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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridsystem für ein Fahrzeug mit einer ersten Antriebsvorrichtung, die einen Verbrennungsmotor aufweist, einer zweiten Antriebsvorrichtung, die einen Elektromotor aufweist, und einer Steuervorrichtung zum Steuern der ersten und zweiten Antriebsvorrichtung. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridsystems für ein Fahrzeug durch Antreiben des Fahrzeugs mit einer ersten Antriebsvorrichtung, die einen Verbrennungsmotor aufweist, und Antreiben des Fahrzeugs mit einer zweiten Antriebsvorrichtung, die einen Elektromotor aufweist.
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Ein Hybridsystem stellt einen Hybrid-Antriebsstrang für ein Fahrzeug dar. Bei einem Fahrzeug kann es sich um einen Pkw oder einen Lkw handeln. Ein solcher Hybrid-Antriebsstrang weist eine Kombination eines Verbrennungsmotors mit einem Elektromotor auf. Bei Kurzstrecken wird in der Regel nur der Elektromotor des Fahrzeugs genutzt. Bei Langestrecken hingegen kommt der Verbrennungsmotor häufiger in Gebrauch. Gegebenenfalls erfolgt auch eine leistungs- oder geschwindigkeitsabhängige Steuerung des Hybridsystems. Dabei wird der Verbrennungsmotor angeschaltet und der Elektromotor ausgeschaltet oder umgekehrt.
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Problematisch ist der Ausfall des elektrischen Antriebs, d. h. des Elektromotors, des Umrichtersystems oder der Batterie. In einem solchen Fehlerfall ist es aufgrund der Kombination der beiden Antriebsstränge (Verbrennungsmotor und Elektromotor) in der Regel nur dann möglich weiterzufahren, wenn der Fehler behoben ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, die Verfügbarkeit eines Hybridsystems für den Antrieb eines Fahrzeugs zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Hybridsystem nach Anspruch 1. Darüber hinaus wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 5. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Hybridsystem für den Antrieb eines Fahrzeugs vorgesehen, das eine erste Antriebsvorrichtung, die einen Verbrennungsmotor aufweist, und eine zweite Antriebsvorrichtung, die einen Elektromotor aufweist, besitzt. Außerdem weist das Hybridsystem eine Steuervorrichtung zum Steuern der ersten und zweiten Antriebsvorrichtung auf. Des Weiteren ist vorgesehen, dass die erste Antriebsvorrichtung unabhängig von der zweiten Antriebsvorrichtung betreibbar ist. Dies bedeutet, dass das Fahrzeug unabhängig vom Zustand der zweiten Antriebsvorrichtung durch die erste Antriebsvorrichtung angetrieben werden kann. Gleiches gilt umgekehrt, wenn das Fahrzeug durch die zweite Antriebsvorrichtung angetrieben wird, was dann unabhängig von dem Zustand der ersten Antriebsvorrichtung möglich ist. Es ist folglich beispielsweise möglich, dass das elektrische Antriebssystem defekt ist und das Fahrzeug dennoch durch den Verbrennungsmotor angetrieben werden kann. Der Status des Elektromotors ist damit ohne Einfluss auf den Betrieb des Verbrennungsmotors. Ebenso ist der Status der übrigen Komponenten des elektrischen Antriebssystems für den Betrieb des Verbrennungsmotors nicht von Belang. Umgekehrt gilt natürlich auch für beispielsweise den Ausfall des Elektromotors, dass der Verbrennungsmotor uneingeschränkt zur Verfügung steht. Um diese wechselseitige Unabhängigkeit zu gewährleisten, ist eine der beiden Antriebsvorrichtungen oder auch beide von der oder über die Steuervorrichtung deaktivierbar. Dies bedeutet, dass entweder die erste Antriebsvorrichtung oder die zweite Antriebsvorrichtung zum Antrieb genutzt wird. Die jeweils andere Antriebsvorrichtung ist deaktiviert. Dabei kann die Steuervorrichtung die Deaktivierung selbst vornehmen oder sie erhält von außen ein Deaktivierungssignal und führt dieses lediglich aus.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die erste oder zweite Antriebsvorrichtung automatisch durch die Steuervorrichtung deaktiviert. Dies bedeutet, dass die Steuervorrichtung eine entsprechende Signalverarbeitung besitzt, um gegebenenfalls selbst zu erkennen, dass eine der beiden Antriebsvorrichtungen ausgefallen ist und diese entsprechend zu deaktivieren ist, während die andere Antriebsvorrichtung unabhängig davon dann für den Antrieb des Fahrzeugs genutzt werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Steuervorrichtung einen Schalter aufweisen, mit dem die erste oder zweite Antriebsvorrichtung manuell deaktivierbar ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise der Fahrer bewusst eine der beiden Antriebsvorrichtungen ausschalten kann, um den Antrieb mithilfe der anderen Antriebsvorrichtung zu nutzen.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein Kommunikationsmodul in dem Hybridsystem vorhanden ist, mit dem eine Deaktivierung der ersten oder zweiten Antriebsvorrichtung an eine externe Einrichtung mittteilbar ist. Ein solches Kommunikationsmodul verfügt vorzugsweise über eine drahtlose Kommunikationsmöglichkeit. Hierzu zählen neben Bluetooth- und WLAN-Verbindungen insbesondere auch Mobilfunkverbindungen. Ein solches Kommunikationsmodul kann also dazu genutzt werden, die Zustandsdaten an eine zentrale Stelle zu übermitteln, sodass von dort aus gegebenenfalls Hilfemaßnahmen eingeleitet werden können. Unter Umständen wird dann der Fahrer mit geeigneten Informationen versorgt, wie er sich je nach Fahrwunsch weiter verhalten soll. Das Kommunikationsmodul kann aber auch rein für statistische Zwecke genutzt werden, um den Zustand des Hybridsystems z. B. in Abhängigkeit von anderen Umgebungsparametern oder zur Besteuerung zu erfassen.
