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TECHNISCHES GEBIET
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Die Offenbarung betrifft allgemein einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug.
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HINTERGRUND
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Fahrzeuge mit einem elektrifizierten Antriebsstrang enthalten eine Brennkraftmaschine, die als Primärantrieb des Fahrzeugs verwendet wird, und sie enthalten mindestens einen Elektromotor/Generator, um entweder elektrische Leistung aus Drehmoment zu erzeugen, das von der Kraftmaschine bereitgestellt wird, wenn die Kraftmaschine überschüssiges Drehmoment erzeugt, oder um zusätzliches Drehmoment für die Kraftmaschine bereitzustellen, um die Kraftmaschine zu unterstützen, wenn die Kraftmaschine die Erzeugung von zusätzlichem Drehmoment benötigt.
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Fahrzeuge mit einem elektrifizierten Antriebsstrang sind tendenziell entweder ein System mit einer einzigen Spannung oder ein System mit zwei Spannungen. Fahrzeuge mit einem elektrifizierten Antriebsstrang, die das System mit einer einzigen Spannung verwenden, stützen sich Im Allgemeinen auf eine einzige Hochleistungs-Energiespeichervorrichtung (im Allgemeinen mit 12 Volt Nennspannung), um elektrische Energie für Zubehörlasten, wenn die Kraftmaschine ausgeschaltet ist, für das Ankurbeln der Kraftmaschine zum Starten, für die Ergänzung des Kraftmaschinendrehmoments usw. bereitzustellen. Die einzige Hochleistungs-Energiespeichervorrichtung absorbiert außerdem elektrische Energie von dem Motor/Generator, wenn das Fahrzeug gerade bremst oder wenn der Motor/Generator mehr elektrische Leistung bereitstellt, als die Zubehörlasten benötigen. Fahrzeuge mit einem elektrifizierten Antriebsstrang, der das System mit zwei Spannungen verwendet, stützen sich im Allgemeinen auf zwei verschiedene Energiespeichervorrichtungen. Die primäre oder Ankurbel-Energiespeichervorrichtung ist eine Vorrichtung mit einer Nennspannung von 12 Volt und sie wird verwendet, um Energie für Lasten bei Situationen mit ausgeschaltetem Schlüssel bereitzustellen. Die Ankurbel-Energiespeichervorrichtung wird außerdem verwendet, um Energie bei Startereignissen bereitzustellen. Die zweite Energiespeichervorrichtung weist typischerweise eine höhere Spannung auf und sie wird allgemein durch den Motor/Generator mit der höheren Spannung aufgeladen. Ein DC/DC-Wandler wird benötigt, um Energie von der Energiespeichervorrichtung mit höherer Spannung und/oder von dem Motor/Generator an die Ankurbel-Energiespeichervorrichtung mit der niedrigeren Spannung (z.B. 12 Volt) und/oder an die Zubehörlasten zu übertragen.
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Die Druckschrift
DE 40 28 242 A1 offenbart eine elektrische Schaltung für Kraftfahrzeuge mit zwei Energiespeichervorrichtungen, einem Generator und einem Starter. Eine Verbindung zwischen den Energiespeichervorrichtungen kann unabhängig vom Fahrzustand des Kraftfahrzeugs unterbrochen werden, um zu verhindern dass die zur Versorgung des Starters vorgesehene Energiespeichervorrichtung zum Aufladen der anderen Energiespeichervorrichtung verwendet wird.
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In der Druckschrift
DE 100 14 243 A1 ist ein System mit zwei Energiespeichervorrichtungen für ein Fahrzeug offenbart, bei dem Verbraucher im Fahrzeug in startrelevante und nicht startrelevante Verbraucher unterteilt werden. Zwischen den beiden Energiespeichervorrichtungen und den startrelevanten Verbrauchern ist jeweils ein Schalter vorgesehen, um das Versorgen der startrelevanten Verbraucher nach Bedarf zwischen den beiden Energiespeichervorrichtungen umzuschalten.
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Die Druckschrift
DE 198 42 657 A1 offenbart ein System mit zwei Energiespeichervorrichtungen für ein Fahrzeug, bei dem ein Leistungsschalter zwischen den beiden Energiespeichervorrichtungen derart angeordnet ist, dass die beiden Energiespeichervorrichtungen bei einem Startvorgang parallel zusammengeschaltet werden können, wobei parallel zu dem Leistungsschalter ein Power-MOSFET angeordnet ist, um eine Strommessung zu erleichtern und ein Aufladen der Energiespeichervorrichtungen zu steuern.
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In der Druckschrift
DE 10 2012 000 624 A1 ist eine elektrische Schaltung für ein Kraftfahrzeug mit zwei Energiespeichervorrichtungen, einem Starter und einem Generator offenbart. Da die beiden Energiespeichervorrichtungen unterschiedliche Ladespannungen aufweisen, ist ein Tiefsetzsteller vorgesehen, um ein gleichzeitiges Aufladen der beiden Energiespeichervorrichtungen durch den Generator zu ermöglichen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Antriebsstrang für ein Fahrzeug zu schaffen, der zwei verschiedene Energiespeichervorrichtungen aufweist und mit geringem Schaltungsaufwand und geringen Kosten, insbesondere ohne DC/DC-Wandler, realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Antriebsstrang für ein Fahrzeug nach Anspruch 1 gelöst.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird ein Antriebsstrang für ein Fahrzeug bereitgestellt. Der Antriebsstrang enthält eine Kraftmaschine und eine elektrische Schaltung. Die elektrische Schaltung enthält einen Motor/Generator, der mit der Kraftmaschine gekoppelt ist. Der Motor/Generator kann entweder als Motor, um Leistung für die Kraftmaschine bereitzustellen, oder als Generator betrieben werden, um elektrischen Strom aus Leistung zu erzeugen, die von der Kraftmaschine geliefert wird. Außerdem ist ein Startermechanismus mit der Kraftmaschine gekoppelt und er kann betrieben werden, um die Kraftmaschine in Ansprechen auf einen Ankurbelstrom zu starten. Eine erste Energiespeichervorrichtung (ESD) ist in einer parallelen elektrischen Beziehung mit dem Startermechanismus angeordnet. Die erste Energiespeichervorrichtung kann betrieben werden, um den Ankurbelstrom an den Startermechanismus zu liefern. Eine zweite Energiespeichervorrichtung ist in einer parallelen elektrischen Beziehung mit dem Motor/Generator angeordnet. Die zweite Energiespeichervorrichtung kann betrieben werden, um einen elektrischen Strom von dem Motor/Generator zu empfangen oder um einen elektrischen Strom an den Motor/Generator zu liefern. Ein erstes elektrisches Zubehörsystem ist in einer parallelen elektrischen Beziehung mit sowohl der ersten Energiespeichervorrichtung als auch der zweiten Energiespeichervorrichtung angeordnet. Ein erster Schalter ist in der elektrischen Schaltung zwischen der ersten Energiespeichervorrichtung und dem ersten elektrischen Zubehörsystem angeordnet. Ein zweiter Schalter ist in der elektrischen Schaltung zwischen der zweiten Energiespeichervorrichtung und dem ersten elektrischen Zubehörsystem angeordnet. Das erste elektrische Zubehörsystem ist in der elektrischen Schaltung zwischen dem ersten Schalter und dem zweiten Schalter angeordnet. Das erste elektrische Zubehörsystem kann so betrieben werden, dass es nicht mehr als einen maximalen durchschnittlichen Laststrom entnimmt, und damit kann der erste Schalter so betrieben werden, dass er einen elektrischen Strom leitet, der mindestens gleich dem oder größer als der maximale durchschnittliche Laststrom ist.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die Lehren auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Zeichnung eines Antriebsstrangs für ein Mild-Hybridfahrzeug.
