EP3880503A1 - Hybrid-antriebseinheit, hybrid-antriebsanordnung sowie verfahren zum betreiben einer hybrid-antriebsanordnung - Google Patents

Hybrid-antriebseinheit, hybrid-antriebsanordnung sowie verfahren zum betreiben einer hybrid-antriebsanordnung

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EP3880503A1
EP3880503A1 EP19805126.0A EP19805126A EP3880503A1 EP 3880503 A1 EP3880503 A1 EP 3880503A1 EP 19805126 A EP19805126 A EP 19805126A EP 3880503 A1 EP3880503 A1 EP 3880503A1
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EP
European Patent Office
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electrical
electrical machine
hybrid drive
drive unit
line system
Prior art date
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Pending
Application number
EP19805126.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Mannsperger
Timo ENDERS
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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Publication date
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • Hybrid drive unit Hybrid drive unit, hybrid drive arrangement and method for
  • the invention relates to a hybrid drive unit for a drive train of an electrically drivable motor vehicle, in particular a hybrid motor vehicle, and a hybrid drive arrangement of an electrically drivable motor vehicle, in particular a hybrid motor vehicle, comprising a hybrid drive unit according to the invention.
  • the invention also relates to a method for operating a hybrid drive arrangement according to the invention.
  • Hybrid drive units with an electrical machine, an output device and with an electrical memory are known from the prior art.
  • the output device can be, for example, a vehicle wheel of a motor vehicle and can be permanently connected to the electrical machine.
  • the electrical machine is set up to be operated in generator mode, for example when driving downhill, driven by the torque of the output device, and to generate electrical energy. The generated electrical energy becomes
  • Hybrid drive units designed in this way can use the drag torque of the electrical machine in generator mode as braking torque during operation to reduce the speed of the
  • a motor vehicle with a hybrid drive unit usually further comprises a mechanical braking device. If the electrical storage can no longer absorb electrical energy in a driving situation, such as a deceleration situation, in particular when driving downhill or also in city traffic, the mechanical braking device is used to replace the drag torque of the electrical machine used as a braking torque in generator operation or to add.
  • US 2013/0029805 A1 discloses a flybrid drive arrangement with an internal combustion engine, an electrical machine and a disconnect clutch, as well as with a speed sensor and a control device, which is set up depending on the desired speed ratios
  • the present invention is based on the object of making available a hybrid drive unit and a hybrid drive arrangement equipped therewith and a method for operating such a hybrid drive arrangement according to the invention, which can be achieved in a simple manner by efficient use of the elements of the hybrid drive according to the invention.
  • Drive unit combines optimal ferry operation with a comfortable and reliable driving experience.
  • the invention relates to a hybrid drive unit for a drive train of an electrically drivable motor vehicle, in particular a hybrid motor vehicle, with a connection device for the mechanical coupling of a motor vehicle
  • the hybrid drive unit comprises a control device which is set up to request one
  • the second electrical machine drives the connection device, with which torque can then be supplied to the internal combustion engine.
  • the amount of electrical energy supplied to the second electrical machine from the electrical line system corresponds at least in part to the amount that is supplied to the electrical line system by the first electrical machine.
  • the output device can essentially be configured as a driven axle or as a wheel of a motor vehicle.
  • the control device enables mechanical energy of the output device to be converted into electrical energy by the second electrical machine and for this electrical energy to be converted at least in part from the first electrical machine into mechanical energy which is transmitted to the internal combustion engine, the electrical Energy is ultimately converted into heat due to friction.
  • mechanical energy of the output device or of one wheel or several wheels of one with the hybrid drive unit according to the invention can also be used with an energy storage device of the motor vehicle that is no longer receivable or an energy storage device that is no longer to absorb electrical energy
  • the electrical line system comprises an electrical memory for storing electrical energy, which is electrically conductive with the first electrical machine and with the second electrical machine
  • This electrical memory which can also be referred to as a battery or accumulator, forms at least part of the electrical line system between the first electrical machine and the second electrical machine.
  • a respective electrical machine can in particular be connected to the electrical memory for the transmission of electrical energy via a current conductor. It is preferably provided that the electrical storage has a relatively small capacity of 8 ... 12 kWh, in particular a capacity of 9 ... 11 kWh.
  • this is electrical
  • Line system essentially configured as an electrical line and directly couples the first electrical machine to the second electrical machine. It should not be ruled out according to the invention that intermediate pieces, in particular for realizing an electrical connection of the two electrical machines, are embodied in this electrical line. In this alternative embodiment, there is therefore no electrical storage between the two electrical machines in the electrical line system provided. However, it should also not be ruled out that in addition to this electrical line, the electrical store is arranged in a parallel current path, so that the control device can control whether electrical energy generated by an electrical machine or requested energy from or to the electrical store and electrical energy is conducted from or to an electrical machine from the electrical store, or electrical energy generated by an electrical machine is fed directly to the other electrical machine.
  • control device is also set up to request a defined braking torque on the
  • Output device to open the clutch or keep it in the open state.
  • the hybrid drive unit further comprises a mechanical braking device with which braking torque can also be implemented on the output device.
  • control device is also advantageously embodied, since it can be used to control the braking effect of the mechanical braking device or to adapt the braking effect provided by the second electrical machine, the first electrical machine and the internal combustion engine to ultimately that of a driver or to implement a braking effect of a speed control system of the motor vehicle.
