübergehend aktiviert werden, falls das Fahrzeug 2 als ein SW ausgelegt ist. An der Vorderachse 14 sind zwei Räder 26, 32 angebracht und für die Bremsung der Räder 26, 32 werden zwei Bremsen 38, 44 genutzt. An der Hinterachse 20 sind zwei Räder 48, 52 angebracht und für die Bremsung der Räder 48, 52 werden zwei Bremsen 56, 60 genutzt. Die Bremsen 38, 44, 56, 60 sind als elektromechanische Bremsen aufgebaut, die Teil eines elektromechanischen Bremssystems sind.
Das Fahrzeug 2 umfasst eine Batterie 66, einen Energiekondensator 72 und einen Energiespeicherkondensator 78. Der Kondensator 72 vermindert den Batteriebetrieb und muss für die volle Busspannung und für einen hohen Einschalt-/Ausschaltstrom ausgelegt sein. Der Kondensator 78 kann in Bezug auf die Anzahl der Elemente, auf die Größe und auf die Nennspannung flexibel sein, um ihn an die spezifische Implementierung der Energiegewinnung in dem Fahrzeug anzupassen.
Das Fahrzeug 2 umfasst ein System 80 zum Betreiben des Fahrzeugs 2, das ein Steuersystem 86 umfasst. Das Steuersystem 86 lenkt den Energiefluss zwischen zwei jeweiligen Komponenten. Es umfasst eine H-Brücke mit sechs Schaltern von Transistoren 92 mit 6 Leistungsschaltern, die als Transistoren aufgebaut sind, die in der vorliegenden Ausführungsform MOSFETs sind. Ferner umfasst das Steuersystem 86 einen Controller 98, der als ein Mikrocontroller aufgebaut ist. Der Mikrocontroller ist vorzugsweise ein Kraftfahrzeug-Hochsicherheitsteil (ASIL D), das eine vollständige Plattform für die Entwicklung sicherheitsbezogener Anwendungen/Funktionen, üblicherweise für elektronische Bremssysteme, bietet. Der Controller 98 betreibt die Transistorbrücke 92 und stellt die Schaltbetriebsart der Transistoren der Transistorbrücke 92 – in Übereinstimmung mit der Betriebsart – ein, um den Energiefluss anzuweisen. Im Folgenden werden in Verbindung mit den 1 bis 6 verschiedene Betriebsarten diskutiert.
Die Transistorbrücke 92 ist durch drei Elektrokabel 100 mit dem Motor 8 verbunden. Der Controller 98 ist durch Elektrokabel 108 elektrisch mit den Bremsen 38, 44, 56, 60 verbunden. Jedes Betriebsbremselement wird über ein Paar von Leistungskabeln gesteuert, um radspezifische Bremsfähigkeiten bereitzustellen.
Die in 1 gezeigte Betriebsart entspricht der Ladung der Batterie 66 durch ein externes Stromversorgungsnetz 102, das in dem aktuellen Beispiel entweder, wie z. B. in den Vereinigten Staaten, 120 V oder, wie in Europa, 230 V bereitstellt. Der Energiefluss ist durch zwei Pfeile 104, 106 gezeigt. Das Stromversorgungsnetz 102 ist mit der Transistorbrücke 92 elektrisch verbunden. Die Transistorbrücke 92 ist mit der Batterie 66 elektrisch verbunden. Der Schaltzustand der Transistorbrücke 92 wird durch den Controller 99 in der Weise betrieben, dass ein durch den Pfeil 104 angegebener Energiefluss von dem Stromversorgungsnetz 102 zu der Transistorbrücke 92 und daraufhin wie durch den Pfeil 106 angegeben zu der Batterie 66 zugelassen wird. Während dieses Ladeprozesses der Batterie 66 bestimmt der Controller 98 die Ladeanforderungen der Batterie 66 und steuert er auf der Grundlage der Batterieinformationen (die von der Batterie selbst empfangen werden: Ladezustand, Temperatur, Zellenfunktionszustand) den Strom und die Spannung. Während des Ladeprozesses ist der Hauptelektromotor 8 getrennt. Wegen der Fähigkeiten/Anforderungen der Motorantriebsbrücke ist eine Ladegerätegrundfunktionalität der Ebene 1 und der Ebene 2 integriert und verbessert, was eine schnellere Ladung ermöglicht, falls sie das Stromversorgungsnetz 102 (durch Power Line Communication) unterstützen kann. In 2 ist der Energieflussweg für eine Situation gezeigt, in der das Fahrzeug 2 fährt und durch den Kraftmaschinenelektromotor 8 vorgetrieben wird. Der Controller 92 setzt einen Schaltzustand der Transistorbrücke 92 fest, der einen durch den Pfeil 110 angegebenen Energiefluss von der Batterie 66 über die Transistorbrücke 92 und wie durch den Pfeil 114 angegeben von dort zu dem Elektromotor 8 ermöglicht. Somit wird die elektrische Kraftmaschine des Fahrzeugs 2 durch in der Batterie 66 gespeicherte Energie für den Vortrieb des Fahrzeugs 2 gespeist. Wie durch Pfeile 120 angegeben ist, wird die elektrische Energie in Rotationsenergie der Räder 26, 32, 48, 52 umgewandelt.
