DE2517110A1

DE2517110A1 - Kraftfahrzeug mit mehrfachantrieb (hybridantrieb)

Info

Publication number: DE2517110A1
Application number: DE19752517110
Authority: DE
Inventors: Giampiero Brusaglino; Giovanni Savonuzzi
Original assignee: Fiat SpA
Current assignee: Fiat SpA
Priority date: 1974-04-19
Filing date: 1975-04-18
Publication date: 1975-10-30
Also published as: GB1464086A; IT1055559B

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. H. Fl N CKE DIPL.-ING. H. BOHR DIPL.-ING. S. STAEGER

Patentanwalt· Dr. Finde· · Bohr · Sfoeger ■ 8 München 5 · MOllentraße B MÖNCHEN S₁ . _o . ., .,»„,- M0U.rtfroe.31 ^l8' ^ΑΡ^Γΐ1 ^75

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Beschreibung

der Firma FIAT Societa per Azioni Turin / Italien

betreffend

"Kraftfahrzeug mit Mehrfachantrieb (Hybridantrieb)"

Priorität: 19. April 1974 - ITALIEN

Die Erfindung betrifft Kraftfahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge für den Straßenverkehr, mit mehr als einer Antriebseinrichtung. Bei einer Bauart derartiger Fahrzeuge weist das Antriebssystem eine Gasturbine, einen von der Turbine angetriebenen Wechselstromerzeuger, eine Batterie und eine Elektromotoranlage auf, die mindestens ein Fahrzeugrad antreibt, und der Elektromotor wird von dem Wechselstromer-

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Bankverbindung ι Bayer. Vereinibank München, Konto £20 404 ■ PodKhedckontoi München 27044-802

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zeuger und/oder der Batterie gespeist. Bei diesem System ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die die Turbine automatisch starten läßt, wenn die Batterieladung eine vorgegebene Höhe unterschreitet; dann liefert der von der Turbine angetriebene Wechselstromerzeuger Strom für den Antriebsmotor des Fahrzeugs und für die Wiederaufladung der Batterie, bis der Ladungszustand der Batterie ein Niveau erreicht hat, das es erlaubt, den Motor wieder aus der Batterie zu speisen; nun wird die Turbine automatisch angehalten.

Die Erfindung stellt eine Weiterentwicklung eines derartigen Systems dar. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders wirtschaftlich arbeitendes System der oben angegebenen allgemeinen Art zu entwickeln, mit dem die Ausnützung der in den Fahrzeugbatterien gespeicherten Energie wirkungsvoller erfolgen kann. Auf diese Weise wird der Gesamtwirkungsgrad des Systems verbessert, so daß man ein Fahrzeug vorgegebener Größe, das mit einem Elektromotor vorgegebener Stärke ausgerüstet ist, mit Batterien geringerer Kapazität ausstatten kann; derartige Batterien sind kleiner und leichter und bedeuten somit für das System einen weiteren Vorteil.

Ferner liegt der Erfindung die weitere Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Steuern der Leistung des Wechselstromerzeugers anzugeben, derart, daß die verlangte Ausgangsleistung der Turbine konstant gehalten wird, was zu einer Herabsetzung der Abgasemissionen der Turbine selbst führt.

Gemäß der Erfindung ist ein Antriebssystem für Kraftfahrzeuge vorgesehen, mit einer Elektromotoranlage für den Antrieb mindestens eines Fahrzeugrades, einer Turbine, einem von der Turbine angetriebenen Wechselstromerzeuger, der, wenn er angetrieben wird, Strom an den Motor abgibt, und einer Batterie, die über eine.erste Speiseleitung mit der Motoranlage ver-

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bunden ist; das Antriebssystem ist dadurch gekennzeichnet, daß eine auf den aus der Batterie über die genannte erste Speiseleitung fliessenden Strom ansprechende Einrichtung vorgesehen ist, ferner eineKomparatorschaltung, der ein Bezugssignal sowie ein Signal zugeführt wird, das den aus der Batterie über die genannte erste Speiseleitung entnommenen Strom repräsentiert, ferner eine die Turbine in Betrieb setzende Startvorrichtung, die durch das Ausgangssignal der Komparatorschaltung gesteuert wird, um die Turbine zu starten, wenn der über die genannte erste Speiseleitung aus der Batterie entnommene Strom einen durch das Bezugssignal bestimmten Wert übersteigt, und schließlich eine Steuerung, die den Betrieb des Wechselstromerzeugers derart zu steuern vermag, daß der Wechselstromerzeuger, wenn er angetrieben wird, eine praktisch gleichbleibende Leistung über eine an die erste Speiseleitung angeschlossene zweite Speiseleitung abgibt.

Bei einem System dieser Art wird ein Energiefluß zwischen Turbogenerator und Elektromotor, Turbogenerator und Batterie und Batterie und Motor und umgekehrt hergestellt, ohne daß besonders zu betätigende Schaltvorrichtungen benutzt werden, vielmehr ausschließlich gemäß den Energieverhältnissen des Systems und den Fahrleistungsansprüchen, die von der Art abhängen, in der das Fahrzeug gefahren wird.

