DE60201615T2

DE60201615T2 - Fahrzeug mit Super-Kondensator zur Bremsenergie-Rückgewinnung

Info

Publication number: DE60201615T2
Application number: DE60201615T
Authority: DE
Inventors: Jean-Jacques Charaudeau; Gerald Bourqui; Pierre Varenne
Original assignee: Conception et Developpement Michelin SA
Current assignee: Conception et Developpement Michelin SA
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2006-03-09
Also published as: JP2002325311A; US7096985B2; US20020139593A1; JP2008296908A; ATE280053T1; EP1241041A1; DE60201615T8; EP1241041B1; DE60201615D1; CA2374186A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Straßenkraftfahrzeuge, die Elektrizität für ihren Antrieb verwenden. Es sind zum Beispiel die Serien-Hybridfahrzeuge und die Parallel-Hybridfahrzeuge bekannt. Bei den Fahrzeugen mit einem sogenannten Serien-Hybrid-Antriebssystem treibt ein Verbrennungsmotor einen Wechselstromgenerator an, der die an der Welle des Verbrennungsmotors verfügbare mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt. Diese elektrische Energie speist einen oder mehrere elektrische Triebmotoren, die mechanisch mit den Antriebsrädern des Fahrzeugs verbunden sind. Der Verbrennungsmotor ist nicht mechanisch mit den Rädern verbunden. Bei den Fahrzeugen mit einem sogenannten Parallel-Hybrid-Antriebssystem sind ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor beide mechanisch mit den Antriebsrädern verbunden; die von ihnen gelieferten Drehmomente können sich addieren, um die Antriebsräder anzutreiben.
Ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 199 23 277 bekannt.
In beiden Fällen ist es bekannt, elektrische Akkumulatoren zu installieren, insbesondere in dem Fall, in dem man das Fahrzeug im reinen elektrischen Modus mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor antreiben können möchte. Es ist auch bekannt, die Energie beim Bremsen eines Fahrzeugs zumindest teilweise rückzugewinnen, indem man den elektrischen Triebmotor als Generator arbeiten lässt und so die kinetische Energie in elektrische Energie umwandelt, die gespeichert wird, anstatt sie in Wärme abzuführen.
Die Verwendung von elektrischen Akkumulatoren führt aber zu verschiedenen Problemen. Eine solche Vorrichtung hat eine große Masse im Verhältnis zur gespeicherten Menge an elektischer Energie. Zum Beispiel kann eine Bleibatterie etwa 20 Wh/kg speichern. Dadurch wird die Masse eines Fahrzeugs beträchtlich erhöht. Dies führt zu einer Energievergeudung bei Beschleunigungen und sogar bei Bremsvorgängen, da die Leistung der Umwandlungen von kinetischer Energie in elektrische Energie und von elektrischer Energie in kinetische Energie nicht 100 % betragen kann. Außerdem sind die Probleme des dynamischen Verhaltens eines Fahrzeugs umso bedeutender, je schwerer das Fahrzeug ist. Zudem akzeptieren die bekannten Batterien keine ausreichend starken Ladeströme, um schnell viel Bremsenergie rückgewinnen zu können. Und man stellt fest, dass die Masse der an Bord befindlichen Batterien umso größer ist, je mehr Energie man beim Bremsen rückgewinnen will, was bei Beschleunigungsvorgängen an sich schon energieverbrauchend ist. Natürlich gewinnt man beim Bremsen umso weniger die Energie zurück, die zur Beschleunigung dieses Überschusses an Masse aufgrund der Batterien verbraucht werden musste, je geringer die Leistungen bei den Energieumwandlungen sind.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Antriebssystem zu konstruieren, das eine Vorrichtung aufweist, in der bei Bremsvorgängen elektrische Energie gespeichert werden kann. Das zu lösende Problem ist es also, ausreichend Energie rückgewinnen und speichern zu können, um die globale Leistung beträchtlich zu verbessern, d.h. den Kraftstoffverbrauch für eine gegebene Betriebsart zu verringern.
