DE10301470A1

DE10301470A1 - Kontrollvorrichtung und-Verfahren für eine Vorrichtung zum Speichern von Energie in motorisierten Fahrzeugen

Info

Publication number: DE10301470A1
Application number: DE10301470A
Authority: DE
Inventors: Hideto Hanada; Hiroshi Tsujii; Takashi Kawai; Masanori Sugiura; Ken Kuretake
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2003-08-07
Also published as: JP3750608B2; FR2834941A1; US20030139859A1; FR2834941B1; US6904342B2; JP2003219564A

Abstract

Es wird eine Kontrollvorrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug zum Kontrollieren einer Vorrichtung zur Speicherung von Energie, die in der Lage ist, elektrische Leistung abzugeben, die mit einer Temperatur variiert, zur Verfügung gestellt. Die Kontrollvorrichtung umfaßt einen Temperatursensor, der eine Temperatur mißt, die mit der Vorrichtung zur Speicherung von Energie zusammenhängt, und einen Spannungsregler, der eine minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie auf ein relativ hohes Spannungsniveau setzt, wenn die Temperatur, die durch den Temperatursensor gemessen wird, niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, verglichen mit einem Spannungsniveau, auf das die minimale Speicherspannung gesetzt wird, wenn die Temperatur höher als die vorbestimmte Temperatur ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kontrollieren einer Vorrichtung zum Speichern von Energie, die in einem motorisierten Fahrzeug installiert ist.
Eine Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie ist als eine Energiequelle zur Lieferung von elektrischer Leistung an verschiedene elektrische Vorrichtungen vorgesehen, die in dem Fahrzeug installiert sind. Herkömmlicherweise wird die Vorrichtung zur Speicherung von Energie mit elektrischer Leistung aufgeladen, die von einem Generator geliefert wird, welcher durch eine Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird, die als die Quelle der Antriebsleistung des Fahrzeugs dient. Jedoch wurde, um den wachsenden Forderungen nach Verbesserungen bei der Brennstoffwirtschaftlichkeit und der Reduzierung der Abgasemissionen in den letzten Jahren zu begegnen, vorgeschlagen, die Vorrichtung zur Speicherung von Energie mit elektrischer Leistung aufzuladen, die regenerativ durch das Umwandeln kinetischer Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie erhalten wird.
Ein typisches Beispiel des obigen Typs von Fahrzeug ist ein hybrides Fahrzeug, das mit einem Verbrennungsmotor und einem Motor/Generator als Antriebsleistungsquellen ausgestattet ist. Diese Art von Fahrzeug kann durch den Motor/Generator gestartet werden, und der Motor/Generator muß daher in einem Moment eine große Menge an Energie erzeugen. Um diese Anforderung zu erfüllen, wird ein Kondensator, der in der Lage ist, elektrische Leistung in Form von statischer Elektrizität zu speichern, als eine Leistungsquelle für den Motor/Generator verwendet und auch als eine Vorrichtung zum Speichern von Energie zum Speichern von regenerativer Leistung, die durch den Motor/Generator erzeugt wird. Der Kondensator, der eine vergleichsweise hohe Spannung liefert, wird normalerweise zusammen mit einer Batterie wie einem herkömmlichen Bleiakkumulator verwendet und dient als eine Leistungsquelle für Zubehör.
Darüber hinaus ist ein sogenanntes eco-run (Abkürzung für "economy running")-Fahrzeug, das die Fähigkeit einer Kontrolle eines ökonomischen Betriebes aufweist, in jüngster Zeit entwickelt worden, um die Treibstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Das eco-run- Fahrzeug ist so aufgebaut, daß es den Leerlauf der Maschine unter bestimmten Maschinenstoppbedingungen stoppt, wenn das Fahrzeug vorübergehend gestoppt wird und die Maschine durch das automatische Ankurbeln der Maschine zu dem Zeitpunkt wieder startet, wenn irgendeine der Maschinenstoppbedingungen aufhört, zu bestehen. Mit diesem Aufbau wird die Leerlaufzeit im Verhältnis zur gesamten Operationszeit des Fahrzeugs reduziert und die Menge an ausgestoßenem Abgas wird dementsprechend reduziert, während zur selben Zeit eine verbesserte Treibstoffwirtschaftlichkeit garantiert wird. Bei dieser Art von eco-run-Fahrzeugen muß die Maschine rasch wieder gestartet werden und daher kann ein Kondensator, der in der Lage ist, eine große Menge an elektrischer Leistung in einem Moment abzugeben, als eine Leistungsquelle eines Starters zum Starten oder Wiederstarten der Maschine anstelle einer herkömmlichen Batterie verwendet werden.
Ein allgemein bekannter Kondensator ist in der Lage, eine relativ hohe Speicherspannung zu liefern und eine große Menge an elektrischer Leistung innerhalb einer kurzen Zeit zu entladen, doch weist er auf der anderen Seite den Nachteil eines großen Verlustes aufgrund von Selbstentladung auf. Aufgrund dieser Eigenschaften wird ein Teil der elektrischen Leistung, die im Kondensator gespeichert wird, an eine Batterie geliefert, um so die Batterie zu laden, so daß die Größe der elektrischen Leistung, die im Kondensator gespeichert ist, und dessen Spannung reduziert sind, um hierdurch die Verluste aufgrund der Selbstentladung auf ein Minimum zu reduzieren. Ein Beispiel für diese Kontrolle ist in der Japanischen Offengelegten Publikation Nr. 2000-156919 beschrieben. Mit dieser Kontrolle ist es weniger wahrscheinlich, daß die Maschine erforderlich ist, um eine Lichtmaschine anzutreiben, um die Batterie zu laden, und daher wird der Verbrauch an Treibstoff zum Antreiben der Lichtmaschine reduziert, was zu einer verbesserten Treibstoffwirtschaftlichkeit führt.
