DE10315928A1

DE10315928A1 - Ein System zur Energieversorgung eines elektrischen Systems in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE10315928A1
Application number: DE10315928A
Authority: DE
Inventors: Gurinder Sing Kahlon; Ning Liu; Robert Joseph Mohan
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2002-04-08
Filing date: 2003-04-01
Publication date: 2003-10-30
Also published as: FR2838251A1; GB2391405A; US20030197991A1; GB0304554D0

Abstract

Die Erfindung stellt in einer Ausgestaltung ein Verfahren zur Energieübertragung im gesamten Fahrzeugsystem bereit. Es werden Spannungsmesswerte von einem Kondensatorsatz empfangen. Diese Messwerte werden mit einer Schwellenspannung verglichen. Es wird festgestellt, ob die Messwerte geringer als die Schwellenspannung sind. An eine Batterie werden Anweisungen zur Energieversorgung einer Vielzahl von Spulen eines integrierten Anlassergenerator-(ISG-)Motors übertragen. Die Vielzahl der Spulen wird analysiert, um festzustellen, ob die Vielzahl der Spulen mit Energie versorgt ist. Von der Vielzahl der Spulen wird Energie an den Kondensatorsatz übertragen, wenn die Vielzahl der Spulen mit Energie versorgt ist.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein System zur Energieversorgung eines Fahrzeugs. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung einer Steuerung zur Energieversorgung eines elektronischen Steuerungssystems eines Fahrzeugs.

Hintergrund der Erfindung

Typischerweise werden als Kraftfahrzeugenergiequelle verwendete Verbrennungsmotoren gewöhnlich mithilfe eines Anlassermotors gestartet, der aus einem Gleichstrommotor besteht. Elektrische Energie wird von einer im Fahrzeug montierten Batterie an den Anlassermotor geliefert, der die Kurbelwelle zum Starten des Verbrennungsmotors durchdreht.

Ein von der Batterie an den Anlassermotor gelieferter elektrischer Strom ist sehr hoch, z. B. 100 A und höher, wenn er auch nur über eine kurze Dauer geliefert wird. Deshalb ist der Elektroenergieverbrauch der Batterie ziemlich hoch. Die Kapazität der in einem Kraftfahrzeug zu installierenden Batterie wird in erster Linie hinsichtlich ihrer Eignung zum Starten des Verbrennungsmotors bestimmt. Die beim Starten des Verbrennungsmotors verbrauchte hohe Elektroenergiemenge wird ergänzt, wenn die Batterie durch die Elektroenergie aufgeladen wird, die vom durch den Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeug bei der Fahrt erzeugt wird.

Hauptsächlich von Pendlern genutzte Kraftfahrzeuge fahren kurze Entfernungen, und als Lieferwagen eingesetzte Kraftfahrzeuge werden sehr oft wiederholt gestoppt und gestartet. Da die Verbrennungsmotoren dieser Kraftfahrzeuge häufig gestartet werden müssen und die Fahrzeuge ständig kurze Fahrzeiten haben, können die Batterien dieser Kraftfahrzeuge zwecks Ergänzung der beim Starten des Verbrennungsmotors verbrauchten Elektroenergie nicht ausreichend aufgeladen werden. Demzufolge sind die Batterien gewöhnlich schnell leer, was zum Startversagen führt.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung stellt in einer Ausgestaltung ein Verfahren zur Energieübertragung im gesamten Fahrzeugsystem bereit. Von einem Kondensatorsatz werden Spannungsmesswerte empfangen. Diese Messwerte werden mit einer Schwellenspannung verglichen. Es wird festgestellt, ob die Messwerte geringer als die Schwellenspannung sind. An eine Batterie werden Anweisungen zur Energieversorgung einer Vielzahl von Spulen eines integrierten Anlassergenerator-(ISG-)Motors übertragen. Die Vielzahl der Spulen wird analysiert, um festzustellen, ob die Vielzahl der Spulen mit Energie versorgt ist. Wenn die Vielzahl der Spulen mit Energie versorgt ist, wird Energie von der Vielzahl der Spulen an den Kondensatorsatz übertragen.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung existiert ein Verfahren zur Energieversorgung eines Elektromotors eines Fahrzeugsystems durch einen Kondensatorsatz. Es wird festgestellt, ob die Spannungen des Kondensatorsatzes größer als der Schwellenspannungswert sind. Vom Kondensatorsatz wird Energie an den ISG-Motor geliefert. Die Spannung des Kondensatorsatzes wird mit der Spannung einer Batterie verglichen. Es wird festgestellt, ob die Spannung vom Kondensatorsatz gleich der Batteriespannung ist. Wenn die Spannung vom Kondensatorsatz gleich der Batteriespannung ist, wird von Batterie und Kondensatorsatz zusammen Energie an den ISG-Motor geliefert.