Die Erfindung schlägt ein elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug vor, wobei das Antriebssystem aufweist:

– eine dem Fahrzeugführer zur Verfügung stehende Beschleunigungs- und Bremssteuerung CA;
– eine Verarbeitungseinheit der Steuerung, die es ermöglicht, das gewünschte Antriebsmoment und das gewünschte Bremsmoment zu ermitteln und auszuwerten;
– mindestens eine elektrische Maschine, die mit mindestens einem Antriebsrad verbunden und mit einer Leitung gekoppelt ist, die die elektrische Energiequelle und die elektrische Maschine verbindet, wobei die elektrische Maschine in der Lage ist, als Motor zu arbeiten, indem sie auf der Leitung verfügbare elektrische Energie absorbiert und an das Antriebsrad ein Antriebsmoment überträgt, wobei die elektrische Maschine in der Lage ist, als Generator zu arbeiten, indem sie an das Antriebsrad ein Bremsmoment liefert und elektrische Energie an die Leitung zurückgibt;
– eine an die Leitung angeschlossene elektrische Energiespeichervorrichtung, die aus einem oder mehreren Superkondensatoren besteht;
– eine elektrische Energiequelle, die für den Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung steht und sich von der elektrischen Energiespeichervorrichtung unterscheidet;
– eine Betriebsmodus-Verwaltungsvorrichtung, die einen Energie-Rückgewinnungsmodus oder einen Energie-Abgabemodus auswählt;
– eine Steuereinheit für das an das Rad des Fahrzeugs angelegte Drehmoment, die es ermöglicht: – im Fall einer Anforderung eines Antriebsmoments die elektrische Maschine als Motor arbeiten zu lassen, indem sie die in der elektrischen Energiespeichervorrichtung gespeicherte elektrische Energie verbraucht, solange die Ladung der elektrischen Energiespeichervorrichtung keinen unteren Grenzwert erreicht hat, – im Fall einer Anforderung eines Bremsmoments die elektrische Maschine als Generator arbeiten zu lassen, indem die erzeugte elektrische Energie verwendet wird, um die elektrische Energiespeichervorrichtung aufzuladen, so lange die Ladung der elektrischen Energiespeichervorrichtung keinen oberen Grenzwert erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zum Steuern des an das Rad des Fahrzeugs angelegten Drehmoments die sich von der anderen elektrischen Energiequelle unterscheidende elektrische Energiespeichervorrichtung prioritär nutzt, um im Fall einer Anforderung eines Antriebsmoments die für den Antrieb des Fahrzeugs notwendige Energie zu liefern, und die Einheit zum Steuern des an das Rad des Fahrzeugs angelegten Drehmoments im Fall einer Bremsanforderung im Verhältnis zur Nutzung jeder anderen Bremsvorrichtung prioritär die elektrische Energiespeichervorrichtung wieder auflädt.

Die vorliegende Erfindung schlägt eine Energieverwaltung vor, die sowohl für den Fall, in dem die elektrische Energiequelle ein Benzin- oder Diesel-Verbrennungsmotor ist, der einen Wechselstromgenerator antreibt, wie bei einem Hybridfahrzeug, als auch für den Fall gilt, in dem die elektrische Energiequelle eine Brennstoffzelle oder eine elektrochemische Batterie ist. Bei Hybridfahrzeugen schlägt die vorliegende Erfindung eine Energieverwaltung vor, die sowohl für eine Serien-Hybridfahrzeug-Konstruktion als auch für eine Parallel-Hybridfahrzeug-Konstruktion gilt. Nachfolgend wird nur der Fall der Hybridfahrzeuge beschrieben, wobei angemerkt wird, dass der Fall der Fahrzeuge mit Brennstoffzelle oder mit elektrochemischer Batterie sich dem Fall des Serien-Hybridfahrzeugs annähert.
Es wird insbesondere eine bestimmte Art von Bauteilen verwendet, die in der Lage sind, elektrische Energie zu speichern, d.h. die Bauteile, die unter dem Namen "Superkondensator" oder "Ultrakondensator" oder "Double-Layer-Capacitor" bekannt sind und beispielsweise von der Firma Montena Components S.A., CH-1728 ROSSENS unter der Marke Boostcap^® angeboten werden. Diese Bauteile haben die interessante Eigenschaft, wesentliche größere Mengen an elektrischer Energie speichern zu können als die klassischen Kondensatoren, was sie den elektrochemischen Batterien annähert, und große Entladeströme und insbesondere Ladeströme zulassen zu können, im Gegensatz zu den elektrochemischen Batterien, was sie in dieser Hinsicht den klassischen Kondensatoren annähert. Wenn man die verschiedenen oben erwähnten elektrischen Bauteile in einem Diagramm anordnet, dessen Abszissenachse die Dichte der absorbierten elektrischen Leistung (W/kg), und die Ordinatenachse die Dichte der gespeicherten elektrischen Energie (Wh/kg) angibt, nehmen die Superkondensatoren einen Zwischenbereich zwischen dem von den elektrochemischen Akkumulatoren besetzten Bereich und dem von den üblichen Kondensatoren besetzten Bereich ein (Ragone-Diagramm).