Wenn der elektrische Aufbau des Fahrzeugs so ausgelegt ist, daß die Batterie durch den Kondensator aufgeladen wird, wie es in der oben bezeichneten Publikation beschrieben ist, dient der Kondensator als eine Leistungsquelle zum Laden der Batterie und dient auch als eine Leistungsquelle eines Starters zum Ankurbeln der Verbrennungskraftmaschine. Dementsprechend muß, selbst falls der Kondensator elektrische Leistung an die Batterie entlädt, die Spannung des Kondensators auf einem ausreichend hohen Spannungsniveau aufrechterhalten werden, welches es erlaubt, die Maschine durch den Starter zu starten (d. h. anzukurbeln), oder das es gestattet, das Fahrzeug durch Verwendung eines Motors/Generators als einer Antriebsleistungsquelle zu starten.
In der Zwischenzeit weist der herkömmliche Kondensator eine Temperaturcharakteristik derart auf, daß der innere Widerstand ansteigt und die Kapazität sinkt, wenn die Temperatur, die mit dem Kondensator zusammenhängt, von einem bestimmten Niveau absinkt. Falls der Kondensator zu der Zeit, wenn der Kondensator elektrische Leistung an den Starter oder den Motor/Generator abgeben muß, eine niedrige Temperatur aufweist, kann daher möglicherweise keine ausreichende elektrische Leistung vom Kondensator an den Starter oder den Motor/Generator abgegeben werden. Bei eco-run- Fahrzeugen kann beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine nicht ausreichend durch den Starter gedreht oder angetrieben werden, was es wahrscheinlicher macht, daß die Maschine mit einer Verzögerung gestartet wird oder die Maschine nicht wieder gestartet werden kann. Bei hybriden Fahrzeugen kann die Fähigkeit des Fahrzeugs zum Starten und Beschleunigen verschlechtert sein oder das Starten des Fahrzeugs kann fehlschlagen.
In obigem Fall kann die Verbrennungskraftmaschine durch Verwendung der Batterie gestartet werden. Da jedoch die elektrische Leistung, die von der Batterie pro Zeiteinheit entladen werden kann, kleiner ist als die elektrische Leistung, die vom Kondensator in seinem normalen Zustand entladen wird, wird die Maschine nicht zwangsläufig so schnell wie gewünscht gestartet. Somit führt die Verwendung der Batterie wahrscheinlich zu einer größeren Verzögerung beim Starten der Maschine.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kontrollvorrichtung und ein Kontrollverfahren zur Verfügung zu stellen, das es einer Vorrichtung zur Speicherung von Energie ermöglicht, eine ausreichend große Menge an elektrischer Leistung abzugeben, selbst in dem Fall, wenn die Vorrichtung zur Speicherung von Energie eine niedrige Temperatur aufweist.
Dabei bezeichnet Kontrolle in der vorliegenden Anmeldung eine Regelung bzw. Steuerung.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Kontrollvorrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug zum Kontrollieren einer Vorrichtung zum Speichern von Energie zur Verfügung gestellt, die dazu geeignet ist, elektrische Leistung abzugeben, die mit einer Temperatur variiert, wobei die Vorrichtung umfaßt: (a) einen Temperatursensor, der eine Temperatur mißt, die mit der Vorrichtung zur Speicherung von Energie zusammenhängt bzw. mit diesem verknüpft ist, und (b) eine Spannungskontrolleinheit, die eine minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie auf ein erstes Spannungsniveau setzt, wenn die Temperatur, die durch den Temperatursensor gemessen wird, niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, wobei das erste Spannungsniveau höher als ein zweites Spannungsniveau ist, auf das die minimale Speicherspannung gesetzt wird, wenn die Temperatur höher als die vorbestimmte Temperatur ist.
Bei einer Kontrollvorrichtung wie oben beschrieben wird die minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie auf einem relativ hohen Spannungsniveau gehalten, wenn die Temperatur, die zur Vorrichtung zur Speicherung von Energie gehört, relativ niedrig ist, verglichen mit dem Fall, wenn die Temperatur relativ hoch ist. Folglich kann eine ausreichend große Menge an elektrischer Leistung aus der Vorrichtung zur Speicherung von Energie unter einer Niedertemperaturbedingung entnommen bzw. abgegeben werden. Wenn die Verbrennungskraftmaschine gestartet wird, wobei die Vorrichtung zur Speicherung von Energie als eine Leistungsquelle verwendet wird, wird die Maschine mit hoher Zuverlässigkeit ohne eine Verzögerung gestartet, selbst bei einer niedrigeren Temperatur. Im Fall eines hybriden Fahrzeugs können die Fähigkeiten des Fahrzeugs zum Starten und zum Beschleunigen verbessert werden.
Gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfaßt das Fahrzeug eine elektrische Vorrichtung, die dazu geeignet ist, mittels elektrischer Leistung angetrieben zu werden, die von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie geliefert wird, und die Spannungskontrolleinheit setzt die minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie auf das erste Spannungsniveau, welches höher als das zweite Spannungsniveau ist, wenn die Temperatur, die gemessen wird, bevor die elektrische Vorrichtung betätigt wird, niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau kann, da die minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie bei einer Reduzierung der Temperatur vergrößert wird, ein ausreichend großer Strom an die elektrische Vorrichtung geliefert werden, selbst in einer Situation, wo der innere Widerstand der Vorrichtung zur Speicherung von Energie bei einer niedrigen Temperatur vergrößert ist. Folglich kann eine Verringerung des Abtriebsmoments der elektrischen Vorrichtung vermieden oder unterdrückt werden.
Bei einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung umfaßt die elektrische Vorrichtung einen Startermotor, der dazu dient, eine Verbrennungskraftmaschine zu drehen, die in dem Fahrzeug installiert ist.