  • the connecting device, the first electrical machine, the disconnect clutch, the second electrical machine and the output device are advantageously arranged in series in a common torque transmission path.
  • the control device is designed, depending on the size of the request for the braking torque on the
  • Output device to vary the generator power of the second electrical machine.
  • Combustion engine causes and ultimately, depending on the braking torque requirement, an increased braking effect of the output device.
  • Output device and the internal combustion engine for the purpose of driving them through the output device.
  • control device is designed to operate the second electrical machine in generator mode, to supply electrical energy provided by the second electrical machine to the electrical store and to supply electrical energy from the electrical store to the first electrical machine and this in motor operation to operate so that the second electrical machine drives the connection device when the charge of the electrical storage exceeds a defined charge state.
  • control device can only carry out the generator and motor operation according to the invention when the electrical store can or should no longer absorb electrical energy, such as during or after longer downhill journeys.
  • a conventional recuperation operation can be carried out in order to convert mechanical energy of the output device into electrical energy, to store it and later to make it available in particular for driving the motor vehicle.
  • a hybrid drive arrangement of an electrically drivable motor vehicle, in particular a hybrid motor vehicle comprising a hybrid drive unit according to the invention and one
  • the invention provides a method for operating a hybrid drive arrangement according to the invention, in which a hybrid drive arrangement according to the invention is used and the second electrical machine is operated in generator mode by the second electrical machine when a braking torque is requested at the output device by means of the control device provided electrical energy is supplied to the electrical line system and electrical energy is supplied from the electrical line system to the first electrical machine and this is at least partially used by the electrical line system in the electrical line system
  • Another aspect of the present invention is a computer program, in particular application software, which can be loaded into an internal, in particular non-volatile, memory of a digital computer,
  • control device of a hybrid drive unit in particular a control device of a hybrid drive unit according to the invention, and which comprises a computer program code which, when executed by the digital computer, carries out at least the following steps:
  • the computer program can optionally also generate a command for transmitting electrical energy from the electrical line system to the first electrical machine and / or generate a command for Operate the first electrical machine while at least partially using the electrical energy from the electrical line system in motor operation.
  • the computer program according to the invention is set up to carry out or support at least some steps of the method according to the invention and thus
  • a query is first carried out about the state of charge of a memory in the electrical line system. It can be provided that before the step for generating a command to transfer electrical energy from the electrical line system to the first electrical machine, a query is first carried out about the state of charge of a memory in the electrical line system. It can be provided that before the step for generating a command to transfer electrical energy from the electrical line system to the first electrical machine, a query is first carried out about the state of charge of a memory in the electrical line system. It can
  • Computer program record a current state of charge of the memory, compare it with a defined limit state of charge and then generate a command to proceed. If the state of charge has reached or exceeded the limit state of charge, the step for generating a command for transmitting electrical energy from the electrical line system to the first electrical machine is carried out. If a limit state of charge has not been reached, the memory of the electrical line system can first be charged.
  • a limit state of charge can be a state of the memory in which no more electrical energy can be absorbed or in which no more electrical energy is to be absorbed.
  • the computer program further defines the amount of electrical energy that is stored in the electrical
  • Line system is transmitted to the first electrical machine.
  • the amount of electrical energy transferred from the storage device to the first electrical machine can correspond to the amount of electrical energy that the second electrical machine makes available in generator operation.
  • the hybrid drive arrangement 2 comprises a hybrid drive unit 1 and one
  • the hybrid drive unit 1 comprises a first electrical machine 3, a second electrical machine 4, a disconnect clutch 5, an output device 6 and a connection device 13.
  • the object of the present invention is not restricted to this geometric arrangement of the individual elements, but in particular the wheel 6 can be driven by a gear, in particular a gear with a fixed ratio, and a differential gear in relation to the electrical machine and / or in relation to the internal combustion engine 9 be arranged radially offset.
  • An internal combustion engine 9 comprised by the hybrid drive arrangement 2 is also arranged coaxially with the common axis of rotation 10.
  • connection device 13 connects the first electrical machine 3 and thus the hybrid drive unit 1 to the internal combustion engine 9 in a rotationally fixed manner, the second electrical machine 4 being connected in a rotationally fixed manner to the output device 6 designed as a wheel of a motor vehicle.
  • the separating clutch 5 is arranged in the axial direction between the two electrical machines 3, 4, the torque transmission path between the second electrical machine 4 or the internal combustion engine 9 and the by means of the separating clutch 5 or the closing of the separating clutch 5
  • Output device 6 can be closed. The first is electrical
  • the two electrical machines 3, 4 are still electrical
  • the electrical line system 7 shown here comprises a memory 8 as well as a first and a second electrical line 14, 15.
  • the first electrical machine 3 is connected to the memory 8 by means of the first electrical line 14 and the second electrical machine 4 is connected by means of the second electrical line Line 15 connected to the memory 8 for the purpose of transmitting electrical energy from an electrical machine 3, 4 to the memory 8 or from the memory 8 to an electrical machine 3, 4.
  • the first electrical machine 3 can be operated either in generator mode, to drive to generate electrical energy by the internal combustion engine 9 and to supply it to the memory 8, or to operate it in motor operation in order to transmit torque to the internal combustion engine 9 using electrical energy from the memory 8.
  • the second electrical machine 4 can also be operated either in generator mode, in order to be driven by the transmission from the output device 6
  • the hybrid drive unit 1 further includes a control device 16.
