DE19620988C2 - Steuervorrichtung und Verfahren zur Steuerung für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb - Google Patents

Steuervorrichtung und Verfahren zur Steuerung für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb

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Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb.
Aus der DE 44 36 383 A1 ist ein Hybridantrieb für Kraftfahrzeuge bekannt. Ein solcher Hybridantrieb erlaubt das Antreiben des Kraftfahrzeuges mittels eines konven­ tionellen Verbrennungsmotors oder alternativ mit einem Elektromotor. Beim elektromotorischen Antrieb erfolgt die Energieversorgung des Bordnetzes und des Elektromotores über eine Traktionsbatterie. Da die Traktionsbatterie ei­ ne Spannung von ca. 220 V liefert, muß diese Spannung mittels eines Gleichspannungswandlers auf die Bordnetz­ spannung U1 = 14 V heruntertransformiert werden. Solche Gleichspannungswandler sind jedoch sehr störanfällig; insbesondere kann eine thermische Belastung zum Ausfall führen. Bei einem Ausfall des Gleichspannungswandlers übernimmt die Starterbatterie die Stromversorgung für das Bordnetz. Hierzu ist die Starterbatterie über eine Diode mit dem Bordnetz verbunden. Insbesonders beim elektromo­ torischen Betrieb mit eingeschalteter Lichtanlage wird die Starterbatterie relativ schnell entladen. Die Span­ nung der Starterbatterie sinkt dabei kontinuierlich ab. Nach einer bestimmten Zeit ist ein Starten des Verbren­ nungsmotores mit Hilfe der Starterbatterie dann nicht mehr möglich. Dies bedeutet, daß die Fahrt des Kraftfahr­ zeuges nur noch allein mit Hilfe des elektromotorischen Antriebes fortgesetzt werden kann. Da die Reichweite des Kraftfahrzeuges mit Hilfe des Elektromotores aber relativ gering ist, bedeutet dies, daß das gewünschte Fahrziel nicht mehr direkt erreicht werden kann. Im schlimmsten Fall besteht die Gefahr eines Liegenbleibens des Fahrzeu­ ges. Ein Absinken der Starterbatteriespannung stellt bei Dunkelheit eine zusätzliche Gefahr dar, da die Leistung der Scheinwerfer vom Fahrer unbemerkt langsam abnimmt. Ein Totalausfall der Lichtanlage hat dann zur Folge, daß das Fahrzeug ohne jede Beleuchtung abgestellt werden muß. Außerdem können wichtige Sicherheitseinrichtungen, die von der Bordnetzspannung abhängen, ausfallen. Die im Fahrzeug vorgesehenen Sensoren, die mit einer zentralen Steuerung verbunden sind, erkennen diese Gefahrensitua­ tion nicht. Somit erfolgt auch keine optische oder aku­ stische Anzeige für den Fahrer, die eine Information be­ treffend der mögliche Gefahrensituation gibt.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Steuervorrichtung zu schaffen, mit der ein Entladen der Starterbatterie bei­ spielsweise beim Ausfall des Gleichspannungswandlers si­ cher erkennbar ist und die kostengünstig und einfach her­ stellbar ist.
Die gegenständliche Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfah­ ren anzugeben, das ein Entladen der Starterbatterie er­ kennt und das ggf. Gegenmaßnahmen einleitet. Diese Auf­ gabe wird durch das im Anspruch 4 bzw. Anspruch 5 angege­ bene Verfahren gelöst. Vorteilhafte Weiterbildung der Er­ findung sind in den zugehörenden Unteransprüchen angege­ ben.
Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, die Spannung im Traktionsbatteriestrompfad des Bordnetzes zu messen und mittels eines Steuergerätes auszuwerten und je nach dem ein Fehlersignal abzuspeichern und ggf. Gegenmaßnahmen einzuleiten. Bei einem Ausfall des Gleichspannungswandlers fällt die Spannung im Bordnetz unter die Spannung U1 = 14 V, da die Starterbatterie nur eine Spannung UBat ≈ 12 V liefert.