- 2 ist eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen einer Leerlaufspannung und einer Ladespannung einer ersten Energiespeichervorrichtung und einer zweiten Energiespeichervorrichtung zeigt.
- 3 ist eine schematische Zeichnung eines unidirektionalen Stromsperrschalters.
- 4 ist eine schematische Zeichnung eines bidirektionalen Stromsperrschalters.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Der Fachmann auf dem Gebiet wird erkennen, dass Begriffe wie etwa „über“, „unter“, „nach oben“, „nach unten“, „Oberseite“, „Unterseite“ usw. zur Beschreibung der Figuren verwendet werden und keine Einschränkungen für den Umfang der Offenbarung darstellen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Außerdem können die Lehren hier mit Hilfe von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten und/oder verschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben sein. Es ist zu erkennen, dass diese Blockkomponenten aus einer beliebigen Anzahl von Hardware-, Software- und/oder Firmwarekomponenten bestehen können, die ausgestaltet sind, um die angegebenen Funktionen auszuführen.
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Mit Bezug auf die Figuren, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in den mehreren Ansichten bezeichnen, ist ein Antriebsstrang allgemein bei 20 gezeigt. Der Antriebsstrang 20 ist für ein Fahrzeug gedacht. Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug wie etwa ein Auto, einen Lastwagen usw. oder ein Nicht-Kraftfahrzeug, wie etwa ein landwirtschaftliches Fahrzeug, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug usw. umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt.
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Mit Bezug auf 1 enthält der Antriebsstrang 20 eine Kraftmaschine 22. Die Kraftmaschine 22 ist vorzugsweise das primäre Antriebsaggregat des Fahrzeugs. Die Kraftmaschine 22 kann eine Brennkraftmaschine 22 enthalten, etwa ohne Einschränkung eine Benzinkraftmaschine 22, eine Dieselkraftmaschine 22, eine Propankraftmaschine 22 usw. Eine Kraftmaschine 22 wird betrieben, wie es in der Technik bekannt ist, um Drehmoment durch die Verbrennung von Kraftstoff zu erzeugen. Das Drehmoment wird, wie bekannt ist, durch ein Getriebe an ein oder mehrere Antriebsräder übertragen. Der spezielle Stil, Typ, die Ausgestaltung und/oder die Größe der Kraftmaschine 22 sind für die Lehren der Offenbarung nicht wesentlich und sie sind daher hier nicht im Detail beschrieben.
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Der Antriebsstrang 20 enthält ferner eine elektrische Schaltung 24. Die elektrische Schaltung 24 enthält verschiedene Komponenten, die miteinander durch eine Verdrahtung verbunden sind, um eine Strecke auszubilden, in welcher Elektronen von einer Spannungs- oder einer Stromquelle fließen können. Folglich enthält die elektrische Schaltung 24, wie sie hier beschrieben ist, sowohl die verschiedenen elektrischen Komponenten aber auch die Verdrahtung und/oder die Verbindungen, die benötigt werden, um die elektrischen Komponenten in der nachstehend beschriebenen Weise zu verbinden.
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Die elektrische Schaltung 24 enthält einen Motor/Generator 26. Der Motor/Generator 26 ist mit der Kraftmaschine 22 gekoppelt und er kann entweder als Motor, um Leistung für die Kraftmaschine 22 bereitzustellen, oder als Generator betrieben werden, um elektrischen Strom aus Leistung zu erzeugen, die von der Kraftmaschine 22 geliefert wird. Bei einem Betrieb als Motor unterstützt der Motor/Generator 26 die Kraftmaschine 22 bei der Drehmomenterzeugung, um das Fahrzeug voranzutreiben. Bei einem Betrieb als Generator kann der Motor/Generator 26 Elektrizität erzeugen, um eine Energiespeichervorrichtung wiederaufzuladen oder um eine oder mehrere elektrische Komponenten eines ersten elektrischen Zubehörsystems 28 (das nachstehend in größerem Detail beschrieben wird) oder eines zweiten elektrischen Zubehörsystems 30 (das nachstehend in größerem Detail beschrieben wird) mit Leistung zu versorgen.
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Das erste elektrische Zubehörsystem 28 kann mindestens eine elektrische Last enthalten, deren Verhaltensänderung aufgrund einer vordefinierten Veränderung bei einer Betriebsspannung leicht wahrgenommen werden kann und für den Fahrzeugkunden möglicherweise nicht akzeptabel ist. Diese Lasten werden hier nachstehend als spannungssensitive Lasten bezeichnet. Die Spannungsschwankung über diesen Lasten bei verschiedenen Betriebsbedingungen wie etwa Autostarts, Energierückgewinnung und Drehmomentverstärkung unter Verwendung des Startermotors 32 und des Motor/Generators 26 muss innerhalb eines vordefinierten Werts gehalten werden, um ein Leistungsniveau des Fahrzeugs zu erfüllen, das für den Kunden annehmbar ist. Zudem kann das erste elektrische Zubehörsystem 28 mindestens eine elektrische Last enthalten, die bei ausgeschalteter Kraftmaschine 22 mit ununterbrochener elektrischer Leistung versorgt werden muss, falls eine der Energiespeichervorrichtungen aus einem beliebigen Grund nicht in der Lage ist, Leistung zu liefern. Diejenigen Lasten, deren Verhaltensveränderung aufgrund einer Spannungsänderung, welche einen vordefinierten Wert überschreitet, für den Kunden nicht leicht wahrnehmbar sind, werden hier nachstehend als nicht spannungssensitive Lasten bezeichnet. Das zweite elektrische Zubehörsystem 30, das aus nicht spannungssensitiven Lasten besteht, kann in einer parallelen elektrischen Beziehung mit sowohl der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 als auch dem Motor/Generator 26 angeordnet sein.
