-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Plug-In-Hybridfahrzeug mit einem mittels wenigstens eines Abgasturboladers aufladbaren Verbrennungsmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Plug-In-Hybridfahrzeuge, auch als Steckdosenhybridfahrzeuge bezeichnet, sind Hybridfahrzeuge, die in an sich bekannter Weise von einem Verbrennungsmotor, der beispielsweise nach dem Diesel-, Otto- oder Miller-Kreisprozess arbeitet, und/oder wenigstens einer Elektromaschine (auch als Traktionsmaschine bezeichnet) antreibbar sind. Zum Antrieb des Hybridfahrzeugs wird die Elektromaschine in einer Motorbetriebsart mit elektrischer Energie aus einem elektrischen Energiespeicher, beispielsweise einem aufladbaren Hochleistungs-/Hochvolt-Akkumulator (hierin auch als Hochleistungs-/Hochvoltbatterie bezeichnet), versorgt. Allgemein kann die Elektromaschine auch in einer Rekuperations- bzw. Generatorbetriebsart betrieben werden, bei der sie beispielsweise bei einem Bremsvorgang des Hybridfahrzeugs dessen kinetische Energie zumindest teilweise in elektrische Energie umwandelt und diese in den elektrischen Energiespeicher zurückspeist, um ihn hierdurch aufzuladen. Zusätzlich kann der elektrische Energiespeicher bei einem Plug-In-Hybridfahrzeug auch über ein fahrzeugexternes Stromnetz geladen werden. Hierzu weist das Plug-In-Hybridfahrzeug einen Ladestecker auf, mit dem die elektrische Verbindung zwischen dem fahrzeugexternen Stromnetz und dem elektrischen Energiespeicher im Hybridfahrzeug herstellbar ist.
-
Ferner sind unterschiedliche Arten bekannt, wie der Verbrennungsmotor und die wenigstens eine Elektromaschine ihre Antriebsleistung an die angetriebenen Räder des Hybridfahrzeugs abgeben, zum Beispiel serieller oder paralleler Hybridantrieb, wobei unterschiedliche Bauarten des Parallelhybridantriebsstrangs nach der Position der Elektromaschine im Hybridantriebsstrang bekanntermaßen mit P1 bis P4 angegeben werden. Diese unterschiedlichen Auslegungen des Hybridantriebsstrangs sind alle wohlbekannt und werden daher hierin nicht weiter erläutert.
-
Zur elektrischen Steuerung der Elektromaschine im Motorbetrieb und/oder Generatorbetrieb ist diese allgemein über eine elektronische Steuereinheit mit dem elektrischen Energiespeicher elektrisch verbunden. Die elektronische Steuereinheit weist in der Regel einen elektronischen Hochleistungs-Schaltkreis auf, zum Beispiel einen Inverter, der dazu ausgebildet ist, eine von dem elektrischen Energiespeicher zur Verfügung gestellte Gleichspannung während der Motorbetriebsart der zum Beispiel als Wechselstrommaschine ausgeführten Elektromaschine in eine für ihren Antrieb verwendbare Wechselspannung zu wandeln und in einer Generatorbetriebsart der Elektromaschine die von dieser erzeugte Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln, die anschließend dem elektrischen Energiespeicher zugeführt werden kann, um diesen aufzuladen. Der genaue Aufbau und die Wirkungsweise einer solchen elektronischen Steuereinheit sind ebenfalls wohlbekannt und werden daher hierin nicht weiter erläutert.
-
Um das Plug-In-Hybridfahrzeug zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers über das externe Stromnetz nicht mit einem eigenen, zusätzlichen elektrischen Ladegerät ausstatten zu müssen, ist es weiterhin bekannt, zum Aufladen des elektrischen Energiespeichers aus dem externen Stromnetz die bereits im Hybridfahrzeug vorhandene elektronische Steuereinheit zur Ansteuerung der Elektromaschine zu nutzen. Die Wechselspannung des externen Stromnetzes wird hierzu auf der Wechselspannungsseite der Steuereinheit bzw. des Inverters in das Plug-In-Hybridfahrzeug eingespeist, von dem Inverter in Gleichspannung umgewandelt und anschließend dem elektrischen Energiespeicher des Hybridfahrzeugs zugeführt.
-
-
Weiterhin ist es beispielsweise aus der
US 2015/0120108 A1 bekannt, in einem Plug-In-Hybridfahrzeug einen Verbrennungsmotor mittels eines Abgasturboladers aufzuladen, wobei der Abgasturbolader zusätzlich auch über eine Elektromaschine, die entweder eine zum Antrieb des Fahrzeugs eingesetzte Elektromaschine (Traktionsmaschine) oder eine zweite, zusätzliche Elektromaschine sein kann, antreibbar ist. Die den Abgasturbolader antreibende Elektromaschine wird mit elektrischer Energie aus einem elektrischen Energiespeicher des Plug-In-Hybridfahrzeugs gespeist.
