DE102018114720A1

DE102018114720A1 - Hilfsstromversorgung für hybridelektrofahrzeuge

Info

Publication number: DE102018114720A1
Application number: DE102018114720.1A
Authority: DE
Inventors: Hosam ATALA; Mark J. Ferrel
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-06-20
Filing date: 2018-06-19
Publication date: 2018-12-20
Also published as: US10407050B2; CN109094554A; US20180362016A1

Abstract

Ein Fahrzeug schließt eine erste elektrische Maschine ein, die zum Erzeugen von Niederspannungsleistung ausgelegt ist. Das Fahrzeug schließt eine zweite elektrische Maschine ein, die zum Erzeugen von Hochspannungsleistung ausgelegt ist. Das Fahrzeug schließt einen Leistungswandler ein, der dazu ausgelegt, Hochspannungsleistung, die von einer zweiten elektrischen Maschine erzeugt wird, in Niederspannungsleistung umzuwandeln. Das Fahrzeug schließt eine Steuerung ein, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass ein Niederspannungsleistungsbedarf eine Grenze des Leistungswandlers übersteigt, die erste elektrische Maschine und den Leistungswandler zu betreiben, um den Bedarf zu decken, und andernfalls, als Reaktion darauf, dass der Leistungswandler betriebsbereit ist, nur den Leistungswandler zu betreiben, um den Bedarf zu decken.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft im Allgemeinen eine Stromversorgung in einem Hybridelektrofahrzeug, die dazu ausgelegt ist, Strom für einen Niederspannungsleistungsbus zu ergänzen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Hybridelektrofahrzeuge (HEV) verwenden Komponenten, die Leistung von einem Hochspannungsleistungsbus und einem Niederspannungsleistungsbus beziehen. Die Leistungsquelle für den Niederspannungsleistungsbus ist vom Hochspannungsleistungsbus abgeleitet. Wenn nicht genügend Leistung vom Hochspannungsleistungsbus an den Niederspannungsleistungsbus übertragen werden kann, können Batterien, die an den Niederspannungsleistungsbus angeschlossen sind, vorübergehend Leistung bereitstellen, werden aber dadurch am Ende entleert. Sobald die Batterien leer sind, werden Komponenten, die Leistung vom Niederspannungsleistungsbus beziehen, nicht mehr betriebsbereit.
KURZDARSTELLUNG
Ein Fahrzeug schließt eine erste elektrische Maschine ein, die dazu ausgelegt ist, Niederspannungsleistung zu erzeugen. Das Fahrzeug schließt ferner eine Steuerung ein, die dazu programmiert ist, (i) als Reaktion darauf, dass ein Niederspannungsleistungsbedarf eine Grenze eines Leistungswandlers übersteigt, der dazu ausgelegt ist, Hochspannungsleistung, die von einer zweiten elektrischen Maschine erzeugt wird, in Niederspannungsleistung umzuwandeln, die erste elektrische Maschine und den Leistungswandler zu betreiben, um den Bedarf zu decken, und (ii) andernfalls, als Reaktion darauf, dass der Leistungswandler betriebsbereit ist, nur den Leistungswandler zu betreiben, um den Bedarf zu decken.
Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, die erste elektrische Maschine zu betreiben, um eine Leistungsmenge zu erzeugen, die ein Unterschied zwischen dem Bedarf und der Grenze ist. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, als Reaktion darauf, dass der Leistungswandler nicht in der Lage ist, Hochspannungsleistung in Niederspannungsleistung umzuwandeln, nur die erste elektrische Maschine zu betreiben, um den Bedarf zu decken. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, die erste elektrische Maschine zu betreiben, um eine Leistungsmenge zu erzeugen, die das kleinere vom Bedarf und einer Leistungsgrenze der ersten elektrischen Maschine ist. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, als Reaktion darauf, dass der Bedarf die Grenze übersteigt und ein Verbrennungsmotor, der mit der ersten elektrischen Maschine verbunden ist, gestoppt wird, die erste elektrische Maschine zu betreiben, um den Verbrennungsmotor anzukurbeln. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, einen Verbrennungsmotor, der mit der ersten elektrischen Maschine verbunden ist, bei einer Drehzahl zu betreiben, die mindestens eine vorgegebene Drehzahl ist, die dazu ausgelegt ist, die erste elektrische Maschine dazu zu veranlassen, eine Leistungsmenge zu erzeugen, um den Bedarf zu decken. Die Grenze kann unter einem höchstmöglichen Niederspannungsleistungsbedarf liegen. Eine Summe der Grenze und einer Leistungskapazität der ersten elektrischen Maschine kann mindestens gleich einer höchstmöglichen Niederspannungsleistung sein.
Ein Verfahren schließt Umwandeln durch einen Leistungswandler von Hochspannungsleistung, die von einer ersten elektrischen Maschine erzeugt wird, in Niederspannungsleistung ein. Das Verfahren schließt ferner das Betreiben des Leistungswandlers und einer zweiten elektrischen Maschine ein, die dazu ausgelegt ist, Niederspannungsleistung als Reaktion darauf, dass eine Niederspannungsleistungsbedarf eine Grenze des Leistungswandlers übersteigt, zu erzeugen. Das Verfahren schließt ferner das Betreiben nur des Leistungswandlers ein, um den Bedarf anders zu decken, als Reaktion darauf, dass der Leistungswandler betriebsbereit ist.
Das Verfahren kann ferner das Betreiben der zweiten elektrischen Maschine einschließen, um einen Verbrennungsmotor anzukurbeln, der mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist, als Reaktion darauf, dass der Bedarf die Grenze übersteigt und der Verbrennungsmotor gestoppt wird. Das Verfahren kann ferner das Betreiben nur der zweiten elektrischen Maschine einschließen, um Niederspannungsleistung als Reaktion darauf zu erzeugen, dass der Leistungswandler nicht in der Lage ist, Hochspannungsleistung in Niederspannungsleistung umzuwandeln. Eine Leistungsmenge, die von der zweiten elektrischen Maschine erzeugt wird, kann unter dem Niederspannungsleistungsbedarf und einer Leistungsgrenze der zweiten elektrischen Maschine liegen. Das Verfahren kann ferner das Betreiben eines Verbrennungsmotors einschließen, der mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist, bei einer Drehzahl, die mindestens eine vorgegebene Drehzahl ist, die dazu ausgelegt ist, die zweite elektrische Maschine dazu zu veranlassen, eine Menge an Niederspannungsleistung zu erzeugen, um den Bedarf zu decken. Das Verfahren kann ferner das Ankurbeln eines Verbrennungsmotors einschließen, der mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist, als Reaktion darauf, dass der Verbrennungsmotor gestoppt wird. Die Grenze kann unter einem höchstmöglichen Niederspannungsleistungsbedarf liegen.
Ein Fahrzeug schließt eine erste elektrische Maschine, die dazu ausgelegt ist, Niederspannungsleistung zu erzeugen, und einen Leistungswandler ein, der dazu ausgelegt ist, Hochspannungsleistung, die von einer zweiten elektrischen Maschine erzeugt wird, in Niederspannungsleistung umzuwandeln. Das Fahrzeug schließt ferner eine Steuerung ein, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass der Leistungswandler nicht in der Lage ist, Hochspannungsleistung in Niederspannungsleistung umzuwandeln, die erste elektrische Maschine zu betreiben, um eine Leistungsmenge zu erzeugen, um einen Niederspannungsleistungsbedarf zu decken.
Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, die erste elektrische Maschine zu betreiben, um die Leistungsmenge zu erzeugen, die unter dem Niederspannungsleistungsbedarf und einer Leistungsgrenze der ersten elektrischen Maschine liegt. Die Steuerung kann ferner dazu programmiert sein, als Reaktion darauf, dass der Leistungswandler in der Lage ist, Hochspannungsleistung in Niederspannungsleistung umzuwandeln, und der Niederspannungsleistungsbedarf eine Grenze des Leistungswandlers übersteigt, die erste elektrische Maschine und den Leistungswandler zu betreiben, um den Niederspannungsleistungsbedarf zu decken. Die Grenze kann unter einem höchstmöglichen Niederspannungsleistungsbedarf liegen. Das Betreiben der ersten elektrischen Maschine kann das Betreiben eines Verbrennungsmotors beinhalten, der dazu ausgelegt ist, die erste elektrische Maschine bei einer Drehzahl anzutreiben, die mindestens eine vorgegebene Drehzahl ist, die dazu ausgelegt ist, die erste elektrische Maschine dazu zu veranlassen, die Leistungsmenge zu erzeugen.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm eines Fahrzeugs mit einem Hybridantriebsstrang.