In 3 ist eine Betriebsart des Steuersystems 86 gezeigt, die der Nutzbremsung entspricht. Der Schaltzustand der Transistorbrücke 92 ermöglicht den Fluss elektrischer Energie, die durch den Elektromotor 8 umgewandelt wird, der als ein Generator betrieben wird, von der Rotationsenergie der Räder 26, 32, 48, 52 zu der Batterie 66, wo sie gespeichert werden kann. Die Pfeile 126 geben die Energieübertragung von Rotationsenergie der Räder 26, 32, 48, 52 in den Motor 8 an, wo sie in elektrische Energie umgewandelt und, wie durch die Pfeile 132 und 134 angegeben ist, über die Transistorbrücke 92 zu der Batterie 66 transportiert wird.
In 4 ist eine der elektrischen Bremsung entsprechende Betriebsart dargestellt. Wie durch die Pfeile 140, 142 angegeben ist, fließt Energie von der Batterie 66 zu den Bremsen 38, 44, 56, 60, wo die Rotationsenergie der Räder 26, 32, 48, 52 in Wärme umgewandelt wird. Somit enthält der Controller 98 die Funktionalität einer ECU eines Bremssystems.
In 5 ist eine der Parkbremsenfunktionalität entsprechende Betriebsart gezeigt. Die Parkbremse wird verwendet, um zu verhindern, dass sich das Fahrzeug 2 bewegt, nachdem es geparkt worden ist, und insbesondere, wenn der Fahrer das Fahrzeug 2 verlassen hat. Die Parkbremsenbetriebsart wird nicht durch eine übliche ”Handbremse”, sondern mit den elektromechanischen Bremsen 56, 60, verwirklicht, wobei gesetzlich getrennte Aktuatoren und Steuerleitungen erforderlich sind. Um zu verhindern, dass sich der PKW bewegt und dass sich somit die Räder bewegen, werden die Bremsbeläge in den Hinterachsbremsen 56, 60 gegen die Bremsscheiben geschoben und daraufhin durch einen Verriegelungsmechanismus, z. B. durch eine Sperrklinke, die mit einem Sperrrad in Eingriff gelangt, verriegelt. Um die jeweiligen Bremsbeläge in Richtung der Bremsscheiben zu bewegen, wird Energie von der Batterie 66 in die Bremsen 56, 60 angewiesen, wo der jeweilige Elektromotor einen Tauchkolben in Richtung der Bremsscheibe antreibt und dadurch den Bremsbelag gegen sie drückt. Wenn die Bremsen 56, 60 verriegelt sind, wird keine Energie mehr benötigt. Wenn das Fahrzeug wieder bewegt werden sollte, wird die Verriegelung umgekehrt und können sich die Räder 48, 52 wieder bewegen. Der Energiefluss ist durch die Pfeile 146, 158 angegeben.
Die Parkbremse kann ebenfalls ohne Verriegelung angelegt werden. Eine ähnliche Funktionalität oder Betriebsart kann genutzt werden, um den Fahrer zu unterstützen, wenn das Fahrzeug 2 an einem Berg zu einem Halt gebracht wird. Wenn das Fahrzeug 2 zu einem Halt kommt, können die Bremsbeläge gegen die Bremsscheibe geschoben werden, um zu verhindern, dass der PKW rollt, während er in einer geneigten Position steht. Wenn der Fahrer das Gaspedal wieder schiebt, können die Bremsen 56, 60 gelöst werden, um zu ermöglichen, dass sich das Fahrzeug 2 bergauf bewegt. Ähnlich kann diese Fahrerunterstützungsfunktionalität genutzt werden, falls das Fahrzeug 2 auf einem abschüssigen Boden, der bergab weist, steht.