In einer noch anderen Ausgestaltung der Erfindung existiert ein Verfahren zur Energieerzeugung in einem Fahrzeugsystem, während sich der Verbrennungsmotor in einem Bremszustand befindet. Ob sich ein Fahrzeugsystem im Bremszustand befindet, wird durch Messwerte eines Bremspedals und eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors ermittelt. Es werden Anweisungen übertragen, mit denen ein Generatormodus des ISG-Motors gestartet wird, wodurch eine Dreiphasen-Wechselspannung erzeugt wird, die in eine Gleichspannung gewandelt wird. Die Gleichspannung vom ISG-Motor wird mit einem Schwellenspannungswert verglichen, den eine Batterie akzeptieren kann. Es wird festgestellt, ob die Gleichspannung am ISG-Motor größer als der Schwellenspannungswert ist. Wenn die Gleichspannung größer als der Schwellenspannungswert ist, wird die Gleichspannung vom ISG-Motor an den Kondensatorsatz geliefert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein System zur Energieübertragung im gesamten Fahrzeugsystem vorhanden. Das System enthält einen integrierten Anlassergenerator, eine Invertersteuerung, eine Halbbrückenschaltung, eine Primärbatterie und einen Kondensatorsatz. Der integrierte Anlassergenerator (ISG) enthält mindestens eine betriebsfähig am Verbrennungsmotor angeschlossene Spule, wobei der ISG wahlweise sowohl für den Betrieb als Elektromotor zwecks Drehmomentübertragung an den Verbrennungsmotor als auch als Generator zwecks Elektroenergieerzeugung in der Lage ist. Die Invertersteuerung enthält einen Leistungsinverter und eine Steuerung, wobei die Invertersteuerung betriebsfähig an den ISG angeschlossen ist. Die Halbbrückenschaltung ist betriebsfähig an die Invertersteuerung angeschlossen. Der Kondensatorsatz ist betriebsfähig an die Halbbrückenschaltung angeschlossen. Die Primärbatterie ist betriebsfähig an die Halbbrückenschaltung angeschlossen. Die Steuerung vergleicht die vom Kondensatorsatz, von der Halbbrückenschaltung, vom Leistungsinverter, vom ISG und von der Primärbatterie erhaltenen Messwerte mit den gespeicherten Messwerten, um zu ermitteln, ob der ISG mit Energie zu versorgen ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Diese und weitere Vorteile der Erfindung zeigen sich noch deutlicher, wenn die folgende Beschreibung zusammen mit den zugehörigen Zeichnungen gelesen wird, wobei:
Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Fahrzeugsystems darstellt, das einen integrierten Anlassergenerator entsprechend der Vorzugsausgestaltung der Erfindung nutzt;
Fig. 2 ein Blockdiagramm eines Fahrzeugsystems darstellt, das einen integrierten Anlassergenerator entsprechend der Vorzugsausgestaltung der Erfindung nutzt;
Fig. 3 eine grafische Darstellung verschiedener Komponenten entsprechend der Vorzugsausgestaltung der Erfindung zeigt;
Fig. 4 eine weitere grafische Darstellung verschiedener Komponenten entsprechend der Vorzugsausgestaltung der Erfindung zeigt;
14] Fig. 5 ein Flussdiagramm entsprechend der Vorzugsausgestaltung der Erfindung darstellt;
Fig. 6a ein anderes Flussdiagramm entsprechend der Vorzugsausgestaltung der Erfindung darstellt;
Fig. 6b eine grafische Darstellung des Flussdiagramms von Fig. 6a zeigt;
Fig. 7 ein weiteres Flussdiagramm entsprechend der Vorzugsausgestaltung der Erfindung darstellt.

Detaillierte Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorzugsausgestaltungen

Während traditionelle Fahrzeugelektriksysteme eine 14 V-Anlage nutzen, wurde für eine neue Generation ein 42 V-Elektrosystem mit Verdreifachung der existierenden Bordspannung sowohl für den Batterieausgang (von 12 V auf 36 V) als auch für den Generatorausgang (von 14 V auf 42 V) gewählt. Der 42 V-Standard ermöglicht die Entwicklung und Integration von zusätzlichen Techniken, einschließlich eines integrierten Anlassergenerators, der die Funktion eines Anlassermotors mit der eines Generators in einem Gerät kombiniert.
Bezug nehmend auf die Zeichnungen ist Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines gesamten Fahrzeugsystems 100, das eine Vorzugsausgestaltung der Erfindung nutzt. Das Fahrzeugsystem 100 enthält einen Verbrennungsmotor 101 mit einer Kurbelwelle 102, ein Getriebe 104, einen Satz Antriebsräder 106, eine Kupplungseinrichtung 108, ein Differenzialgetriebe 110, eine Verbrennungsmotorsteuerung 112, einen integrierten Anlassergenerator (ISG) 114, einen Kondensatorsatz 116, eine Invertersteuerung 118, eine Halbbrückenschaltung 120, eine 36 V-Primärbatterie 122, einen DC/DC-Wandler 124, eine Zweitbatterie 126 und einen Inverterbus 128. Die Kurbelwelle 102 ist über eine Kupplungseinrichtung 108 mit dem Getriebe 104 verbunden.