In diesem Fall wird ein ausreichend großer elektrischer Strom von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie an den Startermotor geliefert, selbst bei einer relativ niedrigen Temperatur, so daß die Verbrennungskraftmaschine sicher durch den Startermotor gedreht werden kann. Somit kann eine Verzögerung beim Start der Verbrennungskraftmaschine oder ein Versagen beim Starten der Maschine unterdrückt oder im Vorhinein vermieden werden.
Bei einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung umfaßt das Fahrzeug weiter eine andere Vorrichtung zur Speicherung von Energie, die dazu dient, geladen zu werden, wenn sie wahlweise elektrische Leistung von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie erhält.
Bei diesem Aufbau kann eine weitere Vorrichtung zur Speicherung von Energie mit elektrischer Leistung geladen werden, die von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie geliefert wird. In diesem Fall wird ebenfalls die minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie auf einem relativ hohen Spannungsniveau gehalten, wenn die Temperatur relativ niedrig ist, und daher kann ein Verlust an elektrischer Leistung aufgrund von Selbstentladung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie reduziert werden. Darüber hinaus kann eine ausreichend große elektrische Leistung aus der Vorrichtung zur Speicherung von Energie entnommen werden, selbst bei einer niedrigen Temperatur.
Bei einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung zur Speicherung von Energie so betrieben werden, daß sie elektrische Leistung in Form von statischer Elektrizität speichert, und die oben bezeichnete weitere Vorrichtung zur Speicherung von Energie kann so betrieben werden, daß sie die elektrische Leistung in Form von chemischer Energie speichert, und die minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie ist größer als eine Speicherspannung dieser weiteren Vorrichtung zur Speicherung von Energie.
Bei dem Aufbau wie oben beschrieben kann die weitere Vorrichtung zur Speicherung von Energie mit elektrischer Leistung geladen werden, die von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie geliefert wird. In diesem Fall wird ebenfalls die minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie auf einem relativ hohen Spannungsniveau gehalten, wenn die Temperatur relativ niedrig ist, und daher kann ein Verlust an elektrischer Leistung aufgrund von Selbstentladung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie reduziert werden. Darüber hinaus kann eine ausreichend hohe elektrische Leistung aus der Vorrichtung zur Speicherung von Energie entnommen werden, selbst bei einer niedrigen Temperatur. Bei einer weiteren Ausführung der vorliegenden Erfindung umfaßt das Fahrzeug weiterhin eine regenerierende Einheit, die elektrische Leistung durch Umwandeln von kinetischer Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zurückgewinnt und die Vorrichtung zur Speicherung von Energie mit der zurückgewonnenen elektrischen Leistung lädt.
Bei dem obigen Aufbau kann elektrische Leistung, die durch das Umwandeln von kinetischer Energie in elektrische Energie gewonnen wurde, in der Vorrichtung zur Speicherung von Energie gespeichert werden, und die minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie ist auf ein relativ hohes Niveau gesetzt, wenn die Temperatur relativ niedrig ist. Somit kann ein Verlust der regenerativen Energie aufgrund von Selbstentladung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie reduziert werden und die Energie kann sehr effizient genutzt werden.
Die oben beschriebenen und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen. Hierzu zeigt
Fig. 1 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Beispiels einer Kontrollroutine, die durch eine Kontrollvorrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird;
Fig. 2 ein Beispiel einer Temperatur- Antriebsspannungs-Karte, die in der Kontrollroutine nach Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 3 einen Zeitverlauf, der Änderungen in der Spannung eines Kondensators bei einer normalen Temperatur und bei einer reduzierten Temperatur zeigt, wenn die Kontrolle nach Fig. 1 durchgeführt wird;
Fig. 4 schematisch ein System und sein Kontrollsystem, das mit der Speicherung und Entladung von elektrischer Leistung in einem Fahrzeug zusammenhängt, in dem die Kontrollvorrichtung gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird; und
Fig. 5 ein Beispiel einer Temperaturcharakteristik des Kondensators.
Eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend näher anhand der Zeichnungen beschrieben. Zunächst wird der Aufbau eines Fahrzeugs, in welchem die Kontrollvorrichtung gemäß dieser Ausführung verwendet wird, beschrieben. Gemäß Fig. 4 ist ein Getriebe 2 an eine Abtriebswelle einer Verbrennungskraftmaschine (im folgenden einfach als "Maschine" bezeichnet) 1 gekoppelt, und ein Drehmoment wird von der Maschine 1 an ein rechtes und linkes Antriebsrad (nicht dargestellt) über das Getriebe 2 und eine Differentialgetriebeeinheit 3 übertragen, die mit dem Getriebe 2 verbunden ist.
Die Maschine 1 ist eine Leistungseinheit wie etwa ein Ottomotor, ein Dieselmotor oder ein Biogasmotor, die dazu dient, ein Drehmoment durch das Verbrennen eines Treibstoffs wie etwa Benzin, Leichtöl oder Naturgas zu erzeugen. Die Maschine 1 ist mit einem Startermotor 4 ausgestattet, der dazu dient, die Maschine 1 bei einem Start der Maschine 1 anzukurbeln. Der Startermotor 4 ist so ausgelegt, daß er beispielsweise mit einer 12 V- Gleichstromleistungsquelle und einer Hochspannungs (d. h. höher als 12 V)-Leistungsquelle arbeitet, um die Maschine 1 durch Erzeugen eines Drehmoments in Abhängigkeit von einer an ihn gelieferten elektrischen Leistung anzukurbeln.