-
Bei einem aus dem Stand der Technik bekannten Ladevorgang des elektrischen Energiespeichers aus dem externen Stromnetz, insbesondere bei einer Einspeisung eines dreiphasigen Wechselstroms aus dem fahrzeugexternen Stromnetz an der Wechselspannungsseite des Inverters eines herkömmlichen Plug-In-Hybridfahrzeugs, wird in der ebenfalls mit der Wechselspannungsseite des Inverters elektrisch verbundenen Elektromaschine (Traktionsmaschine) ein Drehmoment am Rotor der Elektromaschine erzeugt. Daher müssen bei einem solchen Ladevorgang zusätzliche Schutzmaßnahmen getroffen werden, um einen ungewollten Antrieb des Hybridfahrzeugs sicher zu verhindern. Beispielsweise kann die Elektromaschine während des Ladevorgangs aus dem fahrzeugexternen Stromnetz elektrisch von der elektronischen Steuereinheit bzw. dem Inverter getrennt werden, zum Beispiel über entsprechend in dem Hybridfahrzeug vorzusehende elektrische Schalter, oder der Rotor der Elektromaschine kann während des vorerwähnten Ladebetriebs mittels einer speziellen Sperrvorrichtung daran gehindert werden, sich zu drehen. In jedem Fall führen derartige Schutzmaßnahmen zu einem komplexeren Aufbau, einem höheren Gewicht und nicht zuletzt zu einer Verteuerung des Hybrid-Fahrzeugs.
-
Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Hybridfahrzeug, insbesondere ein Plug-In-Hybridfahrzeug, bereitzustellen, bei dem eine Aufladung eines elektrischen Energiespeichers im Hybridfahrzeug aus einem mit dem Fahrzeug elektrisch verbundenen fahrzeugexternen Stromnetz ohne die zuvor erwähnten Sicherheitsmaßnahmen bezüglich einer Traktionsmaschine durchführbar ist, wobei die Sicherheit bezüglich einer unbeabsichtigten Fortbewegung des Hybridfahrzeugs während des Ladevorgangs jederzeit gewährleistet sein soll. Darüber hinaus soll das Hybridfahrzeug einen einfacheren, kompakteren und kostengünstigeren Aufbau ermöglichen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Plug-In-Hybridfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung offenbaren die Unteransprüche.
-
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
-
Erfindungsgemäß weist ein Plug-In-Hybridfahrzeug einen Verbrennungsmotor auf, mit dem wenigstens ein angetriebenes Rad des Hybridfahrzeugs verbrennungsmotorisch antreibbar ist. Ferner weist das Plug-In-Hybridfahrzeug wenigstens einen Abgasturbolader auf, der vom Abgas des Verbrennungsmotors antreibbar ist und dazu ausgebildet ist, den Verbrennungsmotor während seines verbrennungsmotorischen Betriebs aufzuladen. Weiterhin weist das Plug-In-Hybridfahrzeug wenigstens eine erste Elektromaschine auf, mit der in einer Motorbetriebsart der ersten Elektromaschine wenigstens ein angetriebenes Rad des Hybridfahrzeugs elektromotorisch antreibbar ist (hierin auch als Traktionsmaschine bezeichnet). Das von der ersten Elektromaschine antreibbare Rad des Hybridfahrzeugs kann dasselbe Rad sein, das von dem Verbrennungsmotor antreibbar ist. Es kann sich jedoch auch um unterschiedliche Räder handeln. Die unterschiedlichen Möglichkeiten zur Kraftübertragung sowohl von dem Verbrennungsmotor als auch von der ersten Elektromaschine auf das bzw. die angetriebenen Räder des Hybridfahrzeugs sind hinlänglich bekannt und werden daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert, zumal sie für die vorliegende Erfindung auch nicht wesentlich sind.
-
Des Weiteren weist das erfindungsgemäße Plug-In-Hybridfahrzeug wenigstens einen elektrischen, aufladbaren Energiespeicher auf, der die erste Elektromaschine in ihrer Motorbetriebsart mit elektrischer Energie versorgt. Hierbei ist zwischen die erste Elektromaschine und den elektrischen Energiespeicher wenigstens eine erste elektronische Steuereinheit geschaltet. Die erste elektronische Steuereinheit dient der Steuerung und elektrischen Versorgung der ersten Elektromaschine.
-
Des Weiteren weist das erfindungsgemäße Plug-In-Hybridfahrzeug einen elektrischen Ladesteckverbinder auf, der in elektrischer Verbindung mit dem wenigstens einen elektrischen Energiespeicher des Hybridfahrzeugs steht und mit einem fahrzeugexternen elektrischen Stromnetz elektrisch verbindbar ist und während eines Ladebetriebs mit diesem verbunden ist, so dass dem elektrischen Energiespeicher während des Ladebetriebs aus dem fahrzeugexternen Stromnetz elektrische Energie zugeführt werden kann, um diesen aufzuladen.
-
Weiterhin weist das erfindungsgemäße Plug-In-Hybridfahrzeug eine zweite Elektromaschine auf, die mit dem Abgasturbolader drehmomentübertragend koppelbar ist, um den Abgasturbolader in einer Motorbetriebsart der zweiten Elektromaschine mechanisch anzutreiben.
-
Erfindungsgemäß versorgt der elektrische Energiespeicher ebenso die zweite Elektromaschine in ihrer Motorbetriebsart mit elektrischer Energie, wobei zwischen die zweite Elektromaschine und den elektrischen Energiespeicher wenigstens eine zweite elektronische Steuereinheit zur Steuerung und elektrischen Versorgung der zweiten Elektromaschine geschaltet ist.
-
Ferner ist bei dem erfindungsgemäßen Plug-In-Hybridfahrzeug der Ladesteckverbinder elektrisch mit der zweiten elektronischen Steuereinheit verbunden.
