JP4783458B2 - 緊急スタート手段を備えるハイブリッド駆動装置 - Google Patents

Description

従来技術
DE 199 56 384 C1から、内燃機関のためのパルススタート方法およびパルススタート装置が公知である。DE 199 56 384 C1によって開示されたパルススタート方法によれば、加速フェーズにおいてフライホイールが回転駆動によって加速され、次の連結フェーズでは、この回転するフライホイールが、回転可能に支承されたシャフト、有利には内燃機関のクランクシャフトと、トルクを伝達するために連結される。加速フェーズおよび／または連結フェーズでは、フライホイールの回転数経過が評価され、この評価から内燃機関をうまくスタートすることができるか否かが推測される。スタートの成功が見込まれない場合、内燃機関はシャフトを介して、後続の第２のスタートを試みるために有利な動作位置に移動される。DE 199 56 384 C1から公知であるパルススタート方法によれば、加速フェーズでは、評価するためにフライホイールの回転数経過の傾きが使用され、傾きが小さくなると連結フェーズが開始される。

現在市場に流通しているハイブリッド駆動装置は、内燃機関と、少なくとも１つの電気駆動装置とを備えており、高圧バッテリーが放電されると運転者は自動車をスタートさせることができない。このことは非常に不満足な状態である。

発明の詳細な説明
本発明の課題は、ハイブリッド駆動装置が装備された自動車を、搭載電源網に給電する自動車搭載電源網バッテリーによってスタートさせるために、または外部からスタートさせるためにコスト的に有利な手段を提供することである。

本発明によれば、通常１２Vバッテリーである自動車搭載電源網バッテリーを、ハイブリッド駆動装置の少なくとも１つの電気駆動装置に割り当てられたパルスインバータの入力端に接続し、この電気駆動装置を、通常動作に比べて低減した電圧によって作動させることが提案される。自動車のハイブリッド駆動装置の少なくとも１つの電気駆動装置は、２つのクラッチ、すなわち内燃機関のためのクラッチと自動車トランスミッションのためのクラッチとを有する。この少なくとも１つの電気駆動装置を低減された電圧で制御するとき、これらの２つのクラッチは開いており、この少なくとも１つの電気駆動装置は、負荷なしで、自動車バッテリーの充電水準に応じて最大限に到達できる回転数まで加速される。放電された高圧バッテリーの代わりに１２Vの搭載電源網バッテリーをパルスインバータの入力端に接続しているリレーまたは別の電気的接点は、再び静止状態に切り換えられ、その後パルスクラッチが、加速された少なくとも１つの電気駆動装置と内燃機関との間で閉じられる。この少なくとも１つの電気駆動装置の回転するロータに蓄えられた機械的エネルギーは、パルスクラッチを介して内燃機関に、有利には内燃機関のクランクシャフトに伝達され、これにより内燃機関をスタートさせることができる。このスタートの試みが失敗しても、この１２Vの自動車搭載電源網バッテリーが十分な充電状態を有していれば、全てのプロセスを繰り返すことができる。

本発明のハイブリッド駆動装置は、有利には、１２Vの自動車搭載電源網バッテリーと高圧バッテリーとがあらゆる面から互いに絶縁されており、許容できない程の電圧ピークが、少なくとも１つの電気駆動装置からパルスインバータを介して障害のない１２Vの搭載電源網バッテリーに供給されないように構成されている。この１２Vバッテリーは、高圧バッテリーが放電されるとリレーまたは別の実施形態による電気的接点スイッチによってパルスインバータの入力端に接続される。このリレーまたは電気的接点スイッチは、内燃機関のためのパルスクラッチが開いているときにだけこのリレーが接続できるように、制御部によって保護されている。このリレーを保護する制御部は、パルスインバータの状態に依存してリレーのスイッチング過程をイネーブル、またはディスエーブルすることを特徴とする。このためにこの制御部は運転手の希望に応じて、例えば車内の手動スイッチによって、またはエンジン室にあるスイッチ等によってイネーブルされる。このリレーを保護する制御部は、別個にスイッチ装置として構成するか、制御ユニットとしてパルスインバータに直接割り当てるか、または任意の制御装置内に実現することができる。

