DE60026863T2

DE60026863T2 - Hybridfahrzeugsystem, damit betriebenes hybridfahrzeug und vorrichtung zur energieversorgung und speicherung für das hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE60026863T2
Application number: DE60026863T
Authority: DE
Inventors: Antônio V. Alfa B.C. Barra de Tijuca CEP-Rio de Janeiro ALBUQUERQUE DE SOUZA E SILVA
Original assignee: ELETRA INDUSTRIAL LTDA; Eletra Ind Ltda
Current assignee: ELETRA INDUSTRIAL LTDA; Eletra Ind Ltda
Priority date: 1999-10-05
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2020-10-05
Also published as: EP1218213B1; ES2260058T3; WO2001025041A3; WO2001025041A2; CY1105503T1; DE60026863D1; EP1218213A2; AR033652A1; PT1218213E; AU7635000A; US6708789B1; DK1218213T3; BR9904360A; ATE320935T1; EP1218213A4

Description

Kurze Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bedienungssystem für ein Hybridfahrzeug sowie das von dem erwähnten System bediente Hybridsystem. Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich außerdem mit der Einrichtung, die das erwähnte System integriert und als Funktion hat, Stromversorgung und -sammlung bereitzustellen. Insbesondere betrifft sie ein Hybridsystem und ein Hybridfahrzeug, das ausschließlich von einem Elektromotor angetrieben wird, der mit Hilfe eines von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Generators angetrieben wird.
Die Terminologie "Hybridfahrzeug" wird üblicherweise auf Fahrzeuge angewendet, die für ihre Auslenkung mehr als eine Leistungsquelle verwenden. Bevorzugt wird dieser Name für Fahrzeuge verwendet, die einen Verbrennungsmotor verwenden, der mit Ausrüstung für das Erzeugen von elektrischer Leistung "an Bord" assoziiert ist. Die elektrische Leistung wiederum wird dazu verwendet, einen Traktionselektromotor anzutreiben, der unabhängig arbeiten und/oder mit dem Verbrennungsmotor assoziiert sein kann, um die Fahrzeugräder anzutreiben. Es gibt eine sehr große Vielfalt von Konfigurations- und Fahrzeugtypen, die als "Hybrid" klassifiziert werden können.
Die Hybridtraktions- oder -antriebssysteme besitzen bekannter Weise eine doppelte Leistungsquelle. Eine spezifizierte Art von Hybridsystem ist diejenige, die elektrischen Strom von einem Elektromotor verwendet und mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet ist, die beide zum Antreiben des Fahrzeugs verwendet werden. Die solchen Systemen inhärenten Fahrzeuge sind als Hybridfahrzeuge bekannt, die Dualtraktion verwenden. Derart ist das in dem am 7. Mai 1996 veröffentlichte US-Patent Nr. 5,513,719, das zeigt, dass ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor alternativ als Fahrzeugtraktionsquelle wirken. Das anzuwendende Dualsystem erfordert ein spezielles Antriebs- oder Übertragungssystem, das der Gegenstand des US-Patent Nr. 5,513,719 ist. Der Oberbegriff von Anspruch 1 wird in US-Patent Nr. 5,939,794 A offenbart.
Diese Systeme wären für den Einsatz in kleineren Fahrzeugen wie etwa Kraftwagen für den Stadtgebrauch angemessen, bei denen die Leistungsanforderung des Verbrennungsmotors erheblich kleiner wäre.
Im Fall der Verwendung dieses Dualsystems für größere Fahrzeuge, wie etwa kollektive Fahrzeuge, die beispielsweise Dieselkraftstoffe verwenden, würde der Verbrennungsmotor notwendigerweise erheblich höhere Leistung aufweisen, was auch zu viel größeren Abmessungen führen würde.
Gleichermaßen würde ein Elektromotor bei diesem System, wenn er offensichtlich in einem größeren Fahrzeug verwendet wird, erfordern, dass er einzig und ausschließlich von dem Stromversorgungselement wie etwa einer Batterie betrieben wird, die logischerweise mehr Ladung erfordern würde und eine größere Abmessung aufweisen würde, um ein größeres Fahrzeug zu beliefern, das von dem elektrischen System alleine gespeist wird, wenn von dem Steuerungssystem ausgewählt.
Der Einsatz einer derartigen Lösung ist somit bei größeren Fahrzeugen wie etwa einem kollektiven Fahrzeug nicht angebracht.