Der Inverterbus 128 verbindet betriebsfähig oder elektrisch leitend den ISG 114 mit der Invertersteuerung 118. Des Weiteren ist die Invertersteuerung 118 betriebsfähig mit der Halbbrückenschaltung 120 verbunden. Der Kondensatorsatz 116 ist ebenfalls betriebsfähig mit der Halbbrückenschaltung 120 verbunden. Wie gezeigt, ist auch die 36 V- Primärbatterie 122 betriebsfähig mit der Halbbrückenschaltung 120 verbunden.
Der Verbrennungsmotor 101 kann zum Beispiel ein konventioneller Verbrennungsmotor sein, der über einen Kupplungsmechanismus an ein Schaltgetriebe trennbar gekoppelt oder über einen Drehmomentwandler an ein Automatikgetriebe fluidgekoppelt ist. Wie im Fachgebiet allgemein üblich, ist das Getriebe 104 betriebsfähig über ein Differenzialgetriebe 110 zum Abgeben des vom Verbrennungsmotor 101 erzeugten Antriebsdrehmoments an die Antriebsräder 106 mit diesen verbunden. Vorzugsweise steuert eine Verbrennungsmotorsteuerung 112 den Betrieb des Verbrennungsmotors 101.
Der integrierte Anlassergenerator (ISG) 114 kann entweder als Elektromotor oder als Generator zum Erzeugen von AC-Elektroenergie zur Versorgung elektrischer Verbraucher arbeiten. Der ISG 114 enthält einen Stator mit Wicklung, der zwischen der Kupplungsglocke des Verbrennungsmotors 101 und dem Getriebe 104 verschraubt ist. Dementsprechend kann der ISG 114 zum Durchdrehen des Verbrennungsmotors 101, bevor das Kraftstoffeinspritzen beginnt, und zur Unterstützung des Drehmomentausgangs des Verbrennungsmotors 101, nachdem er angelassen ist, wie ein konventioneller Anlassermotor mit Energie versorgt werden.
In der Ausgestaltung wird ein Kondensatorsatz 116 zur Energieversorgung zum Betreiben des ISG 114 als Elektromotor verwendet. In der Ausgestaltung wird nur ein Kondensator für den Kondensatorsatz 116 verwendet. Es können jedoch eine Vielzahl von Kondensatoren im Kondensatorsatz 116 verwendet werden. Diese Kondensatoren können außerdem verschiedenen Kapazitäten besitzen. Typ und Anzahl der verwendeten Kondensatoren sind davon abhängig, wie viel Energie oder Spannung das System fordert. Diese Kondensatoren können in Reihe oder parallel betriebsfähig miteinander verbunden sein. Eine Konfiguration für den Kondensatorsatz 116, die als geeignet befunden worden ist, ist ein für 100 V ausgelegtes Kondensatormodul mit einer Kapazität von 1 F. Bezug nehmend auf die Fig. 3 und 4 ist der Kondensatorsatz 116 betriebsfähig mit der Halbbrückenschaltung 120 verbunden. Die Halbbrückenschaltung 120 enthält eine Gate-Ansteuerung 120a und eine Gate- Ansteuerung 120b.
Wenn der Ultrakondensator auf etwa 100 V voll aufgeladen ist, versorgt der Kondensator den ISG 114 ausreichend mit einer Energie von 100 V, damit sie wie ein Elektromotor zur Unterstützung der Drehmomentabgabe des Verbrennungsmotors 101 arbeitet, wenn der Verbrennungsmotor mit eigener Leistung läuft. Dieser Ultrakondensator, der verwendet werden kann, kann auf etwa 100 V aufgeladen werden und liefert mit 100 V ausreichend Energie an den ISG 114 zum Anlassen des Fahrzeugs bei ungünstigen Bedingungen.
Zum Aufladen des Kondensatorsatzes 116 dient die Primärbatterie 122. Die Primärbatterie ist vorzugsweise eine 36 V-Batterie, am besten eine 36 V-Bleibatterie desjenigen Typs, der üblicherweise in 42 V-Fahrzeugelektriksystemen verwendet wird, obwohl andere, zum Antreiben des ISG 114 fähige Typen von Kraftfahrzeugbatterien verwendet werden können. Die Primärbatterie 122 betreibt auch die 42 V-Verbraucher des Fahrzeugs. Die Ausgestaltung enthält weiter eine Zweitbatterie I26 mit einer vorzugsweise niedrigeren Spannungskapazität als die Primärbatterie 122, mit höherem Vorzug einer Spannung von 12 V. Die Batterie 126 kann die traditionell in Kraftfahrzeugelektriksystemen vorkommenden 14 V- Verbraucher betreiben.