  • the control device 16 is set up to operate the second electrical machine 4 in generator mode when a braking torque is requested at the output device 6, electrical energy made available by the second electrical machine 4 the electrical line system 7
  • control device 16 is connected to the second electrical machine 4 and to the line system 7 for the transmission of corresponding commands connected in terms of control technology.
  • a respective command can in particular be generated by a computer program, for example, which is executed by the
  • Control device 16 is executable.
  • the second electrical machine 4 When the second electrical machine 4 is operating as a generator, it can also be provided that the electrical energy supplied to the electrical line system 7 initially charges the memory 8. A specific charge state of the memory 8 can be defined, in which the memory 8 can or should no longer absorb electrical energy. If the second electrical machine 4 now generates so much electrical energy, for example during a long downhill journey, that its defined charge state is exceeded or reached when it is fed to the memory, the control device 16 controls the generator and motor operation of the electrical machines 3 according to the invention, 4 out.
  • the electrical line system 7 does not include an additional memory 8, but rather is formed only by current conductors, so that the first electrical machine 3 is directly electrically coupled to the second electrical machine 4 and consequently provided by the second electrical machine 4 electrical energy is supplied directly to the first electrical machine.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, eine Hybrid-Antriebsanordnung umfassend eine erfindungsgemäße Hybrid-Antriebseinheit sowie ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsanordnung. Eine Hybrid-Antriebseinheit (1) umfasst eine Anschlusseinrichtung (13) zur mechanischen Kopplung einer Verbrennungskraftmaschine (9), eine erste elektrische Maschine (3), eine Trennkupplung (5), eine zweite elektrische Maschine (4), eine Abtriebseinrichtung (6) und ein elektrisches Leitungssystem (7), sowie eine Steuerungseinrichtung (16), die dazu eingerichtet ist, die zweite elektrische Maschine (4) im Generatorbetrieb zu betreiben, von der zweiten elektrischen Maschine (4) zur Verfügung gestellte elektrische Energie dem elektrischen Leitungssystem (7) zuzuführen und elektrische Energie von dem elektrischen Leitungssystem (7) der ersten elektrischen Maschine (3) zuzuführen und diese im Motorbetrieb zu betreiben. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der hier vorgeschlagenen Hybrid-Antriebseinheit, Hybrid-Antriebsanordnung sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren sind die einzelnen Elemente der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebseinheit effizient, insbesondere mit Mehrfachfunktion, nutzbar um einen optimalen Fährbetrieb mit komfortablem und zuverlässigem Fahrgefühl zu realisieren.

Description

Hybrid-Antriebseinheit, Hybrid-Antriebsanordnung sowie Verfahren zum
Betreiben einer Hybrid-Antriebsanordnunq
Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, sowie eine Hybrid-Antriebsanordnung eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeugs, umfassend eine erfindungsgemäße Hybrid- Antriebseinheit.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsanordnung.
Aus dem Stand der Technik sind Hybrid-Antriebseinheiten mit einer elektrischen Maschine, einer Abtriebseinrichtung und mit einem elektrischen Speicher bekannt. Die Abtriebseinrichtung kann dabei beispielsweise ein Fahrzeugrad eines Kraftfahrzeugs sein und mit der elektrischen Maschine fest verbunden sein. Die elektrische Maschine ist dazu eingerichtet, zum Beispiel bei einer Bergab-Fahrt, angetrieben durch das Drehmoment der Abtriebseinrichtung, im Generatorbetrieb betrieben zu werden und elektrische Energie zu generieren. Die generierte elektrische Energie wird zur
Speicherung an den elektrischen Speicher geleitet. Derart ausgestaltete Hybrid- Antriebseinheiten können bei Betrieb das Schleppmoment der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb als Bremsmoment nutzen, um die Drehzahl der
Abtriebseinrichtung zu verringern, also z.B. um ein Fahrzeugrad zum Stillstand zu bringen oder das Fahrzeug zu verlangsamen.
Dieser Effekt kann jedoch nur dann vorteilhaft genutzt werden, wenn der elektrische Speicher Kapazität für elektrische Energie hat, um die von der elektrischen Maschine generierte elektrische Energie aufzunehmen.
Ein Kraftfahrzeug mit einer Hybrid-Antriebseinheit gemäß dem Stand der Technik umfasst weiterhin üblicherweise eine mechanische Bremseinrichtung. Kann bei einer Fahrsituation, wie z.B. bei einer Verzögerungssituation, insbesondere einer Bergab-Fahrt oder auch im Stadtverkehr, der elektrische Speicher keine elektrische Energie mehr aufnehmen, so wird die mechanische Bremseinrichtung eingesetzt, um das als Bremsmoment genutzte Schleppmoment der elektrischen Maschine im Generatorbetrieb zu ersetzen bzw. zu ergänzen.
Der Wechsel zwischen dem Schleppmoment der elektrischen Maschine und dem Eingreifen der mechanischen Bremseinrichtung wird vom Fahrer des Kraftfahrzeugs meist als unkomfortabel wahrgenommen.
Weiterhin ist es in der Fahrsituation einer Bergab-Fahrt möglich, dass das
Kraftfahrzeug, z.B. bei einem wie eben erwähnten Wechsel der Bremsmomente, nach Ausfall des Schleppmoments der elektrischen Maschine als Bremsmoment, zumindest zeitweise eine ungewollte Beschleunigung erfährt, was den Eindruck eines
unkontrollierten Bergabrollens beim Fahrer erwecken kann.