-
Das erfindungsgemäße Plug-In-Hybridfahrzeug bietet den wesentlichen Vorteil, dass die Aufladung des elektrischen Energiespeichers aus dem mit dem Hybridfahrzeug elektrisch verbundenen fahrzeugexternen Stromnetz durchführbar ist, ohne zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen an der wenigstens einen elektrischen Traktionsmaschine des Hybridfahrzeugs während des Ladebetriebs treffen zu müssen. Da die Einspeisung der von dem fahrzeugexternen Stromnetz über den Ladesteckverbinder zugeführten elektrischen Energie erfindungsgemäß an der zweiten elektronischen Steuereinheit erfolgt, die wiederum elektrisch mit der zweiten Elektromaschine verbunden ist, kann die Energieeinspeisung zwar die Erzeugung eines Drehmoments an einem Rotor der zweiten Elektromaschine hervorrufen, das wiederum zum Antrieb bzw. zur Rotation des mit der zweiten Elektromaschine mechanisch gekoppelten Abgasturboladers führt, jedoch hat der sich drehende Abgasturbolader während dieses Ladevorgangs keine negativen Auswirkungen auf den Verbrennungsmotor und kann somit hingenommen werden. Die Sicherheit bezüglich einer unbeabsichtigten Fortbewegung des erfindungsgemäßen Plug-In-Hybridfahrzeugs während des Ladevorgangs aus dem fahrzeugexternen Stromnetz ist somit jederzeit gewährleistet.
-
Da der elektrisch betreibbare Abgasturbolader ohnehin im Plug-In-Hybridfahrzeug vorgesehen ist, um zum Beispiel die Abgaswerte des Verbrennungsmotors insbesondere im Hinblick auf die Einhaltung heutiger und zukünftiger CO2-Ausstoßgrenzwerte sowie die Leistung des Verbrennungsmotors auch in einem niedrigen Drehzahlbereich zu verbessern, sind zur Realisierung der vorgeschlagenen Ladestrategie für das erfindungsgemäße Plug-In-Hybridfahrzeug keine zusätzlichen Bauteile erforderlich. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau und verringert zusätzlich die Herstellungskosten des Plug-In-Hybridfahrzeugs.
-
Zur Steuerung und elektrischen Versorgung der ersten Elektromaschine kann die erste elektronische Steuereinheit einen Inverter (hierin auch als erster Inverter bezeichnet) aufweisen, der dazu ausgebildet ist, die von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellte elektrische Energieform in eine von der ersten Elektromaschine in ihrer Motorbetriebsart benötigte elektrische Energieform umzuwandeln.
-
Die erste elektronische Steuereinheit bzw. der erste Inverter kann/können ebenso dazu ausgebildet sein, eine von der ersten Elektromaschine in einer Generator- bzw. Rekuperationsbetriebsart erzeugte elektrische Energieform in die von dem elektrischen Energiespeicher verwendbare Energieform umzuwandeln, um den elektrischen Energiespeicher hierdurch während eines Fahrbetriebs des Hybridfahrzeugs aufzuladen. Die erste elektronische Steuereinheit kann in diesem Fall ebenso dazu ausgebildet sein, die erste Elektromaschine in ihrer Generatorbetriebsart zu steuern.
-
Gewöhnlich ist die von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellte bzw. bei einer Aufladung benötigte Energieform eine elektrische Gleichspannungsenergie, wohingegen die von der ersten Elektromaschine im Motorbetrieb und im Generatorbetrieb benötigte bzw. erzeugte Energieform bevorzugt eine elektrische Wechselspannungsenergie ist. Mit anderen Worten ist die erste elektronische Steuereinheit bzw. der erste Inverter dazu ausgebildet, Gleichspannung in Wechselspannung (Motorbetrieb) und gegebenenfalls auch Wechselspannung in Gleichspannung (Generatorbetrieb) umzuwandeln.
-
Bevorzugt ist der erste Inverter aus einem Hochleistungsschaltkreis gebildet, der besonders bevorzugt Hochleistungshalbleiterbauelemente wie Transistoren als elektrische Schaltelemente aufweist. Der genaue Aufbau eines solchen Inverters ist allgemein bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert.
-
Die mechanische Kopplung zwischen der zweiten Elektromaschine und dem Abgasturbolader besteht in einer bevorzugten, da kompakten, leichten und einfachen Bauweise der Einheit aus Abgasturbolader und zweiter Elektromaschine dauerhaft. Sie könnte jedoch auch über eine schaltbare Kupplung bedarfsweise hergestellt werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Ladesteckverbinder elektrisch mit maschinenseitigen, mit der zweiten Elektromaschine elektrisch verbundenen Anschlüssen der zweiten elektronischen Steuereinheit verbunden.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zweite elektronische Steuereinheit wenigstens einen Inverter (hierin zur Abgrenzung von dem oben erwähnten ersten Inverter der ersten elektronischen Steuereinheit auch als zweiter Inverter bezeichnet) aufweist, der zur Umwandlung einer von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellten elektrischen Energieform in eine von der zweiten Elektromaschine in ihrer Motorbetriebsart benötigte elektrische Energieform ausgebildet ist.