In 6 ist eine weitere Betriebsart gezeigt, die die Energiegewinnung von Wärmequellen des Fahrzeugs 2 ermöglicht. Die relevanten Wärmequellen sind die Bremsen 38, 44, 56, 60, in denen Wärme während eines Bremsprozesses erzeugt wird, wodurch die Rotationsenergie der Räder 26, 32, 48, 52 in Wärmeenergie oder Wärme der Bremskomponenten, insbesondere der jeweiligen Bremsscheibe und Bremsbeläge, umgewandelt wird. Der Controller 98 integriert spezifisch elektronische Energiegewinnungskomponenten/-schaltungen für die Überwachung externer Sensoren und Energiegewinnungseinrichtungen, verstärkt daraufhin ihre Ausgangsspannung und weist die Energie zu einem Speicherelement an. Der Energiefluss von den Bremsen 38, 44, 56, 60 zu dem Energiekondensator 78 ist durch Pfeile 150 angegeben. Irgendeine Art mechanischer Energie oder Wärmeenergie kann lokal (in der Nähe der Energiequelle) in Elektrizität umgewandelt und über verlustarme Verdrahtung zu dem Hauptcontroller transportiert werden. Wie durch einen Pfeil 150 angegeben ist, kann auch Wärme von dem Motor 8 und/oder von der Leistungselektronik gewonnen werden. Das Fahrzeug 2 kann in der Weise ausgelegt sein, dass Wärmekraftmaschinen oder elektronische Vorrichtungen in der Nähe der Wärmequellen angebracht sind, um verlorene Energie zurückzugewinnen. Festkörpervorrichtungen, die heute entwickelt werden, liefern einen verbesserten Wirkungsgrad und ermöglicht eine enge Kopplung und Anordnung und ermöglichen somit die Rückgewinnung von mehr Energie, während sie mechanisch weniger störanfällig sind.
Der Pfeil 152 symbolisiert die mögliche Rückgewinnung von Energie von der Wärmeableitung der H-Brücke in dem Controller 98. Vorzugsweise weist der Controller 98 seine eigenen Leistungsableitungselemente auf, um zu arbeiten und um die Betriebs- und Parkbremsen und verschiedene Ausgaben zu steuern. Somit repräsentiert der Pfeil 154 die mögliche Rückgewinnung von Energie von diesem Modul, das sich unabhängig von der H-Brücke erwärmt. Somit bezieht sich jeder wärmebezogene Pfeil auf eine unabhängige Leistungsquelle. Die Komponente oder der Kondensator 72 ist immer zu der Hauptbatterie parallel geschaltet und liefert sofort Strom, wenn er von dem Motor 8 oder von einem Speicher mit schneller Energieaufnahmefähigkeit, im Fall schneller Nutzbremsung, angefordert wird. Die Komponente oder der Kondensator 78 liefert eine Energiespeicherung von unterschiedlichen Prozessen/einer unterschiedlichen Energiequelle (nicht dem Generator/Motor) und ist nicht direkt mit der Hauptbatterie 66 verbunden. Sie würde einen Umsetzer erfordern, um sie mit dem Hochspannungsbus zu verbinden und somit zu ermöglichen, dass Energie in Stößen zu der Hauptbatterie zurückkehrt, was den Wirkungsgrad im Zeitverlauf erhöht.