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Der Motor/Generator 26 kann eine beliebige Vorrichtung enthalten, die mit der Kraftmaschine 22 gekoppelt werden kann und die als Motor zum Erzeugen von Drehmoment oder als Generator zum Erzeugen von Elektrizität betrieben werden kann. Beispielsweise kann der Motor/Generator 26 einen bürstenlosen Elektromotor/Generator 26 oder eine andere ähnliche Vorrichtung umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Motor/Generator 26 kann mit der Kraftmaschine 22 auf eine beliebige geeignete Weise gekoppelt sein. Beispielsweise kann der Motor/Generator 26 mit einer Kurbelwelle der Kraftmaschine 22 über einen Endlosriemen gekoppelt sein, um Drehmoment zwischen der Kurbelwelle und dem Motor/Generator 26 zu übertragen. Es ist festzustellen, dass der Motor/Generator 26 alternativ mit der Kraftmaschine 22 auf irgendeine andere Weise gekoppelt sein kann, die hier nicht gezeigt oder beschrieben ist.
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Im Allgemeinen wird der Motor/Generator 26 als Generator betrieben, wenn die Kraftmaschine 22 gerade mehr Drehmoment erzeugt, als es für die aktuellen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs benötigt wird, und er wird als Motor betrieben, wenn das Fahrzeug mehr Drehmoment benötigt, als die Kraftmaschine 22 gegenwärtig erzeugt. Beispielsweise kann der Motor/Generator 26 als Motor betrieben werden, wenn sich das Fahrzeug mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt oder beschleunigt und nicht gebremst/verlangsamt wird. Alternativ kann der Motor/Generator 26 als Generator betrieben werden, wenn das Fahrzeug verlangsamt, gebremst oder gestoppt wird.
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Der Motor/Generator 26 kann einen eingebauten (nicht gezeigten) Wechselrichter enthalten. Der eingebaute Wechselrichter kann betrieben werden, um von einer Energiespeichervorrichtung bereitgestellten Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umzusetzen, um den Motor/Generator 26 als Motor zu betreiben. Zudem kann der eingebaute Wechselrichter betrieben werden, um AC in DC zur Speicherung in einer Energiespeichervorrichtung umzusetzen, wenn der Motor/Generator 26 als Generator funktioniert. Zudem kann der eingebaute Wechselrichter AC in DC umsetzen, um Strom an das erste elektrische Zubehörsystem 28 oder an das zweite elektrische Zubehörsystem 30 zu liefern. Der Motor/Generator 26 kann andere elektrische Vorrichtungen enthalten, etwa einen oder mehrere Sensoren (wie zum Beispiel einen Motorpositionssensor, der die Position der Welle des Motors/Generators detektiert, Temperatur-, Strom- und Spannungssensoren), Steuergeräte 54, Temperaturmanagementkomponenten zum Kühlen der Maschine und der elektrischen Komponenten usw.
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Die elektrische Schaltung 24 enthält ferner einen Startermechanismus 32. Der Startermechanismus 32 ist mit der Kraftmaschine 22 gekoppelt und er kann betrieben werden, um die Kraftmaschine 22 aus einem Ankurbelstrom zu starten. Der Startermechanismus 32 wird unabhängig von dem Motor/Generator 26 betrieben, um die Kraftmaschine 22 selektiv zu starten. Daher unterstützt der Motor/Generator 26 den Startermechanismus 32 nicht, wenn der Startermechanismus 32 zum Starten der Kraftmaschine 22 in Eingriff gestellt wird. Folglich wird der Startermechanismus 32 exklusiv verwendet, um die Kraftmaschine 22 bei allen Starts zu starten. Mit anderen Worten wird der Startermechanismus 32 verwendet, um alle Erststarts beim Schlüsseleinschalten sowie alle Autostarts durchzuführen.
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Der Startermechanismus 32 kann einen elektrischen Startermotor umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt, welcher selektiv in Eingriff gestellt wird, um die Kurbelwelle der Kraftmaschine 22 zu drehen, um die Kraftmaschine 22 zu starten. Der Startermechanismus 32 kann mit der Kraftmaschine 22 auf eine beliebige geeignete Weise gekoppelt sein. Beispielsweise kann der Startermechanismus 32, wie es in der Technik für elektrische Startermotoren bekannt ist, mit der Kraftmaschine 22 durch einen kämmenden Eingriff eines (nicht gezeigten) Starterzahnrads mit einem (nicht gezeigten) Zahnkranz, der an der Kurbelwelle der Kraftmaschine 22 angebracht ist, gekoppelt werden. Eine Betätigung des elektrischen Startermotors bewegt das Starterzahnrad in einen kämmenden Eingriff mit dem Zahnkranz und sie dreht gleichzeitig den Zahnkranz und dadurch die Kurbelwelle der Kraftmaschine 22. Der Startermechanismus 32 kann einen Startschalter 34 enthalten, etwa ein Solenoid oder eine andere ähnliche Vorrichtung, ist aber nicht darauf beschränkt, um den Startermechanismus 32 selektiv mit der ersten Energiespeichervorrichtung 36 zu verbinden und ihn davon zu trennen. Es ist festzustellen, dass der Startermechanismus 32 auf irgendeine andere Weise ausgestaltet sein kann, die hier nicht beschrieben ist und die zum Starten der Kraftmaschine 22 in der Lage ist.
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Die elektrische Schaltung enthält ferner eine erste Energiespeichervorrichtung 36 und eine zweite Energiespeichervorrichtung 38. Die erste Energiespeichervorrichtung 36 ist in einer parallelen elektrischen Beziehung mit dem Startermechanismus 32 angeordnet und sie ist außerdem in einer parallelen elektrischen Beziehung mit dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 angeordnet. Die erste Energiespeichervorrichtung 36 ist ausgestaltet und kann betrieben werden, um den Ankurbelstrom an den Startermechanismus 32 zu liefern, der zum Starten der Kraftmaschine 22 benötigt wird, und/oder sie kann Strom an das erste elektrische Zubehörsystem 28 und/oder an das zweite elektrische Zubehörsystem 30 liefern. Die erste Energiespeichervorrichtung 36 kann eine beliebige geeignete Batterie oder eine andere Vorrichtung enthalten, die genügend Energie zum Starten der Kraftmaschine 22 speichern kann. Die erste Energiespeichervorrichtung 36 ist vorzugsweise eine Bleisäurebatterie, die entsprechend der speziellen Bedürfnisse des Startermechanismus 32 dimensioniert ist. Es ist jedoch festzustellen, dass die erste Energiespeichervorrichtung 36 eine andere Vorrichtung als die Bleisäurebatterie, die vorstehend erwähnt ist, enthalten kann, etwa eine Ultrabatterie, einen Ultrakondensator, eine Lithium-Ionen-Batterie, einen Lithium-Ionen-Kondensator oder eine Kombination daraus.