Weiterhin offenbart die US 2013/0029805 A1 eine Flybrid-Antriebsanordnung mit einer Verbrennungskraftmaschine, einer elektrischen Maschine und einer Trennkupplung, sowie mit einem Drehzahl-Sensor und einer Steuerungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit der gewünschten Drehzahl-Verhältnisse die
Trennkupplung zu öffnen bzw. zu schließen.
Durch die Anzahl der Antriebsmaschinen sind jedoch der Anzahl der Betriebsmodi der Hybrid-Antriebsanordnung Grenzen gesetzt.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Hybrid-Antriebseinheit sowie eine damit ausgestattete Hybrid-Antriebsanordnungen und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen erfindungsgemäßen Hybrid- Antriebsanordnung zur Verfügung zu stellen, die in einfacher Weise durch effiziente Nutzung der Elemente der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebseinheit einen optimalen Fährbetrieb mit komfortablem und zuverlässigem Fahrgefühl kombiniert.
Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Hybrid-Antriebseinheit nach Anspruch 1 , die erfindungsgemäße Hybrid-Antriebsanordnung nach Anspruch 9 sowie das Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsanordnung nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Hybrid-Antriebseinheit sind in den Unteransprüchen 2 bis 8 angegeben.
Ergänzend wird
Die Merkmale der Ansprüche können in jeglicher technisch sinnvollen Art und Weise kombiniert werden, wobei hierzu auch die Erläuterungen aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Merkmale aus den Figuren hinzugezogen werden können, die ergänzende Ausgestaltungen der Erfindung umfassen.
Die Erfindung betrifft eine Hybrid-Antriebseinheit für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, mit einer Anschlusseinrichtung zur mechanischen Kopplung einer
Verbrennungskraftmaschine, einer ersten elektrischen Maschine, einer
Trennkupplung, einer zweiten elektrischen Maschine, einer Abtriebseinrichtung und mit einem elektrischen Leitungssystem zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine. Weiterhin umfasst die Hybrid-Antriebseinheit eine Steuerungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, bei Anforderung eines
Bremsmoments an der Abtriebseinrichtung die zweite elektrische Maschine im
Generatorbetrieb zu betreiben, von der zweiten elektrischen Maschine zur Verfügung gestellte elektrische Energie dem elektrischen Leitungssystem zuzuführen und elektrische Energie von dem elektrischen Leitungssystem der ersten elektrischen Maschine zuzuführen und diese unter zumindest anteiliger Nutzung der elektrischen Energie von dem elektrischen Leitungssystem im Motorbetrieb zu betreiben. Derart treibt die zweite elektrische Maschine die Anschlusseinrichtung an, mit der dann Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine zuführbar ist.
Der Betrag der der zweiten elektrischen Maschine zugeführten elektrischen Energie aus dem elektrischen Leitungssystem entspricht dabei zumindest anteilig dem Betrag, der von der ersten elektrischen Maschine dem elektrischen Leitungssystem zugeführt wird.
Die Abtriebseinrichtung kann im Wesentlichen als eine angetriebene Achse bzw. als ein Rad eines Kraftfahrzeugs ausgestaltet sein. Entsprechend wird durch die Steuerungseinrichtung ermöglicht, dass mechanische Energie der Abtriebseinrichtung durch die zweite elektrische Maschine in elektrische Energie umgewandelt wird und diese elektrische Energie zumindest anteilig wiederum von der ersten elektrischen Maschine in mechanische Energie umgewandelt wird, die auf die Verbrennungskraftmaschine übertragen wird, wobei die elektrische Energie letztendlich reibungsbedingt in Wärme umgewandelt wird.
Entsprechend lässt sich auch bei nicht mehr aufnahmefähigem Energiespeicher des Kraftfahrzeugs oder einem Energiespeicher, der keine elektrische Energie mehr aufnehmen soll, mechanische Energie der Abtriebseinrichtung bzw. eines Rades oder mehrerer Räder eines mit der erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebseinheit
ausgestatteten Kraftfahrzeugs effizient und verschleißarm umwandeln, sodass eine Bremswirkung an der Abtriebseinrichtung realisierbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das elektrische Leitungssystem einen elektrischen Speicher zur Speicherung elektrischer Energie, welcher elektrisch leitfähig mit der ersten elektrischen Maschine und mit der zweiten elektrischen
Maschine verbunden ist.
Dieser elektrische Speicher, der auch als Batterie bzw. Akkumulator bezeichnet werden kann, bildet dabei zumindest einen Teil des elektrischen Leitungssystems zwischen der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine. Eine jeweilige elektrische Maschine kann insbesondere über einen Stromleiter mit dem elektrischen Speicher zur Übertragung von elektrischer Energie verbunden sein. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der elektrische Speicher eine relativ geringe Kapazität von 8 ... 12 kWh, insbesondere eine Kapazität von 9 ... 11 kWh, aufweist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das elektrische
Leitungssystem im Wesentlichen als eine elektrische Leitung ausgestaltet und koppelt unmittelbar die erste elektrische Maschine mit der zweiten elektrischen Maschine. Dabei soll erfindungsgemäß nicht ausgeschlossen sein, dass in dieser elektrischen Leitung Zwischenstücke, insbesondere zur Realisierung einer elektrischen Verbindung der beiden elektrischen Maschinen, ausgeführt sind. In dieser Ausführungsalternative ist somit kein elektrischer Speicher zwischen den beiden elektrischen Maschinen im elektrischen Leitungssystem vorgesehen. Dabei soll jedoch auch nicht ausgeschlossen sein, dass zusätzlich zu dieser elektrischen Leitung in einem parallelen Strompfad der elektrische Speicher angeordnet ist, sodass durch die Steuerungseinrichtung steuerbar ist, ob von einer elektrischen Maschine generierte elektrische Energie oder angeforderte Energie von bzw. zu dem elektrischen Speicher und vom elektrischen Speicher elektrische Energie von bzw. zu einer elektrischen Maschine geleitet wird, oder aber von einer elektrischen Maschine generierte elektrische Energie direkt der anderen elektrischen Maschine zugeleitet wird.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung weiterhin dazu eingerichtet, bei Anforderung eines definierten Bremsmoments an der
Abtriebseinrichtung die Trennkupplung zu öffnen bzw. im geöffneten Zustand zu halten.