2 ist ein Schema eines mit Niederspannung betriebenen Leistungsverteilungssystems für ein Fahrzeug.
3 ist ein Ablaufdiagramm für eine mögliche Abfolge von Vorgängen zum Betreiben einer zusätzlichen Stromversorgung unter bestimmten Bedingungen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hier werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaften Charakters sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu; einige Merkmale können vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Dementsprechend sind hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Basis, um einem Fachmann die unterschiedlichen Verwendungen der Ausführungsformen zu lehren. Für einen Durchschnittsfachmann versteht es sich, dass verschiedene Merkmale, die in Bezug auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit veranschaulicht oder beschrieben werden. Die Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische Darstellung eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 1 veranschaulicht repräsentative Beziehungen unter den Komponenten. Die physische Anordnung und Ausrichtung der Komponenten innerhalb des Fahrzeugs kann variieren. Das HEV 110 beinhaltet einen Antriebsstrang 112. Der Antriebsstrang 112 beinhaltet einen Motor 114, der ein Getriebe 116 antreibt, das als modulares Hybridgetriebe (Modular Hybrid Transmission - MHT) bezeichnet werden kann. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, beinhaltet das Getriebe 116 eine elektrische Maschine, wie etwa einen Elektromotor/Generator (Motor/Generator - M/G) 118, eine zugehörige Traktionsbatterie 120, einen Drehmomentwandler 122 und ein mehrstufig übersetztes Automatikgetriebe oder Schaltgetriebe 124.
Sowohl der Motor 114 als auch der M/G 118 sind Antriebsquellen für das HEV 110. Der Motor 114 stellt im Allgemeinen eine Leistungsquelle dar, zu der ein Verbrennungsmotor, wie etwa ein mit Benzin, Diesel oder Erdgas betriebener Motor, oder eine Brennstoffzelle gehören kann. Der Motor 114 erzeugt eine Motorleistung und ein entsprechendes Motordrehmoment, welches dem M/G 118 zugeführt wird, wenn eine Trennkupplung 126 zwischen dem Motor 114 und dem M/G 118 zumindest teilweise in Eingriff gebracht ist. Der M/G 118 kann durch eine beliebige einer Vielzahl von Arten elektrischer Maschinen umgesetzt sein. Zum Beispiel kann es sich bei dem M/G 118 um einen Permanentmagnet-Synchronmotor handeln. Die Leistungselektronik 156 passt Gleichstrom (DC), welcher von der Traktionsbatterie 120 bereitgestellt wird, an die Anforderungen des M/G 118 an, wie nachstehend beschrieben. Zum Beispiel kann die Leistungselektronik dem M/G 118 einen Dreiphasenwechselstrom (AC) bereitstellen.
Wenn die Trennkupplung 126 zumindest teilweise eingekuppelt ist, ist ein Leistungsfluss vom Motor 114 zum M/G 118 oder vom M/G 118 zum Motor 114 möglich. Zum Beispiel kann die Trennkupplung 126 in Eingriff gebracht sein und der M/G 118 kann als Generator arbeiten, um Drehenergie, die durch eine Kurbelwelle 128 und eine M/G-Welle 130 bereitgestellt wird, in elektrische Energie umzuwandeln, die in der Traktionsbatterie 120 gespeichert werden soll. Die Trennkupplung 126 kann zudem ausgekuppelt sein, um den Motor 114 derart vom Rest des Antriebsstrangs 112 zu trennen, dass der M/G 118 als alleinige Antriebsquelle für das HEV 110 fungieren kann. Die M/G-Welle 130 erstreckt sich durch den M/G 118. Der M/G 118 ist durchgehend antriebsfähig mit der M/G-Welle 130 verbunden, wohingegen die Kraftmaschine 114 nur dann antriebsfähig mit der M/G-Welle 130 verbunden ist, wenn die Trennkupplung 126 mindestens teilweise in Eingriff gebracht ist.
Der M/G 118 ist über die M/G-Welle 130 mit dem Drehmomentwandler 122 verbunden. Daher ist der Drehmomentwandler 122 mit der Kraftmaschine 114 verbunden, wenn die Trennkupplung 126 mindestens teilweise in Eingriff gebracht ist. Der Drehmomentwandler 122 beinhaltet ein an der M/G-Welle 130 befestigtes Laufrad und ein an einer Getriebeantriebswelle 132 befestigtes Turbinenrad. Der Drehmomentwandler 122 stellt somit eine hydraulische Kupplung zwischen der Welle 130 und der Getriebeeingangswelle 132 bereit. Der Drehmomentwandler 122 überträgt die Leistung vom Laufrad auf das Turbinenrad, wenn sich das Laufrad schneller als das Turbinenrad dreht. Die Höhe des Turbinenraddrehmoments und des Pumpenraddrehmoments hängt im Allgemeinen von den relativen Drehzahlen ab. Wenn das Verhältnis zwischen Pumpenraddrehzahl und Turbinenraddrehzahl ausreichend hoch ist, beträgt das Turbinenraddrehmoment ein Vielfaches des Pumpenraddrehmoments. Eine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 134 kann ebenfalls bereitgestellt sein, die im eingekuppelten Zustand das Laufrad und das Turbinenrad des Drehmomentwandlers 122 reibschlüssig oder mechanisch aneinanderkoppelt, wodurch eine effizientere Kraftübertragung ermöglicht wird. Die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 134 kann als Anfahrkupplung betrieben werden, damit das Fahrzeug weich anfährt. Alternativ oder in Kombination damit kann eine Anfahrkupplung ähnlich der Anfahrkupplung 126 zwischen dem M/G 118 und dem Schaltgetriebe 124 für Anwendungen bereitgestellt werden, die keinen Drehmomentwandler 122 oder keine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 134 beinhalten. Bei manchen Anwendungen wird die Trennkupplung 126 im Allgemeinen als vorgeschaltete Kupplung und die Anfahrkupplung 134 (bei der es sich um eine Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung handeln kann) im Allgemeinen als nachgeschaltete Kupplung bezeichnet.
Das Schaltgetriebe 124 kann Zahnradsätze (nicht gezeigt) beinhalten, die durch ein selektives Ineingrifftreten von Reibungselementen wie etwa Kupplungen und Bremsen (nicht gezeigt) selektiv in verschiedenen Übersetzungen angeordnet sind, um die gewünschten mehreren getrennten oder stufenweisen Antriebsübersetzungen zu erreichen. Das Schaltgetriebe 124 kann eine vorgegebene Anzahl an Übersetzungsverhältnissen bereitstellen, die von einem niedrigen Gang (z. B. erster Gang) zu einem höchsten Gang (z. B. n-ter Gang) reichen können. Ein Hochschalten des Schaltgetriebes 124 ist ein Übergehen in einen höheren Gang. Ein Herunterschalten des Schaltgetriebes 124 ist ein Übergehen in einen niedrigeren Gang. Die Reibungselemente können über einen Schaltzeitplan gesteuert werden, der das Verbinden und Trennen bestimmter Elemente der Zahnradsätze sequenziert, um die Übersetzung zwischen einer Getriebeausgangswelle 136 und der Getriebeeingangswelle 132 zu steuern. Das Schaltgetriebe 124 wird auf Grundlage unterschiedlicher Fahrzeug- und Umgebungsbetriebsbedingungen durch eine zugehörige Steuerung 150, wie etwa eine Antriebsstrangsteuereinheit (powertrain control unit - PCU), automatisch aus einer Übersetzung in eine andere geschaltet. Das Schaltgetriebe 124 stellt der Abtriebswelle 136 anschließend ein Antriebsstrangabriebsdrehmoment bereit.
Es versteht sich, dass der bei einem Drehmomentwandler 122 eingesetzte hydraulisch gesteuerte Getriebekasten 124 lediglich ein Beispiel für einen Getriebekasten oder eine Getriebeanordnung darstellt; ein beliebiger Getriebekasten mit mehreren Übersetzungen, der (ein) Eingangsdrehmoment/e von einem Verbrennungsmotor und/oder einem Elektromotor annimmt und einer Abtriebswelle dann bei den unterschiedlichen Übersetzungen Drehmoment bereitstellt, ist für eine Verwendung mit Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung akzeptabel. Zum Beispiel kann das Schaltgetriebe 124 durch ein automatisiertes mechanisches (oder manuelles) Getriebe (Automated Mechanical Transmission - AMT) umgesetzt sein, das einen oder mehrere Servomotoren beinhaltet, um Schaltgabeln entlang einer Schaltbetätigungsstange zu verschieben/drehen, um eine gewünschte Übersetzung auszuwählen. Wie im Allgemeinen vom Durchschnittsfachmann verstanden wird, kann ein AMT zum Beispiel bei Anwendungen mit einem höheren Drehmomentbedarf verwendet werden.