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Die zweite Energiespeichervorrichtung 38 ist in einer parallelen elektrischen Beziehung mit dem Motor/Generator 26 angeordnet und sie befindet sich außerdem in einer parallelen elektrischen Beziehung mit dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 und mit dem zweiten elektrischen Zubehörsystem 30. Die zweite Energiespeichervorrichtung 38 kann betrieben werden, um einen Strom von dem Motor/Generator 26 zu empfangen oder um einen Strom an den Motor/Generator, an das erste elektrische Zubehörsystem 28 oder an das zweite elektrische Zubehörsystem 30 zu liefern. Vorzugsweise ist die zweite Energiespeichervorrichtung 38 eine, die zu hohen Lade- und Entladeströmen mit hohem Wirkungsgrad in der Lage ist, etwa eine Lithium-Ionen-Batterie. Es ist jedoch festzustellen, dass die zweite Energiespeichervorrichtung 38 eine beliebige Vorrichtung enthalten kann, die zum Speichern von Energie zur späteren Verwendung in der Lage ist, etwa ohne Einschränkung eine andere Art von Batterie, einen Ultrakondensator, eine Ultrabatterie, einen Lithium-Ionen-Kondensator, eine andere ähnliche Vorrichtung oder ein Kombination daraus.
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Die erste Energiespeichervorrichtung 36 und die zweite Energiespeichervorrichtung 38 können jeweils mit einer im Wesentlichen identischen Nennspannung betrieben werden. Vorzugsweise werden die erste Energiespeichervorrichtung 36 und die zweite Energiespeichervorrichtung 38 jeweils in einem Nennbereich von etwa 10 Volt bis etwa 16 Volt betrieben, d.h. ein 12 Volt-System. Es ist jedoch festzustellen, dass die erste Energiespeichervorrichtung 36 und die zweite Energiespeichervorrichtung 38 ausgestaltet sein können, um bei einer beliebigen anderen Nennspannung betrieben zu werden, etwa ohne Einschränkung mit 6 Volt, 24 Volt, 48 Volt usw.
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Die erste Energiespeichervorrichtung 36 und die zweite Energiespeichervorrichtung 38 können signifikant unterschiedliche Verhaltensweisen aufweisen und sie enthalten signifikant verschiedene Chemien, aber sie umfassen unter vorbestimmten Betriebsbedingungen eine ähnliche Spannung. Die erste Energiespeichervorrichtung 36 ist zum Speichern von Energie für lange Zeitdauern und zum Bereitstellen von kurzen Leistungsschüben über einen großen Temperaturbereich hinweg gedacht. Die zweite Energiespeichervorrichtung 38 ist zum Speichern von signifikant weniger Energie als die erste Energiespeichervorrichtung 36 gedacht, jedoch zur Aufnahme und Lieferung von signifikant mehr elektrischer Leistung für kurze Zeitdauern als die erste Energiespeichervorrichtung 36. Die erste Energiespeichervorrichtung 36 soll bei einem relativ hohen Ladezustand gehalten werden, beispielsweise bei einem Ladezustand zwischen 80% und 95%, wohingegen die zweite Energiespeichervorrichtung 38 dazu gedacht ist, für längere Zeitspannen bei einem mittleren Ladezustand gehalten zu werden, beispielsweise bei einem Ladezustand zwischen 30% und 70%, um zur Aufnahme von Leistung von dem Motor/Generator 26 und zum Liefern von Leistung dorthin bereit zu sein.
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Die erste Energiespeichervorrichtung 36 kann betrieben werden, um eine erste Ladungsmenge zu speichern und um kurze Leistungsschübe innerhalb eines ersten Stromstärkenbereichs über einen ersten Temperaturbereich hinweg bereitzustellen. Die zweite Energiespeichervorrichtung 38 kann betrieben werden, um eine zweite Ladungsmenge zu speichern und um kurze Leistungsschübe mit einer zweiten Stromstärke über einen zweiten Temperaturbereich hinweg bereitzustelten oder zu empfangen. Die erste Ladungsmenge der ersten Energiespeichervorrichtung 36 ist größer als die zweite Ladungsmenge der zweiten Energiespeichervorrichtung 38. Der erste Stromstärkenbereich der ersten Energiespeichervorrichtung 36 ist größer als der zweite Stromstärkenbereich der zweiten Energiespeichervorrichtung 38. Der erste Temperaturbereich, über welchen hinweg die erste Energiespeichervorrichtung 36 zum Bereitstellen von Leistung betrieben werden kann, ist größer als der zweite Temperaturbereich, über welchen hinweg die zweite Energiespeichervorrichtung 38 zum Bereitstellen von Leistung betrieben werden kann.
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Beispielsweise kann die erste Ladungsmenge der ersten Energiespeichervorrichtung 36 zwischen 40 Amperestunden und 85 Amperestunden liegen und der Betriebsladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung 36 kann zwischen 80% und 95% liegen, und die zweite Ladungsmenge der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 kann zwischen 10 Amperestunden und 20 Amperestunden liegen und der Betriebsladezustand der zweiten Energiespeichervorrichtung kann zwischen 30% und 70% liegen. So, wie er hier verwendet wird, ist der Ladezustand (SOC) als der Prozentsatz einer vollständigen Ladung einer Energiespeichervorrichtung definiert. Folglich ist ein SOC von 100% gleich einer vollständig aufgeladenen Energiespeichervorrichtung. Analog ist ein SOC von 50% gleich einer halb geladenen Energiespeichervorrichtung. In einem nicht einschränkenden Fall kann eine erste Stromstärke der ersten Energiespeichervorrichtung 36 während eines Startens über einen Bereich von -30°C bis 55°C hinweg ein Minimum von 600 A sein, wohingegen eine zweite Stromstärke der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 während eines Leistungsunterstützungs- oder Regenerationsmodus bei Temperaturen in einem Bereich von -10°C bis 45°C bis zu maximal 400 A sein kann.
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Die erste Energiespeichervorrichtung 36 und die zweite Energiespeichervorrichtung 38 sind so gewählt, dass bei einer vorbestimmten Temperatur (z.B. 25°C) die erste Energiespeichervorrichtung 36 eine erste Leerlaufspannung bei einem ersten Betriebsladezustand enthält und die zweite Energiespeichervorrichtung 38 eine zweite Leerlaufspannung bei einem zweiten Betriebsladezustand enthält. Die zweite Leerlaufspannung der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 bei dem zweiten Ladezustand ist größer als die erste Leerlaufspannung der ersten Energiespeichervorrichtung 36 bei dem ersten Ladezustand.
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Zum Beispiel ist die zweite Leerlaufspannung der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 bei einem Ladezustand von 50% mindestens 10 mV größer als die erste Leerlaufspannung der ersten Energiespeichervorrichtung 36 bei einem Ladezustand von 90%, und sie ist um nicht mehr als 1000 mV größer als die erste Leerlaufspannung der ersten Energiespeichervorrichtung 36. Der Betriebsladezustand der ersten Energiespeichervorrichtung 36 liegt vorzugsweise zwischen 80% und 95%. Der Betriebsladezustand der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 liegt vorzugsweise zwischen 30% und 70%. Es ist festzustellen, dass der Unterschied zwischen der ersten Leerlaufspannung der ersten Energiespeichervorrichtung 36 und der zweiten Leerlaufspannung der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 und der jeweilige Betriebsladezustand derselben von der vorstehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform abweichen können.