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Entsprechend einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird auch ein Verfahren vorgesehen zum Betreiben eines Hybridsystems für ein Fahrzeug durch Antreiben des Fahrzeugs mit einer ersten Antriebsvorrichtung, die einen Verbrennungsmotor aufweist, und Antreiben des Fahrzeugs mit einer zweiten Antriebsvorrichtung, die einen Elektromotor aufweist. Bei diesem Betriebsverfahren erfolgt dann analog zu dem erfindungsgemäßen Hybridsystem ein Deaktivieren einer der beiden Antriebsvorrichtungen. Anschließend wird das Fahrzeug mit der anderen der beiden Antriebsvorrichtungen unabhängig von der deaktivierten Antriebsvorrichtung angetrieben. Es ergeben sich bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren dann die gleichen Vorteile wie bei dem erfindungsgemäßen Hybridsystem. Auch die funktionellen Weiterbildungen des Hybridsystems lassen sich auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen.
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Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, die eine Prinzipskizze eines Hybridsystems wiedergibt, das in ein Fahrzeug eingebaut ist.
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Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar. Dabei ist zu beachten, dass die einzelnen Merkmale nicht nur in den geschilderten Kombinationen, sondern auch in Alleinstellung oder in anderen technisch sinnvollen Kombinationen realisiert werden können.
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In dem Beispiel der Figur ist skizzenhaft ein Fahrzeug 1 mit einem Hybridsystem 2 dargestellt. Das Hybridsystem 2 stellt den Hybrid-Antriebsstrang des Fahrzeugs 1 dar.
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Das beispielhafte Fahrzeug 1 besitzt mindestens eine Antriebsachse 3. Prinzipiell können natürlich die einzelnen Räder auch separat angetrieben werden. Die Antriebsachse 3 beziehungsweise die Antriebsachsen oder aber auch ein jeweiliges Rad wird von einer ersten Antriebsvorrichtung 4 und/oder einer zweiten Antriebsvorrichtung 5 angetrieben.
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Die erste Antriebsvorrichtung 4 besitzt einen Verbrennungsmotor und gegebenenfalls ein Getriebe oder sonstige Nebenaggregate. Die zweite Antriebsvorrichtung 5 besitzt einen Elektromotor und gegebenenfalls wiederum entsprechende Nebenaggregate wie Stromrichter, Batterie und dergleichen.
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Die Steuerung der ersten Antriebsvorrichtung 4 und der zweiten Antriebsvorrichtung 5 erfolgt hier durch eine gemeinsame Steuervorrichtung 6. Es können aber auch unabhängige Steuervorrichtungen beziehungsweise Steuereinheiten, die Teil einer Steuervorrichtung sind, für die jeweiligen Antriebsvorrichtungen 4, 5 vorgesehen sein.
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Die Steuervorrichtung 6 beziehungsweise die entsprechenden Einheiten sind in der Lage, entweder die erste Antriebsvorrichtung 4 oder die zweite Antriebsvorrichtung 5 zu deaktivieren. Ist beispielsweise die erste Antriebsvorrichtung mit dem Verbrennungsmotor deaktiviert, so kann das Fahrzeug 1 durch die zweite Antriebsvorrichtung 5 mit dem Elektromotor allein betrieben werden. Dieser alleinige Betrieb erfolgt vorzugsweise vollkommen unabhängig von dem Betriebszustand der ersten Antriebsvorrichtung 4.
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Zum Deaktivieren kann die Steuervorrichtung 6 mit einer geeigneten Sensorik ausgestattet sein. In dem Beispiel der Figur besitzt die Steuervorrichtung 6 einen Sensor an der zweiten Antriebsvorrichtung 5. Sie kann damit automatisiert feststellen, ob die zweite Antriebsvorrichtung mit dem Elektromotor betriebsbereit ist. Wenn dem so ist, kann beispielsweise die erste Antriebsvorrichtung 4 deaktiviert werden. Entsprechend einer anderen Ausgestaltung kann die Steuervorrichtung 6 mit der Sensorik 7 feststellen, dass die zweite Antriebsvorrichtung nicht betriebsbereit ist und daher deaktiviert werden muss. Liegt beispielsweise ein defekter oder ein niedriger Ladezustand der Hochvoltbatterie des elektrischen Antriebssystems vor, so kann das über die Sensorik 7 detektiert werden, und die Steuervorrichtung 6 reagiert entsprechend, indem sie die zweite Antriebsvorrichtung 5 deaktiviert.