本発明の解決手段によれば、ハイブリッド駆動装置を装備した自動車の内燃機関を、外部からスタートさせることもできる。ハイブリッド駆動装置のトラクション電源網にある高圧バッテリーが放電されると、自動車のハイブリッド駆動装置の搭載電源網に設けられた搭載電源網バッテリーが、少なくとも１つの電気駆動装置に割り当てられたパルスインバータの入力端と接続される。この搭載電源網バッテリーの充電水準が不十分である場合、この搭載電源網バッテリーをブースターケーブルによって救援バッテリーまたは救援車と接続し、ハイブリッド駆動装置を備える自動車の少なくとも１つの電気駆動装置を、この救援車ないし救援バッテリーによって最大到達回転数まで加速することができる。その後この搭載電源網は、搭載電源網バッテリーおよび接続された救援車も含めて、パルスインバータから全ての面で絶縁される。最大回転数に到達すると、高速に切換をするパルスクラッチが、内燃機関と加速されたハイブリッド駆動装置の少なくとも１つの電気駆動装置との間で接続される。この少なくとも１つの電気駆動装置のロータの回転エネルギーによって、内燃機関が回転し、最後にはスタートする。最初のスタートの試みが失敗すると、このプロセスは何度も繰り返される。

図
本発明を、以下図を用いて詳細に説明する。
図１は、ハイブリッド駆動装置を備える自動車のトラクション電源網および搭載電源網を示す。
図２は、本発明によるハイブリッド駆動装置を示し、このハイブリッド駆動装置では、パルスインバータにリレーが割り当てられており、このパルスインバータによって少なくとも１つのハイブリッド駆動装置の電気駆動装置が制御される。

実施例
図１は、ハイブリッド駆動装置のトラクション電源網および搭載電源網を示す。

ハイブリッド駆動装置は、少なくとも１つの電気駆動装置１を有し、この電気駆動装置に、この少なくとも１つの電気駆動装置１を制御するためのパルスインバータ２が割り当てられている。パルスインバータ２は、給電線路３を介してDC/DCコンバータ５と接続されている。このDC/DCコンバータ５は単方向に構成されている。通常の動作において主接触器７が閉じられているとき、トラクションバッテリーとも呼ばれる高圧バッテリー４を介して、パルスインバータ２によって、少なくとも１つの電気駆動装置１が制御される。同時に、参照符号３２で示すハイブリッド駆動装置のトラクション電源網から、搭載電源網バッテリー６を含む搭載電源網８に電圧を供給することができる。図１に示すパルスインバータ２の回路によれば、このパルスインバータは通常動作では常に高圧バッテリー４（トラクションバッテリー）と接続している。単方向のDC/DCコンバータ５を介して、トラクション電源網３２から、少なくとも１つの電気駆動装置１の動作状態に応じて自動車搭載電源網８に電圧が供給され、場合によっては、搭載電源網８に含まれる搭載電源網バッテリー６が充電される。図示した単方向のDC/DCコンバータ５によって、トラクション電源網３２から搭載電源網８にエネルギーを伝達することができる。この搭載電源網は、１２Vまたは４２Vの電源網とすることができる。このDC/DCコンバータ５は、ハイブリッド駆動装置を装備した自動車において、従来の自動車に使用されるジェネレータ（発電機）の役割を担う。自動車搭載電源網８の負荷のためのエネルギーは、少なくとも１つの電気駆動装置とパルスインバータ２の中間接続とを介して使用することができる。本発明のハイブリッド駆動装置内の配置によれば、搭載電源網８からトラクション電源網３２へのエネルギーフローは不要である。さらに本発明の解決手段によれば、双方向に構成されるDC/DCコンバータを使用せずに済む。双方向のDC/DCコンバータは、単方向のDC/DCコンバータ５に比べて格段にコストが高い。本発明による解決手段によれば、双方向のDC/DCコンバータを使用することなしに、搭載電源網バッテリー６から内燃機関をスタートさせることができ、また救援車によって外部から内燃機関をスタートさせることもできる。