-
Ebenso kann die zweite elektronische Steuereinheit, insbesondere der zweite Inverter, dazu ausgebildet sein, eine von der zweiten Elektromaschine in einer Generatorbetriebsart erzeugte elektrische Energieform in die von dem elektrischen Energiespeicher verwendbare Energieform umzuwandeln, um den elektrischen Energiespeicher auf diese Weise ebenfalls aufzuladen. Beispielsweise kann die als Generator betriebene zweite Elektromaschine den Abgasturbolader bei Erreichen eines bestimmten Ladedrucks abbremsen, so dass beispielsweise die Verwendung eines allgemein bekannten Blow-Off-Ventils oder „Wastegate“ bei einem zu hohen Ladedruck vermieden werden kann und die hierbei ansonsten verlorene Energie stattdessen durch die zweite Elektromaschine rekuperiert und als elektrische Energie in den elektrischen Energiespeicher zurückgespeist werden kann. Die zweite elektronische Steuereinheit kann in diesem Fall ebenso dazu ausgebildet sein, die zweite Elektromaschine in ihrer Generatorbetriebsart zu steuern.
-
Eine noch weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die zweite elektronische Steuereinheit einen Inverter aufweist, der zur Umwandlung der über den Ladesteckverbinder eingespeisten elektrischen Energieform in die von dem elektrischen Energiespeicher benötigte elektrische Energieform ausgebildet ist.
-
In besonders bevorzugter Weise ist die zweite elektronische Steuereinheit mit einem Inverter (zweiter Inverter) ausgestattet, der zur Umwandlung der von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellten elektrischen Energieform in die von der zweiten Elektromaschine in ihrer Motorbetriebsart benötigte elektrische Energieform und zur Umwandlung der über den Ladesteckverbinder eingespeisten elektrischen Energieform in die von dem elektrischen Energiespeicher benötigte elektrische Energieform sowie auch zur Umwandlung der von der zweiten Elektromaschine in ihrer Generatorbetriebsart erzeugten elektrischen Energieform in die von dem elektrischen Energiespeicher verwendbare Energieform ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist der zweite Inverter vorzugsweise durch eine einzige Baueinheit gebildet.
-
Bevorzugt ist der zweite Inverter aus einem Hochleistungsschaltkreis gebildet, der besonders bevorzugt Hochleistungshalbleiterbauelemente wie Transistoren als elektrische Schaltelemente aufweist. Der genaue Aufbau eines solchen Inverters ist allgemein bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert.
-
Prinzipiell kann die zweite elektronische Steuereinheit ähnlich aufgebaut sein wie die erste elektronische Steuereinheit, wobei sie jedoch bevorzugt an die Nennleistung der zweiten Elektromaschine angepasst ist, die sich von der Nennleistung der ersten Elektromaschine unterscheiden kann.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der elektrische Energiespeicher ein Hochvoltspeicher, insbesondere eine Hochvoltbatterie, mit einer Nennspannung von wenigstens 320 V. Die Verwendung einer derartigen Hochspannung zur elektrischen Versorgung der ersten und/oder zweiten Elektromaschine führt zu einem höheren Wirkungsgrad und zu einer größeren elektrischen Leistungsdichte, das heißt zu einem geringeren Bauvolumen, der verwendeten Elektromaschinen und deren zugehörigen elektronischen Steuereinheiten. Dies kommt insbesondere der elektrisch betreibbaren Turboladereinheit zu Gute, die den Abgasturbolader, die diesen mechanisch antreibende zweite Elektromaschine sowie die zu ihrer Steuerung und elektrischen Versorgung dienende zweite elektronische Steuereinheit beinhaltet.
-
Des Weiteren ermöglicht eine Auslegung der zweiten Elektromaschine sowie der zweiten elektronischen Steuereinheit auf die von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellte Hochspannung das Laden des elektrischen Energiespeichers nach den allgemein bekannten Level 1- und Level 2-Standards oder sogar nach Level 3-Standard je nach der Dauerleistungsfähigkeit der zweiten elektronischen Steuereinheit bzw. der zweiten Inverterelektronik.
-
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Elektromaschine eine dreiphasige Wechselstrommaschine, bei der jede Phase von der zweiten elektronischen Steuereinheit separat angesteuert ist. Mit anderen Worten ist die zweite elektronische Steuereinheit in diesem Fall ausgebildet, eine von dem elektrischen Energiespeicher bereitgestellte Gleichspannung in eine für die zweite Elektromaschine benötigte dreiphasige Wechselspannung umzuwandeln sowie eine maschinenseitige dreiphasige Wechselspannung in die von dem elektrischen Energiespeicher verwendbare Gleichspannung.
-
Die zweite Elektromaschine kann zum Beispiel eine Permanentmagnet-Synchronmaschine, eine Drehstrom-Asynchronmaschine oder eine geschaltete Reluktanzmaschine sein, die besonders bevorzugte Ausführungen der zweiten Elektromaschine darstellen.