Wie in der veranschaulichten Ausführungsform aus 1 dargestellt, ist die Ausgangswelle 136 mit einem Differential 140 verbunden. Das Differential 140 treibt ein Paar Räder 142 über jeweilige Achsen 144 an, die mit dem Differential 140 verbunden sind. Das Differential 140 überträgt ungefähr das gleiche Drehmoment auf jedes Rad 142, während es leichte Drehzahlunterschiede zulässt, wie zum Beispiel, wenn das Fahrzeug um eine Kurve fährt. Es können unterschiedliche Arten von Differentialen oder ähnlichen Vorrichtungen verwendet werden, um Drehmoment vom Antriebsstrang auf ein oder mehrere Räder zu verteilen. Bei einigen Anwendungen kann die Drehmomentverteilung variieren, zum Beispiel je nach konkreter Betriebsart oder -bedingung.
Der Antriebsstrang 112 kann ferner eine zugehörige Antriebsstrangsteuereinheit (PCU) 150 beinhalten. Obwohl sie als Steuerung dargestellt ist, kann die PCU Teil eines größeren Steuersystems sein und durch unterschiedliche andere Steuerungen im gesamten Fahrzeug 110, wie etwa eine Fahrzeugsystemsteuerung (Vehicle System Controller- VSC), gesteuert werden. Dementsprechend versteht es sich, dass die Antriebsstrangsteuereinheit 150 und eine oder mehrere andere Steuerungen gemeinsam als eine „Steuerung“ bezeichnet werden können, die verschiedene Aktoren als Reaktion auf Signale von verschiedenen Sensoren steuert, um Funktionen wie beispielsweise Anlassen/Stoppen des Motors 114, Betreiben des M/G 118 zum Bereitstellen von Antriebsmoment oder Laden der Traktionsbatterie 120, Auswählen oder Planen von Gangwechseln usw. zu steuern. Die Steuerung 150 kann einen Mikroprozessor oder einen Hauptprozessor (Central Processing Unit - CPU) beinhalten, der mit verschiedenen Arten computerlesbarer Speichervorrichtungen oder -medien verbunden ist. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können flüchtige und nichtflüchtige Speicher beispielsweise in einem Festwertspeicher (read-only memory - ROM), Direktzugriffsspeicher (random-access memory - RAM) und Keep-Alive-Speicher (keep-alive memory - KAM) beinhalten. Bei einem KAM handelt es sich um einen Dauer- oder nichtflüchtigen Speicher, der zum Speichern unterschiedlicher Betriebsvariablen verwendet werden kann, während die CPU heruntergefahren wird. Computerlesbare Speichervorrichtungen oder -medien können unter Verwendung einer Reihe von bekannten Speichervorrichtungen umgesetzt sein, wie etwa programmierbaren Festwertspeichern (Programmable Read-Only Memory - PROM), elektronische PROM (Electrically PROM - EPROMs), elektronisch löschbaren PROM (Electrically Erasable PROM - EEPROM), Flash-Speichern oder beliebigen anderen elektronischen, magnetischen, optischen oder Kombinationsspeichervorrichtungen, die zum Speichern von Daten in der Lage sind, von denen einige ausführbare Anweisungen darstellen, die durch die Steuerung zum Steuern des Verbrennungsmotors oder des Fahrzeugs verwendet werden.
PCU 150 ist mit verschiedenen Motor-/Fahrzeugsensoren und Aktoren über eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle (E/A) verbunden, die als einzelne integrierte Schnittstelle umgesetzt sein kann, welche verschiedene Rohdaten oder eine Signalkonditionierung, -verarbeitung und/oder -umwandlung, Kurzschlussschutz und dergleichen bereitstellt. Alternativ können ein oder mehrere dedizierte Hardware- oder Firmware-Chips verwendet werden, um konkrete Signale zu konditionieren und zu verarbeiten, bevor diese dem CPU bereitgestellt werden. Wie in der repräsentativen Ausführungsform in 1 allgemein veranschaulicht, kann die PCU 150 Signale an die und/oder von der Kraftmaschine 114, an die und/oder von der Trennkupplung 126, an den und/oder von dem M/G 118, an die und/oder von der Anfahrkupplung 134, an das und/oder von dem Schaltgetriebe 124 und an die und/oder von der Leistungselektronik 156 kommunizieren. Wenngleich sie nicht ausdrücklich dargestellt werden, erkennt der Durchschnittsfachmann doch verschiedene Funktionen oder Komponenten, die in jedem der zuvor identifizierten Teilsysteme durch die VSC 150 gesteuert werden können. Zu repräsentativen Beispielen für Parameter, Systeme und/oder Komponenten, welche unter Verwendung von Steuerlogik, die von der Steuerung ausgeführt wird, direkt oder indirekt betätigt werden können, gehören der Einspritzzeitpunkt, die Einspritzmenge und die Einspritzdauer, die Stellung der Drosselklappe, der Zündzeitpunkt der Zündkerzen (bei fremdgezündeten Motoren), die zeitliche Abstimmung und Dauer für Einlass- und Auslassventile, Komponenten mit Frontend-Nebenaggregatantrieb (Front-End Accessory Drive - FEAD), wie etwa eine Lichtmaschine, ein Klimakompressor, das Laden der Batterie, die Rückgewinnung von Bremsenergie, der M/G-Betrieb, die Kupplungsdrücke für die Trennkupplung 126, die Anfahrkupplung 134 und das Schaltgetriebe 124 und dergleichen. Sensoren, welche Eingaben über die E/A-Schnittstelle kommunizieren, können verwendet werden, um beispielsweise den Turboladerladedruck, die Kurbelwellenstellung (PIP), die Motorumdrehungszahl (U/min), die Raddrehzahlen (WS1, WS2), die Fahrzeuggeschwindigkeit (VSS), die Kühlmitteltemperatur (ECT), den Druck im Ansaugkrümmer (MAP), die Gaspedalposition (PPS), die Zündschalterstellung (IGN), die Drosselklappenstellung (TP), die Lufttemperatur (TMP), den Sauerstoffgehalt im Abgas (EGO) oder die Konzentration oder den Gehalt eines anderen Bestandteils des Abgases, den Ansaugluftstrom (MAF), den Gang, die Übersetzung oder den Modus des Getriebes, die Getriebeöltemperatur (TOT), die Drehzahl der Getriebeturbine (TS), den Status der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 134 (TCC), den Abbrems- oder Gangwechselmodus (MDE) anzuzeigen.
Die Steuerlogik oder die von der PCU 150 ausgeführten Funktionen können in einer oder mehreren Figuren durch Ablaufdiagramme oder ähnliche Diagramme dargestellt sein. Diese Figuren stellen repräsentative Steuerstrategien und/oder eine repräsentative Steuerlogik bereit, die unter Verwendung einer oder mehrerer Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, umgesetzt werden können bzw. kann. Demnach können unterschiedliche dargestellte Schritte oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Wenngleich dies nicht immer ausdrücklich dargestellt ist, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass eine/r oder mehrere der dargestellten Schritte oder Funktionen je nach konkreter verwendeter Verarbeitungsstrategie wiederholt ausgeführt werden können. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwingend erforderlich, um die hier beschriebenen Merkmale und Vorteile zu erzielen, sondern soll vielmehr die Veranschaulichung und Beschreibung erleichtern. Die Steuerlogik kann hauptsächlich in Software umgesetzt sein, die durch eine mikroprozessorbasierte Fahrzeug-, Motor- und/oder Antriebsstrangsteuerung ausgeführt wird, wie zum Beispiel die PCU 150. Selbstverständlich kann die Steuerlogik je nach konkreter Anwendung in Software, Hardware oder einer Kombination aus Software und Hardware in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt sein.
Bei einer Umsetzung in Software kann die Steuerlogik in einer/einem oder mehreren computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien bereitgestellt sein, auf denen Daten gespeichert sind, die Code oder Anweisungen wiedergeben, der/die von einem Computer zum Steuern des Fahrzeugs oder seiner Teilsysteme ausgeführt wird/werden. Die computerlesbaren Speichervorrichtungen oder -medien können eine oder mehrere einer Reihe bekannter physischer Vorrichtungen beinhalten, die elektrischen, magnetischen und/oder optischen Speicher nutzen, um ausführbare Anweisungen und zugehörige Kalibrierungsinformationen, Betriebsvariablen und dergleichen zu speichern.