Nebenbei sei angemerkt, dass die Beschleunigungs- und Bremssteuerung CA, die dem Fahrzeugführer zur Verfügung steht, die Form von getrennten Pedalen, einem Gaspedal und einem Bremspedal, wie es bei den klassischen Fahrzeugen üblich ist, oder die Form einer einzigen Steuerung annehmen kann.
Die Erfindung geht von der Beobachtung der verschiedenen Streckenarten aus, die ein Fahrzeug befahren kann.
Bei einer Bergstrecke läuft das Fahrzeug bei den Talfahrten oft in der Bremsphase. In diesem Fall sind aber die Perioden, während denen das Fahrzeug zurückgehalten oder verlangsamt werden muss, äußerst lang, und wenn man die Energie während all dieser Phasen rückgewinnen möchte, muss man beträchtliche Speicherkapazitäten verwenden. Das Gewicht der an Bord des Fahrzeugs befindlichen Speichersysteme könnte unzulässig hoch werden, unabhängig von der für diese Systeme verwendeten Technologie. Es ist also nicht diese Art von Strecke, die als solche den Einbau von Mitteln zum Speichern von bei Bremsvorgängen rückgewonnener elektrischer Energie rechtfertigt.
Bei Strecken in der Ebene gibt es ziemlich wenig Bremsphasen des Fahrzeugs, und folglich ist die Energie, die man während des Bremsens rückgewinnen könnte, relativ gering im Verhältnis zur Gesamtenergie, die eingesetzt wird, um die normale Fortbewegung des Fahrzeugs zu gewährleisten.
Bei Stadtstrecken gibt es viele relativ kurze Beschleunigungsphasen gefolgt von Verlangsamungsphasen, die selbst ziemlich kurz sind. Selbst bei einer geringen Speicherkapazität für die elektrische Energie kann man viel Energie im Verhältnis zur Gesamtenergie rückgewinnen, die mobilisiert werden muss, um die Bewegung eines Fahrzeugs zu gewährleisten. Man stellt fest, dass es sich vor allem bei Stadtstrecken lohnt, beim Bremsen des Fahrzeugs Energie rückzugewinnen. Tatsächlich stellt bei dieser Art Strecke die Energiemenge, die für die Gewährleistung des Bremsens des Fahrzeugs mobilisiert werden muss, einen bedeutenden Anteil im Verhältnis zu der Energiemenge dar, die mobilisiert werden muss, um das Beschleunigen des Fahrzeugs zu gewährleisten. Und es sind insbesondere Stadtstrecken, bei denen die Beschleunigungs- und Verlangsamungsphasen schnell aufeinander folgen. Man stellt also fest, dass es nicht notwendig ist, Akkumulatoren mit großer Speicherkapazität zu haben, um in diesem vorliegenden Fall einen bedeutenden Energieanteil rückzugewinnen.
Die Beobachtungen der Anmelderin haben sie veranlasst anzunehmen, dass für eine Stadtstrecke die durch die Verlangsamung eines Fahrzeugs mobilisierte Energie 30 % bis 40 % der Energie darstellt, die für die Beschleunigung des Fahrzeugs mobilisiert wird. Nehmen wir ein realistisches Beispiel. Für ein Fahrzeug mit einem Gewicht von 1000 kg, das mit 50 km/h fährt, beträgt bei einem Bremsvorgang die mögliche rückgewinnbare Energie etwa 85 kJoule. Wenn man dieses Fahrzeug in 10 Sekunden zum Stillstand bringen möchte, beträgt die während 10 Sekunden eingesetzte Bremsleistung im Mittel etwa 8,5 kW. Dank der heutigen Technologie der Superkondensatoren kann man problemlos derartige Bauteile verwenden, dass man über eine Spitzenleistung verfügt, die mindestens doppelt so groß wie die oben erwähnte mittlere Bremsleistung ist, sowohl beim Laden als auch beim Entladen. Als Beispiel liegt für 85 kJoule die Masse der Energiespeichervorrichtung auf der Basis von Superkondensatoren in der Größenordnung von 15 kg, und das Volumen in einer Größenordnung von 20 Liter. Unabhängig von der für die elektrische Energiespeichervorrichtung verwendeten Technologie wird die folgende Dimensionierung vorgeschlagen: es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Speichervorrichtung pro Tonne Fahrzeuggewicht mindestens 70 kJoule und vorzugsweise höchstens 150 kJoule speichern kann.