Das Getriebe 2 kann geeignet aus manuellen oder automatischen Getriebe ausgewählt sein, die eine Mehrzahl von Gangstufen oder Positionen aufweisen, aus kontinuierlichen variablen Getrieben (CVT) und von anderen Arten von Getrieben. Es dient dazu, Antriebsleitung von seinem Abtriebsglied an die Differentialgetriebeeinheit 3 zu liefern. Das Getriebe 2 kann in einen neutralen Zustand gesetzt werden, in dem ein System zur Übertragung von Leistung von der Maschine 1 zur Differentialgetriebeeinheit 3 unterbrochen oder abgeschnitten ist. Ein Generator 5 ist an ein Drehglied des Getriebes 2 gekoppelt, das ein Drehmoment an die Antriebsräder übertragen oder von diesen empfangen kann, selbst wenn das Getriebe 2 im neutralen Zustand ist.
Der Generator 5 ist so aufgebaut, daß er durch eine externe Kraft gedreht werden kann, so daß er elektrische Leistung erzeugt. Genauer gesagt ist der Generator 5 in der Lage, elektrische Leistung zu erzeugen, indem er einen Teil der Antriebsleistung von der Maschine 1 empfängt, während das Fahrzeug mit der Leistung fährt, die durch die Maschine 1 erzeugt wird, und der auch in der Lage ist, einen Teil der kinetischen Energie des Fahrzeugs in Form von elektrischer Leistung wiederzugewinnen oder zu regenerieren, während das Fahrzeug mit seiner Trägheitskraft fährt. Der Wechselstrom, der durch den Generator 5 erzeugt wird, wird durch einen Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt, so daß der Gleichstrom verwendet wird, um einen Kondensator 6 zu laden.
Der Kondensator 6 ist eine Art von Vorrichtung zur Speicherung von Energie, der dazu geeignet ist, elektrische Leistung in Form von statischer Elektrizität zu speichern, und in der Lage ist, rasch eine große Menge an elektrischer Leistung zu speichern und abzugeben, verglichen mit herkömmlichen Mitteln zum Speichern von Energie wie etwa einem Bleiakkumulator. Der Kondensator 6 ist so ausgeführt, daß er elektrische Leistung bei einer geeigneten Spannung in einem Bereich von beispielsweise 0 V bis 40 V speichert. Der Kondensator 6 weist eine Charakteristik derart auf, daß die elektrische Leistung, die durch den Kondensator 6 erzeugt werden kann, unweigerlich sinkt, wenn die Temperatur des Kondensators 6 sinkt. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, die ein Beispiel einer solchen Charakteristik zeigt, bei der der innere Widerstand und die Kapazität bei einer bestimmten Temperatur von α°C um Raumtemperatur herum als "1" angenommen ist, steigt der innere Widerstand von 1 und die Kapazität verringert sich von 1, wenn die Temperatur von einer bestimmten Temperatur β°C reduziert wird, welche niedriger als obige Temperatur α°C ist.
Der Kondensator 6 und der Startermotor 4 sind miteinander elektrisch über einen DC/DC-Konverter 7 verbunden. Durch das Liefern von elektrischer Leistung vom Kondensator 6 an den Startermotor 4 wird der Startermotor 4 betätigt, um die Maschine 1 zu starten, wobei der Kondensator 6 als eine Leistungsquelle dient.
Wie bei herkömmlichen Fahrzeugen ist das in Fig. 4 gezeigte Fahrzeug mit einer Lichtmaschine 8 ausgerüstet, die durch die Maschine 1 angetrieben werden kann, um elektrische Leistung zu erzeugen. Die elektrische Leistung, die durch die Lichtmaschine 8 erzeugt wird, wird an eine Batterie 9 wie etwa einen Bleiakkumulator geliefert, um so die Batterie 9 zu laden. Die Batterie 9 speichert die elektrische Leistung in Form von chemischer Energie. Die Ladespannung der Batterie 9 ist beispielsweise 12 V, was niedriger als die Speicherspannung des Kondensators 6 ist. Im Betrieb wird elektrische Leistung von der Batterie 9 an den Startermotor 4 geliefert, so daß der Startermotor 4 die Maschine 1 starten kann, indem er die Batterie 9 als eine Leistungsquelle verwendet.
Zusätzlich kann die Batterie 9 elektrische Leistung vom Kondensator 6 über den DC/DC-Konverter 7 empfangen, so daß die Batterie 9 mit einem Teil der elektrischen Leistung geladen werden kann, die im Kondensator 6 gespeichert ist. In dem Fahrzeug gemäß Fig. 4 ist auch eine elektronische Kontrolleinheit ("electronic control unit" ECU) 10 zum Überwachen oder Kontrollieren des Ladezustandes ("state of charge" SOC) des Kondensators 6 und der Batterie 9 und der Menge der elektrischen Leistung vorhanden, die vom Kondensator 6 an die Batterie 9 geliefert wird. Die elektronische Kontrolleinheit 10 umfaßt einen Mikrocomputer als einen Hauptbestandteil und empfängt Daten zur Verwendung in der Kontrolle einschließlich einer Speicherspannung und des SOC des Kondensators 6, des SOC der Batterie 9, der Umgebungstemperatur oder Kühlwassertemperatur der Maschine oder der Temperatur des Kondensators 6 usw. Die elektronische Kontrolleinheit 10 gibt auch Kontrollsignale aus, beispielsweise Signale zum Kontrollieren des DC/DC-Konverters 7 und der Lichtmaschine 8 und Signale zum Kontrollieren des Generators 5 und des Gleichrichters (nicht dargestellt).