-
Eine noch weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Ladesteckverbinder ein dreiphasiger Ladesteckverbinder ist, der zur elektrischen Verbindung mit einem fahrzeugexternen dreiphasigen Wechselstromnetz ausgebildet ist. In Kombination mit der zweiten elektronischen Steuereinheit, die zur Ansteuerung und elektrischen Versorgung einer als dreiphasige Wechselstrommaschine ausgebildeten zweiten Elektromaschine eingerichtet ist, lässt sich das Laden des elektrischen Energiespeichers direkt dreiphasig durchführen, wodurch sich höhere Ladeleistungen erzielen lassen.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Hybridfahrzeug eine Abgasrückführungseinrichtung auf, die ein steuerbares Abgasrückführungsventil beinhaltet, mit dem die Rückführung des von dem Verbrennungsmotor erzeugten Abgases von einer Auslassseite des Verbrennungsmotors zu einer Einlassseite des Verbrennungsmotors in an sich bekannter Weise steuerbar ist. Der Abgasturbolader ist in herkömmlicher Weise ebenfalls sowohl auslassseitig mittels einer Turbine als auch einlassseitig mittels eines Verdichters mit dem Verbrennungsmotor fluidleitend verbunden. Wenn nun während des Ladevorgangs des elektrischen Energiespeichers über ein an dem Ladesteckverbinder angeschlossenes dreiphasiges, fahrzeugexternes Wechselstromnetz in der zweiten Elektromaschine infolge des maschinenseitig eingespeisten Dreiphasenwechselstroms ein Drehmoment erzeugt wird und infolgedessen der Abgasturbolader in Rotation versetzt wird, kann in vorteilhafter Weise das Abgasrückführungsventil der Abgasrückführungseinrichtung geöffnet werden, so dass der von dem Abgasturbolader bei höheren Drehzahlen an der Einlassseite des Verbrennungsmotors hierbei erzeugte Ladeluftdruck über das geöffnete Abgasrückführungsventil durch die Abgasrückführungseinrichtung ungehindert entweichen kann und somit ein Luftstau zwischen dem Verdichter des Abgasturboladers und der Einlassseite des Verbrennungsmotors vermieden wird.
-
Eine noch weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Abgasturbolader, die zum Antrieb des Abgasturboladers mit diesem mechanisch gekoppelte zweite Elektromaschine und die die zweite Elektromaschine steuernde und mit elektrischer Energie versorgende zweite elektronische Steuereinheit eine elektrische Turboladereinheit bilden, wobei das Plug-In-Hybridfahrzeug wenigstens zwei dieser Turboladereinheiten aufweist, deren jeweiligen zweiten elektronischen Steuereinheiten elektrisch miteinander verbindbar sind und während des Ladebetriebs elektrisch miteinander verbunden sind. Hierdurch lässt sich die mögliche Ladeleistung des Plug-In-Hybridfahrzeugs noch weiter steigern. Die zweiten elektronischen Steuereinheiten können beispielsweise mittels entsprechender elektrischer Schaltvorrichtungen in einer elektrischen Parallelschaltung bedarfsweise miteinander verbunden werden.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung nicht einschränkend zu verstehender Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert wird. In dieser Zeichnung zeigen schematisch:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Plug-In-Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung und
- 2 ein elektrisches Schaltbild einer elektrischen Turboladereinheit des Plug-In-Hybridfahrzeugs aus 1.
-
In den unterschiedlichen Figuren sind hinsichtlich ihrer Funktion gleichwertige Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so dass diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
-
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel eines zweispurigen Plug-In-Hybridfahrzeugs 1 gemäß der Erfindung. Wie zu erkennen ist, weist das Hybridfahrzeug 1 einen Verbrennungsmotor 2 auf, der beispielsweise nach dem Diesel-, Otto- oder Miller-Kreisprozess arbeiten kann. Mit dem Verbrennungsmotor 2 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel des Hybridfahrzeugs 1 zwei angetriebene Räder 3 des Hybridfahrzeugs 1 verbrennungsmotorisch antreibbar. Die Anzahl der angetriebenen Räder 3 ist nicht auf das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel des Hybridfahrzeugs 1 beschränkt. Der Verbrennungsmotor 2 kann auch weniger als zwei Räder 3 oder mehr als zwei Räder 3 antreiben.
-
Der Verbrennungsmotor 2 ist außerdem mittels eines vom Abgas des Verbrennungsmotors 2 antreibbaren Abgasturboladers 4 aufladbar, wie in 1 zu erkennen ist. Hierzu weist der Abgasturbolader 4 in an sich bekannter Weise eine Turbine 5 auf, die in einer vom Verbrennungsmotor 2 während seines verbrennungsmotorischen Betriebs erzeugten Abgasströmung angeordnet und von dieser antreibbar ist. Hierzu wird das vom Verbrennungsmotor 2 erzeugte Abgas von einem Auslasskrümmer 5 des Verbrennungsmotors 2 zur Turbine 5 des Turboladers 4 geleitet und anschließend weiter in einen nicht näher dargestellten Abgastrakt 7 des Hybridfahrzeugs 1.
-
Die Turbine 5 ist in an sich bekannter Weise über eine Verbindungswelle drehfest mit einem Verdichter 8 des Abgasturboladers 4 verbunden, so dass eine durch die Abgasströmung verursachte Rotation der Turbine 5 ebenfalls eine Rotation des Verdichters 8 hervorruft und dieser infolgedessen Ansaugluft aus einem nicht näher dargestellten Ansaugtrakt 9 ansaugt und komprimiert zu einem Einlasskrümmer 10 des Verbrennungsmotors 2 leitet. Die Funktionsweise eines derartigen Abgasturboladers 4 ist wohlbekannt und wird daher an dieser Stelle nicht weiter erläutert.