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Die Steuervorrichtung 6 kann aber auch mit einem Schaltelement 8 ausgestattet sein, mit dem es möglich ist, der Steuervorrichtung 6 ein Deaktivierungssignal bereitzustellen. Bei dem Schaltelement 8 kann es sich um einen Schalter handeln, der vom Fahrer des Fahrzeugs 1 im Fahrzeuginnenraum betätigt werden kann. Entsprechend diesem Abschaltsignal wird dann die erste Antriebsvorrichtung 4 oder die zweite Antriebsvorrichtung 5 deaktiviert. Gegebenenfalls besitzt die Steuervorrichtung 6 auch mehrere solche Schaltelemente 8, um die Antriebsvorrichtungen 4 und 5 separat deaktivieren zu können.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise des deaktivierbaren Hybridsystems näher erläutert. Außerdem werden zusätzliche Einzelaspekte dargestellt.
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Das deaktivierbare Hybridsystem kann beispielsweise ein vernetztes Fahrzeugsystem darstellen, bei dem sich der „elektrische Teil” beziehungsweise die zweite Antriebsvorrichtung 5 des Antriebsstrangs entweder automatisch oder per Schalter deaktivieren lässt. Ein Weiterfahren mit dem Verbrennungsmotor beziehungsweise der ersten Antriebsvorrichtung 4 ist dann problemlos weiter möglich.
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Aktuell werden nur Fahrzeuge angeboten, die ein Hybridsystem haben, das immer aktiv ist und sich nicht deaktivieren lässt. Gibt es technische Probleme im Hybridsystem, z. B. Hochvoltbatterie defekt, ist in der Regel das Fahrzeug nur eingeschränkt fahrbar beziehungsweise nicht mehr fahrbereit. Sind die Fahrzeuge zum Reparaturzeitpunkt älter oder die Reparatur wirtschaftlich unrentabel, muss das Fahrzeug stillgelegt beziehungsweise verschrottet werden. Die Erfindung bezieht sich deshalb, wie oben dargestellt wurde, auf eine separate Steuerung des Hybridsystems, das sich im Problemfall automatisch deaktiviert, indem eine der beiden Antriebsvorrichtungen deaktiviert wird. Mit nur einer einzigen aktiven Antriebsvorrichtung liegt dann kein funktionsfähiges Hybridsystem mehr vor. Gegebenenfalls lässt sich das Hybridsystem auch auf den Wunsch des Nutzers hin bewusst deaktivieren.
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Grundvoraussetzung für die Deaktivierung ist, dass der konventionelle Antrieb, d. h. die erste Antriebsvorrichtung, mit dem Verbrennungsmotor unabhängig vom elektrischen Antrieb betrieben werden kann und umgekehrt.
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Da sich durch die Deaktivierung des Hybridsystems die zertifizierten Werte (z. B. Emissionswerte) ändern, sollte die Änderung über ein Kommunikationsmodul vom Fahrzeug an eine zentrale Stelle (z. B. Behörde) übermittelt werden. Somit ist jederzeit möglich, eine sekundengenaue Aufzeichnung beziehungsweise Abrechnung zu realisieren.
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Als besonderer Vorteil ergibt sich bei der vorliegenden Erfindung, dass die Nutzung von zwei Antriebssystemen (konventionell und elektrisch) in einem Fahrzeug möglich ist, die im Normalfall kombiniert zusammenwirken, jedoch im Fehlerfall beziehungsweise bei Kundenwunsch unabhängig voneinander betrieben werden können. Ebenso kann vorteilhafterweise eine unabhängige Überwachung des Antriebsstrang-Modus (konventionall oder hybridisch) durch ein Kommunikationsmodul erfolgen, welches die Zustandsdaten an eine zentrale Stelle sendet.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorzug, dass das Fahrzeug im Fehlerfall konventionell weiterbetrieben werden kann, ohne dass das Fahrzeug liegen bleibt oder durch eine unwirtschaftliche Reparatur stillgelegt werden muss. Mithin ergibt sich eine Wertsteigerung des Fahrzeugs. Gegebenenfalls kann auch nachträglich eine Steuervorrichtung in ein bestehendes Fahrzeug eingebaut werden, um eine Deaktivierung und Überwachung des Hybridsystems ausführen zu können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Hybridsystem
- 3
- Antriebsachse
- 4
- Erste Antriebsvorrichtung
- 5
- Zweite Antriebsvorrichtung
- 6
- Steuervorrichtung
- 7
- Sensorik
- 8
- Schaltelement