Die Kontrollvorrichtung gemäß dieser Ausführung kontrolliert die Vorrichtungen zur Speicherung von Energie (d. h. den Kondensator 6 und die Batterie 9) des Fahrzeugs wie oben beschrieben, so daß der Kondensator 6 mit Energie aufgeladen wird, die durch den Generator 5 wiedergewonnen oder regeneriert wird, zur Verbesserung der Treibstoffwirtschaftlichkeit und so, daß elektrische Leistung vom Kondensator 6 an die Batterie 9 geliefert wird, um die Batterie 9 aufzuladen, wobei die Menge der Selbstentladung des Kondensators 6 reduziert werden kann, und die Menge an elektrischer Energie, die durch die Lichtmaschine 8 erzeugt wird, zur Ladung der Batterie 9 kann zur Verbesserung der Treibstoffwirtschaftlichkeit verringert werden. Wie oben beschrieben, sollte, da der Kondensator 6 auch als eine Leistungsquelle für den Startermotor 4 dient, ausreichende elektrische Leistung zum Antreiben des Startermotors 4 im Kondensator 6 verbleiben, selbst falls einige elektrische Leistung vom Kondensator 6 an die Batterie 9 geliefert wird. Zu diesem Zweck wird die minimale Speicherspannung des Kondensators 6 auf ein geeignetes Spannungsniveau kontrolliert, abhängig von der Temperatur, unter Berücksichtigung der Temperaturcharakteristik des Kondensators 6, wie sie exemplarisch in Fig. 5 gezeigt ist.
Fig. 1 ist ein Flußdiagramm, das verwendet wird, um ein Beispiel einer Kontrolle zu erläutern, die durch die Kontrollvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird. Eingangs wird Schritt S1 ausgeführt, um die Temperatur zu überwachen, die mit dem Kondensator 6 zusammenhängt. Dieser Schritt kann implementiert sein, indem eine Umgebungstemperatur mit einem Temperatursensor (nicht dargestellt) einer Klimaanlage (nicht dargestellt) gemessen wird, die im Fahrzeug installiert ist, oder indem direkt die Temperatur des Kondensators mit einem geeigneten Sensor gemessen wird oder indem die solchermaßen gemessene Temperatur gegebenenfalls korrigiert wird. In einem Betriebszustand, in dem die Maschine 1 nicht aufgewärmt worden ist und die Kühlwassertemperatur der Maschine sich im Verhältnis zur Umgebungstemperatur ändert, kann Schritt S1 durch Messen der Kühlwasser- bzw. -mitteltemperatur implementiert sein.
Schritt S2 wird dann ausgeführt, um auf eine Karte Bezug zu nehmen, die eine Beziehung zwischen der Temperatur und der Antriebsspannung wiedergibt, die auf den Startermotor 4 bei einem Start der Maschine 1 aufzubringen ist. Die Temperatur-Antriebsspannungskarte definiert die minimale Speicherspannung des Kondensators 6, die es dem Kondensator 6 erlaubt, einen elektrischen Strom an den Startermotor 4 selbst unter einer Niedrigtemperaturbedingung zu liefern, wobei dieser elektrische Strom auf ähnliche Weise an den Startermotor 4 bei einer bestimmten Temperatur α°C oder höher geliefert würde. Diese Karte ist unter Berücksichtigung der Temperaturcharakteristik des Kondensators 6 erstellt, daß die elektrische Leistung, die abgegeben wird, wahrscheinlich bei einer Erniedrigung der Temperatur reduziert wird, wie oben beschrieben. Ein Beispiel für eine solche Temperatur-Antriebsspannungskarte ist in Fig. 2 dargestellt. In dieser Karte wird die minimale Speicherspannung des Kondensators 6 so gesetzt, daß sie sich erhöht, wenn die Temperatur von der vorbestimmten Temperatur β°C absinkt, bei der die elektrische Leistung, die abzugeben ist, beginnt, sich zu verringern.
Entsprechend der Karte nach Fig. 2 wird, wenn die Temperatur relativ niedrig ist, die minimale Entladespannung, d. h. die ursprüngliche Startspannung, die auf den Startermotor aufgebracht wird, relativ hoch gesetzt.
Bei der Karte nach Fig. 2 ist beispielsweise das Startspannungsniveau, das auf den Startermotor aufzubringen ist, entsprechend der erfaßten Temperatur in Schritt S3 festgesetzt. Um die Startspannung aufrechtzuerhalten, in anderen Worten, um die minimale Speicherspannung des Kondensators 6 aufrechtzuerhalten, wird die Entladung vom Kondensator 6 durch den DC/DC- Konverter 7 in Schritt S4 kontrolliert. Ein Beispiel für eine solche Entladekontrolle ist in Fig. 3 dargestellt, die Änderungen in der Spannung des Kondensators 6 über der Zeit zeigt.
Wenn das Fahrzeug sich bei konstanter Geschwindigkeit bewegt, erzeugt die Maschine 1 Antriebsleistung, während eine Wiedergewinnung oder Regeneration von Energie durch den Generator 5 nicht durchgeführt wird. In diesem Fall wird elektrische Leistung vom Kondensator 6 entladen, so daß die Spannung des Kondensators 6 bei der minimalen Speicherspannung aufrechterhalten wird. Genauer gesagt wird elektrische Leistung vom Kondensator 6 an die Batterie 9 geliefert oder durch Zubehör wie etwa elektrische 12 V-Vorrichtungen entladen, an die elektrische Leistung normalerweise durch die Batterie 9 geliefert wird. In diesem Zustand wird daher die Leistungserzeugung durch die Lichtmaschine 8 gestoppt, was zu einer verbesserten Treibstoffwirtschaftlichkeit oder einem reduzierten Treibstoffverbrauch führt. Ebenso wird die Spannung des Kondensators 6 allmählich verringert.
Sobald das Fahrzeug einmal beginnt, verzögert zu werden (zum Zeitpunkt "t1" in Fig. 3), wird der Generator 5 betrieben, um Energie zurückzugewinnen (d. h. um kinetische Energie in elektrische Energie umzuwandeln). In diesem Fall wird der Kondensator 6 mit elektrischer Leistung geladen, die durch den Generator 5 erzeugt wird, und daher wird die Spannung des Kondensators 6 allmählich erhöht. Die Rückgewinnung oder Regeneration von Energie wird bis zu einem Zeitpunkt "t2" fortgesetzt, zu dem das Fahrzeug angehalten hat.
Falls die Spannung des Kondensators 6 zu dem Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug angehalten hat (d. h. wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs gleich null ist), höher als die minimale Speicherspannung ist, die aus der Karte bestimmt ist, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, wird elektrische Leistung vom Kondensator an die 12 V- Vorrichtungen wie etwa die Batterie 9 abgegeben. Dies führt dazu, daß die Spannung des Kondensators 6 erniedrigt wird. Die Entladung hält an, bis die Spannung des Kondensators 6 auf die minimale Speicherspannung herunter reduziert ist, die basierend auf der Karte von Fig. 2 bestimmt ist. Die minimale Speicherspannung ist auf ein relativ hohes Spannungsniveau gesetzt, wie es durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 angedeutet ist, wenn die Temperatur relativ niedrig ist, verglichen mit einem Spannungsniveau, wie es in Fig. 3 durch die durchgezogene Linie angedeutet ist, das festgesetzt ist, wenn die Temperatur relativ hoch ist.