Durch das Öffnen bzw. Halten der Trennkupplung in einem geöffneten Zustand ist es möglich, die Verbrennungskraftmaschine unabhängig von der Drehgeschwindigkeit der Abtriebseinrichtung zu nutzen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Hybrid-Antriebseinheit des Weiteren eine mechanische Bremseinrichtung, mit der ebenfalls ein bremsendes Drehmoment an der Abtriebseinrichtung realisierbar ist.
In dieser Ausgestaltung ist die Steuerungseinrichtung weiterhin vorteilhaft ausgeführt, da mit ihr die Bremswirkung der mechanischen Bremseinrichtung steuerbar ist bzw. der von der zweiten elektrischen Maschine, der ersten elektrischen Maschine und der Verbrennungskraftmaschine zur Verfügung gestellten Bremswirkung anpassbar ist, um letztendlich die von einem Fahrer oder einer Geschwindigkeitsregelanlage des Kraftfahrzeugs angeforderte Bremswirkung zu realisieren.
Vorteilhafterweise sind die Anschlusseinrichtung, die erste elektrische Maschine, die Trennkupplung, die zweite elektrische Maschine und die Abtriebseinrichtung in einem gemeinsamen Drehmoment-Übertragungspfad in Reihe angeordnet. ln einer weiteren Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgestaltet, in Abhängigkeit der Größe der Anforderung des Bremsmoments an der
Abtriebseinrichtung die generatorische Leistung der zweiten elektrischen Maschine zu variieren.
Entsprechend wird auch mehr elektrische Energie für den motorischen Betrieb der ersten elektrischen Maschine zur Verfügung gestellt, die entsprechend einen stärkeren mechanischen Antrieb der Anschlusseinrichtung bzw. der
Verbrennungskraftmaschine bewirkt und somit letztendlich je nach Anforderung an Bremsmoment eine verstärkte Bremswirkung der Abtriebseinrichtung realisiert.
Somit ist es sogar möglich, ein größeres Bremsmoment an der Abtriebseinrichtung zu realisieren als bei einer starren bzw. drehfesten Verbindung zwischen der
Abtriebseinrichtung und der Verbrennungskraftmaschine zwecks deren Antriebs durch die Abtriebseinrichtung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgestaltet, die zweite elektrische Maschine im Generatorbetrieb zu betreiben, von der zweiten elektrischen Maschine zur Verfügung gestellte elektrische Energie dem elektrischen Speicher zuzuführen und elektrische Energie aus dem elektrischen Speicher der ersten elektrischen Maschine zuzuführen und diese im Motorbetrieb zu betreiben, so dass die zweite elektrische Maschine die Anschlusseinrichtung antreibt, wenn die Ladung des elektrischen Speichers einen definierten Ladungszustand überschreitet.
Entsprechend kann die Steuerungseinrichtung erst dann den erfindungsgemäßen Generator- und Motorbetrieb ausführen, wenn der elektrische Speicher keine elektrische Energie mehr aufnehmen kann oder soll, wie zum Beispiel bei oder nach längeren Bergab-Fahrten.
Insofern der elektrische Speicher noch für die Aufnahme an elektrischer Energie vorgesehene Kapazität hat, kann ein herkömmlicher Rekuperationsbetrieb ausgeführt werden, um mechanische Energie der Abtriebseinrichtung in elektrische Energie umzuwandeln, zu speichern und später wiederum insbesondere zum Antrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung zu stellen. Des Weiteren wird erfindungsgemäß eine Hybrid-Antriebsanordnung eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges zur Verfügung gestellt, umfassend eine erfindungsgemäße Hybrid-Antriebseinheit sowie eine
Verbrennungskraftmaschine, deren Abtrieb mechanisch mit der Anschlusseinrichtung der Hybrid-Antriebseinheit gekoppelt ist.
Zudem wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsanordnung zur Verfügung gestellt, bei dem eine erfindungsgemäße Hybrid-Antriebsanordnung genutzt wird und bei Anforderung eines Bremsmoments an der Abtriebseinrichtung mittels der Steuerungseinrichtung die zweite elektrische Maschine im Generatorbetrieb betrieben wird, von der zweiten elektrischen Maschine zur Verfügung gestellte elektrische Energie dem elektrischen Leitungssystem zugeführt wird und elektrische Energie von dem elektrischen Leitungssystem der ersten elektrischen Maschine zugeführt wird und diese unter zumindest anteiliger Nutzung der elektrischen Energie von dem elektrischen Leitungssystem im
Motorbetrieb betrieben wird, so dass die zweite elektrische Maschine die
Anschlusseinrichtung antreibt, mit der dann Drehmoment der
Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogramm, insbesondere eine Anwendungssoftware, welches in einen internen, insbesondere nicht flüchtigen, Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann,
insbesondere einer Steuerungseinrichtung einer erfindungsgemäßen Hybrid- Antriebseinheit, und welches einen Computerprogrammcode umfasst, der - wenn vom digitalen Computer ausgeführt - zumindest die Schritte ausführt:
- Feststellung einer Anforderung wenigstens eines definierten Bremsmoments an der Abtriebseinrichtung, und
- Generierung eines Befehls zum Betreiben der zweiten elektrischen Maschine im Generatorbetrieb.