Das hier beschriebene Prinzip der Energieverwaltung kann sowohl für ein Serien-Hybridfahrzeug als auch für ein Parallel-Hybridfahrzeug oder jede andere Form eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb angewandt werden. Dieses Prinzip ermöglicht es, indem eine elektrische Speichervorrichtung von ziemlich geringer Kapazität gewählt wird, ein Fahrzeug zu bauen, das trotz allem relativ leicht bleibt. Bei ihrer Anwendung auf Hybridfahrzeuge versucht die Erfindung nicht, ein Fahrzeug mit Null-Emission zu bauen. Sie schlägt vor, ein Mehrzweckfahrzeug zu bauen, das dazu bestimmt ist, sowohl auf dem Land als auch in der Stadt zu fahren, und auf den Stadtstrecken die Energie in Abhängigkeit von der vom Fahrzeug geleisteten Betriebsart so gut wie möglich zu nutzen.
Daher wird dieses Verwaltungsprinzip vorgeschlagen, das darauf abzielt, immer prioritär die elektrische Energie speichernde Speichervorrichtung zu entladen, damit sie bereit sein kann, beim nächsten Bremsvorgang Energie rückzugewinnen. Aufgrund dieses Verwaltungsprinzips kann man einen statistisch wichtigen Bremsenergieanteil mit einer relativ geringen Kapazität der elektrischen Speichervorrichtung rückgewinnen. Das Hauptziel, immer zu versuchen, die Energiespeichervorrichtung zu entladen, schließt nicht aus, dass, wenn die vom Fahrer kommende Beschleunigungsanforderung zu groß ist, die für die Beschleunigung verwendete Energie auch von einer anderen Quelle als die elektrische Energiespeichervorrichtung kommt.
Die Erfindung wird mittels der beiliegenden Schaltbilder dargestellt, die zeigen:
1 ein Grundschaltbild eines Antriebssystems für ein Serien-Hybridfahrzeug gemäß der Erfindung;
2 ein Grundschaltbild eines Antriebssystems für ein Parallel-Hybridfahrzeug gemäß der Erfindung.
In 1 sieht man einen Verbrennungsmotor 101, der einen Wechselstromgenerator 111 antreibt. Die von diesem letzteren gelieferte elektrische Energie speist einen elektrischen Triebmotor 231 über einen Gleichrichter 131, eine Leitung 121 und einen Wechselrichter 221. Es sei nebenbei angemerkt, dass im Fall eines Fahrzeugs mit Brennstoffzelle das elektrische Energieerzeugungssystem die Elemente 101, 111 und 131 der 1 ersetzt.
Der elektrische Triebmotor 231 ist mechanisch mit einem Rad 51 gekoppelt. Ein Superkondensator 41 ist an die Leitung 121 über eine Verwaltungsvorrichtung 141 des Betriebsmodus angeschlossen. Es gibt zwei Betriebsmodi: des Modus Energie-"Rückgewinnung" und den Modus Energie-"Abgabe". Die Einheit aus Superkondensator 41 und Verwaltungsvorrichtung 141 ist parallel zur Einheit aus elektrischem Triebmotor 231 und Wechselrichter 221 geschaltet.