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Die unmittelbar vorstehend beschriebene beispielhafte Ausführungsform ist in 2 dargestellt. Mit Bezug auf 2 ist eine Systemspannung entlang einer vertikalen Achse 60 gezeigt und ein Ladezustand ist entlang einer horizontalen Achse 62 gezeigt. Die erste Leerlaufspannung der ersten Energiespeichervorrichtung 36 ist durch eine Linie 64 dargestellt und die zweite Leerlaufspannung der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 ist durch eine Linie 66 dargestellt. Eine Ladespannung der ersten Energiespeichervorrichtung 36 ist durch eine Linie 68 dargestellt und eine Ladespannung der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 ist durch eine Linie 70 dargestellt. Der bevorzugte Bereich des Betriebsladezustands der ersten Energiespeichervorrichtung 36 ist allgemein bei 72 gezeigt und der bevorzugte Bereich des Betriebsladezustands der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 ist allgemein bei 74 gezeigt. In 2 ist der Ladezustand von 50% der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 allgemein durch den Bezugspunkt 76 gezeigt. Der Ladezustand von 90% der ersten Energiespeichervorrichtung 36 ist allgemein durch den Bezugspunkt 78 gezeigt. Die Differenz zwischen der ersten Leerlaufspannung 64 der ersten Energiespeichervorrichtung 36 bei dem Ladezustand 76 von 50% und der zweiten Leerlaufspannung 66 der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 bei dem SOC 78 von 90% ist allgemein zwischen Bezugslinien durch die Dimension 80 gezeigt. Wie erwähnt, ist die Differenz 80 gleich mindestens 10 mV, aber sie ist nicht größer als 1000 mV. Folglich ist die zweite Leerlaufspannung 66 der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 bei dem SOC 76 von 50% wie vorstehend erwähnt mindestens 10 mV größer als die erste Leerlaufspannung 64 der ersten Energiespeichervorrichtung 36 bei einem SOC 78 von 90%, und sie ist nicht mehr als 1000 mV größer als die erste Leerlaufspannung 64 der ersten Energiespeichervorrichtung 36.
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2 zeigt außerdem, dass die zweite Ladespannung 70 der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 über den bevorzugten Bereich von Betriebsladezuständen (z.B. 30% bis 70%) der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 kleiner als die erste Ladespannung 68 der ersten Energiespeichervorrichtung 36 über den gleichen Ladezustandsbereich (d.h. 30% bis 70%) hinweg ist, so dass die zweite Energiespeichervorrichtung 38 einen Großteil des Ladestroms von dem Motor/Generator 26 aufnehmen kann, auch wenn sowohl die erste Energiespeichervorrichtung 36 als auch die zweite Energiespeichervorrichtung 38 parallel verbunden sind, wenn der erste Schalter 40 in dem ersten geschlossenen Zustand angeordnet ist und der zweite Schalter 42 in dem zweiten geschlossenen Zustand angeordnet ist.
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Das erste elektrische Zubehörsystem 28, d.h. das spannungssensitive elektrische Zubehörsystem 28, ist in einer parallelen elektrischen Beziehung mit sowohl der ersten Energiespeichervorrichtung 36 als auch der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 angeordnet. Das erste elektrische Zubehörsystem 28 enthält mindestens eine elektrische Komponente, die mit einer zulässigen Spannungsschwankung betrieben wird, die gleich einem oder kleiner als ein vorbestimmter Wert (z.B. ein Volt) ist. Beispielsweise kann das erste elektrische Zubehörsystem 28 Glühlampen-Scheinwerfer, Zubehörmotoren und Komponenten eines Unterhaltungssystems enthalten, die empfindlich für übermäßige Spannungsschwankungen sind, welche größer als der vorbestimmte Wert (z.B. 1 Volt) sind. Das erste elektrische Zubehörsystem 28 kann einen ersten Hauptschalter 39 enthalten, der betrieben werden kann, um das erste elektrische Zubehörsystem 28 mit der elektrischen Schaltung 24 zu verbinden und es von dieser zu trennen.
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Ein erster Schalter 40 ist in der elektrischen Schaltung 24 zwischen der ersten Energiespeichervorrichtung 36 und dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 angeordnet. Der erste Schalter 40 ist nicht zwischen der ersten Energiespeichervorrichtung 36 und dem Startermechanismus 32 angeordnet. Folglich muss der erste Schalter 40 nicht ausgelegt sein, um den Ankurbelstrom zu transportieren, der zum Betreiben des Startermechanismus 32 verwendet wird. Ein zweiter Schalter 42 ist in der elektrischen Schaltung 24 zwischen der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 und dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 angeordnet. Das erste elektrische Zubehörsystem 28 ist in der elektrischen Schaltung 24 zwischen dem ersten Schalter 40 und dem zweiten Schalter 42 angeordnet. Der zweite Schalter 42 ist nicht zwischen der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 und dem Motor/Generator 26 angeordnet. Folglich muss der zweite Schalter 42 nicht ausgelegt sein, um den Strom zwischen der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 und dem Motor/Generator 26 zu transportieren.
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Der erste Schalter 40 kann einen unidirektionalen Stromsperrschalter oder einen bidirektionalen Stromsperrschalter enthalten, ist aber nicht darauf beschränkt. Ein schematisches Beispiel eines unidirektionalen Stromsperrschalters ist in 3 gezeigt, und ein schematisches Beispiel eines bidirektionalen Stromsperrschalters ist in 4 gezeigt. In 3 und 4 zeigt die Beschriftung „S“ Source an, die Beschriftung „G“ zeigt Gate an und die Beschriftung „D“ zeigt Drain an, was vom Fachmann üblicherweise verstanden wird. Der erste Schalter 40 enthält einen ersten offenen Zustand und einen ersten geschlossenen Zustand. Wenn der erste Schalter 40 die bevorzugte Ausführungsform des unidirektionalen Stromsperrschalters ist, wie er in 3 gezeigt ist, und er in dem ersten offenen Zustand angeordnet ist, kann der erste Schalter 40 betrieben werden, um einen elektrischen Strom nur in eine erste Richtung 44, 48 zu leiten, wenn die Spannung der ersten Energiespeichervorrichtung 36 diejenige über dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 überschreitet. Wenn der erste Schalter 40 ein unidirektionaler Stromsperrschalter ist und er in dem ersten geschlossenen Zustand angeordnet ist, kann der erste Schalter 40 betrieben werden, um einen elektrischen Strom in entweder die erste Richtung 44, 48 oder in eine zweite Richtung 46, 50 zu leiten. Die zweite Richtung 46, 50 ist entgegengesetzt zu der ersten Richtung 44, 48. Bei der Verwendung hierin ist die erste Richtung 44, 48 des ersten Schalters 40 als die Richtung eines elektrischen Stroms definiert, der von der ersten Energiespeichervorrichtung 36 zu dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 fließt. Der erste Schalter 40 kann umfassen, ist aber nicht beschränkt auf einen MOSFET (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor) oder einen Schalter mit großer Bandlücke wie etwa einen GaNFET (Galliumnitrid-Feldeffekttransistor) oder einen SiCFET (Siliziumcarbid-Feldeffekttransistor) oder ein elektromechanisches Relais mit einer Brückendiode oder eine andere ähnliche Vorrichtung, die in der Lage ist, einen Strom in eine Richtung selektiv zu sperren, wenn sie geöffnet ist, und einen Strom in eine zweite, entgegengesetzte Richtung zuzulassen, wenn die Spannung der ersten Energiespeichervorrichtung 36 diejenige über dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 überschreitet, und einen Strom in beide Richtungen zuzulassen, wenn der Schalter so gewählt wird, dass er sich in dem ersten geschlossenen Zustand befindet.