Ein Gaspedal 152 wird durch den Fahrer des Fahrzeugs verwendet, um ein erforderliches Drehmoment, eine erforderliche Leistung oder einen Antriebsbefehl zum Antreiben des Fahrzeugs 110 bereitzustellen. Im Allgemeinen erzeugt das Herunterdrücken und Lösen des Gaspedals 152 ein Gaspedalstellungssignal, das durch die PCU 150 als Bedarf an einer erhöhten bzw. verringerten Leistung interpretiert werden kann. Die PCU 150 befiehlt zumindest auf Grundlage der Eingabe von dem Pedal ein Drehmoment vom Motor 114 und/oder M/G 118. Die PCU 150 steuert zudem die zeitliche Abfolge von Gangwechseln innerhalb des Schaltgetriebes 124 sowie das Einkuppeln oder Auskuppeln der Trennkupplung 126 und der Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 134. Ebenso wie die Trennkupplung 126 kann die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 134 in einem Bereich zwischen der eingekuppelten und ausgekuppelten Position moduliert werden. Dies führt zu einem verstellbaren Schlupf im Drehmomentwandler 122, zusätzlich zu dem verstellbaren Schlupf, der durch die hydrodynamische Kupplung zwischen dem Laufrad und dem Turbinenrad erzeugt wird. Alternativ kann die Drehmomentwandlerüberbrückungskupplung 134 als verriegelt oder offen betrieben werden, ohne einen modulierten Betriebsmodus zu verwenden, was von der konkreten Anwendung abhängt.
Um das Fahrzeug 110 mit dem Motor 114 anzutreiben, wird die Trennkupplung 126 zumindest teilweise in Eingriff gebracht, um zumindest einen Teil des Motordrehmoments über die Trennkupplung 126 an den M/G 118 und anschließend vom M/G 118 über den Drehmomentwandler 122 und das Schaltgetriebe 124 zu übertragen. Der M/G 118 kann den Motor 114 dadurch unterstützen, dass er zusätzliche Leistung zum Drehen der Welle 130 bereitstellt. Dieser Betriebsmodus kann als „Hybridmodus“ oder „elektrisch unterstützter Modus“ bezeichnet werden.
Um das Fahrzeug 110 mit dem M/G 118 als einzige Leistungsquelle anzutreiben, bleibt der Leistungsfluss gleich, es sei denn, die Trennkupplung 126 wird betrieben, um den Motor 114 vom Rest des Antriebsstrangs 112 zu isolieren. Während dieses Zeitraums kann die Verbrennung im Verbrennungsmotor 114 deaktiviert oder anderweitig abgeschaltet sein, um Kraftstoff zu sparen. Die Traktionsbatterie 120 überträgt die gespeicherte elektrische Energie über einen Hochspannungs(high voltage - HV)-bus 154 auf die Leistungselektronik 156, die zum Beispiel einen Wechselrichter beinhalten kann. Der Hochspannungsbus 154 beinhaltet Kabel und Leiter zum Leiten von Strom zwischen Modulen und kann einen positiven Leiter und einen negativen oder Rückführleiter beinhalten. Die Leistungselektronik 156 wandelt Gleichspannung von der Traktionsbatterie 120 in Wechselspannung um, die vom M/G 118 verwendet werden soll. Die Steuerung 150 befiehlt der Leistungselektronik 156 die Spannung von der Traktionsbatterie 120 in eine Wechselspannung umzuwandeln, die dem M/G 118 bereitgestellt wird, um der Welle 130 ein positives oder negatives Drehmoment bereitzustellen. Dieser Betriebsmodus kann als „rein elektrischer“ Betriebsmodus bezeichnet werden.
In einem beliebigen Betriebsmodus kann der M/G 118 als Elektromotor fungieren und eine Antriebskraft für den Antriebsstrang 112 bereitstellen. Alternativ kann der M/G 118 als Generator fungieren und kinetische Energie vom Antriebsstrang 112 in elektrische Energie umwandeln, die dem Hochspannungsbus 154 zugeführt und/oder in der Traktionsbatterie 120 gespeichert werden soll. Der M/G 118 kann zum Beispiel als Generator fungieren, während der Motor 114 Antriebsleistung für das Fahrzeug 110 bereitstellt. Der M/G 118 kann zusätzlich dazu zu Zeiten der Rückgewinnung von Bremsenergie als Generator fungieren, während derer Drehenergie von sich drehenden Rädern 142 zurück zum Schaltgetriebe 124 übertragen und in elektrische Energie zum Speichern in der Traktionsbatterie 120 umgewandelt wird.
Es versteht sich, dass die in 1 veranschaulichte Darstellung rein beispielhaft ist und nicht einschränken soll. Es werden auch andere Anordnungen in Betracht gezogen, welche ein selektives Ineingrifftreten sowohl eines Motors als auch eines Elektromotors für die Übertragung von Drehmoment durch das Getriebe verwenden. Zum Beispiel kann der M/G 118 gegenüber der Kurbelwelle 128 versetzt sein, ein zusätzlicher Elektromotor kann zum Anlassen des Motors 114 bereitgestellt sein und/oder der M/G 118 kann zwischen dem Drehmomentwandler 122 und dem Schaltgetriebe 124 bereitgestellt sein. Andere Auslegungen werden in Betracht gezogen, ohne dabei vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Andere Hybridfahrzeugauslegungen sind möglich (z. B. eine Leistungsverzweigungsauslegung), und die hier offenbarten erfindungsgemäßen Aspekte sind auf diese anderen Auslegungen anwendbar.
Das Fahrzeug 110 kann den M/G 118 verwenden, um den Motor 114 anzulassen. Die Steuerung 150 kann die Trennkupplung 126 anweisen, sich zu schließen und Drehmoment vom M/G 118 über die Leistungselektronik 156 anfordern. Das Drehmoment vom M/G 118 bringt den Motor 114 zum Drehen, sodass die Motordrehzahl über eine vorgegebene Drehzahl ansteigt, zu welchem Zeitpunkt der Motor 114 angewiesen werden kann, Kraftstoff und Zündfunken bereitzustellen, um eine fortgesetzte Motordrehung aufrechtzuerhalten. Der Drehmomentwandler 122 kann eine gewisse Torsionsisolation während des Startens der Kraftmaschine und des ersten Starts bereitstellen.
Ein Niederspannungs-Anlassersystem 168 kann außerdem mit dem Verbrennungsmotor 114 verbunden sein, um ein sekundäres oder Ausfallsicherungsmittel zum Anlassen des Verbrennungsmotors 114 bereitzustellen. Das Niederspannungs-Anlassersystem 168 kann ein integriertes Anlasser-/Generatorsystem mit Riemenantrieb (belt-integrated starter generator - BISG) sein. Eine elektrische Maschine kann mit dem Verbrennungsmotor 114 über einen Riemen verbunden sein, der über Umlenkrollen geführt wird. Der Riemen kann dazu ausgelegt sein, den Verbrennungsmotor 114 mit der elektrischen Maschine zu verbinden, sodass sie sich zusammen drehen. Ferner kann eine Kupplung vorhanden sein, die dazu ausgelegt ist, das Drehen der elektrischen Maschine ein- und auszurücken. Beispielsweise kann die elektrische Maschine ausgerückt werden, wenn kein Bedarf zum Anlassen des Verbrennungsmotors 114 oder Erzeugen von Leistung besteht. Die elektrische Maschine kann dazu ausgelegt sein, elektrische Leistung zu erzeugen, wenn der Riemen von der Leistung des Verbrennungsmotors angetrieben wird. Die elektrische Maschine kann dazu ausgelegt sein, den Riemen anzutreiben, um das Drehen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zum Anlassen des Verbrennungsmotors 114 zu veranlassen. Das Niederspannungsanlassersystem 168 kann ein Steuermodul beinhalten, das ein Leistungswandlersystem einschließt, da dazu ausgelegt ist, Leistung zwischen der elektrischen Maschine und einem Fahrzeugleistungsbus zu übertragen.