Sowohl die Batterien 122 und 126 als auch der Kondensatorsatz 116 können bei Bedarf durch den Erzeugungs- und Regenerierungsvorgang des ISG 114 in einem Generatormodus aufgeladen werden, der wahlweise als Hochspannungslichtmaschine arbeitet, nachdem der Verbrennungsmotor 10 angelassen worden ist. Die Ausgestaltung umfasst den Inverterbus 128, der Elektroleitungen enthält, die die Komponenten ISG 114, Batterien 122 und 126 sowie Kondensatorsatz 116 zwecks Übertragung der Elektroenergie zwischen diesen Komponenten miteinander verbinden.
Bezug nehmend auf die Fig. 2, 3 und 4 enthält die Invertersteuerung 118 einen Leistungsinverter 130, der eine 3-phasige Brücke 130a bis 130f und die Gate- Steuerschaltungen 130g bis 1301 umfasst. Der Leistungsinverter 130 kann die 100 V- Gleichstromenergie vom Kondensatorsatz 116 in Dreiphasen-Wechselstromenergie invertieren, damit der ISG 114 zum Betrieb als Elektromotor mit Energie versorgt wird. Außerdem wandelt der Leistungsinverter 130 bei Wirken des ISG 114 als Generator den vom ISG 114im Generatormodus erzeugten Strom in 100 V-Gleichstromenergie zum Aufladen der Batterien 122 und 126 sowie des Ultrakondensators im Kondensatorsatz 116 um.
Die Invertersteuerungseinheit 118 enthält außerdem, wie in Fig. 2 gezeigt, eine Steuerung 132. Die Steuerung 132 implementiert funktionell eine ISG-Systemsteuerung 134 zur Steuerung des Betriebs des ISG 114, Schnittstellen mit der Verbrennungsmotorsteuerung 112 und verschiedene Befehlssätze zum Betreiben des Gesamtsystems, einschließlich solcher Befehle wie das Aufladen des Ultrakondensators im Kondensatorsatz 116 aus den Spulen 114a bis 114c des ISG 114. Die ISG-Systemsteuerung 134 enthält außerdem ein Softwareprogramm, das fortwährend Messwerte von den Elektroleitungen erfasst und eingibt, die an verschiedene Systeme, Sensoren und Komponenten, wie z. B. der Kondensatorsatz 116, die Primärbatterie 122, der ISG 114, das Bremspedal, der Leistungsinverter 130, die Halbbrückenschaltung 120 und der Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser, angeschlossen sind. Diese Messwerte zeigen Spannung, Strom und/oder Leistung an. Das Softwareprogramm kann diese von den Elektroleitungen empfangenen Werte mit gespeicherten Spannungs-, Strom- und Leistungswerten oder festgelegten Spannungswerten für verschiedene Komponenten des Fahrzeugsystems 100, wie z. B. der Kondensatorsatz 116, die Primärbatterie 122, der Leistungsinverter 130, die Halbbrückenschaltung 120 und der ISG 114, vergleichen. Das Softwareprogramm kann außerdem Sensoren verwenden, die als Elektroleitungen zum Erhalten von Messwerten der Spannung, des Stroms und/oder der Leistung für verschiedene Teile des Fahrzeugsystems 100, wie z. B. Kondensatorsatz 116 und Sensor 116a, wirken.
Die Steuerung 132 enthält vorzugsweise einen Hochleistungsgleitkommadigitalsignalprozessor (DSP) 136, der die Steuerlogik zum Implementieren der Funktion der ISG- Systemsteuerung 134 ausführt. Ein DSP, der als geeignet befunden worden ist, ist der 16-Bit- Festkomma-DSP, Modell TMS340F243 von Texas Instruments. Die Steuerung 132 enthält außerdem wünschenswerrerweise einen Kommunikationsprozessor 138, der die Entstör- und Testaufgaben für die im DSP 136 implementierten Steueralgorithmen durchführt. Der Kommunikationsprozessor 136 ermöglicht einem Bediener während des Testens und Entstörens der Steueralgorithmen, ein grafisches Userinterface (GUI) 140 zum Kommunizieren mit der Steuerung 132 zu verwenden.
Die Steuerung 132 enthält weiter ein Eingabe/Ausgabe-(I/O-)Modul 142, wie z. B. eine programmierbare Logikeinrichtung oder eine programmierbare Feldlogik, zum Auslagern eines Teils der vom DSP 136 durchgeführten Rechenarbeit. Der DSP 136 gibt über das I/O-Modul 142 Befehle an den ISG 114 und die Verbrennungsmotorsteuerung 112. Das I/O- Modul 142 empftingt außerdem Messwerte von den Elektroleitungen von verschiedenen Teilen des Fahrzeugsystems, wie zuvor beschrieben, wobei diese Messwerte zwecks Verarbeitung zum Softwareprogramm und zum DSP 136 gesendet werden. Jede mit dem Fachgebiet vertraute Person wird erkennen, dass die Steuerung 136 alternativ andere Typen von Mikroprozessoren oder -computer mit ausreichender Rechenleistung und alternativer Schnittstellentechnik zum Implementieren der ISG-Systemsteuerung 134 mithilfe von Algorithmen oder festverdrahteter Steuerlogik nutzen kann.