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Der zweite Schalter 42 kann umfassen, ist aber nicht beschränkt auf einen bidirektionalen Stromsperrschalter, wie etwa denjenigen, der in 4 gezeigt ist. Der zweite Schalter 42 enthält einen zweiten offenen Zustand und einen zweiten geschlossenen Zustand. Wenn der zweite Schalter 42 in dem zweiten offenen Zustand angeordnet ist, kann er betrieben werden, um einen elektrischen Strom in sowohl eine erste Richtung 44, 48 als auch eine zweite Richtung 46, 50 zu verhindern. Die zweite Richtung 46, 50 ist entgegengesetzt zu der ersten Richtung 44, 48. Bei der Verwendung hierin ist die zweite Richtung 46, 50 des zweiten Schalters 42 als die Richtung eines elektrischen Stroms definiert, der von der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 zu dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 fließt. Wenn der zweite Schalter 42 in dem zweiten geschlossenen Zustand angeordnet ist, kann er betrieben werden, um einen elektrischen Strom in entweder die erste Richtung 44, 48 oder in die entgegengesetzte zweite Richtung 46, 50 zu leiten. Der zweite Schalter 42 kann beispielsweise ein Paar MOSFETs (Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren) oder Schalter mit großer Bandlücke wie etwa GaNFETs (Galliumnitrid-Feldeffekttransistoren), SiCFETs (Siliziumcarbid-Feldeffekttransistoren), die in serieller Opposition verbunden sind, ein elektromechanisches Relais oder eine andere ähnliche Vorrichtung enthalten, die zum selektiven Sperren eines Stroms in beide Richtungen in der Lage ist, wenn sie sich im zweiten offenen Zustand befindet. Analog kann ein bidirektionaler Stromsperrschalter auch als der erste Schalter 40 verwendet werden, falls der erste Schalter 40 einen Stromfluss in die erste Richtung 44, 48 sperren muss, wenn er sich in dem ersten offenen Zustand befindet. Es kann sein, dass der erste Schalter 40 einen Stromfluss in die erste Richtung 44, 48 sperren muss, wenn er sich in dem ersten offenen Zustand befindet, wenn ein beliebiger Fehler in dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 existiert, der eine Überlastung des ersten Schalters 40 während des ersten offenen Zustands verursacht, oder um zu verhindern, dass ein beliebiger Strom aus der ersten Energiespeichervorrichtung 36 entnommen wird, wenn auch die zweite Energiespeichervorrichtung 38 mit dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 verbunden ist, indem der zweite Schalter 42 in dem zweiten geschlossenen Zustand angeordnet wird.
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Das erste elektrische Zubehörsystem 28 kann betrieben werden, um nicht mehr als einen maximalen Laststrom zu entnehmen. Der maximale Laststrom beruht auf den verschiedenen unterschiedlichen Komponenten des ersten elektrischen Zubehörsystems 28 und er wird bei verschiedenen Anwendungen variieren. Da der erste Schalter 40 in der elektrischen Schaltung 24 so positioniert ist, dass der Ankurbelstrom, der zum Betreiben des Startermechanismus 32 benötigt wird, nicht durch den ersten Schalter 40 hindurchfließen muss, muss der erste Schalter 40 nicht so ausgelegt sein, dass er den Ankurbelstrom transportieren kann. Stattdessen kann der erste Schalter 40 ausgelegt werden, um einen elektrischen Strom zu leiten, der mindestens gleich dem oder ein klein wenig größer als der maximale Laststrom ist, aber signifikant kleiner als der Ankurbelstrom ist, der zum Betreiben des Startermechanismus 32 verwendet wird.
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Da der zweite Schalter 42 in der elektrischen Schaltung 24 so positioniert ist, dass der Strom zwischen der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 und dem Motor/Generator nicht durch den zweiten Schalter 42 hindurchfließen muss, muss der zweite Schalter 42 nicht ausgelegt sein, dass er den Strom des Motors/Generators 26 transportieren kann. Stattdessen kann der zweite Schalter 42 ausgelegt sein, um einen elektrischen Strom zu leiten, der mindestens gleich der oder ein klein wenig größer als die Summe aus dem maximalen Laststrom des ersten elektrischen Zubehörsystems 28 und einem Ladestrom der ersten Energiespeichervorrichtung 36 ist. Der Ladestrom ist ein Strom, der von der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 oder von dem Motor/Generator 26 an die erste Energiespeichervorrichtung 36 geliefert werden kann, um die erste Energiespeichervorrichtung 36 mit Energie von der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 oder von dem Motor/Generator 26 aufzuladen. Die Summe aus dem maximalen Laststrom und dem Ladestrom ist signifikant kleiner als der Ankurbelstrom, der zum Betreiben des Startermechanismus 32 verwendet wird.
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Beispielsweise kann der maximale Laststrom in etwa gleich oder kleiner als 150 Ampere sein und der Ladestrom kann in etwa gleich oder kleiner als 50 Ampere sein. Ein beispielhafter Wert des Ankurbelstroms kann in etwa gleich 900 Ampere sein. Auf der Grundlage der vorstehend erwähnten beispielhaften Ausführungsformen kann der erste Schalter 40 folglich ausgelegt sein, um in etwa 150 Ampere zu transportieren, und der zweite Schalter 42 kann ausgelegt sein, um in etwa 200 Ampere zu transportieren.
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Wie vorstehend erwähnt wurde, ist die zweite Energiespeichervorrichtung 38 mit dem zweiten elektrischen Zubehörsystem 30 verbunden, d.h. mit dem nicht spannungssensitiven elektrischen Zubehörsystem 30. Die zweite Energiespeichervorrichtung 38 ist in einer parallelen elektrischen Beziehung mit dem zweiten elektrischen Zubehörsystem 30 angeordnet. Das zweite elektrische Zubehörsystem 30 enthält mindestens eine elektrische Komponente, die mit einer zulässigen Spannungsschwankung betrieben werden kann, die größer als der vorbestimmte Wert (z.B. ein Volt) ist. Beispielsweise kann das zweite elektrische Zubehörsystem 30 eine elektrische Vorrichtung enthalten, deren durch Schwankungen bei der Spannung bewirkte Verhaltensveränderung von dem Fahrzeugkunden nicht leicht wahrgenommen werden kann, wie z.B. eine elektrische Heizung eines HVAC-Systems, eine elektrische Heizung für ein Abgasnachbehandlungssystem, einen Heckscheibenenteiser oder Sitzheizungen. Das zweite elektrische Zubehörsystem 30 kann mindestens einen zweiten Hauptschalter 52 enthalten, der betrieben werden kann, um das zweite elektrische Zubehörsystem 30 mit der elektrischen Schaltung 24 zu verbinden und von dieser zu trennen.