Das Fahrzeug 110 kann ferner ein Leistungswandlermodul 158 und mindestens eine Hilfsbatterie 160 beinhalten. Die Zusatzbatterie 160 kann eine Niederspannungsbatterie sein, wie zum Beispiel eine 12-Volt-Batterie, die üblicherweise in Kraftfahrzeugen verwendet wird. Die Anschlüsse der Hilfsbatterie 160 können elektrisch an ein Niederspannungsleistungsnetz oder -bus 166 gekoppelt sein. Das Niederspannungsleistungsnetz 166 beinhaltet Kabel und Leiter zum Leiten von Strom zwischen verbundenen Modulen. Der Leistungswandler 158 kann elektrisch zwischen dem Hochspannungsbus 154 und dem Niederspannungsleistungsbus 166 gekoppelt sein. Der Leistungswandler 158 kann dazu ausgelegt sein, Leistung vom Hochspannungsbus 154 auf den Niederspannungsleistungsbus 166 zu übertragen. Der Leistungswandler 158 kann dazu ausgelegt sein, Hochspannungsleistung vom M/G 118 in Niederspannungsleistung umzuwandeln. Beispielsweise kann Hochspannungsleistung bei einer Spannung bereitgestellt werden, die mit der Traktionsbatterie kompatibel ist (z. B. 300 Volt). Niederspannungsleistung kann bei einer Spannung bereitgestellt werden, die mit der Hilfsbatterie 160 kompatibel ist (z. B. 12 Volt). Das Leistungswandlermodul 158 kann ein DC/DC-Wandler sein, der dazu ausgelegt ist, Spannung vom Hochspannungsbus 154 auf einen Spannungspegel umzuwandeln, der mit dem Niederspannungsleistungsbus 166 kompatibel ist (z. B. 12 Volt). Der Leistungswandler 158 kann ferner dazu ausgelegt sein, Spannung vom Niederspannungsleistungsbus 166 in eine Spannung umzuwandeln, die mit dem Hochspannungsbus 154 kompatibel ist. Beispielsweise kann der Leistungswandler 158 dazu ausgelegt sein, je nach dem Betriebsmodus einen bidirektionalen Stromfluss zwischen dem Hochspannungsbus 154 und dem Niederspannungsleistungsbus 166 bereitzustellen.
Das Fahrzeug 110 kann eine Anzeige beinhalten. Beispielsweise kann die Anzeige ein Bestandteil einer Armaturentafel sein. Die Anzeige kann Lämpchen, Leuchten und/oder andere Anzeigevorrichtungen aufweisen, um dem Bediener mit dem Fahrzeug verbundene Bedingungen zu melden. Bei der Anzeige kann es sich um ein Flüssigkristallanzeige(LCD)-Modul handeln. Die Anzeige kann mit Steuerungen (bspw. der PCU 150) in Kommunikation stehen, die an einen Kommunikationsbus gekoppelt sind.
2 bildet ein mögliches Leistungsverteilungssystem 200 für ein Fahrzeug ab. Das Leistungsverteilungssystem 200 kann den Leistungswandler 158 beinhalten, die zwischen dem Hochspannungsbus 154 und dem Niederspannungsleistungsnetz 166 gekoppelt ist. Das Niederspannungsleistungsnetz 166 kann aus einem ersten Niederspannungsbus 222 und einem zweiten Niederspannungsbus 210 bestehen. Ein Isolationsschalter 202 kann zwischen dem ersten Niederspannungsbus 222 und dem zweiten Niederspannungsbus 210 angeordnet sein.
Der Leistungswandler 158 kann durch eine Leistungsgrenze gekennzeichnet sein. Die Leistungsgrenze kann eine Höchstleistungsmenge, die vom Leistungswandler 158 übertragen werden kann, identifizieren. Die Leistungsgrenze kann eine Funktion einer Nennleistung von Schaltvorrichtungen und/oder einer Stromverkabelungskapazität im Leistungswandler 158 sein. Die Leistungsgrenze kann während des Betriebs des Leistungswandlers 158 variieren. Beispielsweise kann bei höheren Temperaturen der Leistungswandler 158 eine niedrigere Leistungsgrenze aufweisen. Das Senken der Leistungsgrenze kann verhindern, dass der Leistungswandler 158 unter extremen Betriebsbedingungen überhitzt. Der Leistungswandler 158 kann die Leistungsgrenze auf Grundlage der Betriebsbedingungen erhöhen und senken.
Eine erste Hilfsbatterie 214 kann elektrisch an den ersten Niederspannungsbus 222 gekoppelt sein. Ein erster Satz elektrischer Verbraucher 224 kann elektrisch an den ersten Niederspannungsbus 222 gekoppelt sein und Leistung vom ersten Niederspannungsbus 222 erhalten, wenn dieser aktiviert ist.
Das Isolationsschalter 202 kann ein Schaltelement 206 beinhalten. Der Isolationsschalter 202 kann eine Diode (nicht dargestellt) parallel zum Schaltelement 206 beinhalten. Das Schaltelement 206 kann ein Transistor (bspw. Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET)) sein. Der Isolationsschalter 202 kann derart ausgelegt sein, dass das Schaltelement 206 normalerweise geschlossen ist. In manchen Auslegungen kann das Schaltelement 206 ein Relais sein. Das Schaltelement 206 kann derart ausgelegt sein, dass, wenn es geschlossen ist, Strom zwischen dem ersten Niederspannungsbus 222 und einem zweiten Niederspannungsbus 210 fließen kann. Der Isolationsschalter 202 kann als Fahrzeugleistungsschalter bezeichnet werden. Der Isolationsschalter 202 kann in der Lage sein, Teile des Niederspannungsstromnetzes 166 voneinander zu isolieren.
Eine zweite Hilfsbatterie 212 kann elektrisch an den zweiten Niederspannungsbus 210 gekoppelt sein. Eine elektrische Maschine 226 des Niederspannungsanlassersystem 168 (z. B. BISG) kann elektrisch an den zweiten Niederspannungsbus 210 gekoppelt sein, der ein zweites Leistungswandlermodul 204 nutzt. Die elektrische Maschine 226 kann dazu ausgelegt sein, Niederspannungsleistung zu erzeugen, wenn sie als ein Generator betrieben wird. Das zweite Leistungswandlermodul 204 kann dazu ausgelegt sein, eine Spannung von der elektrischen Maschine 226 in eine Spannung umzuwandeln, die mit dem zweiten Niederspannungsbus 210 kompatibel ist. Beispielsweise kann die elektrische Maschine 226 einen Wechselstrom (AC) für das zweite Leistungswandlermodul 204 bereitstellen, wenn sie vom Verbrennungsmotor 114 angetrieben wird. Das zweite Leistungswandlerodul 204 kann dazu ausgelegt sein, den AC-Strom in eine/n Gleichstrom-(DC)-Spannung/Strom umzuwandeln, die/der mit dem zweiten Niederspannungsbus 210 kompatibel ist (z. B. 12 Volt-DC-Spannung). Das zweite Leistungswandlerodul 204 kann außerdem dazu konfiguriert sein, der elektrischen Maschine 226 eine/n Spannung/Strom bereitzustellen, um als ein Motor zum Starten des Verbrennungsmotors 114 zu arbeiten. Das zweite Leistungswandlerodul 204 kann Schaltvorrichtungen (z. B. Festkörper-Transistoren, Relais) einschließen, die dazu ausgelegt sind, Anschlüsse der elektrischen Maschine 226 selektiv an Anschlüsse des zweiten Niederspannungsbusses 210 zu koppeln. Die Leistungsübertragung zwischen der zweiten Niederspannungsbus 210 und der elektrischen Maschine 226 kann durch Betreiben der Schaltvorrichtungen erreicht werden.
Ein zweiter Satz elektrischer Verbraucher 208 kann elektrisch an den zweiten Niederspannungsbus 210 gekoppelt sein. Der zweite Satz elektrischer Verbraucher 208 kann ein Kühlgebläse für den Verbrennungsmotor 114 beinhalten.
De Isolationsschalter 202 kann in einer geschlossenen Position betrieben werden, sodass der erste Niederspannungsbus 222 und der zweite Niederspannungsbus 210 elektrisch aneinander gekoppelt sind und effektiv als ein einzelner Niederspannungsbus oder ein einzelnes Stromnetz fungieren. In der folgenden Beschreibung kann angenommen werden, dass sich der Isolationsschalter 202 in der geschlossenen Position befindet, sodass ein einzelnes Niederspannungsnetz vorliegt.
Das Leistungsverteilungssystem 200 kann eine Steuerung 220 beinhalten. Die Steuerung 220 kann in Verbindung mit Komponenten innerhalb und außerhalb des Leistungsverteilungssystems 200 stehen. Die Steuerung 220 kann eine drahtgebundene Schnittstelle zum Kommunizieren einschließen und kann eine serielle Kommunikationsschnittstelle zum Kommunizieren über ein Fahrzeugkommunikationsnetz (z. B. Controller Area Network) einschließen. Die Steuerung 220 kann mit dem ersten Leistungswandler 158 und dem zweiten Leistungswandler 204 kommunizieren. Die Steuerung 220 kann mit der PCU 150 kommunizieren, die zum Verbrennungsmotor 114 gehört. Die Steuerung 220 kann ferner mit dem ersten und zweiten Satz elektrischer Verbraucher 224, 208 in Verbindung stehen, die mit dem ersten Niederspannungsbus 222 und/oder dem zweiten Niederspannungsbus 210 verbunden sind.