Wie oben beschrieben wurde, umfasst das System 80 vorzugsweise eine Transistorbrücke 92, die als eine H-Brücke mit 3 Anschlüssen für die Gleichstrom/Wechselstrom-Umwandlung und für die Wechselstrom/Gleichstrom-Umwandlung aufgebaut ist. In beiden Fällen der Umwandlung ist die PWM-Steuerung (die Impulsbreitenmodulationssteuerung) bevorzugt. Darüber hinaus umfasst das System 80 vorzugsweise mehrere (kleine/leichte) Treiber für Sekundärfunktionen (für die Kleinleistungs-Motorsteuerung für elektromechanische Bremsen, Bremslichter, Relais, Elektrolytgleichrichter, LEDs, PKW-Schnittstellenausgänge usw., die eine Unterstützung für allgemeine Kraftfahrzeug- und für kundenspezifische Funktionen bieten). Der Controller 98 ist vorzugsweise als ein Mikrocontroller aufgebaut, der vorzugsweise eine Haupteinheit, die die Ausführung eines adaptiven Algorithmus für den Betrieb in den oben beschriebenen Betriebsarten ermöglicht, und eine oder mehrere sekundäre Ausführungseinheiten für die Bremssteuerung aufweist. Somit ist das System 80 wie eine ECU aufgebaut, die die Funktionalität mehrerer Systeme kombiniert: einer Elektromotorsteuerung zur Steuerung des Motordrehmoments und der Motordrehzahl, einer mit dem elektrischen Stromversorgungsleitungsnetz verbundenen Ladeeinrichtung der Ebene 1, 2 oder 3 mit PFC- und Zu- und Gegenschaltungsfähigkeiten, die zum Laden und für die Nutzbremsung verwendet wird. Sowohl die Betriebs- als auch die Parkbremsenfunktionalität sind vorzugsweise in der ”Brake-by-wire”-Form implementiert.
Vorzugsweise nutzt der Steueralgorithmus, der in dem Mikrocontroller ausgeführt wird, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen, Sensormesswerte (Spannung, Strom und Temperatur) und ermöglicht er die Gewinnung verschwendeter Energie in einem lokalen Speicherelement mit hoher Kapazität (z. B. einem Ultrakondensator) und die Einspeisung wiedergewonnener Energie in das Hauptenergiesystem, das aus der Hauptbatterie und aus einem parallelen Kondensator besteht.
Bezugszeichenliste

2: Fahrzeug
8: Elektromotor
14: Vorderachse
20: Hinterachse
26: Rad
32: Rad
38: Bremse
44: Bremse
48: Rad
52: Rad
56: Bremse
60: Bremse
66: Batterie
72: Energiekondensator
78: Energiespeicherkondensator
80: System
86: Steuersystem
92: Transistorbrücke
98: Controller
100: Elektrokabel
102: Stromversorgungsnetz
104: Pfeil
106: Pfeil
108: Elektrokabel
110: Pfeil
114: Pfeil
120: Pfeil
126: Pfeil
132: Pfeil
134: Pfeil
140: Pfeil
142: Pfeil
146: Pfeil
148: Pfeil
150: Pfeil
152: Pfeil
154: Pfeil

Claims

System (80) zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (2) mit wenigstens zwei elektrischen Komponenten, wobei das System ein Steuersystem (86) umfasst, das in einer Anzahl von Betriebsarten einen Energiefluss zwischen den wenigstens zwei elektrischen Komponenten anweist.
System (80) nach Anspruch 1, wobei die elektrischen Komponenten einen Elektromotor (8) und wenigstens eine Energiespeicherkomponente (66, 72, 78) umfassen.
System (80) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuersystem (86) eine Transistorbrücke (92) zur Anpassung der verfügbaren Ladespannung an die Anforderungen der jeweiligen Energiespeicherkomponente (66, 72, 78) umfasst.
System (80) nach Anspruch 3, wobei die Transistorbrücke (92) als eine H-Brücke mit sechs Schaltern und mit drei Anschlüssen aufgebaut ist.
System (80) nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Schaltzustand der Transistorbrücke (92) den Energieflussweg bestimmt.
System (80) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das einen Controller (98) umfasst, der die Betriebsart wählt.
System (80) nach Anspruch 6, wobei der Controller (98) Spannungen und Ströme überwacht.
System (80) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ein elektrisches Bremssystem mit einer Anzahl elektromechanischer Bremsen (38, 44, 56, 60) zum Bereitstellen einer Betriebs- und/oder Parkbremsenfunktionalität mit wenigstens einem elektrisch angetriebenen Aktuator, der durch die Transistorbrücke (92) und durch den Controller (98) gesteuert wird, umfasst.
System (80) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer Anzahl von Sensoren, insbesondere Strom- und Spannungssensoren.
System (80) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die wenigstens eine Energiespeicherkomponente (66, 72, 78) wenigstens einen Pufferkondensator umfasst.