Die erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Bereitstellung eines Systems zur Verwendung mit einer beliebigen Art von Fahrzeug, einschließlich kollektiver Fahrzeuge mit Dieselkraftstoff, bei dem die Notwendigkeit für spezifische Übertragungen entfällt und die ausschließlich den Elektromotor als den Antriebsmotor verwenden. Der Einsatz des vorgeschlagenen Systems würde als erste Konsequenz somit zur Eliminierung des Fahrzeuggetriebes führen. Diese Fahrzeuge, die das Hybridsystem der vorliegenden Erfindung verwenden, liefern offensichtlich diese und weitere signifikante Vorteile im Vergleich zu Fahrzeugen, die durch eine herkömmliche interne Verbrennung bewegt werden, oder den Fahrzeugen, die ausschließlich eine Batterie verwenden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Hybridfahrzeugs, das mit dem Hybridsystem der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, das mit einem Verbrennungsmotor versehen ist, der mit konstanter Drehung arbeitet und in der Nähe der Drehung des maximalen Motordrehmoments, d.h. er kann so eingestellt werden, dass er in der Nähe des optimalen Punktes geringeren Kraftstoffverbrauchs und Schadstoffemission arbeitet, wodurch man eine signifikante Reduktion bei der Emission von Gasen in die Atmosphäre erhält, wobei sich bei praktischen Messungen, die eine signifikante Reduktion der Schadstoffemission anzeigen, herausgestellt hat, dass man eine Reduzierung von bis zu 60% erhält.
Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Anmeldung besteht in der Bereitstellung einer Einrichtung zur Stromversorgung und -sammlung, die dahingehend arbeitet, dass sie dem Elektromotor abwechselnd Strom zuführt oder Strom in einem Batterieaggregat sammelt und somit als eine wahre Energielunge arbeitet.
Bei Hybridfahrzeugen mit Doppeltraktion oder -antrieb oder in Elektrofahrzeugen nach dem Stand der Technik, bei Betrieb mit einem Elektromotor als dem Antriebsmotor, kommt die Leistung, die erforderlich ist, um sie zu bewegen, von Stromakkumulatoren, auch als Batterieaggregate bezeichnet. Diese Batterie aggregate weisen üblicherweise die Kapazität auf, das Fahrzeug für eine bestimmte Zeit zu bewegen, und zwar in Abhängigkeit, von den Fahrzeugeinsatzbedingungen – Geschwindigkeit, transportierte Last usw., bis die elektrische Ladung reduziert ist und es notwendig ist, dieses Batterieaggregat auszutauschen oder das Fahrzeug während der Zeit zu stoppen, die erforderlich ist, um das Batterieaggregat von einer externen Quelle wiederaufzuladen.
Das vorgeschlagene System stellt mehrere Vorteile hinsichtlich der üblichen Hybridsysteme nach dem Stand der Technik bereit, was später in diesem Dokument beschrieben wird. Analog werden hier die Vorteile hervorgehoben, die man durch das Fahrzeug erhält, das das vorgeschlagene Hybridsystem enthält, sowie die Einführung des Batterieaggregats, das als eine wahre Energielunge wirkt.
Um ein Beispiel anzugeben, aber nicht den Schutzbereich zu beschränken, basiert die Beschreibung des Systems und des vorgeschlagenen Fahrzeugs auf ihrer Verwendung in kollektiven Fahrzeugen wie etwa einem Bus, der von Diesel als Kraftstoff bewegt wird. Bei dem in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen System arbeitet der Dieselmotor immer in einer konstanten Drehung und treibt einen Stromgenerator an, der den Traktionselektromotor mit elektrischem Strom versorgt, und der Überschuss dieses elektrischen Stroms geht zum Aufladen des Batterieaggregats. Der Dieselmotor kann deshalb so eingestellt werden, dass er bei seinem optimalen Punkt für weniger Kraftstoffverbrauch und reduzierte Schadstoffemission arbeitet. Aus praktischen Messungen geht hervor, dass Schadstoffemissionen auf signifikante Weise reduziert werden, und man kann eine Verringerung von bis zu 60% erhalten. Auch wird der Kraftstoffverbrauch stark reduziert, da der Motor nicht der ständigen Beschleunigung und Verlangsamung unterworfen ist, die den Betrieb bei einem traditionellen Verbrennungsmotor kennzeichnen.