Der Betrieb der elektrischen Verbraucher 224, 208 erzeugt einen Leistungsbedarf an das Niederspannungsstromnetz 166 (z. B. Niederspannungsleistungsbedarf). Der Leistungsbedarf des Niederspannungsstromnetzes 166 kann durch einen Spitzenleistungsbedarf oder maximalen Gesamtlast-Leistungsbedarf gekennzeichnet sein. Der Spitzenleistungsbedarf kann ein höchstmöglicher Leistungsbedarf sein, der während des Betriebs eines Fahrzeugs auftreten kann. Der Spitzenleistungsbedarf kann während bestimmter Worst-Case-Betriebsbedingungen auftreten.
Der Leistungsbedarf an das Niederspannungsstromnetz 166 kann mit Leistung aus der Hilfsbatterie 214 und/oder der zweiten Hilfsbatterie 212 gedeckt werden. Der Leistungsbedarf kann außerdem mit Leistung gedeckt werden, die vom Leistungswandler 158 bereitgestellt wird. Darüber hinaus kann der Leistungsbedarf mit Leistung vom zweiten Leistungswandler 204 gedeckt werden, die von der elektrischen Maschine 226 abgeleitet wird, die vom Verbrennungsmotor 114 angetrieben wird.
Unter normalen Betriebsbedingungen kann es erwünscht sein, das Niederspannungsstromnetz 166 mit Leistung vom Leistungswandler 158 zu unterstützen. Unter diesen Bedingungen kann der Leistungswandler 158 Energie vom Hochspannungsbus 154 auf den Niederspannungsleistungsbus 166 übertragen. Der Leistungswandler 158 kann gesteuert werden, um eine Leistungsmenge abzugeben, um den Leistungsbedarf der elektrischen Verbraucher 224, 208 zu decken. Zudem kann der Leistungswandler 158 gesteuert werden, um Leistung zum Laden der ersten Hilfsbatterie 214 und der zweiten Hilfsbatterie 212 abzugeben. Während normaler Verbrauchsbedingungen kann die Leistungsgrenze des Leistungswandlers 158 ausreichen, um den Leistungsbedarf an das Niederspannungsstromnetz 166 zu decken.
Unter manchen Betriebsbedingungen kann die Leistungsgrenze des Leistungswandlers 158 jedoch ungenügend sein, um den gesamten Leistungsbedarf an das Niederspannungsstromnetz 166 zu decken. Bei Bedingungen, unter denen der Verbrennungsmotor 114 für lange Zeiträume bei hohen Lasten arbeitet, können die Leistungsbedarfe für elektrische Verbraucher, die zum Kühlen des Verbrennungsmotors gehören, gesenkt werden. Beispielsweise kann ein Kühlgebläse des Verbrennungsmotors aktiviert werden, um das Kühlmittel des Verbrennungsmotors zu kühlen. Der zusätzliche Leistungsbedarf des Kühlgebläses des Verbrennungsmotors kann dazu führen, dass der Leistungsbedarf an das Niederspannungsstromnetz 166 die Leistungsgrenze des Leistungswandlers 158 übersteigt. Unter dieser Bedingung kann der zusätzliche Leistungsbedarf mit Leistung von der ersten Hilfsbatterie 214 und/oder der zweiten Hilfsbatterie 212 gedeckt werden. Das Beziehen von Leistung aus den Hilfsbatterien 212, 214 kann jedoch den jeweiligen Ladezustand der Hilfsbatterien 212, 214 senken. Es kann erwünscht sein, die Hilfsbatterien 212, 214 in einem Zustand hoher Aufladung zu halten, sodass die Batterieleistung zwischen Zündzyklen verfügbar ist.
Es ist zu beachten, dass der extreme Leistungsbedarf nur in seltenen Fällen eintritt. Es ist möglich, den Leistungswandler 158 so zu konzipieren, dass er den extremen Leistungsbedarf deckt, jedoch zu höheren Kosten und mit einer größeren Größe. Um Kosten und Größe des Leistungswandlers 158 zu senken, kann es von Vorteil sein, den Leistungswandler 158 für einen Leistungsbedarf zu konzipieren, der unter dem höchstmöglichen Niederspannungsleistungsbedarf liegt. Durch Senken der maximalen Leistungskapazität des Leistungswandlers 158 können andere Mittel zum Decken des höchstmöglichen Leistungsbedarfs umgesetzt werden. Das Vorhandensein des Niederspannungsanlassersystems 168 (einschließlich der elektrischen Maschine 226) ermöglicht zusätzliche Optionen zum Decken des Leistungsbedarfs.
Um das Entleeren der Hilfsbatterien 214, 212 unter Hochlastbedingungen zu verhindern, kann es erwünscht sein, die elektrische Maschine 226 zu betreiben, um Leistung für das Niederspannungsstromnetz 166 zu erzeugen. Unter einer typischen Hochlastbedingung kann der Verbrennungsmotor 114 bei erhöhten Drehzahlen laufen. Die elektrische Maschine 226 kann durch den zweiten Leistungswandler 204 gesteuert werden, um eine Leistungsmenge für das Niederspannungsstromnetz 166 bereitzustellen. Eine Summe aus Leistung, die vom Leistungswandler 158 bereitgestellt wird, der an der Leistungsgrenze arbeitet, und einer Leistungserzeugungskapazität der elektrischen Maschine 226 kann mindestens gleich einem maximalen Gesamtlast-Leistungsbedarf des Niederspannungsstromnetzes 166 sein.
Die Steuerung 220 kann dazu programmiert sein, den Leistungsbedarf des Niederspannungsleistungsnetzes 166 zu überwachen. Der Leistungswandler 158 kann dazu ausgelegt sein, eine Leistungsmenge zu überwachen, die vom Hochspannungsnetz 154 zum Niederspannungsstromnetz 166 übertragen wird. Beispielsweise kann der Leistungswandler 158 einen Stromsensor und einen Spannungssensor am Ausgang des Leistungswandlers 158 beinhalten. De Leistungswandler 158 kann ein Steuermodul beinhalten, das die Spannung und den Strom überwacht, um eine Leistungsabgabe abzuleiten. Der Leistungswert kann an die Steuerung 220 übermittelt werden. In anderen Konfigurationen können Signale vom Stromsensor und Spannungssensor am Ausgang des Leistungswandlers 158 an die Steuerung 220 geleitet werden. Wie oben beschrieben, kann der Leistungswandler 158 von einer Leistungsgrenze charakterisiert sein. Liegt die Menge an Leistung, die vom Leistungswandler 158 abgegeben wird, an oder nahe der Leistungsgrenze, dann kann die Steuerung 220 ermitteln, dass die Leistungsgrenze erreicht wurde. In manchen Konfigurationen kann ein Leistungswert, der innerhalb einer vorgegebenen Spanne der Leistungsgrenze liegt, anzeigen, dass die Leistungsgrenze erreicht wurde. Beispielsweise kann ermittelt werden, dass eine abgegebene Leistungsmenge, die 95 % der Leistungsgrenze überschreitet, die Leistungsgrenze erreicht hat. Die vorgegebene Spanne kann Komponententoleranzen des Leistungswandlers 158 ermöglichen.
Der Leistungsbedarf des Niederspannungsstromnetzes 166 kann ferner durch Überwachen des Leistungsflusses zu und von den Hilfsbatterien 214, 212 ermittelt werden. Eine erste Sensoreinheit 216 kann dazu ausgelegt sein, eine Spannung und/oder einen Strom der ersten Hilfsbatterie 214 zu messen. Eine zweite Sensoreinheit 218 kann dazu ausgelegt sein, eine Spannung und/oder einen Strom der zweiten Hilfsbatterie 212 zu messen. Die Sensoreinheiten 216, 218 können einen Stromsensor einschließen, der dazu ausgelegt ist, den Strom zu messen, der zu und von der zugehörigen Batterie fließt. Beispielsweise kann der Stromsensor ein Strommesswiderstand oder ein Hall-Sensor sein. Die Sensoreinheiten 216, 218 können einen Spannungssensor einschließen, der dazu ausgelegt ist, eine Spannung an den Anschlüssen der zugehörigen Batterie zu messen. Der Spannungssensor kann eine Schaltung einschließen, die dazu ausgelegt ist, die Batteriespannung auf einen Pegel zu skalieren und filtern, der zur Eingabe an die Steuerung 220 geeignet ist.