Die Fig. 3 und 4 sind grafische Darstellungen einer Schaltung, die die Verbindung der verschiedenen Komponenten entsprechend der Vorzugsausgestaltung der Erfindung repräsentiert. In diesen Figuren sind die in Reihe und parallel verbundenen Gate-Ansteuerungen 130g bis 1301 und Dreiphasen-Halbbrücken 130a bis 130f im Leistungsinverter 130 enthalten. Der Leistungsinverter 130 kann die 100 V-Gleichstromenergie vom Kondensatorsatz 116 zwecks Energieversorgung der Elektromotorspulen 114a bis 114c des ISG 114 in Dreiphasen-Wechselstromenergie invertieren. Der Leistungsinverter 130 ist durch den Inverterbus 128 mit den Elektromotorspulen 114a bis 114c des ISG 114 betriebsfähig verbunden. Der Inverterbus 128 verbindet betriebsfähig die Halbbrückenschaltung 120 mit dem Kondensatorsatz 116. Außerdem verbindet der Inverterbus 128 ebenfalls die Batterie 122 mit einer 42 V-Begrenzung zum Busschutz. Die 42 V-Begrenzung zum Busschutz dient dem Schutz der Komponenten der Schaltung vor Schaden durch eine hohe Energiespitze.
Fig. 5 ist ein Flussdiagramm, das eine andere Ausgestaltung der Erfindung zeigt. Im Schritt 201 startet ein Bediener des Fahrzeugsystems das Fahrzeug durch Einführen und Drehen eines Zündschlüssels in eine An-Stellung. In diesem Moment werden der Leistungsinverter 130, der Kondensatorsatz 116 und der ISG-Motor 114 mit Energie versorgt. Wenn der Kondensatorsatz 116 mit Energie versorgt ist, übertragen die mit den Sensoren am Kondensatorsatz 116 und am DSP 136 elektrisch leitend verbundenen Elektroleitungen die Spannung, Strom und/oder die Leistung anzeigenden Messwerte des Kondensatorsatzes 116 zum Softwareprogramm des DSP 136. Der DSP 136 empfängt diese Messwerte über die mit dem Kondensatorsatz 116 elektrisch leitend verbundenen Elektroleitungen. Im Schritt 203 stellt das Softwareprogramm der Steuerung 132 auf der Basis der Messwerte fest, ob der Wert der Kondensatorspannung niedriger als ein im DSP 136 gespeicherter festgelegter Spannungswert ist, wenn die Steuerung 132 die empfangenen Messwerte mit der Schwellenspannung vergleicht. Der festgelegte Spannungswert oder ein Schwellenspannungswert kann ein 42 V-Wert vom Inverterbus, eine Elektromotorspannung von 62 V, eine höhere Spannung als die Batteriespannung oder ein anderer Spannungswert sein.
Wenn die Steuerung 132 in Schritt 203 feststellt, dass die Spannung vom Kondensatorsatz 116 nicht niedriger als die Schwellenspannung ist, weist die Steuerung 132 in Schritt 205 den Kondensatorsatz 116 an, den ISG-Motor 114 zwecks Aufladung des Kondensatorsatzes mit Energie zu versorgen. Die Steuerung 132 kommuniziert mit dem I/O-Modul 142 zum Anweisen des Kondensatorsatzes 116, Energie oder Spannung durch den Inverterbus zum Anregen der Spulen 114a bis 114c des ISG 114 zu liefern.
Wenn die Steuerung 132 in Schritt 203 feststellt, dass die Spannung vom Kondensatorsatz 116 niedriger als die Schwellenspannung ist, weist die Steuerung 132 in Schritt 207 die Primärbatterie 122 an, den ISG-Motor 114 mit Energie oder Spannung zu versorgen. Die Steuerung 132 weist über das I/O-Modul 142 die Primärbatterie 122 an, Energie oder Spannung durch den Inverterbus 128 an die Vielzahl der Spulen 114a bis 114c zum Anregen dieser Spulen zu liefern. Zur Energieversorgung der Spulen 114a bis 114c des ISG 114 öffnet die Steuerung 132 in Schritt 207 die Gate-Steuerschaltungen 130g und 130j des Leistungsinverters 130 und den Gate-Schalter 120b der Halbbrückenschaltung 120, wobei dann die Batterie 122, wie in Fig. 3 durch Pfeile gezeigt, die Spannung über den 42 V-Bus zum Inverterbus 128 an die Gate-Steuerschaltungen 130g und 130j und den Gate-Schalter 120b überträgt. Der Strom fließt vom Gate 130g durch die Spulen 114a und 114b und fließt durch das Gate 130j und den Gate-Schalter 120b aus.