図２はハイブリッド駆動装置を示し、ここでパルスインバータは入力端において、高圧バッテリーならびに自動車搭載電源網に含まれる搭載電源網バッテリーと接続することができる。

図２は、内燃機関２０ならびに少なくとも１つの電気駆動装置１を含むパラレルハイブリッド駆動装置４０を示す。電気駆動装置１は、図１に示したハイブリッド駆動装置と同じく、パルスインバータによって制御される。パルスインバータ２の複数の入力端１４で給電線路３が終端しており、この給電線路には、それぞれ例えばリレー接点１２が形成されている。給電線路３のリレー接点１２はリレー１０によって接続され、このリレーには制御部１６が割り当てられている。リレー接点１２は、図２に点線で示した機械的結合を介して、監視されたリレー１０によって作動する。図２に示したハイブリッド駆動装置４０には、高圧バッテリー４（トラクションバッテリー）が配置されており、主接触器７がこの高圧バッテリーに前置接続されている。自動車搭載電源網８には搭載電源網バッテリー６が含まれており、この搭載電源網バッテリーは従来の１２Vバッテリーとすることができる。トラクション電源網３２に属する高圧バッテリー４（トラクションバッテリー）と、自動車搭載電源網８との間には、DC/DCコンバータ５が接続されており、このDC/DCコンバータ５は単方向のコンバータとすることができる。このDC/DCコンバータを介して、搭載電源網８およびこの搭載電源網に含まれる搭載電源網バッテリー６は、少なくとも１つの電気駆動装置１の動作モードに応じて給電される。図２に示すDC/DCコンバータ５は、有利には単方向に作用するコンバータであり、トラクション電源網３２のエネルギーだけを搭載電源網８に供給する。図２に示す回路によれば、搭載電源網８からトラクション電源網３２へのエネルギーフロー方向は必要ない。

少なくとも１つの電気駆動装置１は、クラッチ１８を介して内燃機関２０のクランクシャフトと連結することができる。このクラッチは高速に切換をし、有利にはパルスクラッチとして構成されている。さらにこの少なくとも１つの電気駆動装置は、別のクラッチ２８を介して、ここでは概略的にだけ示す自動車トランスミッション３０と接続している。

リレー１０に割り当てられた制御部１６は、一方では信号線路２６を介してパルスインバータ２と接続しており、この制御部によって、少なくとも１つの電気駆動装置１に割り当てられたパルスインバータ２の状態が監視される。さらにこの制御部１６から信号線路２４が、高速に切り換えるクラッチ１８へ伸びている。この信号線路２４を介して、この少なくとも１つの電気駆動装置１と内燃機関２０との間のクラッチ１８の位置が、開閉状況ついて監視される。

本発明のハイブリッド駆動装置４０は、図示した実施例においてはパラレルハイブリッド駆動装置であり、高圧バッテリー４（トラクションバッテリー）が放電された場合での内燃機関のスタートを可能にする。高圧バッテリーが放電されると、リレー接点１２とパルスインバータとの間の電気接続が高圧バッテリー４（トラクションバッテリー）から切り離され、搭載電源網バッテリー６を備える搭載電源網８へ伸びる線路と接続される。このとき、少なくとも１つの電気駆動装置１に割り当てられたパルスインバータ２の入力端１４は、給電線路３を介して搭載電源網８の搭載電源網バッテリー６と接続される。搭載電源網８からは、搭載電源網バッテリー６の充電状態によってはわずかな電圧しか取り出すことができないから、この少なくとも１つの電気駆動装置１は、この少なくとも１つの電気駆動装置１とスタートすべき内燃機関２０との間のクラッチ１８が開いている場合、使用可能な電圧水準に達する最大回転数まで加速される。このとき自動車トランスミッション３０への別のクラッチ２８も開かれているから、この少なくとも１つの電気駆動装置１を、負荷なしで加速することができる。