Eine Steuereinheit 21 für das an das Rad des Fahrzeugs angelegte Drehmoment verwaltet den Umlauf der elektrischen Energie im Antriebssystem. Dieses empfängt unter anderen die geeigneten Signale, die von einer Verarbeitungseinheit 211 einer Beschleunigungssteuerung CA kommen, die dem Fahrer des Fahrzeugs zur Verfügung steht. Indem man anfangs annimmt, dass der Superkondensator 41 bei der ersten Verlangsamung entladen ist, befiehlt die Steuereinheit 21 des an das Rad angelegten Drehmoments dem Wechselrichter 221, den elektrischen Motor 231 als Generator auf einen Bremsdrehmomentpegel zu steuern, der dem Verlangsamungswunsch des Fahrers des Fahrzeugs entspricht, und befiehlt gleichzeitig der Verwaltungsvorrichtung 141, in den "Rückgewinnungs"-Modus überzugehen, was automatisch das Laden des Superkondensators 41 bewirkt. Dieses Laden kann stattfinden, so lange der Superkondensator nicht seine Höchstladung erreicht hat. Bei der Höchstladung, und im Fall einer fortdauernden Anforderung einer Verlangsamung, lenkt die Steuereinheit 21 des an das Rad des Fahrzeugs angelegten Drehmoments die elektrische Energie zu einem Verlustwiderstand (nicht dargestellt) ab, oder endet den Generatorbetrieb des Motors und betätigt ggf. automatisch die mechanischen Bremsen des Fahrzeugs.
Sobald der Fahrer des Fahrzeugs eine Beschleunigung anfordert, befiehlt die Einheit 21, selbst wenn der Superkondensator nicht auf seiner zulässigen Höchstladung ist, der Verwaltungsvorrichtung 141, in den Modus "Abgabe" überzugehen, und befiehlt gleichzeitig dem Wechselrichter 221, den elektrischen Motor 231 so zu steuern, dass er ein geeignetes Drehmoment liefert, indem der Superkondensator 41 ohne Einwirkung auf den Verbrennungsmotor entladen wird.
Die Entladung kann sich bis zu einem vorbestimmten unteren Grenzwert fortsetzen, aber unter Berücksichtigung der Beschaffenheit eines Superkondensator ist es nicht wünschenswert, bis zu einer vollständigen Entladung zu gehen. Bei einem niedrigen Ladungspegel eines Superkondensators ist die Spannung nämlich sehr gering. Die Absorption einer gegebenen Leistung bedingt einen umso stärkeren Strom, als der Ladungspegel gering ist. Es gibt aber natürlich eine Grenze für den zulässigen Strom. Es ist also günstig, einen gewissen unteren Ladungspegel (unteren Schwellwert) aufrecht zu erhalten, umso mehr als die im Superkondensator bei diesem Spannungspegel gespeicherte Energiemenge für den Antrieb wenig bedeutend ist.
Außerdem verfügt man, selbst wenn die Menge an im Superkondensator gespeicherter Restenergie für den Antrieb wenig bedeutend ist, trotzdem über einen Energievorrat, der für die Speisung mancher elektrischer Organe sehr nützlich ist, wenn der Verbrennungsmotor gering geladen ist, d.h. unfähig, sofort eine ausreichende Leistung zu entwickeln. Wenn es notwendig war, Energie aus dem Superkondensator zu entnehmen, und er dadurch unter den vorbestimmten unteren Ladungspegel gebracht wurde, sollte er natürlich vorteilhafterweise sofort erneut geladen werden, indem Energie aus der elektrischen Energiequelle (hier der mit einer elektrischen Maschine gekoppelte Verbrennungsmotor) entnommen wird.
2 zeigt einen Verbrennungsmotor 102, der mechanisch über eine Kupplung 100 mit einer elektrischen Maschine 112 gekoppelt ist. Die von dieser elektrischen Maschine 112 absorbierte (oder gelieferte) Energie kommt von einem (oder speist einen) Superkondensator 42 über eine Verwaltungsvorrichtung 142. Die Abtriebswelle 520 der elektrischen Maschine 112 ist über eine Gangschaltung 62 mechanisch mit einem Rad 52 verbunden.