Bei einem thermischen Ausfall des Spannungswandlers be­ steht die Möglichkeit, daß dieser sich innerhalb kurzer Zeit wieder erholt. In diesem Fall sind keine Gegenmaß­ nahmen erforderlich, insbesondere ist ein Starten des Verbrennungsmotors nicht notwendig, die Fahrt kann kurz­ zeitig mit Hilfe der Starterbatterie fortgesetzt werden. Eine wesentliche Idee des Verfahrens besteht darin, daß der Verbrennungsmotor erst dann gestartet wird, wenn die Spannung der Starterbatterie UBat unter eine Grenzspan­ nung Ugr fällt.
Es kann nicht ausgeschlossen werden, daß sich der Gleich­ spannungswandler erst nach einer gewissen längeren Zeit­ spanne wieder erholt. In diesem Fall sollte auch nach dem Starten des Verbrennungsmotors immer wieder eine Funk­ tionskontrolle durchgeführt werden. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, ein zur Diode parallel geschaltetes Relais R zu öffnen und dabei die Spannung im Traktionsbatterie­ strompfad zu messen.
Weiterhin wird vorgeschlagen, die aufgetretenen Fehlersi­ tuationen als Fehlersignale in einem Fehlerspeicher abzuspeichern.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
In der einzigen Figur ist ein Schaltplan eines Kraftfahr­ zeugs mit Hybridantrieb mit der erfindungsgemäßen Steuer­ vorrichtung in schematischer Darstellung abgebildet. Der dargestellte Hybridantrieb besteht im wesentlichen aus einem Elektromotor 10 und einem Verbrennungsmotor 60. Die Energieversorgung des Elektromotors 10 erfolgt über eine Traktionsbatterie 20, die über einen Wechselrichter 12 mit diesem verbunden ist. Beim elektromotorischen Antrieb des Kraftfahrzeuges erfolgt die Energieversorgung des ge­ samten Bordnetzes durch die Traktionsbatterie 20. Diese ist hierzu über einen Gleichspannungswandler 22 mit dem Traktionsbatteriestrompfad 24 verbunden. Der Traktions­ batteriestrompfad 24 verzweigt sich und führt zu den ein­ zelnen Verbrauchern wie Airbag 28a, Radio 28b, Lichtan­ lage 28c etc. Der Traktionsbatteriestrompfad 24 weist ei­ nen Bordnetzanschluß 26 auf, der über einen Spannungsmes­ ser 30 mit einem Steuergerät 32 verbunden ist. In vor­ teilhafter Weise sind Spannungsmesser 30 und Steuerein­ heit 32 in einer elektronischen Einheit z. B. Bordcomputer integriert. Das Steuergerät 32 ist über eine Signallei­ tung 33 mit einer Anzeigeeinheit 34, über eine Steuerlei­ tung 36 mit einem Relais 40 und über eine Steuerleitung 38 mit dem Gleichspannungswandler 22 verbunden. Von dem Bordnetzanschluß 26 führt eine Verbindungsleitung 44 über das Relais 40, mit einer parallel geschalteten Diode 42 zum Verbindungsanschluß 56 eines Starterbatteriestrompfa­ des 54. Das Relais 40 ist normalerweise geschlossen. Der Starterbatteriestrompfad 54 führt von einer Starterbatte­ rie 50 zu einem Generator 52. Der Verbrennungsmotor 60 ist über die Starteranlage 62 mit dem Verbindungsanschluß 54 verbunden. Weiterhin führt eine Starterleitung 64 von der Starteranlage 62 zum Steuergerät 32.
