JP2013513522A - 自動車用レンジエクステンダ - Google Patents

Abstract

レンジエクステンダ（６）としての内燃機関−発電機・ユニットを動作させるための方法であって、
・内燃機関（７）にて機械エネルギを生成するステップと、
・発電機（８）にて機械エネルギを電気的な交流に変換するステップと、
・交流を直流に整流するステップと、
・直流電圧を開ループ制御および／または閉ループ制御するステップと
を具備する方法において、
該直流電圧を、前記発電機（８）の回転数を開ループ制御および／または閉ループ制御することによって形成する、
ことを特徴とする方法。

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の内燃機関−発電機・ユニットを動作させるための方法、請求項５の上位概念に記載の内燃機関−発電機・ユニット、および請求項９の上位概念に記載のハイブリッド駆動装置に関する。

自動車工業により、電気モータによって駆動される自動車が益々発展および／または製造している。

電動車両を駆動するための電気モータを動作させる電気エネルギは、電動車両に配置されたバッテリに由来する。バッテリは、電動車両の静止状態中に電流網にて充電される。このために電動車両は充電装置を含む。バッテリの電気エネルギを蓄積するための容量は制限されているので、電動車両は約５０ｋｍから２００ｋｍの範囲の航続距離しか到達することができない。電動車両の航続距離を延長するために、電動車両にはいわゆるレンジエクステンダ、すなわち内燃機関−発電機・ユニットが設けられている。電動車両での長距離走行の際に、バッテリを電流網によって充電することができないか、または充分には充電することができないという場合には、内燃機関−発電機・ユニットによってバッテリが充電される、および／または、内燃機関−発電機・ユニットによって電気モータに電流が供給される。これによりレンジエクステンダを備えたこの種の電動車両の可能航続距離は、専ら内燃機関によって駆動されている従来の自動車の航続距離に相当する約６００ｋｍにまで延長することが可能である。

とりわけ内燃機関−発電機・ユニット内の発電機が永久磁石励磁式電動機である場合には、発電機によって生成された交流電圧または交流電流がパルスインバータによって直流に変換され、付加的に直流の電圧も調整される。バッテリを充電するためには内燃機関−発電機・ユニットによって生成される電圧がバッテリ電圧よりも高くなければならないので、内燃機関−発電機・ユニットによって生成される直流電圧を制御する必要がある。このバッテリ電圧は、自動車のバッテリの充電状態および負荷状態に依存している。しかしながら不利なことに、このようなパルスインバータは調達するのに高価であり、その上障害に対して脆弱である。

ＤＥ１０２００８０３９９０７には、エネルギ源と、電気エネルギ蓄積器と、電気エネルギを生成して電気エネルギ蓄積器を充電するよう構成された発電機と、電気トラクションモータと、エネルギ源をスイッチオンおよび／またはオフするよう構成された作動装置とを備える車両が開示されている。ここでは前記作動装置によってエネルギ源のスイッチオンおよび／またはオフを開始する制御エレメントを備えた始動装置が特徴とされており、前記制御エレメントは、前記開始の時点に運転手が車両にいる必要なく前記開始を可能にするよう構成されている。

発明の概要
発明の利点
レンジエクステンダとしての内燃機関−発電機・ユニットを動作させるための本発明の方法は、内燃機関にて機械エネルギを生成するステップと、発電機にて機械エネルギを電気的な交流に変換するステップと、交流を直流に整流するステップと、直流電圧を開ループ制御および／または閉ループ制御するステップとを具備しており、該直流電圧を、前記発電機の回転数を開ループ制御および／または閉ループ制御することによって形成することを特徴としている。直流電圧は、発電機の回転数を開ループ制御および／または閉ループ制御することによって形成される。したがって直流電圧を、費用のかかる高価なパルスインバータによって開ループ制御および／または閉ループ制御する必要がなくなる。これは、発電機によって発生した交流電圧が発電機の回転数に依存しているから、発電機の回転数を開ループ制御および／または閉ループ制御することにより簡単に形成されるのである。