In dem Fall, wenn das Fahrzeug ein sogenanntes ecorun-Fahrzeug (Abkürzung für "economy running") ist, wird die Maschine 1 automatisch unter bestimmten Bedingungen gestoppt, nachdem das Fahrzeug angehalten hat, und wird anschließend wieder gestartet (zu einem Zeitpunkt t3 in Fig. 3), wenn eine Anfrage zum Starten erzeugt wird, beispielsweise, wenn ein Bremsvorgang abgebrochen wird und/oder ein Gaspedal (nicht dargestellt) betätigt wird. Das Wiederstarten der Maschine 1 wird im wesentlichen durch das Betreiben des Startermotors 4 unter Verwendung des Kondensators 6 als einer Leistungsquelle durchgeführt, um so den Startermotor 4 die Maschine 1 ankurbeln zu lassen.
Falls die Temperatur, die mit dem Kondensator zusammenhängt, zu diesem Zeitpunkt (t3) relativ niedrig ist, wird die Spannung des Kondensators 6 entsprechend der Temperatur relativ hoch gesetzt. Dementsprechend wird, selbst falls die Entladecharakteristik des Kondensators 6 selbst sich aufgrund der niedrigen Temperatur verschlechtert, ausreichend elektrische Leistung vom Kondensator 6 an den Startermotor 4 geliefert. Als Ergebnis wird die Maschine 1 ohne irgendeine merkliche Verzögerung gestartet und, im Beispiel von Fig. 3, das Fahrzeug auf dieselbe Weise sofort gestartet und beschleunigt, wie wenn das Fahrzeug unter Normaltemperaturbedingungen gestartet wird.
Wie in Fig. 3 gezeigt, hält die Entladung der elektrischen Leistung vom Kondensator 6 bis zu dem Zeitpunkt t4 an, zu dem der Start der Maschine 1 vollständig durchgeführt ist. Während der Periode zwischen t3 und t4 wird die Spannung des Kondensators 6 verringert. Nachdem der Start der Maschine 1 vollständig durchgeführt ist, läuft das Fahrzeug mit Leistung, die durch die Maschine 1 erzeugt wird, und der Kondensator 6 führt keinerlei Lade- oder Entladeoperation durch, wodurch die Spannung des Kondensators 6 bei der minimalen Speicherspannung gehalten wird, die von der Temperatur abhängt, die mit dem Kondensator 6 zusammenhängt.
Wie oben beschrieben, arbeitet die Kontrollvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung so, daß die minimale Speicherspannung des Kondensators 6 bei einer höheren Spannung gehalten wird, wenn die Temperatur relativ niedrig ist, als die minimale Speicherspannung, die festgelegt ist, wenn die Temperatur relativ hoch ist, so daß die minimale Speicherspannung entsprechend der Temperaturcharakteristik des Kondensators 6 kontrolliert wird. Wenn der Startermotor 4 unter Verwendung des Kondensators 6 als einer Leistungsquelle verwendet wird, um die Maschine 1 zu starten, kann eine ausreichend große Menge an elektrischer Leistung an den Startermotor 4 geliefert werden, um sicherzustellen, daß der Startermotor 4 ein ausreichend großes Drehmoment erzeugt. Dementsprechend kann die Maschine 1 ohne eine Verzögerung gestartet werden und ein andernfalls mögliches Fehlschlagen, die Maschine 1 zu starten, kann vermieden werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführung wird, wenn die Spannung des Kondensators 6 höher als die minimale Speicherspannung ist, elektrische Leistung vom Kondensator 6 an die Batterie 9 geliefert, um so die Batterie 9 aufzuladen, wodurch ein Verlust an elektrischer Leistung aufgrund der Selbstentladung des Kondensators 6 vermieden oder unterdrückt werden kann, und es ist weniger wahrscheinlich, daß die Lichtmaschine 8 durch die Maschine 1 angetrieben wird, was zu einer verbesserten Treibstoffwirtschaftlichkeit führt.
Während vorgehend eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, versteht es sich von selbst, daß die Erfindung sich nicht auf die Details der exemplarischen Ausführungsform beschränkt, sondern auch andersweitig ausgeführt sein kann. Beispielsweise kann die Kontrollvorrichtung für die Vorrichtung zur Speicherung von Energie gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur in dem eco-run-Fahrzeug verwendet werden, das dazu geeignet ist, die Maschine wie in der erläuterten Ausführung automatisch zu stoppen und wieder zu starten, sondern auch in einem hybriden Fahrzeug, das die Maschine und einen Motor/Generator als Quellen der Antriebsleistung nutzt. In diesem Fall kann die Maschine mit elektrischer Leistung gestartet werden, die von einer Vorrichtung zur Speicherung von Energie an den Motor/Generator geliefert wird, oder die Vorrichtung zur Speicherung von Energie kann entladen werden, so daß das Fahrzeug durch den Motor/Generator gestartet werden kann. Darüber hinaus ist die elektrische Vorrichtung, an die elektrische Leistung von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie abgegeben wird, nicht auf einen elektrischen Motor wie einen Startermotor beschränkt, sondern kann auch irgendeine andere elektrische Vorrichtung sein. Darüber hinaus muß die minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie gemäß der vorliegenden Erfindung sich nicht linear mit der Temperatur ändern, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist, sondern kann beispielsweise innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs einen konstanten Wert aufweisen und sich von Temperaturbereich zu Temperaturbereich in Stufen ändern.