Nachfolgend ist das Verfahren und die Funktionsweise der Steuervorrichtung näher erläutert. Im elektromotorischen Betrieb liefert die Traktionsbatterie 20 die Energie so­ wohl für den Elektromotor 10, wie auch für die über den Traktionsbatteriestrompfad 24 angeschlossenen Verbraucher z. B. 28a, b, c, sowie für die Starterbatterie 50. Die Traktionsbatterie 20 liefert eine Spannung von ca. 220 V. Diese Spannung wird über den Gleichspannungswandler 22 an die Bordnetzspannung U1 angepaßt. Die vom Spannungsmesser 30 gemessene Spannung U beträgt etwa 14 V. Im elektromo­ torischen Antrieb ist das Relais 40 normalerweise ge­ schlossen. Bei Ausfall des Gleichspannungswandlers 22 übernimmt automatisch die Starterbatterie 50 die Strom­ versorgung. Da die Starterbatterie 50 im geladenen Zu­ stand UBat≈12 V liefert, sinkt die Spannung im Trak­ tionsbatteriestrompfad 24 auf ≈12 V ab. Diese Spannung U wird mit Hilfe des Spannungsmessers 30 gemessen und im Steuergerät 32 ausgewertet. Falls die gemessene Spannung U zwischen 10 V und 12 V liegt, wird im Steuergerät 32 ein Fehlersignal F1 erzeugt und in einem Fehlerspeicher des Steuergerätes 32 abgespeichert. Kurzzeitige Ausfälle des Gleichspannungswandlers 22 sind möglich und ein Abschalten ist nicht notwendig. Eine Einleitung von Gegenmaßnahmen ist ebenfalls noch nicht notwendig, da hierbei nur eine geringe Belastung der Starterbatterie 50 auftritt. Dadurch daß das Fehlersignal F1 im Fehler­ speicher F abgespeichert wird, kann bei der nächsten Inspektion dieser Fehler jedoch aufgenommen werden.
Dauert der Ausfall des Gleichspannungswandlers 22 längere Zeit an, so wird die Energie der Starterbatterie 50 ver­ braucht. Dabei sinkt die Spannung UBat ständig ab. Unter­ schreitet UBat eine gewisse Mindestspannung Umin, so ist ein Starten des Verbrennungsmotors 60 nicht mehr möglich. Um dies zu verhindern, wird im Steuergerät 32 der aktu­ elle Spannungswert U mit einem Grenzspannungswert Ugr = 10 V verglichen. Der Grenzspannungswert Ugr liegt etwas über dem Mindestspannungswert Umin. Unterschreitet der aktuelle Spannungswert U den Wert Ugr, so wird im Steuer­ gerät 32 ein Fehlersignal F2 erzeugt und in dem Fehler­ speicher F abgespeichert. Solange das Fehlersignal F2 an­ liegt ist ein Umschalten auf Hybridantrieb bzw. elektro­ motorischen Antrieb nicht möglich. Es erfolgt eine ent­ sprechende Anzeige für den Fahrer (z. B. "Fehler E-Be­ trieb") in der Anzeigeneinheit 34. Das Steuergerät 32 gibt einen entsprechenden Abschaltimpuls an den Gleich­ spannungswandler 22, mit dem dieser abgeschaltet wird. Weiter gibt das Steuergerät 32 über die Starterleitung 64 einen entsprechenden Steuerimpuls an die Starteranlage 62, die daraufhin den Verbrennungsmotor 60 startet. Der Generator 52 liefert jetzt den Strom für das gesamte Bordnetz und die Starterbatterie 52 wird wieder aufgela­ den. Somit wird in einfacher Weise verhindert, daß die Spannung der Starterbatterie unter den Grenzspannungswert Ugr fällt. Aufgrund des gespeicherten Fehlersignals F2 läßt sich zusätzlich bei der nächsten Inspektion fest­ stellen, daß der Gleichspannungswandler 22 für längere Zeit ausgefallen war.