-
Das in 1 dargestellte Hybridfahrzeug 1 weist ferner eine erste Elektromaschine 11 auf, mit der in einer Motorbetriebsart der ersten Elektromaschine 11 die beiden angetriebenen Räder 3 des Hybridfahrzeugs 1 elektromotorisch antreibbar sind. Die erste Elektromaschine 11 kann daher auch als Traktionsmaschine 11 bezeichnet werden. Bei dem dargestellten Hybridfahrzeug 1 treiben sowohl die erste Elektromaschine 11 als auch der Verbrennungsmotor 2 dieselben Räder 3 an. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die von dem Verbrennungsmotor 2 angetriebenen Räder des Hybridfahrzeugs 1 können sich von den durch die erste Elektromaschine 11 angetriebenen Rädern des Hybridfahrzeugs 1 unterscheiden. Zur Überlagerung der Antriebskräfte des Verbrennungsmotors 2 und der ersten Elektromaschine 11 und zur Abgabe dieser an die angetriebenen Räder 3 ist ein Getriebe 12 vorgesehen, das zum Beispiel als herkömmlicher Leistungsverzweiger fungieren kann oder eine an sich bekannte P1- oder P2-Antriebsstranganordnung des Hybridfahrzeugs 1 darstellen kann.
-
Des Weiteren weist das in 1 dargestellte Hybridfahrzeug 1 einen elektrischen, aufladbaren Energiespeicher 13 auf, der hier als Hochvoltbatterie mit einer Nennspannung größer oder gleich 320 V ausgeführt ist. Die Hochvoltbatterie 13 ist elektrisch mit der Traktionsmaschine 11 verbunden, um diese in ihrer Motorbetriebsart mit elektrischer Energie zu versorgen.
-
Außerdem ist 1 zu entnehmen, dass zwischen die Traktionsmaschine 11 und die Hochvoltbatterie 13 eine erste elektronische Steuereinheit 14 mit einem ersten Inverter 15 geschaltet ist. Die Steuereinheit 14 ist dazu ausgebildet, die Traktionsmaschine 11 zu steuern und während ihres Motorbetriebs mit elektrischer Energie aus der Hochvoltbatterie 13 zu versorgen, wobei der erste Inverter 15 hierbei die Funktion eines elektrischen Wandlers zwischen der von der Hochvoltbatterie 13 zur Verfügung gestellten Gleichspannung und der von der Traktionsmaschine 11 in ihrer Motorbetriebsart benötigten Wechselspannung übernimmt. Insbesondere ist die Traktionsmaschine 11 des Hybridfahrzeugs 1 als Dreiphasen-Wechselstrommaschine ausgebildet. Der Inverter 15 kann auch als DC-AC-Wandler bezeichnet werden.
-
Obwohl an dieser Stelle nicht näher darauf eingegangen werden soll, kann der Inverter 15 ebenso zur Wandlung einer an der Wechselspannungsseite der ersten Steuereinheit 14 anliegenden Wechselspannung in eine an der Gleichspannungsseite der Steuereinheit 14 abgegebene Gleichspannung ausgebildet sein, um zum Beispiel die Hochvoltbatterie 13 in einem Rekuperations- bzw. Generatorbetrieb der Traktionsmaschine 11 während eines Fahrbetriebs des Hybridfahrzeugs 1 laden zu können. In diesem Fall kann der erste Inverter 15 auch als AC-DC-Wandler bezeichnet werden.
-
In 1 ist weiterhin ein elektrischer Ladesteckverbinder 16 des Hybridfahrzeugs 1 gezeigt, der in elektrischer Verbindung mit der Hochvoltbatterie 13 steht und mit einem fahrzeugexternen elektrischen Stromnetz (nicht näher dargestellt) elektrisch verbindbar ist, so dass der Hochvoltbatterie 13 des Plug-In-Hybridfahrzeugs 1 während eines Ladebetriebs aus dem fahrzeugexternen Stromnetz elektrische Energie zugeführt werden kann, um diese aufzuladen.
-
Bei dem in 1 dargestellten Hybridfahrzeug 1 ist der Ladesteckverbinder 16 als dreiphasiger Ladesteckverbinder ausgebildet, der zur elektrischen Verbindung mit einem fahrzeugexternen dreiphasigen Wechselstromnetz geeignet ist.
-
Wie 1 weiterhin zu entnehmen ist, ist mit dem Abgasturbolader 4 eine zweite Elektromaschine 17 drehmomentübertragend gekoppelt. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel des Hybridfahrzeugs 1 ist die zweite Elektromaschine 17 mit dem Verdichter 8 verbunden, um den Abgasturbolader 4 in einer Motorbetriebsart der zweiten Elektromaschine 17 mechanisch anzutreiben.
-
Die Hochvoltbatterie 13 steht ebenfalls in elektrischer Verbindung mit der zweiten Elektromaschine 17, so dass die Hochvoltbatterie 13 die zweite Elektromaschine 17 in ihrer Motorbetriebsart mit elektrischer Energie versorgen kann. Hierzu ist zwischen die zweite Elektromaschine 17 und die Hochvoltbatterie 13 eine zweite elektronische Steuereinheit 18 mit einem zweiten Inverter 19 geschaltet. Die zweite elektronische Steuereinheit 18 dient der Steuerung und elektrischen Versorgung der zweiten Elektromaschine 17. Der zweite Inverter 19 übernimmt hierbei die Funktion einer Umwandlung der von der Hochvoltbatterie 13 bereitgestellten elektrischen Gleichspannung in eine von der zweiten Elektromaschine 17 in ihrer Motorbetriebsart benötigte elektrische Wechselspannung. Bei dem in 1 dargestellten Hybridfahrzeug 1 ist die zweite Elektromaschine 17 als Dreiphasen-Wechselstrommaschine ausgebildet, wobei jede ihrer drei elektrischen Phasen von der zweiten elektronischen Steuereinheit 18 separat angesteuert ist. Der zweite Inverter 19 kann demnach auch wieder als DC-AC-Wandler bezeichnet werden.