とりわけ直流電圧は、専ら発電機の回転数を開ループ制御および／または閉ループ制御することによって形成される。

別の１つの実施形態においては、発電機の回転数は、とりわけ専ら、内燃機関の回転数によって開ループ制御および／または閉ループ制御される。発電機は駆動軸によって内燃機関と接続されている。したがって発電機の回転数は内燃機関の回転数に依存している。

さらなる別の１つの実施形態においては、内燃機関と発電機とを互いに接続しているトランスミッションを用いて、内燃機関の回転数に依存せずに発電機の回転数を制御することにより発電機の回転数が制御される。

補足的な実施形態においては、非制御整流器によって交流が直流に変換される。

レンジエクステンダとしての本発明の内燃機関−発電機・ユニットは、内燃機関と、発電機と、有利には燃料タンクと、前記発電機によって生成された交流を直流に整流するための整流器と、前記整流器によって提供された直流電圧を開ループ制御および／または閉ループ制御するための装置とを含み、前記整流器は非制御整流器である。したがって内燃機関−発電機・ユニットは、発電機によって生成された交流を直流に整流するため、および／または、直流電圧を開ループ制御および／または閉ループ制御するために、パルスインバータを含まない。非制御整流器は、費用のかかる高価なパルスインバータよりも格段に割安に調達できる。したがってパルスインバータを調達するためのコストを節約することができ、それでも直流電圧を開ループ制御および／または閉ループ制御することが可能である。

有利には、前記装置は、内燃機関または発電機の回転数を開ループ制御および／または閉ループ制御するための制御ユニットである。この装置によって発電機の回転数が開ループ制御および／または閉ループ制御される場合、この装置は例えば、発電機の回転数を内燃機関の回転数から分離しているトランスミッションである。したがって内燃機関はトランスミッションによって発電機を駆動し、発電機の回転数をトランスミッションによって開ループ制御および／または閉ループ制御することができる。これとは異なり、前記装置を、内燃機関の回転数を開ループ制御および／または閉ループ制御するための制御ユニットとすることもできる。このために内燃機関は駆動軸によって発電機と機械的に接続されており、発電機の回転数は内燃機関の回転数に相応するか、または発電機の回転数は内燃機関の回転数に対して一定の比率にある。

１つの実施形態においては、発電機は、有利には永久磁石励磁式の同期電動機である。

別の１つの実施形態においては、内燃機関−発電機・ユニットによって本願に記載した方法を実施することができる。

本発明の自動車用のハイブリッド駆動装置は、自動車を駆動するための少なくとも１つの電気モータと、バッテリと、前記バッテリを充電するための、および／または、前記少なくとも１つの電気モータ用の電気エネルギを生成するための、レンジエクステンダとしての内燃機関−発電機・ユニットとを含み、本願に記載した方法が実施される。

別の１つの実施形態においては、ハイブリッド駆動装置は、とりわけ自動車用の制御ユニットを含み、該制御ユニットによって前記内燃機関の回転数を開ループ制御および／または閉ループ制御することができ、したがって前記内燃機関−発電機・ユニットによって提供された直流電圧を、内燃機関の回転数に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御することができる。

別の１つの実施形態においては、前記ハイブリッド駆動装置の内燃機関−発電機・ユニットは、本願に記載した内燃機関−発電機・ユニットとして構成されている。

別の１つの実施形態においては、ハイブリッド駆動装置はバッテリ管理システムを含み、該バッテリ管理システムによってバッテリを充電するための直流電圧の目標値を予め設定することができる。

以下では添付の図面を参照して本発明の実施例を詳しく説明する。

図１は、レンジエクステンダとしての内燃機関−発電機・ユニットのシステム概略図である。 図２は、ハイブリッド駆動装置のシステム概略図である。 図３は、ハイブリッド車両を示す図である。