Im Schritt 209 wird durch die Steuerung 132 ermittelt, ob der gesamte Strom von der Gate-Steuerschaltung 130g durch die Spulen 114a und 114b und durch das Gate 130j und den Gate-Schalter 120b geflossen ist. Deshalb wird analysiert, um festzustellen, ob die Vielzahl der Spulen 114a bis 114c mit Energie versorgt sind. Wie zuvor beschrieben, existieren Elektroleitungen, die die Sensoren an den Spulen 114a bis 114c elektrisch leitend mit dem DSP 136 verbinden. Diese Elektroleitungen stellen für die Spulen 114a bis 114c Strommesswerte bereit, die durch die Steuerung 132 analysiert werden, so dass die Steuerung 132 feststellen kann, ob Strom durch die Spulen 114a bis 114c fließt. Wenn die Steuerung 132 aus diesen Messwerten erkennt, das kein Strom durch die Spulen 114a bis 114c geflossen ist, kehrt die Steuerung 132 zum Schritt 203 zurück.
Wenn die Steuerung 132 aus den Messwerten feststellt, dass der gesamte Strom durch 114a und 114b geflossen ist, werden in Schritt 213 die Gates 130g, 130j und 120a geschlossen. In Schritt 215 fließt der Strom über eine Diode von Gate 130h zum Inverterbus 128. Da die Spannung im Inverterbus 128 höher als die Kondensatorspannung ist, gestattet in Schritt 217 eine Diode vom Gate 120a den Stromdurchfluss zum Aufladen des Kondensatorsatzes 116. Anschließend kehrt der Prozess zum Schritt 203 zurück, bis die Spannung des Kondensatorsatzes 116 über der Schwellenspannung liegt. Die Steuerung 132 vergleicht die Spannung des Kondensatorsatzes 116 mit der Schwellenspannung, um festzustellen, ob die Spannung des Kondensatorsatzes 116 größer als die Schwellenspannung ist. Wenn die Steuerung 132 feststellt, dass die Kondensatorspannung über der Schwellenspannung liegt, weist die Steuerung 132 über das I/O-Modul 142 den Kondensatorsatz 116 an, Energie oder Spannung über den Inverterbus 128 an den ISG 114 zu liefern.
Fig. 6a ist ein Flussdiagramm einer anderen Ausgestaltung der Erfindung. In Schritt 219 startet ein Bediener des Fahrzeugsystems das Fahrzeug, wie zuvor beschrieben. Wenn der Kondensatorsatz 116 mit Energie versorgt ist, übertragen die mit dem Kondensatorsatz 116 und dem DSP 136 elektrisch leitend verbundenen Elektroleitungen die Spannung, Strom und/oder Leistung anzeigenden Messwerte des Kondensatorsatzes 116 zum Softwareprogramm des DSP 136. Der DSP 136 empfängt diese Spannung, Strom und/oder Leistung anzeigenden Messwerte über die Elektroleitungen, wie zuvor beschrieben. Im Schritt 221 stellt die Steuerung 132 auf der Basis der Messwerte fest, ob die Spannung des Kondensatorsatzes 116 größer als ein in der Steuerung 132 gespeicherter Schwellenspannungswert ist, wenn die Steuerung 132 die empfangenen, die Spannung anzeigenden Messwerte mit dem Schwellenspannungswert vergleicht. Der Spannungsschwellenwert ist dem zuvor beschriebenen festgelegten Spannungswert äquivalent.
Wenn die Steuerung 132 in Schritt 221 feststellt, dass die Spannung vom Kondensatorsatz 116 nicht größer als die Schwellenspannung ist, wechselt die Steuerung 132 zu Schritt 203. Wenn die Steuerung 132 feststellt, dass die Spannung vom Kondensatorsatz 116 größer als die Schwellenspannung ist, weist die Steuerung 132 in Schritt 225 den Kondensatorsatz 116 an, Energie an den Inverterbus 128 zu liefern. Die Steuerung 132 weist unter Verwendung des I/O-Moduls 142 das Gate 130g an zu öffnen und das Gate 120b an zu schließen. Energie oder Spannung wird vom Kondensatorsatz 116 über das offene Gate 122a zur Lieferung und/oder Bereitstellung von Energie oder Spannung an den ISG-Motor 114 geleitet. In diesem Moment empfangen die Elektroleitungen am Kondensatorsatz 116 und der Batterie 122 Messwerte, die zur Steuerung 132 übertragen werden.
Typischerweise ist die Spannung vom Kondensatorsatz 116 höher als die Spannung der Batterie 122, so dass der Kondensatorsatz 116 anstelle der Batterie 122 Spannung oder Energie an den ISG-Motor 114 liefert. Die Steuerung 132 vergleicht fortwährend die Messwerte vom Kondensatorsatz 116 mit den Messwerten von der Batterie 122, um festzustellen, ob die Energie oder Spannung vom Kondensatorsatz 116 äquivalent den Messwerten von der Batterie 122 ist. Wenn die Steuerung 132 feststellt, dass die Messwerte vom Kondensatorsatz 116 äquivalent den Messwerten von der Batterie 122 sind, weist die Steuerung 132 in Schritt 227 den Kondensatorsatz 116 und die Batterie 122 an, Energie oder Spannung an den ISG-Motor 114 zu liefern. Die Steuerung I32 weist eine Dioden-Gateansteuerung 120b an, Energie von der Batterie 122 über den Inverterbus 128 zu leiten und zum ISG-Motor 114 zu liefern, zusammen mit dem Kondensatorsatz 116, der Energie oder Spannung zum ISG-Motor 114 liefert.