Leistung, die an oder von den Hilfsbatterien 212, 214 übertragen wird, kann als das Produkt aus den zugehörigen Spannungs- und Stromwerten berechnet werden. Der Leistungsbedarf an das Niederspannungsstromnetz 166 kann die Leistungsgrenze des Leistungswandlers 158 übersteigen, wenn ermittelt wird, dass die Leistungsabgabe des Leistungswandlers 158 die Leistungsgrenze erreicht hat. Der Leistungsbedarf kann als die Leistungsgrenze übersteigend ermittelt werden, wenn eine oder mehrere der Hilfsbatterien 212, 214 Strom an das Niederspannungsstromnetz 166 liefern, während der Leistungswandler 158 an der Leistungsgrenze arbeitet.
Überschreitet der Leistungsbedarf des Niederspannungsstromnetzes 166 die Leistungsgrenze des Leistungswandlers 158, kann die Steuerung 220 die elektrische Maschine 226 betreiben, um Strom für das Niederspannungsstromnetz 166 zu erzeugen, um den Leistungsbedarf zu decken. Der Leistungswandler 158 kann an der Leistungsgrenze betrieben werden. Die Steuerung 220 kann die elektrische Maschine 226 durch Steuern des Betriebs des zweiten Leistungswandlers 204 und des Verbrennungsmotor 114 betreiben. Die Steuerung 220 kann eine Verbrennungsmotordrehzahl überwachen, um zu ermitteln, ob die elektrische Maschine 226 über ausreichend Stromerzeugungskapazität verfügen wird. Ist der Verbrennungsmotor 114 aktuell gestoppt, kann die Steuerung 220 anfordern, dass der Verbrennungsmotor 114 gestartet wird. Die Steuerung 220 kann den zweiten Leistungswandler 204 betreiben, um die elektrische Maschine 226 als einen Motor zu betreiben, um den Verbrennungsmotor 114 anzukurbeln. Sobald der Verbrennungsmotor 114 läuft, kann die Steuerung 220 anfordern, dass der Verbrennungsmotor 114 bei einer Verbrennungsmotordrehzahl arbeitet, die ausreichend ist, um eine gewünschte Leistungsabgabe der elektrischen Maschine 226 und des zweiten Leistungswandlers 204 zu erzeugen, um den Leistungsbedarf zu decken.
Ist der Leistungsbedarf des Niederspannungsnetzes 166 kleiner oder gleich der Leistungsgrenze des Leistungswandlers 158 und ist der Leistungswandler 158 betriebsbereit, kann die Steuerung 220 nur den Leistungswandler 158 betreiben, um den Leistungsbedarf zu decken. Der Leistungswandler 158 kann betriebsbereit sein, wenn keine Bedingungen vorliegen, die die Übertragung von Strom durch den Leistungswandler 158 verhindern.
Die Leistungsabgabe des zweiten Leistungswandlers 204 kann auf eine Leistungsmenge geregelt werden, die der Unterschied zwischen dem Leistungsbedarf und der Leistungsgrenze des Leistungswandlers 158 ist. In manchen Konfigurationen kann die Leistungsabgabe auf eine vorgegebene Leistungsmenge geregelt werden. In anderen Konfigurationen kann die Leistungsabgabe des zweiten Leistungswandlers 204 dynamisch geändert werden, sodass die Leistung, die in die oder aus den Batterien 212, 214 fließt, unter einer vorgegebenen Schwelle liegt.
Unter manchen Bedingungen kann der Leistungswandler 158 nicht in der Lage sein, Strom vom Hochspannungsbus 154 zu übertragen. Beispielsweise kann der Leistungswandler 158 nicht betriebsbereit sein. Beispielsweise kann der Betrieb des Leistungswandlers 158 innere Schaltvorrichtungen dazu bringen, eine kritische Temperatur zu erreichen. Um die Schaltvorrichtungen zu schützen, können die Schaltvorrichtungen abgeschaltet werden, um eine weitere Verschlechterung zu verhindern. Die Schaltvorrichtungen können abgeschaltet werden, bis die Temperaturen unter eine vorgegebene Temperatur fallen. Der Leistungswandler 158 kann dauerhaft oder vorübergehend nicht dazu in der Lage sein, Strom zu übertragen. Als Reaktion darauf, dass Leistungswandler 158 nicht in der Lage ist, Strom zwischen dem Hochspannungsbus 154 und dem Niederspannungsstromnetz 166 zu übertragen, kann die Steuerung 220 dazu programmiert sein, die elektrische Maschine 226 zu betreiben, um Strom zu erzeugen. Die erzeugte Leistungsmenge kann unter dem Leistungsbedarf des Niederspannungsstromnetzes 166 und der Leistungsgrenze der elektrischen Maschine 226 liegen.
Die Steuerung 220 kann ferner dazu programmiert sein, die elektrische Maschine 226 zu betreiben, um als Reaktion auf die vorgegebenen elektrischen Verbraucher Strom zu erzeugen. Die vorgegebenen elektrischen Verbraucher kann selten verwendete elektrische Verbraucher einschließen, die dazu ausgelegt sind, hohe Leistungsbedarfe zu erfordern. Beispielsweise können die vorgegebenen elektrischen Verbraucher das Kühlgebläse des Verbrennungsmotors einschließen. Es kann erwartet werden, dass das Kühlgebläse des Verbrennungsmotors während starker Verbrennungsmotorverbraucher aktiviert werden kann, die selten auftreten.
3 stellt ein Ablaufdiagramm einer möglichen Abfolge von Vorgängen zum Umsetzen des Leistungsverteilungssystems dar. Die Vorgänge können in einer Steuerung (z. B. 220) umgesetzt sein. Bei Vorgang 302 werden Eingaben erfasst und überwacht. Beispielsweise können Statusinformationen vom Leistungswandler 158 empfangen werden, können Spannungen und Ströme von den Sensoren gemessen und gespeichert werden. Informationen zum Ermitteln des Leistungsbedarfs und der Leistungsgrenze können auf Grundlage der empfangenen und gemessen Eingaben empfangen und/oder berechnet werden. Der Leistungswandler 158 kann dazu ausgelegt sein, Statusinformationen zu übermitteln. Beispielsweise kann der Leistungswandler 158 Diagnosecodes übermitteln, die den Leistungswandler 158 zum Übertragen von Strom unfähig zu machen. Darüber hinaus kann der Leistungswandler 158 jegliche Informationen über die Leistungsgrenze übermitteln.
Bei Vorgang 304 kann eine Prüfung erfolgen, um zu ermitteln, ob der Leistungswandler 158 in der Lage ist, Strom zu übertragen. Beispielsweise kann der Leistungswandler 158 im Falle einer Störung nicht in der Lage sein, zu arbeiten, und kann der Leistungswandler 158 einen Diagnosecode oder einen Indikator, der die Bedingung anzeigt, senden. Wenn der Leistungswandler 158 nicht in der Lage ist, Strom zu übertragen, kann Vorgang 314 durchgeführt werden.
Wenn der Leistungswandler 158 als in der Lage ermittelt wird, Strom zu übertragen, dann kann Vorgang 306 durchgeführt werden. Bei Vorgang 306 kann der Leistungsbedarf des Niederspannungsstromnetzes 166 ermittelt werden. Der Leistungsbedarf kann durch Spannungs- und Strommessungen, wie hier zuvor beschrieben, ermittelt werden. Darüber hinaus können die Eingaben Status- und Betriebsinformationen hinsichtlich der elektrischen Verbraucher beinhalten. Bei Vorgang 308 kann die Leistungsgrenze des Leistungswandlers 158 ermittelt werden. Die Leistungsgrenze kann ein gespeicherter Wert sein. Die Leistungsgrenze kann eine Tabelle aus gespeicherten Werten sein, die nach einem Betriebsparameter (z. B. Temperatur) geordnet sind. Die Leistungsgrenze kann ein Wert sein, der vom Leistungswandler 158 empfangen wurde. Bei Vorgang 310 wird der Leistungsbedarf mit der Leistungsgrenze verglichen. Wenn der Leistungsbedarf kleiner oder gleich der Leistungsgrenze ist, dann kann der Vorgang 312 durchgeführt werden. Bei Vorgang 312 kann die elektrische Maschine 226 normal betrieben werden. Beispielsweise kann die elektrische Maschine 226 normal im Leerlauf sein. Das heißt, die elektrische Maschine 226 kann unter Umständen keinen Strom erzeugen oder nicht als ein Motor arbeiten. Ist der Strombedarf größer als die Leistungsgrenze, dann kann der Vorgang 314 durchgeführt werden.