バッテリ４からの電気エネルギを用いて専ら電気モータ３により駆動される電動車両１ないしハイブリッド車両２に、電動車両１の航続距離を延長するための内燃機関−発電機・ユニット６が設けられる。いわゆるレンジエクステンダ６としての内燃機関−発電機・ユニット６によれば、燃料管路１６を介して導かれる燃料タンク５の燃料を用いて内燃機関７によって機械エネルギが生成され、この機械エネルギは永久磁石励磁式同期機９である発電機８によって電気エネルギに変換される。内燃機関７は駆動軸１５によって発電機８と機械的に接続されている（図１）。発電機８は交流を生成し、この交流は非制御整流器１１によって直流に変換される。発電機８からの電気エネルギによってバッテリ４が充電されるか、または電気モータ３が駆動される。これによって電動車両１の航続距離は、例えば約３００ｋｍから６００ｋｍの範囲にまで格段に延長することができる。バッテリ４からの電気エネルギを用いた電動車両１の航続距離は、例えば５０ｋｍから１５０ｋｍの範囲にある。

整流器１１によって生成された直流は、バッテリ４を充電するために直流を供給する前に、バッテリ管理システム１４に供給される。同期機９である発電機８と、非制御整流器１１と、バッテリ管理システム１４と、バッテリ４とは、給電線１７によって互いに接続されている。電動車両１ないしハイブリッド車両２（図３）のバッテリ４を充電するためには、整流器１１によって提供される直流電圧がバッテリ４の電圧よりも高くなければならない。この際バッテリ４の電圧は、バッテリ４の充電状態および負荷状態に依存している。制御ユニット１３は、図示していない制御線により、バッテリ管理システム１４からバッテリ４を充電するための直流電圧に対する目標値を受信する。この目標値を用いて、直流電圧を制御するための装置１０である制御ユニット１３によって内燃機関７の回転数が開ループ制御および／または閉ループ制御される。内燃機関７の回転数が高ければ高いほど、ひいては駆動軸１５による機械的結合に基づき発電機８の回転数が高ければ高いほど、発電機８によって提供される交流電圧は高くなる。発電機８によって提供される交流電圧が高ければ高いほど整流器１１によって提供される直流電圧は高くなり、その逆もまた同じである。したがって専ら内燃機関７の回転数、ひいては発電機８の回転数を開ループ制御および／または閉ループ制御することにより、バッテリを充電するための整流器１１によって整流される電流の電圧を開ループ制御および／または閉ループ制御することができる。内燃機関−発電機・ユニット６の図示していない別の実施例においては、内燃機関７はトランスミッションによって発電機８と接続されている。このトランスミッションによれば、発電機８の回転数を内燃機関７の回転数に依存せずに開ループ制御および／または閉ループ制御することができ、ひいては整流器１１によって提供される直流電圧も、内燃機関７の回転数に依存せずに開ループ制御および／または閉ループ制御することができる。制御ユニット１３は、図示していないトランスミッションによって発電機８の回転数を制御し、ひいては整流器１１によって提供される直流電圧も制御する。

図３には電動車両１ないしハイブリッド車両２が図示されている。ハイブリッド車両２は専ら電気モータ３によって駆動され、電動車両１を駆動するための電気エネルギはバッテリ４に由来する。電動車両１の航続距離を延長するために、電動車両１ないしハイブリッド車両２には図１に図示した内燃機関−発電機・ユニット６が設けられている。これによってハイブリッド車両２の航続距離は、約３００ｋｍから６００ｋｍの範囲にまで延長することができる。

発電機８によって提供される電流によって、バッテリ４を充電することができる、および／または、電動車両１ないしハイブリッド車両２を駆動またはトラクションするために電気モータ３を駆動することができる。

全体として、本発明の内燃機関−発電機・ユニットは格段の利点と結びついている。整流器１１によって提供される直流電圧の制御は、発電機８の回転数を開ループ制御および／または閉ループ制御することによって達成される。したがって直流電圧の開ループ制御および／または閉ループ制御のために、費用のかかる高価なパルスインバータは必要ない。なぜなら直流を提供するために非制御整流機１１だけで充分だからである。電圧レベルは、発電機８の回転数を開ループ制御および／または閉ループ制御することによって開ループ制御および／または閉ループ制御される。