Claims

1. Kontrollvorrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug zum Kontrollieren einer Vorrichtung zur Speicherung von Energie, die dazu geeignet ist, elektrische Leistung abzugeben, die mit einer Temperatur variiert, wobei die Kontrollvorrichtung umfaßt:
Temperaturerfassungsmittel zum Messen einer Temperatur, die mit der Vorrichtung zur Speicherung von Energie zusammenhängt; und
Spannungskontrollmittel zum Festlegen einer minimalen Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie auf ein erstes Spannungsniveau, wenn die Temperatur, die durch das Temperaturerfassungsmittel gemessen wird, niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, wobei das erste Spannungsniveau höher als ein zweites Spannungsniveau ist, auf das die minimale Speicherspannung festgelegt wird, wenn die Temperatur höher als die vorbestimmte Temperatur ist.

2. Kontrollvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:
das Fahrzeug eine elektrische Vorrichtung umfaßt, die dazu geeignet ist, mit elektrischer Leistung betrieben zu werden, die von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie geliefert wird; und
das Spannungskontrollmittel die minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie auf das erste Spannungsniveau festlegt, das höher als das zweite Spannungsniveau ist, wenn die Temperatur, die gemessen wird, bevor die elektrische Vorrichtung betätigt wird, niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist.

3. Kontrollvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Vorrichtung einen Startermotor umfaßt, der betätigbar ist, um eine Verbrennungskraftmaschine zu drehen, die in dem Fahrzeug eingebaut ist.

4. Kontrollvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug weiters eine weitere Vorrichtung zur Speicherung von Energie umfaßt, die dazu geeignet ist, geladen zu werden, wenn sie wahlweise elektrische Leistung von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie erhält.

5. Kontrollvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß:
die Vorrichtung zur Speicherung von Energie so betrieben werden kann, daß sie elektrische Leistung in Form von statischer Elektrizität zu speichern, und daß die weitere Vorrichtung zur Speicherung von Energie so betrieben werden kann, daß sie elektrische Leistung in Form von chemischer Energie speichert; und
daß die minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie höher als eine Speicherspannung der weiteren Vorrichtung zur Speicherung von Energie ist.

6. Kontrollvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug weiters ein Regenerierungsmittel zum Zurückgewinnen von elektrischer Leistung durch Umwandeln kinetischer Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie und zum Laden der Vorrichtung zur Speicherung von Energie mit der wiedergewonnen elektrischen Leistung umfaßt.

7. Kontrollvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß:
das Fahrzeug weiters eine weitere Vorrichtung zur Speicherung von Energie umfaßt, die dazu geeignet ist, geladen zu werden, wenn sie wahlweise elektrische Leistung von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie empfängt; und
das Spannungskontrollmittel eine Menge an elektrischer Leistung kontrolliert, die von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie an die weitere Vorrichtung zur Speicherung von Energie abgegeben wird, um so eine Spannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie auf die minimale Speicherspannung zu regeln.