Die Verwendung eines Batterieaggregats nur als "Energielunge" gestattet, dass dieses Batterieaggregat klein ist und eine Kapazität aufweist, die viel niedriger ist als eine, die erforderlich wäre, um ein nur von Batterien bewegtes Fahrzeug zu bedienen. Als Größenordnung beträgt die Kapazität (und das Gewicht) des Batterieaggregats, das für die Bedienung des hier beschriebenen Hybridfahrzeugs erforderlich ist, etwa ein Zehntel (1/10) von der, die erforderlich wäre, um das gleiche Fahrzeug zu bedienen, wenn es nur von Batterien bewegt würde. Außerdem ist die Autonomie des Hybridfahrzeugs fast unbegrenzt (sie hängt nur von dem Kraftstofftank ab) im Gegensatz zu einem Batteriefahrzeug, das eine sehr eingeschränkte Autonomie darstellt auf Grund der Notwendigkeit für das Wiederaufladen oder Austauschen des Batterieaggregats innerhalb recht kurzer Zeiten (Betriebsstunden). Auf Grund der Tatsache, dass beim Hybridfahrzeug Batterien niemals eine Tiefentladung haben, nimmt außerdem ihre Lebensdauer im Vergleich zur Haltbarkeit, die sie in lediglich mit einer Batterie bewegten Fahrzeugen darstellen, wo sie am Ende jedes Zyklus vollständig entladen werden, sehr stark zu. Die Verwendung eines Batterieaggregats, das als eine Energielunge arbeitet, d.h. dem Elektromotor elektrischen Strom zuführt und durch den Strom wieder aufgeladen wird, der von dem Generator erzeugt wird, der von dem Verbrennungsmotor immer dann angetrieben wird, wenn die Batterieladung reduziert ist, gestattet auf diese Weise dem Fahrzeug eine größere Autonomie, auf das das erwähnte Hybridsystem der vorliegenden Erfindung mit Hilfe einer Neubemessung des dimensionalen Designs bei einer beliebigen Art von Fahrzeug verwendet wird, ob leichte oder schwere Fahrzeuge; im letzteren Fall wäre es beispielsweise ein durch Diesel bewegtes kollektives Fahrzeug.
Wenn die Strom-"Spitzen" von dem Batterieaggregat geliefert werden, kann die Motorleistung wie etwa ein Dieselmotor (und der damit einhergehende Wechselrichter) außerdem auf bemerkenswerte Weise reduziert werden. Bei einem traditionellen Fahrzeug muss der Verbrennungsmotor so dimensioniert werden, dass er die "Spitzen"-Leistung (maximale Leistung), die von den Arbeitsbedingungen gefordert wird, selbst dann liefert, wenn er den größten Teil der Zeit mit sehr niedriger Leistung arbeitet.
Bei dem hier beschriebenen Hybridtraktionssystem braucht der Verbrennungsmotor wie der Dieselmotor nur so dimensioniert zu sein, dass er die mittlere Arbeitsleistung liefert, da die "Spitzen" von Batterien geliefert werden, und während der "Täler" wird die überschüssige Leistung für das Wiederaufladen der Batterie verwendet. Die Reduzierung der Motorleistung des Dieselmotors wird ein zusätzlicher Faktor bei der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Schadstoffemission.
Aus den gleichen Gründen sind auch die Geräuschindizes vom Motor stark reduziert, was auch die Abnahme der Lärmbelästigung verursacht.
Eine der Hauptaufgaben der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Bereitstellung des Hybridfahrzeugs, das einen niedrigeren Kraftstoffverbrauch, eine niedrigere Luftschadstoffemission hauptsächlich dann, wenn es im urbanen Bereich eingesetzt wird, und einen niedrigeren Geräuschpegel benötigt und so zur Abnahme der Lärmbelästigung beiträgt.
Das herkömmliche Fahrzeug mit Verbrennungsmotor weist eine einzigartige Batterie auf und ist ausschließlich für ihr Zünd- und Beleuchtungssystem, wobei diese Batterie klein ist und kaum gebraucht wird. Bei den nur von einer Batterie bewegten Elektrofahrzeugen ist es erforderlich, eine große Menge von Batterien zu verwenden, um die vom Traktionsmotor erforderliche Leistung zu erhalten. Zusätzlich dazu, dass sie dem Fahrzeug auf Grund der niedrigen Kapazität gesammelter Ladung, die sie besitzen, eine begrenzte Autonomie verleihen, erfordern diese Batterien häufiges Wiederaufladen, und je stärker der Fahrzeuggebrauch, umso größer ist die Wiederaufladfrequenznotwendigkeit. Bei Hybridfahrzeugen mit einer Traktion ausschließlich mit Hilfe von Elektromotoren wie bei dem am 27. Juni 1995 erteilten US-Patent Nr. 5,428,274 wird der Elektromotor von Batterien gespeist, die mit Hilfe des Generators geladen werden, wobei sie entladen werden, um dem Motor Ladung zu liefern. In diesem Fall arbeitet die Batterie konstant, was häufige Zustände erhöhter Ladung für diesen Batterietyp erfordert, wie in diesem Patent beschrieben. Wenn die Batterie verwendet wurde, um die Elektrizität innerhalb des Gebiets zwischen 60% maximaler Leistung und 100% der maximalen Leistung zu unterstützen, würde die Batterie eine höhere Kapazität benötigen, wodurch sie größer und schwerer werden würde. Stattdessen, wenn die Leistungsanforderung zwischen 60% bis zu 100% maximaler Leistung liegt, verwendet dieses Patent des Stands der Technik als Lösung den Einsatz eines Verbrennungsmotors, um die Batterieinkapazität so zu versorgen, dass sie innerhalb dieses Leistungsbereichs arbeitet.