Claims (12)

1. レンジエクステンダ（６）としての内燃機関−発電機・ユニット（６）を動作させるための方法であって、
   ・内燃機関（７）にて機械エネルギを生成するステップと、
   ・発電機（８）にて機械エネルギを電気的な交流に変換するステップと、
   ・交流を直流に整流するステップと、
   ・直流電圧を開ループ制御および／または閉ループ制御するステップと
   を備える方法において、
   前記直流電圧を、前記発電機（８）の回転数を開ループ制御および／または閉ループ制御することによって形成する、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記直流電圧は、専ら前記発電機（８）の回転数を開ループ制御および／または閉ループ制御することによって形成される、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記発電機（８）の回転数は、とりわけ専ら前記内燃機関（７）の回転数によって開ループ制御および／または閉ループ制御される、
   ことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 前記交流は非制御整流器（１１）によって直流に変換される、
   ことを特徴とする請求項１から３の１つまたは複数の請求項に記載の方法。
5. レンジエクステンダ（６）としての内燃機関−発電機・ユニット（６）であって、
   内燃機関（７）と、発電機（８）と、有利には燃料タンク（５）と、前記発電機（８）によって生成された交流を直流に整流するための整流器（１１）と、前記整流器（１１）によって提供された直流電圧を開ループ制御および／または閉ループ制御するための装置（１０）とを含む、
   内燃機関−発電機・ユニット（６）において、
   前記整流器（１１）は非制御整流器（１１）である、
   ことを特徴とする内燃機関−発電機・ユニット。
6. 前記装置（１０）は、前記内燃機関（７）または前記発電機（８）の回転数を開ループ制御および／または閉ループ制御するための制御ユニット（１３）である、
   ことを特徴とする請求項５記載の内燃機関−発電機・ユニット。
7. 前記発電機（８）は、有利には永久磁石励磁式の同期電動機（９）である、
   ことを特徴とする請求項５または６記載の内燃機関−発電機・ユニット。
8. 請求項１から４の１つまたは複数の請求項に記載の方法を実施する、
   ことを特徴とする請求項５から７の１つまたは複数の請求項に記載の内燃機関−発電機・ユニット。
9. 自動車（１，２）用のハイブリッド駆動装置（１２）であって、
   前記自動車（１，２）を駆動するための少なくとも１つの電気モータ（３）と、バッテリ（４）と、前記バッテリ（４）を充電するための、および／または、前記少なくとも１つの電気モータ（３）用の電気エネルギを生成するための、レンジエクステンダ（６）としての内燃機関−発電機・ユニット（６）とを含む、
   ハイブリッド駆動装置（１２）において、
   請求項１から４の１つまたは複数の請求項に記載の方法を実施する、
   ことを特徴とするハイブリッド駆動装置。
10. 前記ハイブリッド駆動装置（１２）は、とりわけ自動車（１，２）用の制御ユニット（１３）を含み、該制御ユニット（１３）によって前記内燃機関（７）の回転数を開ループ制御および／または閉ループ制御して、前記内燃機関−発電機・ユニット（６）によって提供された直流電圧を、前記内燃機関（７）の回転数に依存して開ループ制御および／または閉ループ制御する、
    ことを特徴とする請求項９記載のハイブリッド駆動装置。
11. 前記内燃機関−発電機・ユニット（６）は、請求項５から８の１つまたは複数の請求項に記載したように構成されている、
    ことを特徴とする請求項９または１０記載のハイブリッド駆動装置。
12. 前記ハイブリッド駆動装置（１２）はバッテリ管理システム（１４）を含み、該バッテリ管理システム（１４）によって前記バッテリ（４）を充電するための直流電圧の目標値を予め設定する、
    ことを特徴とする請求項９から１１の１つまたは複数の請求項に記載のハイブリッド駆動装置。

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