-
Darüber hinaus ist die zweite elektronische Steuereinheit 18 bzw. der zweite Inverter 19 ferner dazu eingerichtet, eine auf der Wechselspannungsseite der zweiten Steuereinheit 18 eingespeiste elektrische Wechselspannung an ihrer Gleichspannungsseite als elektrische Gleichspannung abzugeben, um diese wiederum in die Hochvoltbatterie 13 zum Aufladen derselben einspeisen zu können. Somit fungiert der zweite Inverter 19 des Hybridfahrzeugs 1 ebenfalls als AC-DC-Wandler.
-
Die zweite Elektromaschine 17 ist bevorzugt als eine Permanentmagnet-Synchronmaschine, eine Drehstrom-Asynchronmaschine oder eine geschaltete Reluktanzmaschine ausgebildet.
-
Wie 1 weiter zu entnehmen ist, ist der dreiphasige Ladesteckverbinder 16 elektrisch mit den maschinenseitigen, ebenfalls mit der zweiten Elektromaschine 17 elektrisch verbundenen Anschlüssen der zweiten elektronischen Steuereinheit 18 verbunden, wobei je eine elektrische Phase des Ladesteckverbinders 17 elektrisch mit einer elektrischen Phase der zweiten Elektromaschine 17 verbunden ist. Somit kann die über den Ladesteckverbinder 16 maschinenseitig an der zweiten elektronischen Steuereinheit 18 eingespeiste dreiphasige Wechselspannung aus dem mit dem Ladesteckverbinder 17 während des Ladebetriebs des Hybridfahrzeugs 1 gekoppelten fahrzeugexternen Dreiphasen-Wechselstromnetz in eine zum Aufladen der Hochvoltbatterie 13 geeignete, an der Gleichspannungsseite der zweiten elektronischen Steuereinheit 18 zur Verfügung gestellte Gleichspannung umgewandelt werden.
-
Dass bei einem solchen Ladevorgang der Hochvoltbatterie 13 ein Drehmoment in der zweiten Elektromaschine 17 infolge der maschinenseitigen Einspeisung des Dreiphasen-Wechselstroms über den Ladesteckverbinder 16 erzeugt werden kann, woraufhin der Abgasturbolader 4 bei einer Netzfrequenz des externen Wechselstromnetzes von beispielsweise 50 Hz mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von etwa bis zu 3000 Umdrehungen pro Minute angetrieben wird, kann hingenommen werden, da die hierbei durch den Verdichter 8 verdichtete Luft im Bereich des Einlasskrümmers 10 keine negativen Auswirkungen auf den Verbrennungsmotor 2 hat. Der in 1 dargestellte Aufbau des Plug-In-Hybridfahrzeugs 1 lässt sich bauraumsparend und einfach realisieren. Zusätzliche Vorkehrungen, die eine Rotation der zweiten Elektromaschine 17 verhindern, sind nicht erforderlich.
-
Wie in 1 weiterhin dargestellt ist, weist das Plug-In-Hybridfahrzeug 1 eine Abgasrückführungseinrichtung 20 auf, die ein steuerbares Abgasrückführungsventil 21 beinhaltet, mit dem die Rückführung des von dem Verbrennungsmotor 2 erzeugten Abgases von der Auslassseite bzw. dem Auslasskrümmer 6 des Verbrennungsmotors 2 zur Einlassseite bzw. zum Einlasskrümmer 10 des Verbrennungsmotors 2 in an sich bekannter Weise steuerbar ist. Diese Abgasrückführungseinrichtung 20 kann in vorteilhafter Weise bei dem in 1 dargestellten Hybridfahrzeug 1 dazu genutzt werden zu verhindern, dass sich während des Ladevorgangs der Hochvoltbatterie 13 über den Ladesteckverbinder 16 bei höheren Drehzahlen der zweiten Elektromaschine 17 und infolgedessen auch des Abgasturboladers 4 ein Luftstau vor dem Einlasskrümmer 10 des Verbrennungsmotors 2 bildet, indem das Abgasrückführungsventil 21 während dieses Ladebetriebs (automatisch) geöffnet wird, so dass der am Einlasskrümmer 10 anliegende Ladeluftdruck über das geöffnete Abgasrückführungsventil 21 durch die Abgasrückführungseinrichtung 20 ungehindert in den Abgastrakt 7 entweichen kann.
-
In 1 ist die Anordnung aus dem Abgasturbolader 4, der zum Antrieb des Abgasturboladers 4 mit diesem gekoppelten zweiten Elektromaschine 17 und der die zweite Elektromaschine 17 steuernden zweiten elektronischen Steuereinheit 18 durch ein gestrichelt dargestelltes Rechteck 22 gekennzeichnet. Diese Anordnung stellt eine elektrische Turboladereinheit 22 dar.