8. System zur Verwendung in einem Fahrzeug, das umfaßt:
eine Vorrichtung zur Speicherung von Energie, die dazu geeignet ist, elektrische Leistung abzugeben, die mit einer Temperatur variiert;
Temperaturerfassungsmittel zum Messen einer Temperatur, die mit der Vorrichtung zur Speicherung von Energie zusammenhängt; und
Spannungskontrollmittel zum Festlegen einer minimalen Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie auf ein erstes Spannungsniveau, wenn die Temperatur, die durch das Temperaturerfassungsmittel gemessen wird, niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, wobei das erste Spannungsniveau höher als ein zweites Spannungsniveau ist, auf welches die minimale Speicherspannung festgelegt wird, wenn die Temperatur höher als die vorbestimmte Temperatur ist.

9. System nach Anspruch 8, das weiters umfaßt:
eine elektrische Vorrichtung, die dazu geeignet ist, mit elektrischer Leistung angetrieben zu werden, die von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie geliefert wird, wobei
das Spannungskontrollmittel die minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie auf das erste Spannungsniveau setzt, welches höher als das zweite Spannungsniveau ist, wenn die Temperatur, die gemessen wird, bevor die elektrische Vorrichtung betätigt wird, niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Vorrichtung einen Startermotor umfaßt, der betätigbar ist, um eine Verbrennungskraftmaschine zu drehen, die in dem Fahrzeug eingebaut ist.

11. System nach Anspruch 9 oder 10, das weiters eine weitere Vorrichtung zur Speicherung von Energie umfaßt, die dazu geeignet ist, geladen zu werden, wenn sie wahlweise elektrische Leistung von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie empfängt.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß:
die Vorrichtung zur Speicherung von Energie betreibbar ist, um elektrische Leistung in Form von statischer Elektrizität zu speichern, und daß die weitere Vorrichtung zur Speicherung von Energie betreibbar ist, um elektrische Leistung in Form von chemischer Energie zu speichern; und
daß die minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie höher als eine Speicherspannung der weiteren Vorrichtung zur Speicherung von Energie ist.

13. System nach wenigstens einem der Ansprüche 8-12, das weiters ein Regenerierungsmittel zum Wiedergewinnen elektrischer Leistung durch Umwandeln von kinetischer Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie und zum Laden der Vorrichtung zur Speicherung von Energie mit der wiedergewonnenen elektrischen Leistung umfaßt.

14. System nach wenigstens einem der Ansprüche 8-13, das weiters umfaßt:
eine weitere Vorrichtung zur Speicherung von Energie, die dazu geeignet ist, geladen zu werden, wenn sie wahlweise elektrische Leistung von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie empfängt, wobei
das Spannungskontrollmittel eine Menge an elektrischer Leistung kontrolliert, die von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie zu der weiteren Vorrichtung zur Speicherung von Energie abgegeben wird, um so eine Spannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie auf die minimale Speicherspannung zu regeln.

15. Verfahren zum Kontrollieren einer Vorrichtung in einem Fahrzeug zur Speicherung von Energie, die dazu geeignet ist, elektrische Leistung abzugeben, die mit einer Temperatur variiert, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:
Erfassen einer Temperatur, die mit der Vorrichtung zur Speicherung von Energie zusammenhängt; und
Festlegen einer minimalen Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie auf ein erstes Spannungsniveau, wenn die Temperatur, die gemessen wird, niedriger als eine vorbestimmte Temperatur ist, wobei das erste Spannungsniveau höher als ein zweites Spannungsniveau ist, auf das die minimale Speicherspannung gesetzt wird, wenn die Temperatur höher als die vorbestimmte Temperatur ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß:
das Fahrzeug eine elektrische Vorrichtung umfaßt, die dazu geeignet ist, mit elektrischer Leistung betrieben zu werden, die von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie geliefert wird; und
die minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie auf das erste Spannungsniveau gesetzt wird, welches höher als das zweite Spannungsniveau ist, wenn die Temperatur, die gemessen wird, bevor die elektrische Vorrichtung betätigt wird, niedriger als die vorbestimmte Temperatur ist.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß:
das Fahrzeug weiters eine weitere Vorrichtung zur Speicherung von Energie umfaßt, die dazu geeignet ist, geladen zu werden, wenn sie wahlweise elektrische Leistung von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie umfaßt;
die Vorrichtung zur Speicherung von Energie in der Lage ist, elektrische Leistung in Form von statischer Elektrizität zu speichern, und daß die weitere Vorrichtung zur Speicherung von Energie in der Lage ist, elektrische Leistung in Form von chemischer Energie zu speichern; und daß
die minimale Speicherspannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie höher als eine Speicherspannung der weiteren Vorrichtung zur Speicherung von Energie ist.

18. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 15-17, dadurch gekennzeichnet, daß:
das Fahrzeug weiters eine weitere Vorrichtung zur Speicherung von Energie umfaßt, die in der Lage ist, geladen zu werden, wenn sie wahlweise elektrische Leistung von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie umfaßt; und
eine Menge an elektrischer Leistung, die von der Vorrichtung zur Speicherung von Energie an die weitere Vorrichtung zur Speicherung von Energie abgegeben wird, so kontrolliert wird, daß eine Spannung der Vorrichtung zur Speicherung von Energie auf die minimale Speicherspannung geregelt wird.