Nach einem wesentlichen Merkmal der Erfindung weist die Steuereinrichtung zum Steuern der Ausgangsgröße des Wechselstromerzeugers einen Leistungsmeßfühler auf, der auf die Ausgangsgröße des Wechselstromerzeugers anspricht und ein Ausgangssignal an einen Steuerkreis abgibt, dessen Ausgangsgröße den Erregerkreis des Wechselstromerzeugers so beeinflußt, daß die Ausgangsleistung des Wechselstromerzeugers und dauer die von der Turbine abgegebene Leistung konstant bleibt.

Dieses System ermöglicht die Steuerung der Ausgangsleistung

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des Wechselstromerzeugers ohne Verwendung kostspieliger Bauelemente, wie Dioden, Regeldioden usw., und läßt die Turbine mit gleichbleibender Ausgangsleistung arbeiten, was dann eine Herabsetzung der Emission schädlicher Abgase aus der Turbine zur Folge hat. Die Steuerung der Startvorrichtung für die Turbine erfolgt über einen Komparator, dessen einem Eingang ein Signal zugeführt wird, das den aus der Batterie über die erste Speiseleitung geführten Strom repräsentiert, während dem anderen Eingang des Komparators das Bezugssignal zugeführt wird, so daß, wenn der von der Batterie abgegebene Strom über einen vorgegebenen Wert hinausgeht, die Turbine selbsttätig gestartet wird; aus diesem Grund kann man Batterien von geringerem Gewicht verwenden, denn der aus der Batterie entnommene Strom kann begrenzt werden. Wegen der Begrenzung der Stromstärke verlängert sich die Lebensdauer der Batterie, denn eine schnelle Entladung durch hohe Ströme läßt sich vermeiden.

Eine Ausführungsform der Erfindung soll nun im einzelnen beispielshalber anhand der Zeichnung beschrieben werden, die ein schematisches Blockschaltbild der Erfindung wiedergibt. Die Figur zeigt einen Motor M (an dessen Stelle auch eine Gruppe von Motoren treten kann), der über ein Kraftübertragungssystem T mit einem Rad R (oder einer Anzahl Räder) eines (nicht gezeichneten) Kraftfahrzeugs.verbunden ist. Der Motor M erhält Strom aus einer Batterie B über eine Speiseleitung 10 und einen üblichen Regler RE; oder von einem Wechselstromgenerator A über eine Speiseleitung 12j der von dem Wechselstromerzeuger A herkommende Strom fließt ebenfalls durch den Regler RE. Die beiden Speiseleitungen 10 bzw. 12, die von der Batterie bzw. dem Wechselstromerzeuger in den Regler laufen, sind an einem Verbindungspunkt 14 zusammengeführt, so daß der Regler RE nur einen einzigen Stromeingang hat, gleichgültig, ob der Strom von der Batterie B oder von dem Generator A geliefert wird. In dem Regler befindet sich eine übliche Schaltung von

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Regeldioden, die durch Signale durchlässig getriggert werden, die von einem Steuerkreis 16 herrühren, der seinerseits durch Eingangssignale aus zwei Vorrichtungen 18 bzw. 20 gesteuert wird, die auf das Fahrpedal (18) bzw. eine Bremse (20) des Fahrzeugs ansprechen. Das Steuersystem aus Regler RE, Steuerkreis 16 und den Meßfühlern 18, 20 ist an sich bekannt: ein Beispiel eines derartigen Steuersystems ist in unserer italienischen Patentanmeldung No. 67045-A/72 beschrieben.

Die Leitung 10 ist an den. Pluspol 22 der Batterie B angeschlossen, und der Minuspol 24 der Batterie B ist geerdet. Ein Sirrommeßfühler 26 liegt in der Leitung 10 und liefert ein Signal, das von einer Leitung 28 an einen Eingang eines Komparatorkreises 30 geführt wird. Eine Leitung 32 führt das Ausgangssignal von dem Meßfühler 26 in eine den Ladungszustand berücksichtigende Schaltung 34, die ausserdem Informationen über die Spannung Vb an dem Pluspol der Batterie B, die Temperatur P der Batterie B und den Druck G des in der Batterie entwickelten Gases erhält: die Schaltung 34 verarbeitet Informationen, die in den Signalen dieser Parameter enthalten sind, die die Ladungsverhältnisse der Batterie charakterisieren, und veranlaßt die Erzeugung von zwei Signalen; eines dieser Ausgangssignale wird über eine Leitung 36 in die Steuerschaltung 16 geführt, die den Regler RE steuert, und das andere Ausgangssignal gelangt über eine Leitung 38 zu einer Startvorrichtung 40 für eine Turbine TU, die den Generator A antreibt.

Die Datenverarbeitungsschaltung 34, die die Signale verarbeitet, die eine Aussage über den Ladezustand der Batterie liefern, und die beiden Ausgangssignale liefert, und die Art und Weise, wie diese Ausgangssignale den Kreis 16 und die Startvorrichtung 40 steuern, sind im einzelnen in dem Italienischen Patent No. 977 869 beschrieben.