-
Da die Hochvoltbatterie 13 bei dem in 1 gezeigten Hybridfahrzeug 1 elektrisch sowohl mit der ersten elektronischen Steuereinheit 14 als auch mit der zweiten elektronischen Steuereinheit 18 verbunden ist, ist zwischen die Hochvoltbatterie 1 und die jeweiligen beiden Steuereinheiten 14 und 18 ein gemeinsamer Leistungsverteiler 23 zwischengeschaltet, der für eine Aufteilung der von der Hochvoltbatterie 13 zur Verfügung gestellten elektrischen Energie an die beiden Steuereinheiten 14 und 18 sorgt und einen gemeinsamen Anschluss der beiden Steuereinheiten 14 und 18 an die Hochvoltbatterie 13 bereitstellt.
-
In einer in 1 nicht dargestellten weiteren vorteilhaften Ausführungsform eines Plug-In-Hybridfahrzeugs gemäß der Erfindung weist dieses Hybridfahrzeug wenigstens zwei Turboladereinheiten 22 auf, deren jeweiligen zweiten elektronischen Steuereinheiten elektrisch miteinander verbindbar sind und während des Ladebetriebs über das fahrzeugexterne Stromnetz elektrisch miteinander verbunden sind, um hierdurch die Ladeleistung des Plug-In-Hybridfahrzeugs noch weiter steigern zu können. Die zweiten elektronischen Steuereinheiten können beispielsweise mittels entsprechender elektrischer Schaltvorrichtungen in einer elektrischen Parallelschaltung bedarfsweise miteinander verbunden werden.
-
2 stellt ein elektrisches Schaltbild der elektrischen Turboladereinheit 22 des Plug-In-Hybridfahrzeugs 1 aus 1 dar. In diesem Schaltbild ist das fahrzeugexterne elektrische Dreiphasen-Wechselstromnetz durch seine drei Phasen L1, L2 und L3 sowie durch einen Neutralleiter N repräsentiert.
-
Die drei Phasen L1, L2 und L3 sowie der Neutralleiter N können über entsprechende Schalter K1, K2, K3 und KN und gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Filters 24 mit der Wechselspannungsseite der zweiten elektronischen Steuereinheit 18 bzw. dem zweiten Inverter 19 bedarfsweise verbunden werden. Auf der Gleichspannungsseite der Steuereinheit 18 bzw. des zweiten Inverters 19 ist die Hochvoltbatterie 13 angeschlossen.
-
Während des Ladebetriebs der Hochvoltbatterie 13 über das fahrzeugexterne Wechselstromnetz sind die Schalter K1, K2, K3 und KN geschlossen. Wenn das Hybridfahrzeug 1 bzw. der Ladesteckverbinder 16 von dem fahrzeugexternen Wechselstromnetz getrennt ist, sind die Schalter K1, K2, K3 und KN geöffnet.
-
Wie 2 weiter zu entnehmen ist, weist der Inverter 19 in an sich bekannter Weise sechs elektrische in einer Brückenschaltung verschaltete Hochleistungsschalter S1-S6 auf, die bevorzugt als Hochleistungshalbleiterbauelemente, beispielsweise Transistoren, ausgeführt sind. Parallel zu diesen Schaltern S1-S6 ist an den beiden Gleichspannungsanschlüssen der Hochvoltbatterie 13 ferner ein Kondensator C geschaltet.
-
Ebenfalls an der Wechselspannungsseite der zweiten elektronischen Steuereinheit 18 bzw. des zweiten Inverters 19 angeschlossen ist die als Dreiphasen-Wechselstrommaschine ausgebildete zweite Elektromaschine 17, die in 2 mit drei Induktivitäten LS1, LS2 und LS3 entsprechend ihrer drei elektrischen Phasen repräsentiert ist.
-
Das erfindungsgemäße Plug-In-Hybridfahrzeug wurde anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Das Hybridfahrzeug ist jedoch nicht auf die hierin beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern umfasst auch gleich wirkende weitere Ausführungsformen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Plug-In-Hybridfahrzeug
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Angetriebenes Rad
- 4
- Abgasturbolader
- 5
- Turbine
- 6
- Auslasskrümmer, Auslassseite
- 7
- Abgastrakt
- 8
- Verdichter
- 9
- Ansaugtrakt
- 10
- Einlasskrümmer, Einlassseite
- 11
- Erste Elektromaschine, Traktionsmaschine
- 12
- Getriebe
- 13
- Elektrischer Energiespeicher, Hochvoltbatterie
- 14
- Erste elektronische Steuereinheit
- 15
- Erster Inverter
- 16
- Elektrischer Ladesteckverbinder
- 17
- Zweite Elektromaschine
- 18
- Zweite elektronische Steuereinheit
- 19
- Zweiter Inverter
- 20
- Abgasrückführungseinrichtung
- 21
- Abgasrückführungsventil
- 22
- Elektrische Turboladereinheit
- 23
- Leistungsverteiler
- 24
- Filter
- C
- Kondensator
- L1
- Phase 1 des fahrzeugexternen Wechselstromnetzes
- L2
- Phase 2 des fahrzeugexternen Wechselstromnetzes
- L3
- Phase 3 des fahrzeugexternen Wechselstromnetzes
- N
- Neutralleiter des fahrzeugexternen Wechselstromnetzes
- K1
- Schalter für L1
- K2
- Schalter für L2
- K3
- Schalter für L3
- KN
- Schalter für N
- S1-S6
- Hochleistungsschalter
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2011/159241 A1 [0006]
- US 5341075 [0006]
- US 4920475 [0006]
- US 5099186 [0006]
- DE 69113970 T2 [0006]
- WO 2010/057893 A1 [0006]
- US 2015/0120108 A1 [0007]