Eine Steuereinheit 22 für das an das Rad des Fahrzeugs angelegte Drehmoment verwaltet den Umlauf der elektrischen Energie im Antriebssystem. Dieses empfangt unter anderen die geeigneten Signale, die von einer Verarbeitungseinheit 212 einer Beschleunigungssteuerung CA kommen, die dem Fahrer des Fahrzeugs zur Verfügung steht. Indem anfangs angenommen wird, dass der Superkondenstor 42 sich auf dem unteren Grenzwert des Ladungspegels befindet, befiehlt bei der ersten Verlangsamung die Steuereinheit 22 des an das Rad des Fahrzeug angelegten Drehmoments der Verwaltungsvorrichtung 142, in den "Rückgewinnungs"-Modus zu kippen, und einem Wechselrichter 222, die elektrische Maschine 112 als Generator auf einen Bremsmomentpegel zu steuern, der dem Wunsch des Fahrers des Fahrzeugs nach Verlangsamung entspricht, was automatisch das Laden des Superkondensators 42 bewirkt. Dieses Laden kann so lange erfolgen, wie der Superkondensator nicht seinen oberen Ladungsgrenzwert erreicht hat. Bei einer Ladung bis zum oberen Grenzwert, und im Fall einer fortdauernden Anforderung einer Verlangsamung, lenkt die Einheit 22 die elektrische Energie zu einem Verlustwiderstand (nicht dargestellt) oder hört auf, die elektrische Maschine als Generator arbeiten zu lassen, und betätigt ggf. automatisch die mechanischen Bremsen des Fahrzeugs.
Bei allen Fahrzeugstrukturen, ob Hybrid-Parallel oder Hybrid-Serie oder anderen, befiehlt die zentrale Einheit (21 oder 22), sobald der Fahrer des Fahrzeugs eine Beschleunigung fordert, selbst wenn der Superkondensator nicht auf seinem zulässigen oberen Ladungs grenzwert ist, der Verwaltungseinheit (141 oder 142), im "Abgabe"-Modus zu arbeiten, und dem Wechselrichter (221 oder 222), die elektrische Maschine (231 oder 112) als Motor zu steuern, so dass sie ein geeignetes Antriebsmoment liefert, indem in einer ersten Phase ohne Einwirkung auf die elektrische Energiequelle der Superkondensator prioritär entladen wird.
In gleicher Weise schließt bei allen Fahrzeugstrukturen, wenn die Antriebsanforderung derart ist, dass beim höchsten Entladungsstrom der Superkondensatoren der elektrische Triebmotor kein ausreichendes Drehmoment liefern kann, das Hauptziel der Erfindung, immer prioritär zu versuchen, den Superkondensator im Fall einer Antriebsanforderung zu entladen, nicht aus, dass man zusätzlich die elektrische Energiequelle arbeiten lässt, um den Triebmotor mit elektrischer Energie zu speisen.
Bei einer Forderung nach einer Verlangsamung des Fahrzeugs ist es gegenüber jeder anderen Bremsform des Fahrzeugs ein Hauptziel der Verwaltung des Antriebssystems, die mechanisch mit einem Rad gekoppelte elektrische Maschine als Generator arbeiten zu lassen und die von ihr erzeugte Energie zum Aufladen des Superkondensators bis zum Erreichen des oberen Ladungsgrenzwerts zu verwenden. Jedoch muss natürlich die Betriebssicherheit des Fahrzeugs immer gewährleistet sein. Das kann dazu zwingen, einen üblichen mechanischen Bremsvorgang auszulösen, dessen Leistung ggf. derart hoch ist, dass die gleichzeitig Energierückgewinnung nur eine geringe oder sogar vernachlässigbare Energiemenge im Verhältnis zur eingesetzten Gesamtbremsenergie betreffen könnte.
Als Schlussbemerkung sei gesagt, dass man bei allen Fahrzeugstrukturen außerdem einen Betrieb nicht nur bei einem Verwaltungsmodus, der die Energie beim Bremsen wie oben erklärt rückgewinnt, sondern auch und zusätzlich bei einem Verwaltungsmodus vorsehen kann, der eine augenblickliche Verstärkung der Beschleunigung ermöglicht, die auch unter dem Namen "Booster" bekannt ist. In diesem Fall arbeitet das Antriebssystem zumindest teilweise gemäß einem anderen Energieverwaltungsmodus, bei dem es das Hauptziel ist, immer zu versuchen, den Superkondensator bis zum oberen Grenzwert zu laden, um den Verbrennungsmotor (oder allgemeiner die elektrische Energiequelle) in der Beschleunigungsphase unterstützen zu können. Man kann automatisch zwischen dem erfindungsgemäßen Modus, der die Rückgewinnung begünstigt (immer prioritär zum unteren Ladungsgrenzwert streben) und diesem anderen Modus umschalten, der eine Wirkung von der Art "Booster" begünstigt. Wenn der erfindungsgemäße Modus durch das automatische Suchen nach einem vorbestimmten unteren Ladungsgrenzwert für den Superkondensator gekennzeichnet ist, ist der andere, als "Booster" bezeichnete Modus dagegen durch die automatische Suche nach einem oberen Ladungsgrenzwert gekennzeichnet, dessen die im Fahrzeug installiert Superkondensator-Speichervorrichtung fähig ist. Man kann nicht nur von einem Modus zum anderen umschalten, sondern selbstverständlich auch mit dem Ziel einer automatischen Rückkehr auf jeden Zwischenladungspegel arbeiten. Man kann eine manuelle Auswahl zwischen zwei Betriebsmodi durchführen, von denen einer so gut wie möglich die Bremsenergie zurückgewinnt, wie erklärt, und der andere vom Typ "Booster" ist, oder auch diese Wahl von einem Prozessor steuern lassen, der mit geeigneten Programmen geladen ist, um das Verhalten des Fahrers zu analysieren, wobei dieses Programm auch bestimmte seiner Parameter über eine Verbindung mit einem GPS-System der Streckenerkennung entlehnen kann, um automatisch einen der beiden oben betrachteten Modi oder einen beliebigen Zwischenpegel auszuwählen.