パルスインバータ２の入力端１４と、搭載電源網８へ伸びる電線との電気接続は、リレー１０を介してリレー接点１２によって可能となるが、ただしこれは、信号線路２４を介して、この少なくとも１つの電気駆動装置１とスタートすべき内燃機関２０との間のクラッチ１８が開かれていることが確認された場合だけである。さらに制御部１６によって、この少なくとも１つの電気駆動装置１を制御するパルスインバータ２の状態が問い合わせられ、これにより許容できない程の高電圧ピークが自動車搭載電源網８に達し、この搭載電源網に含まれる搭載電源網バッテリー６が損傷するのを防ぐ。

この少なくとも１つの電気駆動装置１が最大到達回転数に達すると、リレー１０によって、リレー接点１２が搭載電源網８から切り離され、加速された電気駆動装置１とスタートすべき内燃機関２０との間にある高速に切換するクラッチ１８が閉じられる。この少なくとも１つの電気駆動装置１のロータに蓄えられた回転エネルギーは、内燃機関２０のクランクシャフトに伝達され、これにより内燃機関はスタートすることができる。自動車搭載電源網８の搭載電源網バッテリー６の充電状態に応じて、スタートプロセスを何度も繰り返すことができる。

自動車搭載電源網８の搭載電源網バッテリー６も、内燃機関２０をスタートさせることができない位に放電された場合、この搭載電源網バッテリーを、ブースターケーブルによって救援バッテリーまたは救援車と接続することができる。これにより、少なくとも１つの電気駆動装置１を、パルスインバータ２と、給電線路３と、ブースターケーブルによって救援バッテリーまたは救援車と接続された搭載電源網バッテリー６とを介してスタートさせることができる。このとき給電線路３は、高圧バッテリー４（トラクションバッテリー）の給電線路とは切り離されたままである。

図２に示したハイブリッド駆動装置４０はパラレルハイブリッド駆動装置であり、ここでは搭載電源網の搭載電源網バッテリー６と、高圧バッテリー４（トラクションバッテリー）とは、互いに完全に絶縁されている。制御部１６によれば、許容できない程の高電圧が、少なくとも１つの電気駆動装置１によって搭載電源網バッテリー６に導かれないことが保証されている。リレー接点１２を調節するリレー１０の接続条件は、制御部１６に記憶されている。これによりリレー１０は、パルスインバータ２の状態が許可するときにだけ、接続のためにイネーブルされることが保証される。パルスインバータ２がリレー１０の接続をディスエーブルするという状態は、一方ではパルスインバータ２の入力端１４での電圧が高すぎるときである。このことは、パルスインバータ２の中にあるコンデンサが充電中であることによって、さらにはパルスインバータ２でのエラー状態によって生じることがある。制御部１６によってリレー１０の接続をイネーブルすることができるが、これは運転者が希望し、例えば車内またはエンジン室にある手動スイッチの操作によって伝えた場合である。この制御部１６は、回路とは別個に実現することもでき、またパルスインバータ２に直接組み込むこともできる。さらにこの制御部１６を、専用の制御装置によって実現することもできる。図２に示すハイブリッド駆動装置４０は、１つの内燃機関２０ならびに１つの電気駆動装置１を有する。図２では、１つのパルスインバータ２が割り当てられている１つの電気駆動装置１を示したが、ハイブリッド駆動装置４０は、複数の電気駆動装置を含むこともできる。これらの複数の電気駆動装置には、それぞれ別個のパルスインバータが割り当てられている。ハイブリッド駆動装置４０が複数の電気駆動装置を備える場合には、これらの電気駆動装置の複数のパルスインバータ２を、１つの別個の制御装置に組み込むこともできる。

図１は、ハイブリッド駆動装置を備える自動車のトラクション電源網および搭載電源網を示す。 図２は、本発明によるハイブリッド駆動装置を示し、このハイブリッド駆動装置では、パルスインバータにリレーが割り当てられており、このパルスインバータによって少なくとも１つのハイブリッド駆動装置の電気駆動装置が制御される。

Claims (11)