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Der Antriebsstrang 20 kann ferner ein Batterieisolations-Steuergerät 54 enthalten, das mit der elektrischen Schaltung 24 verbunden ist und betrieben werden kann, um den Betrieb von verschiedenen Komponenten der elektrischen Schaltung 24 zu steuern, wie z.B. des ersten Schalters 40 und des zweiten Schalters 42.
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Das Batterieisolations-Steuergerät 54 kann als ein oder mehrere digitale Computer oder Hostmaschinen ausgeführt sein, die jeweils einen oder mehrere Prozessoren, Festwertspeicher (ROM), Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), elektrisch programmierbaren Festwertspeicher (EPROM), optische Laufwerke, magnetische Laufwerke usw., einen Hochgeschwindigkeits-Taktgeber, Analog/Digital-Schaltungen (A/D-Schaltungen), Digital/Analog-Schaltungen (D/A-Schaltungen) und beliebige benötigte Eingabe/Ausgabe-Schaltungen (I/O-Schaltungen), I/O-Vorrichtungen und Kommunikationsschnittstellen sowie einen Signalaufbereitungspuffer und Treiberelektronik aufweisen.
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Der computerlesbare Speicher kann ein beliebiges nicht vorübergehendes/konkretes Medium enthalten, das am Bereitstellen von Daten oder von computerlesbaren Anweisungen beteiligt ist. Der Speicher kann nichtflüchtig oder flüchtig sein. Nichtflüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Platten und anderen persistenten Speicher umfassen. Beispielhafte flüchtige Medien können Speicher mit dynamischem wahlfreiem Zugriff (DRAM) umfassen, der einen Hauptspeicher bilden kann. Andere Beispiele für Ausführungsformen von Speicher umfassen eine Diskette, eine flexible Platte, oder eine Festplatte, ein Magnetband oder ein anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, DVD und/oder ein beliebiges anderes optisches Medium sowie andere mögliche Speichervorrichtungen wie etwa einen Flashspeicher.
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Das Batterieisolations-Steuergerät 54 enthält konkreten, nicht vorübergehenden Speicher, in dem von einem Computer ausführbare Anweisungen aufgezeichnet sind, welche einen Schaltersteuerungsalgorithmus enthalten. Der Prozessor des Batterieisolations-Steuergeräts 54 ist ausgestaltet, um den Schaltersteuerungsalgorithmus auszuführen. Der Schaltersteuerungsalgorithmus implementiert ein Verfahren zum Isolieren der ersten Energiespeichervorrichtung 36 und/oder der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 voneinander und/oder von dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28. Das Batterieisolations-Steuergerät 54 ermittelt, für welchen einer Vielzahl verschiedener Betriebsmodi die elektrische Schaltung 24 konfiguriert werden soll und sendet Signale an die verschiedenen Komponenten der elektrischen Schaltung 24, um sie für den gewählten Betriebsmodus geeignet zu positionieren..
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Die elektrische Schaltung 24 ist konfigurierbar, um in einen Auto-Fremdlademodus [engl.: auto-jump-charging mode] betrieben zu werden. Bei einem Betrieb in dem Auto-Fremdlademodus ist der erste Schalter 40 in dem ersten geschlossenen Zustand angeordnet und der zweite Schalter 42 ist in dem zweiten geschlossenen Zustand angeordnet, um zu ermöglichen, dass der Ladestrom von der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 die erste Energiespeichervorrichtung 36 auflädt. Der einströmende Ladestrom, der zwischen der ersten Energiespeichervorrichtung 36 und der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 fließt, kann begrenzt werden, indem entweder der erste Schalter 40 und/oder der zweite Schalter 42 für eine begrenzte Zeit in einem linearen Modus betrieben wird, bei dem der erste Schalter 40 und der zweite Schalter 42 mit einem höheren Widerstandswert als in dem normal geschlossenen Zustand betrieben werden. Das erste elektrische Zubehörsystem 28 kann optional von der elektrischen Schaltung getrennt werden, indem der erste Hauptschalter 39 unterbrochen wird. Wenn die in der ersten Energiespeichervorrichtung 36 gespeicherte Energie nicht ausreicht, um den Ankurbelstrom für die Zeit zu liefern, die zum Starten der Kraftmaschine 22 benötigt wird, kann dann, wenn dies unternommen wird, die erste Energiespeichervorrichtung 36 mit Energie aufgeladen werden, die in der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 gespeichert ist. Die elektrische Schaltung 24 kann in einen Startmodus konfiguriert werden, um die Kraftmaschine 22 zu starten, sobald die erste Energievorrichtung ausreichend aufgeladen ist.
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Die elektrische Schaltung 24 ist konfigurierbar, um in einem normalen Fremdlademodus betrieben zu werden, wenn die beiden Energiespeichervorrichtungen 36 und 38 nicht genügend Energie aufweisen, um die Kraftmaschine anzukurbeln. Bei einem Betrieb in dem normalen Fremdlademodus ist der erste Schalter 40 in dem ersten offenen Zustand angeordnet und der zweite Schalter 42 ist in dem zweiten offenen Zustand angeordnet, um zu ermöglichen, dass eine externe Ladevorrichtung wie etwa ein Werkstattladegerät oder ein Abschleppwagen oder eine andere Fahrzeugbatterie über die erste Energiespeichervorrichtung 36 hinweg direkt angeschlossen wird. Das erste elektrische Zubehörsystem 28 wird von der elektrischen Schaltung getrennt, indem der Hauptschalter 39 unterbrochen wird. Im Fall, dass die erste Energiespeichervorrichtung 36 eine Bleisäurebatterie ist (wie es in der bevorzugten Ausführungsform der Fall ist), kann sie von der externen Ladevorrichtung aufgeladen werden, die eine doppelte Batterie für schnelle Fremdstarts von Lastwägen enthält, welche eine Nennspannung von 24 V aufweisen. Das Halten des zweiten Schalters 42 in dem zweiten offenen Zustand verhindert, dass eine höhere Spannung, etwa 24 V, bei Fremdstarts mit der doppelten Batterie die zweite Energiespeichervorrichtung 38 beschädigt, speziell in dem Fall, bei dem zweite Energiespeichervorrichtung 38 eine Speichervorrichtung vom Lithium-Ionen-Typ und Ultrakondensatortyp ist.