Weiterhin kann das Computerprogramm gegebenenfalls auch die Generierung eines Befehls zum Übertragen von elektrischer Energie vom elektrischen Leitungssystem zu der ersten elektrischen Maschine sowie und/ oder die Generierung eines Befehls zum Betreiben der ersten elektrischen Maschine, unter zumindest anteiliger Nutzung der elektrischen Energie von dem elektrischen Leitungssystem, im Motorbetrieb übernehmen.
Entsprechend ist das erfindungsgemäße Computerprogramm eingerichtet, zumindest einige Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen bzw. dabei zu unterstützen und somit
automatisch bei definierter Bremsanforderung das Schleppmoment der zweiten elektrischen Maschine zur Bremsung des Kraftfahrzeuges zu nutzen.
Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass vor dem Schritt zur Generierung eines Befehls zum Übertragen von elektrischer Energie vom elektrischen Leitungssystem zu der ersten elektrischen Maschine erst eine Abfrage über den Ladungszustand eines Speichers im elektrischen Leitungssystem durchgeführt wird. Dabei kann das
Computerprogramm einen aktuellen Ladungszustand des Speichers erfassen, diesen mit einem definierten Grenz- Ladungszustand abgleichen und anschließend einen Befehl zum weiteren Vorgehen generieren. Hat der Ladezustand den Grenz- Ladezustand erreicht oder ggf. überschritten, wird der Schritt zur Generierung eines Befehls zum Übertragen von elektrischer Energie vom elektrischen Leitungssystem zu der ersten elektrischen Maschine durchgeführt. Ist ein Grenz- Ladezustand nicht erreicht, kann zunächst ein Laden des Speichers des elektrischen Leitungssystems durchgeführt werden. Ein Grenz- Ladezustand kann ein Zustand des Speichers sein, in welchem keine elektrische Energie mehr aufnehmbar ist oder in dem keine elektrische Energie mehr aufgenommen werden soll.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass das Computerprogramm weiterhin den Betrag an elektrischer Energie definiert, welcher vom Speicher im elektrischen
Leitungssystem zur ersten elektrischen Maschine übertragen wird. Insbesondere kann der Betrag der übertragenen elektrischen Energie vom Speicher an die erste elektrische Maschine dem Betrag an elektrischer Energie entsprechen, den die zweite elektrische Maschine im Generatorbetrieb zur Verfügung stellt.
Die oben beschriebene Erfindung wird nachfolgend vor dem betreffenden technischen Hintergrund unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung, welche eine bevorzugte Ausgestaltung zeigt, detailliert erläutert. Die Erfindung wird durch die rein schematische Zeichnung in keiner Weise beschränkt, wobei anzumerken ist, dass das in der Zeichnung gezeigte Ausführungsbeispiel nicht auf die dargestellten Maße eingeschränkt ist. Es ist dargestellt in
Fig. 1 : eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Hybrid-
Antriebsanordnung mit einer erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebseinheit.
In der dargestellten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Hybrid- Antriebsanordnung 2 eine Hybrid-Antriebseinheit 1 sowie eine
Verbrennungskraftmaschine 9. Die Hybrid-Antriebseinheit 1 umfasst eine erste elektrische Maschine 3, eine zweite elektrische Maschine 4, eine Trennkupplung 5, eine Abtriebseinrichtung 6 sowie eine Anschlusseinrichtung 13.
Diese Elemente der Hybrid-Antriebseinheit 1 sind in Reihe, koaxial zu einer gemeinsamen Rotationsachse 10, angeordnet.
Dabei ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung nicht auf diese geometrische Anordnung der einzelnen Elemente eingeschränkt, sondern insbesondere kann das Rad 6 durch ein Getriebe, insbesondere ein Getriebe mit einer festen Übersetzung, und ein Differenzialgetriebe in Bezug zur elektrischen Maschine und/oder in Bezug zur Verbrennungskraftmaschine 9 radial versetzt angeordnet sein.
Eine von der Hybrid-Antriebsanordnung 2 umfasste Verbrennungskraftmaschine 9 ist ebenfalls koaxial zur gemeinsamen Rotationsachse 10 angeordnet.
Die Anschlusseinrichtung 13 verbindet drehfest die erste elektrische Maschine 3 und somit die Hybrid-Antriebseinheit 1 mit der Verbrennungskraftmaschine 9, wobei die zweite elektrische Maschine 4 drehfest mit der als Rad eines Kraftfahrzeugs ausgestalteten Abtriebseinrichtung 6 verbunden ist.