1. ハイブリッド駆動装置を備える自動車の内燃機関（２０）をスタートさせる方法であって、
   前記ハイブリッド駆動装置は、少なくとも１つの電気駆動装置（１）を有しており、
   該電気駆動装置には高圧バッテリー（４）が割り当てられており、
   前記自動車は、搭載電源網バッテリー（６）を備える搭載電源網（８）を有する
   形式の自動車の内燃機関をスタートさせる方法において、
   ａ）前記高圧バッテリー（４）の充電量が不足すると、前記搭載電源網バッテリー（６）が、前記少なくとも１つの電気駆動装置（１）を制御するパルスインバータ（２）に接続され、
   ｂ）前記少なくとも１つの電気駆動装置（１）が、印加された電圧によって負荷なしに最大限に到達できる回転数まで加速され、
   ただしこのとき前記少なくとも１つの電気駆動装置（１）と内燃機関（２０）との間のクラッチは開いており、
   ｃ）前記パルスインバータ（２）が、前記搭載電源網バッテリー（６）と切り離され、前記少なくとも１つの電気駆動装置（１）と内燃機関（２０）との間でクラッチ（１８）が閉じられる、
   ことを特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   前記搭載電源網バッテリー（６）または高圧バッテリー（４）は、リレー（１０）によって前記パルスインバータ（２）の複数の入力端（１４）に接続される、
   ことを特徴とする方法。
3. 請求項２記載の方法において、
   前記リレー（１０）は、制御部（１６）によって監視され、
   該制御部は、前記パルスインバータ（２）の状態および前記クラッチ（１８）の状態を監視する、
   ことを特徴とする方法
4. 請求項１記載の方法において、
   前記方法ステップａ）は、前記クラッチ（１８）が開かれているときにだけ実行される、
   ことを特徴とする方法。
5. 請求項１記載の方法において、
   前記内燃機関（２０）のスタートが成功した後、前記高圧バッテリー（４）が、前記少なくとも１つの電気駆動装置（１）および前記パルスインバータ（２）によって充電される、
   ことを特徴とする方法。
6. 請求項２記載の方法において、
   前記リレー（１０）は、運転手の希望によって接続される、
   ことを特徴とする方法。
7. 請求項１記載の方法において、
   前記方法ステップａ）に従って、前記内燃機関（２０）が、前記搭載電源網バッテリー（６）に接続されたブースターケーブルによってスタートされ、
   前記ブースターケーブルが救援バッテリーまたは救援車と接続される、
   ことを特徴とする方法。
8. 内燃機関（２０）および少なくとも１つの電気駆動装置（１）を備える自動車のためのハイブリッド駆動装置（４０）であって、
   該ハイブリッド駆動装置にパルスインバータ（２）が割り当てられており、
   該ハイブリッド駆動装置は、搭載電源網バッテリー（６）と、高圧バッテリー（４）と、少なくとも１つの前記電気駆動装置（１）と前記内燃機関（２０）との間のクラッチ（１８）とを備えている
   形式のハイブリッド駆動装置において、
   高圧バッテリー（４）の充電量が不足すると、リレー（１０）が、少なくとも１つの前記電気駆動装置（１）のための少なくとも１つの前記パルスインバータ（２）の複数の入力端（１４）と、前記搭載電源網バッテリー（６）とを電気的に接続し、
   前記少なくとも１つの電気駆動装置（１）が、印加された電圧によって負荷なしに最大限に到達できる回転数まで加速され、
   ただしこのとき前記少なくとも１つの電気駆動装置（１）と内燃機関（２０）との間のクラッチは開いている
   ことを特徴とするハイブリッド駆動装置。
9. 請求項８記載のハイブリッド駆動装置（４０）において、
   前記リレー（１０）に制御部（１６）が割り当てられており、
   該制御部は、前記パルスインバータ（２）の状態および少なくとも１つの前記クラッチ（１８）の状態を監視する、
   ことを特徴とするハイブリッド駆動装置。
10. 請求項８記載のハイブリッド駆動装置（４０）において、
    前記リレー（１０）は、自動車の車内またはエンジン室に配置された入力装置によって作動する、
    ことを特徴とするハイブリッド駆動装置。
11. 請求項８記載のハイブリッド駆動装置（４０）において、
    少なくとも１つの前記クラッチ（１８）は、高速に切り換えるパルスクラッチとして構成されている、
    ことを特徴とするハイブリッド駆動装置。

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