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Wenn die elektrische Schaltung 24 ausgestaltet ist, um in dem Startmodus betrieben zu werden, wird der zweite Schalter 42 in dem zweiten geschlossenen Zustand positioniert und der erste Schalter 40 wird in dem ersten offenen Zustand positioniert, um das Fließen des Startstroms von der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 zu der ersten Energiespeichervorrichtung 36 zu sperren. Sobald der zweite Schalter 42 in dem zweiten geschlossenen Zustand positioniert ist, kann die erste Energiespeichervorrichtung 36 mit dem Startermechanismus 32 verbunden werden, wie zum Beispiel durch den Startschalter 34, um Leistung bei dem Ankurbelstrom an den Startermechanismus 32 zu liefern. Das erste elektrische Zubehörsystem 28 nimmt den Spannungsabfall über der ersten Energiespeichervorrichtung 36 aufgrund des hohen Ankurbelstroms nicht wahr, weil die zweite Energiespeichervorrichtung 38 das erste elektrische Zubehörsystem 28 mit einer stabilen Spannung versorgt.
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Wenn die elektrische Schaltung 24 ausgestaltet ist, um in dem Leistungsunterstützungsmodus betrieben zu werden, ist der erste Schalter 40 in dem ersten geschlossenen Zustand positioniert und der zweite Schalter 42 ist in dem zweiten offenen Zustand positioniert, um das Fließen des Stroms von der ersten Energiespeichervorrichtung 36 zu der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 zu sperren und um eine stabile Spannung über dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 aufrechtzuerhalten. Sobald der erste Schalter 40 in dem ersten geschlossenen Zustand positioniert ist und der zweite Schalter 42 in dem zweiten offenen Zustand positioniert ist, kann der Motor/Generator unter Verwendung des DC/AC-Wechselrichters als Motor gesteuert werden, um eine Drehmomentunterstützung für die Kraftmaschine unter Verwendung von Leistung bereitzustellen, die aus der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 entnommen wird. Der Spannungsabfall über der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 während diesem Motorbetrieb des Motors/Generators 26 wird von dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 nicht wahrgenommen, da der geschlossene erste Schalter 40 die erste Energiespeichervorrichtung 36 über das erste elektrische Zubehörsystem 28 hinweg verbindet und der offene zweite Schalter 42 die zweite Energiespeichervorrichtung 38 von dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 isoliert.
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Wenn die elektrische Schaltung 24 ausgestaltet ist, um in dem Regenerierungs- oder Energierückgewinnungsmodus betrieben zu werden, ist der erste Schalter 40 in dem ersten geschlossenen Zustand positioniert und der zweite Schalter 42 kann in dem zweiten offenen Zustand positioniert sein, um ein Fließen des Stroms von der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 zu der ersten Energiespeichervorrichtung 36 zu sperren und um eine stabile Spannung über dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 aufrechtzuerhalten. Sobald der erste Schalter 40 in dem ersten geschlossenen Zustand positioniert ist und der zweite Schalter 42 in dem zweiten offenen Zustand positioniert ist, kann der Motor/Generator 26 unter Verwendung des DC/AC-Wechselrichters im Rückwärtsbetrieb als Generator gesteuert werden, um elektrische Leistung zum Laden der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 zu erzeugen und um Leistung an das zweite elektrische Zubehörsystem 30 zu liefern. Der Spannungsanstieg über der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 während dieses Aufladebetriebs durch den Motor/Generator 26 wird bei dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 nicht wahrgenommen, da der geschlossene erste Schalter 40 die erste Energiespeichervorrichtung 36 mit dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 verbindet und der offene zweite Schalter 42 die zweite Energiespeichervorrichtung 38 von dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 isoliert.
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Die elektrische Schaltung 24 kann ausgestaltet sein, um in einem Ladungsausgleichsmodus betrieben zu werden, bei dem der erste Schalter 40 in dem ersten geschlossenen Zustand positioniert ist und der zweite Schalter 42 in dem zweiten geschlossenen Zustand positioniert ist, um das Fließen von Strom von der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 und/oder von dem Motor/Generator 26 zu der ersten Energiespeichervorrichtung 36 zu ermöglichen, um Ladung an der ersten Energiespeichervorrichtung 36 zu ersetzen, die bei Autostarts verloren ging, und um das erste elektrische Zubehörsystem 28 zu unterstützen, wenn der zweite Schalter 42 während Leistungsunterstützungsmodi oder Energierückgewinnungsmodi geöffnet war.
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Die elektrische Schaltung 24 kann ausgestaltet sein, um bei stationären Fahrbedingungen oder sobald die Ladungswiederherstellung der ersten Energiespeichervorrichtung 36 abgeschlossen ist, in einem Modus mit konstanter Geschwindigkeit betrieben zu werden, wobei der zweite Schalter 42 in dem zweiten geschlossenen Zustand positioniert ist und der erste Schalter 40 in dem ersten offenen Zustand positioniert ist, um das Fließen eines beliebigen Stroms von der ersten Energiespeichervorrichtung 36 zu dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 zu sperren, da die Spannung der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 größer als diejenige der ersten Energiespeichervorrichtung 36 ist. Das Unterstützen des ersten elektrischen Zubehörsystems 28 mit Energie von der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 ermöglicht die Verwendung der wiedergewonnenen Energie, um die elektrischen Lasten ohne die Verwendung von Kraftmaschinenleistung zur Erzeugung von elektrischer Leistung abzufangen, wodurch Kraftstoff gespart wird. Indem ein bidirektionaler Stromsperrschalter als der erste Schalter 40 verwendet wird, ist es möglich, zu ermöglichen, dass die zweite Energiespeichervorrichtung 38 mit dem Entladen bis auf eine Spannung fortfährt, die niedriger als diejenige der ersten Energiespeichervorrichtung 36 ist, wenn es die Eigenschaften der zwei Energiespeichervorrichtungen so erfordern, um eine maximale Energiemenge wieder zu verwenden, der während des Rückgewinnungsmodus in der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 gespeichert wurde.
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Die elektrische Schaltung 24 kann außerdem ausgestaltet sein, um in einem Modus mit ausgeschaltetem Schlüssel betrieben zu werden. Wenn sie für einen Betrieb in dem Modus mit ausgeschaltetem Schlüssel ausgestaltet ist, ist der zweite Schalter 42 in dem zweiten offenen Zustand angeordnet, um einen elektrischen Strom zwischen der zweiten Energiespeichervorrichtung 38 und dem ersten elektrischen Zubehörsystem 28 zu sperren, so dass die erste Energiespeichervorrichtung 36 einen elektrischen Strom zum Versorgen des ersten elektrischen Zubehörsystems 28 mit Leistung bereitstellt.
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Die genaue Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, aber der Umfang der Offenbarung wird alleine durch die Ansprüche definiert. Obwohl einige der besten Arten und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Lehren im Detail beschrieben wurden, existieren verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen, um die Offenbarung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, in die Praxis umzusetzen.