Eine derartige Lösung weist als Nachteile die Tatsache auf, dass die Batterie eine ständige Ladung im Leistungsbereich von bis zu 60% der maximalen Leistung benötigt, und die Verwendung eines Verbrennungsmotors mit gleicher Leistung bis zur maximalen Leistung des Elektromotors.
In diesem Fall ist der Motor derjenige, der als eine "Energielunge" arbeitet. Um wie im Patent des Stands der Technik angegeben geringere Abmessungen und Gewichte für das Batteriesystem zu erreichen, würde die zuvor vorgeschlagene Lösung offensichtlich einen Verbrennungsmotor erfordern, der auf die Leistung gleich der maximalen Leistung des Elektromotors dimensioniert ist, was zu einem Motor mit höheren Abmessungen und Gewichten führt, als wenn nur Batterien als Stromversorger verwendet würden, was in der Literaturstelle auf Grund der hohen Gewichte und Abmessungen, die ein derartiges System verursachen würde, als unerwünscht angegeben ist. Ein weiterer Mangel bei dieser Lösung ist der höhere wirtschaftliche Wert bei der Verwendung des Motors.
Beim Streben, diese Mängel des Stands der Technik bei dieser Anmeldung zu lösen, wird eine Lösung vorgeschlagen, bei der ein "Batterieaggregat" verwendet wird, das als eine "Energielunge" arbeitet, das arbeitet und Leistung bei Situationen maximaler Leistung liefert und Leistung während Situationen schwacher Leistung sammelt, im Unterschied zu dem Fall, wo der Motor mit einem derartigen Ziel arbeitet. Der Verbrennungsmotor und der von dem Motor angetriebene Generator brauchen offensichtlich nicht für Zustände extremer Nachfrage dimensioniert zu sein.
Folglich werden die Motorleistung, Gewicht und Größe des Verbrennungsmotors und des Generators, erforderlich, um das Fahrzeug zu bedienen, signifikant reduziert sein. Dies ermöglicht auch die Verwendung des in der vorliegenden Anmeldung vorgeschlagenen Systems in Leichtfahrzeugen auf Grund der Tatsache, dass bei jedem Fahrzeug die verwendete Leistung in jedem Augenblick von den Arbeitsbedingungen des Fahrzeugs abhängt, die bei Beschleunigung und bei Bergfahrten hohe Werte – maximale Leistung – und beim Verlangsamen oder bei Bergabfahrten reduzierte Werte erreicht. Zwischen diesen beiden Extremsituationen wird die mittlere Leistung verbraucht.
Eine der Hauptaufgaben der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der Bereitstellung einer Einrichtung zur Stromversorgung und -sammlung wie etwa einer Batterie und insbesondere einer "Energielunge" aus kleinen Batterien mit viel niedrigerer Kapazität als denen, die erforderlich wären, um ein nur von Batterien bewegtes Fahrzeug zu bedienen, und die dahingehend wirkt, Energie bei Situationen maximaler Leistung zu liefern und bei Situationen von niedriger oder keiner Leistung Energie zu sammeln. Bei gegebenen Situationen können Strom-"Spitzen" das 2–3fache der erforderlichen mittleren Leistung erreichen, und die "Täler" können bei Null ankommen. Die genauen Werte hängen wieder von der Straße, von Verkehrsbedingungen und vom Fahrstil des Fahrers ab. Die einfache Reduktion bei der Motordimensionierung, beispielsweise mit Diesel betrieben, und bei der Dimensionierung des Generators, der, statt so dimensioniert zu sein, dass er die "Spitzen"-Leistungen liefert, die sie nur benötigen, um die mittlere Leistung zu liefern, was in Verbrauch und Verschmutzung impliziert, Reduktionen wie bereits angedeutet.
Eine weitere Aufgabe und zusätzliche Vorteile der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung gezeigt.
1 zeigt schematisch das Betriebssystem eines Hybridfahrzeugs sowie seine Einrichtungen zur Stromversorgung und -sammlung.