Fig. 6b ist eine grafische Darstellung des in Fig. 6a beschriebenen Flussdiagramms. Der Kondensatorsatz 116 versorgt über eine Dauer t1 die Elektromotorspulen 114a bis 114c mit Energie. Diese Dauer t1 kann in Abhängigkeit der Anzahl und Kapazitäten der Kondensatoren im Kondensatorsatz lang oder kurz sein. Bei zum Beispiel nur einem Kondensator im Kondensatorsatz 116 wird es eine kurze Dauer sein. Bei zwei oder mehr Kondensatoren im Kondensatorsatz 116 wird die Dauer länger sein. Die Dauer t1 variiert, da natürlich drei Kondensatoren zum Erzeugen von 300 V mehr Zeit benötigen als ein Kondensator, der 100 V zum Abfallen auf ein 36 V- bis 42 V-Niveau der Batterie 122 erzeugt. Wenn die Spannung vom Kondensator im Kondensatorsatz 116 auf ein 36 V- bis 42 V-Niveau der Batterie 122 abfällt, versorgt die Batterie 122 zusammen mit dem Kondensatorsatz über die Dauer t2 den ISG-Motor 114 mit Energie oder Spannung, wie durch t2 dargestellt ist.
Damit wird der Kondensatorsatz 116 im Anfangsstadium des Betriebs des Fahrzeugs 100 aufgeladen. In einem Anfangsstadium des Betriebs wird zur Energieversorgung des als Elektromotor arbeitenden ISG 114 mithilfe der höheren Spannung des aufgeladenen Kondensatorsatzes 116 die Leistung des ISG 114 gesteigert. Die Leistung des ISG 114 im Motormodus wird durch spätere Zuführung einer von der Batterie 122 in Zusammenarbeit mit dem Kondensatorsatz 116 gelieferten Energie zwecks Energieversorgung des ISG-Motors 114 weiter verbessert. Die Dauer der Energieversorgung des ISG 114 wird erhöht und ergibt ein sicheres Anlassen des Verbrennungsmotors 101. Durch die stoßweise Energie des Kondensatorsatzes 116 und die beständige Energie der Batterie 122 unterstützt diese Strategie die Optimierung von Energieniveau, Leistungsniveau, Größe und Gewicht von Batterie 122 und Kondensatorsatz 116. Diese Ausgestaltung ist außerdem in der Lage, den ISG-Motor 114 über eine längere Dauer anzutreiben, als es allein mit Ultrakondensatoren im Kondensatorsatz 116 möglich ist.
Fig. 7 ist ein Flussdiagramm, das eine andere Ausgestaltung der Erfindung darstellt. Zu diesem Zeitpunkt hat der Bediener das Fahrzeug angelassen, das Fahrzeug ist über eine Zeitdauer gefahren worden und der ISG 114 befindet sich im Motormodus. Im Schritt 229 versetzt ein Bediener des Fahrzeugsystems das Fahrzeug durch Niederdrücken des Bremspedals des Fahrzeugs 100 in einen Bremszustand. Das Bremspedal enthält Elektroleitungen, die eine Dauer anzeigende Messwerte zum Softwareprogramm der Steuerung 132 übertragen. Außerdem gibt es einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor, der Geschwindigkeit anzeigende Messwerte, wie z. B. Meilen pro Stunde oder Kilometer pro Stunde, über das I/O- Modul 142 an die Steuerung 132 überträgt, wenn das Bremspedal niedergedrückt wird. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor kann Elektroleitungen enthalten, die den Fahrzeuggeschwindigkeitsmesser und die Steuerung 132 miteinander verbinden. Die Steuerung 132 erfasst die Messwerte des Bremspedals und des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors aus den Elektroleitungen und vergleicht sie mit einem gespeicherten Messwert des Bremspedals bzw. einem gespeicherten Messwert der Fahrzeuggeschwindigkeit, um festzustellen, ob sich das Fahrzeug 100 in einem Bremszustand befindet. Der Standardmesswert für den Bremsmodus kann zum Beispiel enthalten: Das Bremspedal muss mindestens für 20 s gedrückt werden und die Fahrzeuggeschwindigkeit muss geringer als 10 Meilen pro Stunde sein. Wenn die Messwerte vom Bremspedal ergeben, dass das Bremspedal für weniger als 0,5 s gedrückt worden ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit über 10 Meilen pro Stunde liegt, weist die Steuerung 132 in Schritt 231 das Fahrzeug 100 und/oder den ISG-Motor 114 an, im Normalbetrieb zu verbleiben.