Claims

Elektrisches Antriebssystem für ein Fahrzeug, wobei das Antriebssystem aufweist: – eine dem Fahrzeugführer zur Verfügung stehende Beschleunigungs- und Bremssteuerung CA; – eine Verarbeitungseinheit (211, 212) der Steuerung CA, die es ermöglicht, das gewünschte Antriebsmoment und das gewünschte Bremsmoment zu ermitteln und auszuwerten; – mindestens eine elektrische Maschine (231, 112), die mit mindestens einem Antriebsrad verbunden und mit einer Leitung gekoppelt ist, die die elektrische Energiequelle und die elektrische Maschine verbindet, wobei die elektrische Maschine in der Lage ist, als Motor zu arbeiten, indem sie auf der Leitung verfügbare elektrische Energie absorbiert und an das Antriebsrad ein Antriebsmoment überträgt, wobei die elektrische Maschine in der Lage ist, als Generator zu arbeiten, indem sie an das Antriebsrad ein Bremsmoment liefert und elektrische Energie an die Leitung zurückgibt; – eine an die Leitung angeschlossene elektrische Energiespeichervorrichtung (41, 42), die aus einem oder mehreren Superkondensatoren besteht; – eine elektrische Energiequelle, die für den Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung steht und sich von der elektrischen Energiespeichervorrichtung unterscheidet; – eine Betriebsmodus-Verwaltungsvorrichtung, die einen Energie-Rückgewinnungsmodus oder einen Energie-Abgabemodus auswählt; – eine Steuereinheit (21, 22) für das an das Rad des Fahrzeugs angelegte Drehmoment, die es ermöglicht: – im Fall einer Anforderung eines Antriebsmoments die elektrische Maschine als Motor arbeiten zu lassen, indem sie die in der elektrischen Energiespeichervorrichtung gespeicherte elektrische Energie verbraucht, solange die Ladung der elektrischen Energiespeichervorrichtung keinen unteren Grenzwert erreicht hat, – im Fall einer Anforderung eines Bremsmoments die elektrische Maschine als Generator arbeiten zu lassen, indem die erzeugte elektrische Energie verwendet wird, um die elektrische Energiespeichervorrichtung aufzuladen, so lange die Ladung der elektrischen Energiespeichervorrichtung keinen oberen Grenzwert erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit (21, 22) zum Steuern des an das Rad des Fahrzeugs angelegten Drehmoments die sich von der anderen elektrischen Energiequelle unterscheidende elektrische Energiespeichervorrichtung prioritär nutzt, um die im Fall einer Anforderung eines Antriebsmoments notwendige Energie für den Antrieb des Fahrzeugs zu liefern, und die Einheit (21, 22) zum Steuern des an das Rad des Fahrzeugs angelegten Drehmoments im Fall einer Bremsanforderung im Verhältnis zur Nutzung jeder anderen Bremsvorrichtung prioritär die elektrische Energiespeichervorrichtung auflädt.
Antriebssystem nach Anspruch 1 für ein Parallel-Hybridfahrzeug.
Antriebssystem nach Anspruch 1 für ein Serien-Hybridfahrzeug.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Speichervorrichtung mindestens 70 kJoule speichern kann.
Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Speichervorrichtung höchstens 150 kJoule speichern kann.