In 1 legen wir auf vereinfachte Weise die schematisch gezeigten Funktionskomponenten vor, um das Verständnis der Betriebs- und Steuerkomponenten zu unterstützen, die mit dem Funktionieren des globalen Systems in Beziehung stehen.
Das hier beschriebene Hybridtraktionssystem weist an Bord eine doppelte elektrische Stromquelle auf, nämlich:
einen Motor-Generator mit einem Verbrennungsmotor (1), der einen Generator (2) antreibt (üblicherweise einen Wechselrichter), auch in 1 als M (Verbrennungsmotor) und G (Generator/Wechselrichter) identifiziert; und
einen Batteriesatz oder eine Energielunge (3), wie in 1 zu sehen, im Weiteren als BAT identifiziert.
Die Funktion des Motor-Generator-Satzes besteht darin, dem in 1 und im Folgenden als ME identifizierten Elektromotor (4) elektrischen Strom zu liefern.
Dieser Elektromotor (4) ist der einzige Motor, der das Fahrzeug antreibt, und unter keinen Umständen nimmt der Verbrennungsmotor (1) an der Funktion des Antreibens der Fahrzeugräder teil. Wie man in der Figur erkennen kann, ist der Elektromotor (4) ME mit einem Drehzahlreduzierer (5) verbunden, der wiederum direkt mit angetriebenen Rädern (6) des Hybridfahrzeugs verbunden ist.
Mit anderen Worten erfolgt das Fahren des Fahrzeugs immer durch den Elektromotor (4), und unter keinen Umständen nimmt der Verbrennungsmotor (1) direkt am Wellenantrieb teil.
Die Funktion der Energielunge (3) oder des Batterieaggregats BAT besteht darin, elektrischen Strom zu sammeln, damit er nur in Augenblicken einer hohen Energienachfrage verwendet wird, beispielsweise während schneller Beschleunigungen oder bei Bergfahrten.
Der Verbrennungsmotor (1) wird während aller Arbeitsbereiche des Hybridfahrzeugs immer in Drehung oder bei einer konstanten Winkelgeschwindigkeit gehalten, und zwar mit Hilfe des Drehungsreglers (7), im Weiteren als RR bezeichnet, gemäß dem Diagramm in 1. Dieser Regler (7) ermöglicht es dem Verbrennungsmotor (1), ungeachtet der vom Wechselrichter/Generator G angeforderten Leistung immer mit einer konstanten Drehung zu arbeiten. Diese Charakteristik der konstanten Drehung liefert signifikante Verbesserungen bei der Schadstoffemission und dem Kraftstoffverbrauch, da der Verbrennungsmotor auf diesen Arbeitsbereich optimiert werden kann und keinen Beschleunigungen und Verlangsamungen unterliegt, die bei Betrieben im Verkehr üblicherweise erforderlich sind.
Auf generische Weise wird das Funktionieren des Systems auf die folgende Weise verarbeitet: Der Verbrennungsmotor (1) M liefert die erforderliche Leistung bei ständigem Drehen an dem Wechselstromgenerator (2). Die Leistung in Form von vom Generator (2) erzeugten Wechselstrom wird mit Hilfe eines Gleichrichters (8), in der Figur auch als RET identifiziert, gleichgerichtet und in Gleichstrom umgewandelt. Diese Nachfrage an elektrischem Gleichstrom wiederum wird von dem antreibenden Elektromotor (4) ME durch die Nachfrage der im Folgenden als SCV identifizierten Geschwindigkeitssteuerung (9) angefordert, die von dem Fahrer des Hybridfahrzeugs je nach Beschleunigung, Verlangsamung, Bergfahrten und Überholen bedient wird, kurz gesagt Verkehrsbedingungen und Fahrbedingungen des Fahrzeugs. In Situationen wie etwa Bergauffahrt oder Überholen, wo die vom Elektromotor (4) benötigte Leistung höher ist als die elektrische Stromkapazität der Generatorgruppe, auch als die Baugruppe Verbrennungsmotor (1) und Generator (2) genannt, tritt als Komplement des letzteren das Batterieaggregat (3) in Aktion, wobei dieses System insgesamt von einem im Folgenden als "SEC" identifizierten Steuerungselektroniksystem (10) verwaltet wird.