Die Trennkupplung 5 ist dabei in axialer Richtung zwischen den beiden elektrischen Maschinen 3, 4 angeordnet, wobei mittels der Trennkupplung 5 bzw. dem Schließen der Trennkupplung 5 der Drehmoment-Übertragungspfad zwischen der zweiten elektrischen Maschine 4 bzw. der Verbrennungskraftmaschine 9 und der
Abtriebseinrichtung 6 geschlossen werden kann. Dazu ist die erste elektrische
Maschine 3 mit einer ersten Trennkupplungsseite 11 drehfest verbunden und die zweite elektrischen Maschine 4 mit einer zweiten Trennkupplungsseite 12 drehtest verbunden.
Die beiden elektrischen Maschinen 3, 4 sind weiterhin über ein elektrisches
Leitungssystem 7 elektrisch miteinander verbunden. Das hier dargestellte elektrische Leitungssystem 7 umfasst einen Speicher 8 sowie eine erste und eine zweite elektrische Leitung 14, 15. Die erste elektrische Maschine 3 ist mittels der ersten elektrischen Leitung 14 mit dem Speicher 8 verbunden und die zweite elektrische Maschine 4 ist mittels der zweiten elektrischen Leitung 15 mit dem Speicher 8 verbunden zwecks Übertragung von elektrischer Energie von einer elektrischen Maschine 3, 4 zum Speicher 8 oder vom Speicher 8 zu einer elektrischen Maschine 3, 4. Die erste elektrische Maschine 3 kann dabei entweder im Generatorbetrieb betrieben werden, um unter Antrieb durch die Verbrennungskraftmaschine 9 elektrische Energie zu generieren und diese dem Speicher 8 zuzuführen, oder im Motorbetrieb betrieben werden, um unter Nutzung von elektrischer Energie aus dem Speicher 8 Drehmoment an die Verbrennungskraftmaschine 9 zu übertragen. Die zweite elektrische Maschine 4 kann ebenfalls entweder im Generatorbetrieb betrieben werden, um unter Antrieb durch von der Abtriebseinrichtung 6 übertragenem
Drehmoment elektrische Energie zu generieren und diese dem Speicher 8
zuzuführen, oder im Motorbetrieb betrieben werden, um unter Bezug von elektrischer Energie aus dem Speicher 8 Drehmoment an die Abtriebseinheit 6 zu übertragen.
Von der Hybrid-Antriebseinheit 1 weiterhin umfasst ist eine Steuerungseinrichtung 16. Erfindungsgemäß ist die Steuerungseinrichtung 16 dazu eingerichtet, bei Anforderung eines Bremsmoments an der Abtriebseinrichtung 6 die zweite elektrische Maschine 4 im Generatorbetrieb zu betreiben, von der zweiten elektrischen Maschine 4 zur Verfügung gestellte elektrische Energie dem elektrischen Leitungssystem 7
zuzuführen und elektrische Energie von dem elektrischen Leitungssystem 7 der ersten elektrischen Maschine 3 zuzuführen und diese unter zumindest anteiliger Nutzung der elektrischen Energie von dem elektrischen Leitungssystem 7 im Motorbetrieb zu betreiben, so dass die zweite elektrische Maschine 4 die Anschlusseinrichtung 13 bzw. die Verbrennungskraftmaschine 9 antreibt.
Die Steuerungseinrichtung 16 ist dazu mit der zweiten elektrischen Maschine 4 sowie mit dem Leitungssystem 7 zur Übertragung von entsprechenden Befehlen steuerungstechnisch verbunden. Ein jeweiliger Befehl kann dabei insbesondere von z.B. einem Computerprogramm generiert werden, welches von der
Steuerungseinrichtung 16 ausführbar ist.
Bei Betrieb der zweiten elektrischen Maschine 4 als Generator kann auch vorgesehen sein, dass die dem elektrischen Leitungssystem 7 zugeführte elektrische Energie zunächst den Speicher 8 auflädt. Es kann ein bestimmter Ladungszustand des Speichers 8 definiert sein, bei welchem der Speicher 8 keine elektrische Energie mehr aufnehmen kann oder soll. Generiert nun die zweite elektrische Maschine 4, zum Beispiel bei einer längeren Bergab-Fahrt, so viel elektrische Energie, dass bei deren Zuführung zum Speicher dessen definierter Ladungszustand überschritten oder erreicht wird, führt die Steuerungseinrichtung 16 den erfindungsgemäßen Generator und Motorbetrieb der elektrischen Maschinen 3, 4 aus.
In einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform umfasst das elektrische Leitungssystem 7 keinen extra Speicher 8, sondern ist lediglich durch Stromleiter ausgebildet, sodass die erste elektrische Maschine 3 mit der zweiten elektrischen Maschine 4 unmittelbar elektrisch gekoppelt ist und demzufolge von der zweiten elektrischen Maschine 4 bereitgestellte elektrische Energie unmittelbar der ersten elektrischen Maschine zugeführt wird.
Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der hier vorgeschlagenen Hybrid- Antriebseinheit, Hybrid-Antriebsanordnung sowie dem Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebsanordnung sind die einzelnen Elemente der erfindungsgemäßen in Hybrid-Antriebseinheit effizient, insbesondere mit
Mehrfachfunktion, nutzbar, um einen optimalen Fährbetrieb mit komfortablem und zuverlässigem Fahrgefühl zu realisieren. Bezuqszeichenliste
1 Hybrid-Antriebseinheit
2 Hybrid-Antriebsanordnung
3 erste elektrische Maschine
4 zweite elektrische Maschine
5 Trennkupplung
6 Abtriebseinrichtung
7 elektrisches Leitungssystem
8 Speicher
9 Verbrennungskraftmaschine
10 Rotationsachse
11 erste Trennkupplungsseite
12 zweite Trennkupplungsseite
13 Anschlusseinrichtung
14 erste elektrische Leitung
15 zweite elektrische Leitung
16 Steuerungseinrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Hybrid-Antriebseinheit (1 ) für einen Antriebsstrang eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, mit einer
Anschlusseinrichtung (13) zur mechanischen Kopplung einer
Verbrennungskraftmaschine (9), einer ersten elektrischen Maschine (3), einer
Trennkupplung (5), einer zweiten elektrischen Maschine (4), einer Abtriebseinrichtung (6) und mit einem elektrischen Leitungssystem (7) zwischen der ersten elektrischen Maschine (3) und der zweiten elektrischen Maschine (4), sowie mit einer
Steuerungseinrichtung (16), die dazu eingerichtet ist, bei Anforderung eines
Bremsmoments an der Abtriebseinrichtung (6) die zweite elektrische Maschine (4) im Generatorbetrieb zu betreiben, von der zweiten elektrischen Maschine (4) zur
Verfügung gestellte elektrische Energie dem elektrischen Leitungssystem (7) zuzuführen und elektrische Energie von dem elektrischen Leitungssystem (7) der ersten elektrischen Maschine (3) zuzuführen und diese unter zumindest anteiliger Nutzung der elektrischen Energie von dem elektrischen Leitungssystem (7) im
Motorbetrieb zu betreiben, so dass die zweite elektrische Maschine (4) die
Anschlusseinrichtung (13) antreibt, mit der dann Drehmoment der
Verbrennungskraftmaschine (9) zuführbar ist.
2. Hybrid-Antriebseinheit (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Leitungssystem (7) einen elektrischen Speicher (8) zur Speicherung elektrischer Energie umfasst, welcher elektrisch leitfähig mit der ersten elektrischen Maschine (3) und mit der zweiten elektrischen Maschine (4) verbunden ist.
3. Hybrid-Antriebseinheit (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Leitungssystem (7) im Wesentlichen als eine elektrische Leitung (14, 15) ausgestaltet ist und unmittelbar die erste elektrische Maschine (3) mit der zweiten elektrischen Maschine (4) koppelt.
4. Hybrid-Antriebseinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (16) weiterhin dazu eingerichtet ist, bei Anforderung eines definierten Bremsmoments an der
Abtriebseinrichtung (6) die Trennkupplung (5) zu öffnen bzw. im geöffneten Zustand zu halten.
5. Hybrid-Antriebseinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hybrid-Antriebseinheit (1 ) des Weiteren eine mechanische Bremseinrichtung umfasst, mit der ebenfalls ein bremsendes
Drehmoment an der Abtriebseinrichtung (6) realisierbar ist.
6. Hybrid-Antriebseinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusseinrichtung (13), die erste elektrische Maschine (3), die Trennkupplung (5), die zweite elektrische Maschine (4) und die Abtriebseinrichtung (6) in einem gemeinsamen Drehmoment-Übertragungspfad in Reihe angeordnet sind.
7. Hybrid-Antriebseinheit (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (16) dazu ausgestaltet ist, in Abhängigkeit der Größe der Anforderung des Bremsmoments an der
Abtriebseinrichtung (6) die generatorische Leistung der zweiten elektrischen Maschine (4) zu variieren.
8. Hybrid-Antriebseinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 2 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (16) dazu ausgestaltet ist, die zweite elektrische Maschine (4) im Generatorbetrieb zu betreiben, von der zweiten elektrischen Maschine (4) zur Verfügung gestellte elektrische Energie dem
elektrischen Speicher (8) zuzuführen und elektrische Energie aus dem elektrischen Speicher (8) der ersten elektrischen Maschine (3) zuzuführen und diese im
Motorbetrieb zu betreiben, so dass die zweite elektrische Maschine (4) die
Anschlusseinrichtung (13) antreibt, wenn die Ladung des elektrischen Speichers (8) einen definierten Ladungszustand überschreitet.
9. Hybrid-Antriebsanordnung (2) eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridkraftfahrzeuges, umfassend eine Hybrid-Antriebseinheit (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 sowie eine Verbrennungskraftmaschine (9), deren Abtrieb mechanisch mit der Anschlusseinrichtung (13) der Hybrid- Antriebseinheit (1 ) gekoppelt ist.
10. Verfahren zum Betreiben einer Hybrid-Antriebsanordnung (2) gemäß Anspruch 9, bei dem eine Hybrid-Antriebsanordnung (2) gemäß Anspruch 9 zur Verfügung gestellt wird und bei Anforderung eines Bremsmoments an der Abtriebseinrichtung (13) mittels der Steuerungseinrichtung (16) die zweite elektrische Maschine (4) im Generatorbetrieb betrieben wird, von der zweiten elektrischen Maschine (4) zur Verfügung gestellte elektrische Energie dem elektrischen Leitungssystem (7) zugeführt wird und elektrische Energie von dem elektrischen Leitungssystem (7) der ersten elektrischen Maschine (3) zugeführt wird und diese unter zumindest anteiliger Nutzung der elektrischen Energie von dem elektrischen Leitungssystem (7) im
Motorbetrieb betrieben wird, so dass die zweite elektrische Maschine (4) die
Anschlusseinrichtung (13) antreibt, mit der dann Drehmoment der
Verbrennungskraftmaschine (9) zugeführt wird.
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