Bei Vorgang 314 kann die elektrische Maschine 226 als ein Generator betrieben werden, um Strom für das Niederspannungsstromnetz 166 zu erzeugen. Der zweite Leistungswandler 204 kann gesteuert werden, um den Strom, der von der elektrischen Maschine 226 erzeugt wird, in eine Form umzuwandeln, die mit dem Niederspannungsstromnetz 166 kompatibel ist. Bei Vorgang 316 kann die Steuerung die Leistungsabgabe der elektrischen Maschine 226 durch Steuern des zweiten Leistungswandlers 204 steuern. Beispielsweise kann die elektrische Maschine 226 gesteuert werden, um eine Leistungsmenge abzugeben, die der Unterschied zwischen dem Leistungsbedarf und der Leistungsgrenze ist. Die Leistung kann durch Steuern der Spannung und/oder des Stroms gesteuert werden, die und/oder der dem Niederspannungsstromnetz 166 zu geführt werden. Bei Vorgang 318 kann die Steuerung den Verbrennungsmotor 114 steuern. Das Steuern des Verbrennungsmotors 114 kann Steuern der Drehzahl des Verbrennungsmotors einschließen, sodass die elektrische Maschine 226 eine ausreichende Leistungsmenge erzeugen kann. Das Steuern des Verbrennungsmotors 114 kann außerdem Starten des Verbrennungsmotors 114 beinhalten, wenn sich der Verbrennungsmotor 114 in einem nicht laufenden Zustand befindet.
Der Betrieb der elektrischen Maschine 226 zur Erzeugung von Energie bietet mehrere Vorteile. Der Leistungswandler 158 kann für nominelle Leistungsbedarfe an das Niederspannungsstromnetz 166 bemessen sein. Die elektrische Maschine 226 und der zweite Leistungswandler 204 können den Leistungswandler 158 während Spitzenleistungsbedarfen ergänzen. Durch Bemessen des Leistungswandlers 158 für nominelle Leistungsbedarfe anstelle von Spitzenleistungsbedarfen können die Kosten für den Leistungswandler 158 verringert werden. Darüber hinaus stellen die elektrische Maschine 226 und der zweite Leistungswandler 204 ein sekundäres Mittel zum Versorgen des Niederspannungsstromnetzes 166 mit Strom bereit, wenn der Leistungswandler 158 nicht in der Lage ist, Strom zu übertragen. Beispielsweise kann etwas Strom für das Niederspannungsstromnetz 166 im Falle eines nicht betriebsbereiten Leistungswandlers 158 bereitgestellt werden. In solche Fällen kann der Verbrennungsmotor 114 weiterlaufen, um die elektrische Maschine 226 mit Strom zu versorgen.
Die hier offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/davon umgesetzt werden, die/der eine bereits bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dedizierte elektronische Steuereinheit beinhalten kann. In ähnlicher Weise können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert werden, die von einer Steuerung oder einem Computer in vielen Formen, darunter unter anderem Informationen, die permanent auf nicht beschreibbaren Speichermedien, wie etwa ROM-Vorrichtungen, gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien, wie etwa Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Vorrichtungen und sonstigen magnetischen und optischen Medien, gespeichert sind, ausführbar sind. Die Prozesse, Verfahren und Algorithmen können ferner in einem von Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten, wie zum Beispiel anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Auslegungen (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderer Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten, ausgeführt sein.
Obwohl vorstehend Ausführungsbeispiele beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen nicht alle möglichen Formen beschreiben, welche durch die Ansprüche umfasst werden. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende Ausdrücke als einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen auszubilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder dargestellt sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängig sind. Zu diesen Attributen gehören u. a. Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. Daher liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen aus dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Fahrzeug, umfassend: eine erste elektrische Maschine, die zum Erzeugen von Niederspannungsleistung ausgelegt ist; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion auf einen Niederspannungsleistungsbedarf, der eine Grenze eines Leistungswandlers übersteigt, der dazu ausgelegt ist, Hochspannungsleistung, die von einer zweiten elektrischen Maschine erzeugt wird, in Niederspannungsleistung umzuwandeln, die erste elektrische Maschine und den Leistungswandler zu betreiben, um den Bedarf zu decken, und andernfalls, als Reaktion darauf, dass der Leistungswandler betriebsbereit ist, nur den Leistungswandler zu betreiben, um den Bedarf zu decken.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, die erste elektrische Maschine zu betreiben, um eine Leistungsmenge zu erzeugen, die ein Unterschied zwischen dem Bedarf und der Grenze ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass der Bedarf die Grenze übersteigt und ein Verbrennungsmotor, der mit der ersten elektrischen Maschine verbunden ist, gestoppt wird, die erste elektrische Maschine zu betreiben, um den Verbrennungsmotor anzukurbeln.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, einen Verbrennungsmotor, der mit der ersten elektrischen Maschine verbunden ist, bei einer Drehzahl, die mindestens eine vorgegebene Drehzahl ist, die dazu ausgelegt ist, die erste elektrische Maschine dazu zu veranlassen, eine Leistungsmenge zu erzeugen, um den Bedarf zu decken.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei eine Summe der Grenze und einer Leistungskapazität der ersten elektrischen Maschine mindestens gleich einer höchstmöglichen Niederspannungsleistung ist.
Verfahren, umfassend: Umwandeln durch einen Leistungswandler von Hochspannungsleistung, die von einer ersten elektrischen Maschine erzeugt wird, in Niederspannungsleistung; Betreiben nur des Leistungswandlers und einer zweiten elektrischen Maschine, die dazu ausgelegt ist, Niederspannungsleistung als Reaktion darauf zu erzeugen, dass eine Niederspannungsleistungsbedarf eine Grenze des Leistungswandlers übersteigt; und Betreiben nur des Leistungswandlers, um den Bedarf anders zu decken, als Reaktion darauf, dass der Leistungswandler betriebsbereit ist.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend das Betreiben der zweiten elektrischen Maschine zum Ankurbeln eines Verbrennungsmotors, der mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist, als Reaktion darauf, dass der Bedarf die Grenze übersteigt und der Verbrennungsmotor gestoppt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend das Betreiben nur der zweiten elektrischen Maschine, um Niederspannungsleistung als Reaktion darauf zu erzeugen, dass der Leistungswandler nicht in der Lage ist, Hochspannungsleistung in Niederspannungsleistung umzuwandeln.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine Leistungsmenge, die von der zweiten elektrischen Maschine erzeugt wird, unter dem Niederspannungsleistungsbedarf und einer Leistungsgrenze der zweiten elektrischen Maschine liegt.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Betreiben eines Verbrennungsmotors, der mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist, bei einer Drehzahl, die mindestens eine vorgegebene Drehzahl ist, die dazu ausgelegt ist, die zweite elektrische Maschine dazu zu veranlassen, um eine Menge an Niederspannungsleistung zu erzeugen, um den Bedarf zu decken.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend das Ankurbeln eines Verbrennungsmotors, der mit der zweiten elektrischen Maschine verbunden ist, als Reaktion darauf, dass der Verbrennungsmotor gestoppt wird.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Grenze unter einem höchstmöglichen Niederspannungsleistungsbedarf liegt.
Fahrzeug, umfassend: eine erste elektrische Maschine, die zum Erzeugen von Niederspannungsleistung ausgelegt ist; und einen Leistungswandler der dazu ausgelegt, Hochspannungsleistung, die von einer zweiten elektrischen Maschine erzeugt wird, in Niederspannungsleistung umzuwandeln; und eine Steuerung, die dazu programmiert ist, als Reaktion darauf, dass der Leistungswandler nicht in der Lage ist, Hochspannungsleistung in Niederspannungsleistung umzuwandeln, die erste elektrische Maschine zu betreiben, um eine Leistungsmenge zu erzeugen, um einen Niederspannungsleistungsbedarf zu decken.
Fahrzeug nach Anspruch 13, wobei die Steuerung ferner dazu programmiert ist, die erste elektrische Maschine zu betreiben, um die Leistungsmenge zu erzeugen, die unter dem Niederspannungsleistungsbedarf und einer Leistungsgrenze der ersten elektrischen Maschine liegt.
Fahrzeug nach Anspruch 13, wobei das Betreiben der ersten elektrischen Maschine Betreiben eines Verbrennungsmotor einschließt, der dazu ausgelegt ist, die erste elektrische Maschine bei einer Drehzahl anzutreiben, die mindestens eine vorgegebene Drehzahl ist, die dazu ausgelegt ist, die erste elektrische Maschine dazu zu veranlassen, die Leistungsmenge zu erzeugen.