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Dem anderenEingang des Komparators 30 wird ein Bezugssignal S zugeführt; der Wert dieses Signals bestimmt den Maximalwert des von der Batterie zu liefernden Stroms. Wenn bei schnellem Anfahren des Fahrzeugs aus dem Stillstand oder bei starkem Beschleunigen des bereits in Bewegung befindlichen Fahrzeugs der aus der Batterie B entnommene Strom den durch das Signal S festgelegten Wert übersteigt, so liefert der Komparator 30 ein Signal an die Startvorrichtung 40, die die Turbine TU anlaufen läßt. Die Batterie braucht daher niemals starke Ströme zu liefern, und infolgedessen hat sie eine längere Nutzungslebensdauer: ausserdem läßt sich nun für einen bestimmten Motor und ein Fahrzeug bestimmter Größe eine deutlich kleinere Batterie verwenden als sie in einem üblichen System der oben allgemein beschriebenen Art erforderlich wäre.

Der Ausgang des Generators A gelangt über einen Leistungsfühler 42, der auf einen Steuerkreis 44 wirkt, um den Erregerkreis 46 des Generators zu steuern; ein Übersteuereingang L für den Erregerkreis 46 ist vorgesehen, um eine stärkere Erregung zu erreichen, falls das von Zeit zu Zeit erforderlich ist. Auf diese Weise arbeiten Generator und Turbine normalerweise mit gleichbleibender Leistung, und infolgedessen wird die Abgasemission der Turbine herabgesetzt.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ergibt, kann man die Turbogeneratοranlage in Abhängigkeit von dem Energiebedarf des Motors ein- oder abschalten; dieser Energiebedarf kann unter Umständen die Leistungsgrenze des Generators übersteigen. Wenn beispielsweise die maximale Stromlieferung der Batterie größer als die Maximalleistung des Generators oder gleich dieser ist, kann der dem Motor von Generator und Batterie zugeleitete Gesamtstrom, weil der Generator der vollständig geladenen Batterie keinen Strom zuführt, grosser sein

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als der MaximaIstrom, den der Generator liefern kann.

Das beschriebene System erreicht einen hohen Wirkungsgrad. Wenn man erreichen will, daß die Luftverunreinigung auf einen kleinstmöglichen Wert herabgesetzt wird, sollte in dem System eine Turbine verwendet werden, die häufig und sofort angelassen werden kann, ohne daß eine wesentlich grössere Abgasemission stattfindet, als wenn sie ständig liefe.

Die konstruktiven Einzelheiten können gegenüber den beschriebenen zahlreiche Abweichungen zeigen. Beispielsweise ist es möglich, zwischen den Komparator 30 und die Startvorrichtung 40 einen Zeitgeber, z.B. einen RC-Kreis, zu schalten, um zu verhindern, daß der Turbogenerator eingeschaltet wird, wenn ein erhöhter Strombedarf nur während sehr kurzer Zeit besteht,

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

ί 1, /Antriebssystem für Kraftfahrzeuge, mit einer Elektromotoranlage für den Antrieb mindestens eines Fahrzeugrades, einer Turbine, einem von der Turbine angetriebenen Wechselstromerzeuger, der, wenn er angetrieben wird, Strom an den Motor abgibt, und einer Batterie, die über eine erste Speiseleitung mit der Motoranlage verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine auf den aus der Batterie über die genannte erste Speiseleitung fliessenden Strom ansprechende Einrichtung vorgesehen ist, ferner eine !Comparators chaltung (30), der ein Bezugssignal sowie ein Signal zugeführt wird, das den aus der Batterie über die genannte erste Speiseleitung entnommenen Strom repräsentiert, ferner eine die Turbine (TU) in Betrieb setzende Startvorrichtung (UO), die durch das Ausgangssignal der Komparatorschaltung (30) gesteuert wird, um die Turbine (TU) zu starten, wenn der über die genannte erste Speiseleitung (10) aus der Batterie (B) entnommene Strom einen durch das Bezugssignal bestimmten Wert übersteigt, und schließlich eine Steuerung (42, 44), die den Betrieb des Wechselstromerzeugers (A) derart zu steuern vermag, daß der Wechselstromerzeμger (A) eine praktisch gleichbleibende Leistung über eine an die erste Speiseleitung (10) angeschlossene zweite Speiseleitung (12) abgibt.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Steuerung (42, 44) zum Steuern der Ausgangsgröße desWechseIstromgenerators einen Leistungsfühler (42) aufweist, der auf die Ausgangsleistung des Wechselstromerzeugers anspricht und Ausgangssignale auf einen Steuerkreis (44) gibt, dessen Ausgangsgröße den Erregerkreis (46) des Wechselstromerzeugers derart beeinflußt, daß die Ausgangsleistung des Wechselstromerzeugers und daher die von der Turbine (TU) gelieferte Leistung konstant bleiben.

Für: FIAT SOCIETA PER AZIONI

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