Auf spezifischere Weise kann das Elektroniksystem SEC wie folgt erläutert werden:
Der Elektromotor (4) erfordert, dass eine gegebene elektrische Leistung geliefert wird, damit er die Funktion erfüllen kann, die der Fahrer des Hybridfahrzeugs von ihm zu jedem Zeitpunkt erfordert (Beschleunigen oder Bremsen). Auf diese Weise, wenn der Fahrer das Gaspedal, das direkt mit der Geschwindigkeitssteuerung (9) verbunden ist, bis zu einer gegebenen Position (beispielsweise 30% ihres Gesamtwegs) positioniert, fordert er in Wirklichkeit eine gegebene Beschleunigung des Fahrzeugs an (30% der maximalen Auslegungsgeschwindigkeit in dem angegebenen Beispiel). So empfängt das Elektroniksteuerungssystem (10) die Informationen über das Gaspedal und reagiert auf die Fahrersteuerung durch Einwirken auf den Ankerzerhacker und Steuern des Zerhackers, um den Ankerstrom des antreibenden Elektromotors (4) zu erhöhen. Gleichzeitig wirkt das Elektroniksteuerungssystem (10) auf den Motor (4), wenn der Elektromotor (4) seine Drehzahl erhöht, was eine Erhöhung der Ankerspannung des Elektromotors gestattet. Deshalb wird erhöhte Leistung zum Antriebsmotor übertragen, bis die gewünschte Beschleunigung erreicht ist. Das Bremsen wird gestartet, wenn der Fahrer das Bremspedal drückt.
Während des Bremsens kommt es zu der umgekehrten Reihenfolge. Das Beschleunigen während des Bremsens wird negativ, das Gaspedal befindet sich in seiner Ruheposition und der Elektromotor (4) beginnt damit, Strom zu erzeugen, anstatt ihn aufzunehmen.
Der aufgenommene elektrische Strom sowie der erzeugte Strom werden mit Hilfe des elektronischen Leistungssensors (im Diagramm nicht gezeigt), eines Stromsensors des Elektromotorankers innerhalb (4) und aus einem Stromfeldsensor des Elektromotors innerhalb (4) berechnet.
Ein in dem Elektroniksteuerungssystem (10) liegendes Rückführungssystem ist verantwortlich zum Steuern der aufgenommenen oder erzeugten Leistung mit Hilfe von zwei Zerhackern, IGBT (die integraler Bestandteil des SCV (9) sind), von denen einer auf den Elektromotoranker (4) einwirkt und der andere auf das Elektromotorfeld (4) und dadurch elektrische Leistung verursachen, die nötig ist, um die vom Fahrer geforderte Beschleunigung, wenn er das Gaspedal zuerst bis zu einer gegebenen Position drückt, oder dass die im Fall des Verlangsamens und/oder Bremsens erzeugte elektrische Leistung zum Batterieaggregat (3) zwecks Wiederaufladen geschickt wird. Alle diese Sensoren gestatten die Berechnung der Istleistung und der antreibenden Elektromotordrehzahl.
Das Steuerungselektroniksystem (10) wirkt dahingehend, dass es auf die Spannungen und Ströme einwirkt, die die verschiedenen Systembestandteile durchfließen, und arbeitet mit sechs (6) in einer Rückführungsschleife gleichzeitig und abgestimmt einwirkenden Reglern, nämlich: ein Elektromotoranker-Stromregler, ein Elektromotor-Feldstromregler und ein Elektromotoranker-Spannungsregler steuern gemeinsam das Drehmoment und die Drehzahl und deshalb die vom Elektromotor (4) aufgenommene oder erzeugte Leistung. Ein Spannungsregler (11) des Generators (2) ist verantwortlich für die Steuerung der vom Generator (2) erzeugten Spannung, die unabhängig von der vom Generator gelieferten Ladung gleich bleibt. Ein Generator-Höchststromregler wirkt dahingehend, den vom Generator (2) gelieferten Höchststrom zu begrenzen, und seine Funktion besteht darin, den Generator zu schützen, wodurch vermieden wird, dass der Generator Ströme über seinen höchsten Auslegungswert liefert, und am Ende weist ein Höchstladung-Stromregler des Batterieaggregats die Funktion auf, die Batterieladeweise zu begrenzen, um so zu vermeiden, dass die Batterien durch Überschussladeströme beschädigt werden. Dieser Regler wirkt auf den Generator (2) und reduziert die Ausgangsspannung, so oft sich der Ladestrom einem Gefahrenwert nähert.