Es besteht die Möglichkeit, daß der Gleichspannungswand­ ler 22 nach längerer Erholungszeit seine Funktion wieder aufnehmen kann. Um dies festzustellen, veranlaßt das Steuergerät 32, solange das Fehlersignal F2 im Fehler­ speicher anliegt, in gewissen Abständen ein kurzzeitiges Öffnen des Relais 40 und ein Einschalten des Gleichspan­ nungswandlers 22. Ist der gemessene Spannungswert U ≧ 13,8 V, dann arbeitet der Gleichspannungswandler 22 wieder einwandfrei. Daraufhin wird das Fehlersignal F2 gelöscht und ein Fehlersignal F3 im Fehlerspeicher abge­ speichert. Dadurch wird ein Umschalten auf Hybridantrieb bzw. elektromotorischen Betrieb wieder möglich. Weiter wird die Anzeige in der Anzeigeeinheit 34 gelöscht. Ist dagegen die aktuelle Spannung U ≦ 13 V, so wird das Re­ lais 40 wieder geschlossen und der Gleichspannungswandler 22 wieder abgeschaltet. In diesem Fall arbeitet entweder der Gleichspannungswandler nicht einwandfrei, oder aber die Starterbatterie 50 liefert die Stromversorgung für das gesamte Bordnetz. Da das Relais 40 geöffnet ist, fal­ len an der Diode etwa 0,8 V ab. Bei einer maximalen Bat­ teriespannung von UB = 13,8 V ist dann die gemessene Spannung U ≦ 13,0 V. In gewissen zeitlichen Abständen wird diese Funktionskontrolle mehrmals wiederholt. Falls nach einer bestimmten Zahl von Funktionskontrollen weiterhin die gemessene Spannung U ≦ 13 V ist, wird keine weitere Funktionskontrolle mehr durchgeführt. In diesem Fall wird davon ausgegangen, daß der Gleichspannungswandler 22 einen schwerwiegenderen Defekt aufweist und eine Erholung unwahrscheinlich ist. In diesem Fall erübrigen sich auch weitere Funktionskon­ trollen. Die entsprechende Anzeige (z. B. "Fehler E- Betrieb") in der Anzeigeneinheit 34, die den Fahrer darüber informiert, daß ein Umschalten auf Hybridantrieb bzw. elektromotorischen Antrieb nicht möglich ist und er eine Servicestation aufsuchen sollte, bleibt weiterhin sichtbar. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich einfach und zuverlässig ein Ausfall des Gleich­ spannungswandlers 22 feststellen. Bauliche Veränderungen im vorhandenen Bordnetz sind hierfür nur in geringem Um­ fang notwendig. Mit dem angegebenen Verfahren wird in vorteilhafter Weise nur bei längerem Ausfall des Gleich­ spannungswandlers 22 der Verbrennungsmotor 60 gestartet und so ein Absinken der Starterbatteriespannung unter eine Minimalspannung Umin verhindert. Zusätzlich erfolgt in gewissen Abständen eine Funktionsprüfung des Gleich­ spannungswandlers 22. Dadurch wird in einfacher Weise ge­ währleistet, daß bei einem nur kurzfristigen Ausfall des Gleichspannungswandlers, ein Umschalten auf Hybridantrieb bzw. elektromotorischen Betrieb wieder möglich ist.

Claims (7)

1. Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit Hybridan­ trieb mit einem Starterbatteriestrompfad und einem Traktionsbatteriestrompfad, die über eine Diode mit parallel geschaltetem Relais miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Steuergerät (32) über einen Spannungsmesser (30) mit dem Traktionsbat­ teriestrompfad (24) verbunden ist.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Spannungsmesser (30) und das Steuer­ gerät (32) in einem elektronischen Bauelement inte­ griert sind.
3. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (32) mit einer Anzeigeeinheit (34) verbunden ist.
4. Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges mit Hybridantrieb mit einer Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (U) im Traktionsbatteriestrompfad (24) gemessen wird und falls 12 V < U ≦ 14 V ein erstes Fehlersignal (F1) erzeugt und in einem Fehlerspeicher (F) des Steuergerätes (32) gespeichert wird.
5. Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges mit Hy­ bridantrieb mit einer Steuervorrichtung gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (U) im Traktionsbatteriestrompfad (24) gemessen wird und falls U ≦ 10 V, der Verbrennungsmotor (60) des Hy­ bridantiebes gestartet wird und ein zweites Fehlersi­ gnal (F2) im Fehlerspeicher (F) des Steuergeräts (32) gespeichert wird.
6. Verfahren zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges mit Hy­ bridantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während das zweite Fehlersignal (F2) im Fehler­ speicher (F) anliegt, eine Funktionskontrolle durchge­ führt wird, bei der das Relais (40) kurzzeitig geöff­ net wird und falls die gemessene Spannung U ≧ 13,8 V ist, das zweite Fehlersignal (F2) gelöscht und ein drittes Fehlersignal (F3) im Fehlerspeicher des Steu­ ergeräts (32) gespeichert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionskontrolle eine vorgegebene Anzahl mal wiederholt wird.
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