Wenn die Messwerte vom Bremspedal ergeben, dass das Bremspedal über 0,5 s gedrückt worden ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit unter 10 Meilen pro Stunde liegt, stellt die Steuerung 132 in Schritt 233 fest, dass sich das Fahrzeug 100 im Bremsmodus befindet. Die Steuerung 132 weist den ISG 114 an, in den Generatormodus zu wechseln. Der ISG-Motor 114 überträgt im Generatormodus eine Dreiphasen-Wechselspannung oder -Energie zum Leistungsinverter 130, der die Wechselspannung in eine Gleichspannung wandelt.
In Schritt 235 vergleicht die Steuerung 132 die Gleichspannung mit einer Schwellenspannung, die die Batterie 122 akzeptieren kann. Die Schwellenspannung, die die Batterie 122 akzeptieren kann, ist der Steuerung 132 aufgrund der Elektroleitungen bekannt, die, wie zuvor beschrieben, das Softwareprogramm und den DSP 136 mit der Batterie 122 elektrisch leitend verbinden. Das Softwareprogramm und die DSP 136 erfassen fortwährend die Messwerte der Batterie 122 und sind in der Lage, den Betrag der Schwellenspannung festzustellen, den die Batterie 122 akzeptieren kann. Die Steuerung 132 ermittelt, ob die Gleichspannung größer als diese Schwellenspannung ist. Wenn die Gleichspannung nicht größer als diese Schwellenspannung ist, weist die Steuerung 132 die Gate-Ansteuerung 120b an zu öffnen und weist den ISG-Motor 114 an, die Spannung durch den Inverterbus 128 zur Batterie 122 zu übertragen. Damit kann die Gleichspannung einen Teil der Spannung an die Batterie 122 und den Kondensatorsatz 116 liefern. In einer anderen Ausgestaltung bleibt, wenn zuvor festgestellt worden ist, dass die Batterie 122 die Spannung oder Energie vom ISG-Motor 114 nicht akzeptieren kann, 120b geschlossen, und die Steuerung 132 weist sofort den ISG-Motor 114 an, Spannung an den Kondensatorsatz 116 zu liefern. Damit ist die Batterie 122 nicht in der Lage, eine Gleichspannung vom ISG-Motor 114 zu empfangen.
Wenn in Schritt 235 diese Gleichspannung größer als dieser Schwellenspannungswert ist, weist die Steuerung 132 in Schritt 239 den ISG-Motor 114 an, Energie oder Spannung an den Kondensatorsatz 116 zu liefern. Die Steuerung 132 weist die Gate- Ansteuerung 120b an zu schließen und weist den ISG 114 an, Spannung über den Inverterbus 128 durch das Gate 120a an den Kondensatorsatz 116 zu liefern. Das trägt dazu bei, die Komponenten am Bus vor Schaden durch zu hohe Energiespitzen zu schützen.
Es ist beabsichtigt, dass die vorangegangene detaillierte Beschreibung als erläuternd und nicht als einschränkend angesehen wird und dass es die nachfolgenden Patentansprüche, einschließlich aller Entsprechungen, sind, die den Geltungsbereich der Erfindung festlegen.

Claims

1. Ein Verfahren zur Energieübertragung im gesamten Fahrzeugsystem, umfassend:
Empfangen von Spannungsmesswerten von einem Kondensatorsatz;
Vergleichen der Messwerte mit einer Schwellenspannung;
Feststellen, ob die Messwerte geringer als die Schwellenspannung sind;
Übertragen von Anweisungen an eine Batterie zur Energieversorgung einer Vielzahl von Spulen eines integrierten Anlassergenerator-(ISG-) Motors;
Analysieren der Vielzahl der Spulen zum Feststellen, ob die Vielzahl der Spulen mit Energie versorgt ist;
Übertragen der Energie von der Vielzahl der Spulen an den Kondensatorsatz, wenn die Vielzahl der Spulen ausreichend mit Energie versorgt ist.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Vergleich der Messwerte mit dem Schwellenwert von einem Digitalsignalprozessor durchgeführt wird.

3. Das Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Übertragung von Anweisungen an die Batterie zur Energieversorgung der Vielzahl von Spulen des ISG-Motors von einer Steuerung durchgeführt wird.

4. Ein Verfahren zur Energieübertragung an einen Elektromotor eines Fahrzeugsystems von einem Kondensatorsatz, umfassend:
Feststellen, ob die Spannungen eines Satzes größer als ein Schwellenspannungswert sind;
Liefern von Energie vom Kondensatorsatz an einen ISG-Motor;
Vergleichen einer Spannung des Kondensatorsatzes mit einer Batteriespannung;
Feststellen, ob die Spannung des Kondensatorsatzes äquivalent zur Batteriespannung ist;
Liefern von Energie von der Batterie an den ISG-Motor zusammen mit dem Kondensatorsatz, der Energie zum ISG-Motor liefert, wenn die Spannung des Kondensatorsatzes äquivalent zur Batteriespannung ist.