Hinsichtlich des Ausgangsspannungsreglers des Gleichrichters (8), dessen Funktion darin besteht, eine konstante Spannung für das Speisen des Elektromotors (4) unabhängig von der Belastung des Elektromotors aufrechtzuerhalten, muss angemerkt werden, dass diese Steuerung mit Hilfe eines Spannungsreglers durch ein Rückführungssystem (11)-RV erfolgt, der in einem Generatorfeld (2) wirkt und der einen Generatorankerspannungsdetektor als Rückführungssignal verwendet. Der Generatorfeldstrom wird dann mit Hilfe eines IGBT gesteuert, der auf die Steuerungen des Spannungsreglers (RV 11) reagiert und immer versucht, den Ankerstrom unabhängig der Belastungsfluktuationen (Nachfrage des Elektromotors "ME") konstant zu halten. Die Spannung des Generators (2) wird nur reduziert, wenn Überschussströme von Batterieladungen verifiziert werden. Diese Funktion wird von dem Höchststromregler des Batterieaggregats (3) ausgeführt, wie oben erwähnt.
Als letzte Bemerkung muss hervorgehoben werden, dass die Batterie immer dann wieder aufgeladen wird, wenn ein "Überschuss" an der vom Wechselrichter (oder von dem antreibenden Motor) erzeugten Leistung in denjenigen Augenblicken vorliegt, wo die Leistungsnachfrage zum Fahren klein ist, das heißt bei abschüssigen Steigungen oder beim Bremsen.
Zusätzlich zu den vorausgegangenen Erläuterungen ist klar, dass die vorgeschlagene Hybridfahrzeugautonomie nicht auf der im Batterieaggregat angesammelten (kleinen) Leistung abhängt, sondern nur von der im Tank verfügbaren Kraftstoffmenge und von dem Verbrauch des gewählten Verbrennungsmotors.
Der Verbrauch wiederum hängt von der erforderlichen Elektromotorleistung und von den Charakteristiken des Weges ab, ähnlich bei einem herkömmlichen Fahrzeug, beispielsweise einem über Diesel bewegten Fahrzeug.

Claims

Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges, einschließlich eines Verbrennungsmotors (1), der bei einer Dauerumdrehung und einer Dauerdrehzahl bedienbar ist; ein vom Verbrennungsmotor (1) angetriebener Generator (2); ein Gleichrichter (8); eine wiederaufladbare Batteriequelle (3), die derart an den Elektromotor (4) schaltbar ist, dass die Batteriequelle-Ausgangsspannung den Elektromotor (4) nur dann als Eingangsspannung versorgt, wenn die dem Elektromotor zugeführte Leistung aus dem Generator ungenügend ist, um die Leistungsanforderungen des Elektromotors zu erfüllen, wobei die erwähnte Batteriequelle durch Überschussladung aus dem Generator (2) und vom Elektromotor (4) erzeugte Ladung aufgeladen bleibt und ein Gleichstrom-Elektromotor (4), der Leistung aus dem erwähnten Generator (2) bekommt und für die einzige und ausschließliche Antriebsquelle des Hybridfahrzeuges sorgt, wobei das System von einem elektrischen Steuerungssystem (SEC, 10) geregelt wird, gekennzeichnet durch Mittel zur: (a) Erhaltung und Steuerung der Aufladung und Entladung der wiederaufladbaren Batteriequelle (3), einschließlich der Auswertung des Ladezustands der Batteriequelle, der vom Generator (2) und vom Elektromotor erzeugten Überschussladung (4), damit die Batteriequelle nie tief entladen ist und die Überschussladung der Batteriequelle verhindert; (b) Steuerung des Generators (2) und des Verbrennungsmotors (1), um eine Dauerausgangsspannung zu liefern; (c) Steuerung der elektrischen Leistungsversorgung des erwähnten Elektromotors von einer Farhrzeug-Geschwindigkeitssteuerung eingeführt, welche die vom Elektromotor benötigte Leistung bestimmt, einschließlich Mitteln zur Leistungsversorgung des Elektromotors nur aus dem Generator, solange bis die Höchstleistung des Generators ungenügend ist, um die Leistungsanforderungen des Elektromotors zu erfüllen und um zusätzliche Leistung aus der Batteriequelle zu liefern, nur wenn die Höchstleistung des Generators ungenügend ist, um die Leistungsanforderungen des Elektromotors (4) zu erfüllen; (d) Steuerung der Beschleunigung des Hybridfahrzeuges durch Empfangen der Information aus dem Gaspedal und Erwidern der Fahrersteuerung durch Betätigen des Ankerzerhackers, der den Zerhacker steuert, um den Ankerstrom des Antriebselektromotors (4) zu erhöhen und gleichzeitig, während der Elektromotor (4) an Geschwindigkeit zunimmt, auf den Motor (4) einwirkt, um die Erhöhung der Spannung des Elektromotorankers zu erlauben, und dabei die auf den Antriebsmotor übertragene Leistung zu erhöhen, bis zum Erzielen der gewünschten Beschleunigung; (e) Steuerung der Abschaltung; (f) Berechnung der aufgenommenen Leistung, sowie der mittels eines elektronischen Leistungssensors, eines Stromsensors des Elektromotorankers innerhalb (4), und aus einem Feldstromsensor des Elektromotors innerhalb (4) erzeugten Leistung; und (g) Steuerung der aufgenommenen oder erzeugten Leistung, durch ein in der elektronischen Steuerung liegendes Rückführungssystem, das zwei Zerhacker umfasst, von denen einer auf den Elektromotoranker (4) einwirkt und der andere auf das Elektromotorfeld (4) und dadurch elektrische Leistung verursachen, die nötig ist, um die vom Fahrer geforderte Beschleunigung, wenn das Gaspedal bis zu einer bestimmten Lage gedrückt wird, zu bewirken, oder dass die erzeugte elektrische Leistung im Falle von Verzögerung und/oder Abschaltung zum Batterieaggregat (3) zwecks Wiederaufladen geschickt wird.
Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerung auf die Spannungen und Ströme, die die verschiedenen Systembestandteile durchfließen, einwirkt, und mit sechs in Rückführungsschleife gleichzeitig und abgestimmt einwirkenden Reglern arbeitet.
Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerung die folgenden Regler umfasst: (a) ein Elektromotoranker-Stromregler; (b) ein Elektromotor-Feldstromregler; (c) ein Elektromotoranker-Spannungsregler; (d) ein Generator-Spannungsregler (11); (e) ein Generator-Höchststromregler; und (f) ein Höchstladung-Stromregler für die Batterieaggregat.
Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotoranker-Stromregler, der Elektromotor-Feldstromregler und der Elektromotoranker-Spannungsregler gemeinsam den Drehmoment und die Drehzahl regeln und deshalb den vom Elektromotor (4) aufgenommenen oder erzeugten Strom.
Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator-Spannungsregler (11) die vom Generator (2) erzeugte Spannung steuert, die auf einer gleich bleibenden Ebene, unabhängig von der vom Generator gelieferten Ladung, beibehalten wird.
Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator-Höchststromregler durch Begrenzen des vom Generator (2) gelieferten Höchststromes den Generator schützt.
Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Höchstladung-Stromregler für die Batterieaggregat die Batterieladeweise begrenzt, um so zu vermeiden, dass die Batterien durch Überschussladeströme auf den Generator (2) beschädigt werden und die Ausgangsspannung herabgesetzt wird, sooft sich der Ladestrom einem Gefahrenwert nähert.
Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) und der Generator (2) dimensioniert sind, um die durchschnittlichen Arbeitsstrom des Elektromotors (4) zu liefern.
Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte elektrische Steuerung weiterhin Mittel umfasst, um den Verbrennungsmotor bei einer Dauerwinkelgeschwindigkeit über allen Belastungsbedingungen weiterarbeitend zu halten.
Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner eine Drehzahlsteuervorrichtung (9) umfasst, die auf eine Gaspedal- und Bremspedalposition anspricht, und wobei das erwähnte elektrische Steuerungssystem, das die Stromversorgung des Elektromotors als Reaktion auf die erwähnte Drehzahlsteuervorrichtung steuert.
Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erwähnte elektrische Steuerung weiterhin Mittel umfasst, um den Ankerstrom des Gleichstrom-Elektromotors, und die Motorspannung und den Motorfeldstrom, der den Drehmoment und die Drehzahl des Elektromotors regelt, zu ermitteln und zu steuern; Mittel zum Ermitteln und Steuern der Spannung und des Stromes des Generators, um eine Generator-Dauerspannung und einen variablen Ausgangsstrom zu erhalten, in Abhängigkeit von den Ladeanforderungen des Elektromotors; und Mittel zur Steuerung und Leitung des Aufladens und Entladens der Batteriequelle.
Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die erwähnte Dauerumdrehung des Verbrennungsmotors im wesentlichen beim höchsten Drehmoment des Motors steht.
Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor in einem eins zu eins Leistungsverhältnis mit dem Generator für die Dauerversorgung des Elektromotors arbeitet.
Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner Mittel umfasst, um vom Generator erzeugte und vom Elektromotor nicht genutzte Überschussenergie der Batteriequelle für eine Dauererhaltung der Höchstladung zuzuführen.
Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Steuerungsmittel eine Dauerumdrehung des Verbrennungsmotors durch den Antrieb eines Drehungsreglers (7) steuert.
Steuerungs- und Bedienungssystem eines Hybridfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Steuerung Mittel umfasst, um den Feldstrom des Generators durch Antrieb eines Spannungsreglers aufgrund der Erhaltung der Spannungs- und Strombedingungen beim Elektromotor zu steuern.