WO2018050409A2 - Hybrid system for an internal combustion engine - Google Patents

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WO2018050409A2
WO2018050409A2 PCT/EP2017/071115 EP2017071115W WO2018050409A2 WO 2018050409 A2 WO2018050409 A2 WO 2018050409A2 EP 2017071115 W EP2017071115 W EP 2017071115W WO 2018050409 A2 WO2018050409 A2 WO 2018050409A2
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internal combustion
combustion engine
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Derya CAKALLIK
Michael Richter
Daniel Schlingmeier
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a hybrid system for an internal combustion engine, in particular for an internal combustion engine for a vehicle, for the efficient use of energy.
  • Vehicles with an internal combustion engine or an internal combustion engine can be equipped with a recuperation system which, in conjunction with an electrical accumulator (battery), allows recovery of excess kinetic energy.
  • an electric machine is operated as a generator when operating the brake pedal, so that kinetic energy of the vehicle is converted into electrical energy and stored in the battery.
  • Such Rekuperationssystem is from the published patent application
  • waste heat recovery systems for internal combustion engines from the prior art are known, for example from the published patent application DE 10 2014 218 485 AI.
  • recuperation system and waste heat recovery system are the subject of constant development to increase the efficiency and thus ultimately to reduce the fuel consumption of the internal combustion engine, especially when used in vehicles.
  • the hybrid system according to the invention for an internal combustion engine in particular for an internal combustion engine of a vehicle, has the advantage that it uses actual energy losses of the internal combustion engine particularly efficiently. It combines a waste heat recovery system and a recuperation system, using synergies, saving components and setting common parameters
  • the hybrid system comprises a waste heat recovery system and a recuperation system.
  • the waste heat recovery system comprises a Clausius Rankine cycle leading to a working medium with an expansion machine.
  • the expansion machine is mechanically connected to a generator.
  • the recuperation system has an electric machine.
  • the electric machine is connected by means of a transmission element with an output of the internal combustion engine, for example with a crankshaft.
  • the generator and the electric machine are electrically connected to a common energy storage, preferably a 48V battery.
  • the Rankine cycle in the flow direction of the working medium comprises a feed fluid pump, an evaporator, an expansion machine and a condenser.
  • the energy storage is thus - depending on the operating points of the internal combustion engine and the hybrid system - charged both via the waste heat recovery system and the recuperation system. Accordingly, the energy storage device can also provide electrical energy for a relatively long period of time for various consumers, but in particular for the internal combustion engine.
  • the waste heat recovery system and the recuperation system have a common control logic.
  • the common control logic of the waste heat recovery system and recuperation system results in improved control algorithms for both systems.
  • the state of charge of the energy store can thus be used for controlling or regulating both systems.
  • the energy states of the two systems can be coordinated.
  • an energy demand for various consumers can be determined. So it can be tuned with the energy demand energy supply. Ideally, the energy will be very efficient over as short as possible
  • communicating control devices preferably a common control device, regulate the waste heat recovery system and the recuperation system by means of the common control logic.
  • the hybrid system is thus component-saving controlled by only one control unit, which is the common
  • Control logic of the two systems includes or generated from this control logic control signal for both systems.
  • several communicating ECUs can be used for this purpose.
  • synergies and algorithms can be used for the control logic, which take into account interactions between waste heat recovery system and recuperation system, resulting in synergies in the hybrid system.
  • the control logic is preferably subdivided such that an energy storage manager for the state of charge of the energy storage device treats relevant input and output data and that a waste heat recovery coordinator treats the data relevant for the control of the waste heat recovery system.
  • the energy storage manager preferably takes into account the range of services and the demand for power as well as the charging states of the energy store and optional further energy storage in the vehicle.
  • the electric machine with respect to the internal combustion engine is operable both as a generator and as a motor.
  • the electric machine supplies the crankshaft of the internal combustion engine with an additional torque, which ultimately is also obtained from the waste heat recovery system.
  • the electric machine acts as an engine brake, ie as a brake for the internal combustion engine, by applying torque to the crankshaft, which counteracts the torque of the internal combustion engine.
  • the electric machine feeds energy into the energy store.
  • the energy efficiency of the two systems waste heat recovery system and recuperation system is optimized. As a result, the fuel consumption of the internal combustion engine is ultimately reduced.
  • the energy store serves as an intermediate buffer to enable energy flow optimization between the waste heat recovery system and the recuperation system. Due to the storage capacity of the energy storage 5 energy supply and energy demand can be coordinated with each other in a forward-looking manner.
  • the waste heat recovery system supplies the electric machine with drive power via the energy store, which is coupled into the output of the internal combustion engine as additional torque, then there is direct electrical utilization of the hybrid system.
  • the hybrid system can be considered as an electric transmission
  • waste heat recovery system supplies further electric consumers of the vehicle with electrical energy without intermediate storage in the energy storage device, then there is indirect electrical use of the hybrid system. Furthermore, there is an indirect use when the available energy is cached in an energy storage.
  • the waste heat recovery system makes the additional electrical energy fuel-neutral, since it is obtained from the waste heat of the internal combustion engine, that is to say a loss energy.
  • an alternator or the electric machine would also be able to apply the additional energy for electrified secondary consumers, but this would increase the additional load of the alternator fuel consumption and the system efficiency would be worse due to the longer loss chain.
  • the evaporator of the waste heat recovery system is arranged in an exhaust pipe of the internal combustion engine.
  • an exhaust gas bypass is connected in parallel to the evaporator in the exhaust pipe.
  • An exhaust bypass door is disposed in the exhaust passage and divides the exhaust gas mass flow of the internal combustion engine into the evaporator and the exhaust gas bypass. This can prevent overheating of the cycle of the waste heat recovery system.
  • the exhaust gas bypass valve can divide the exhaust gas mass flow proportionally. A complete closing of the entrances in the evaporator or in the exhaust gas bypass is possible.
  • the hybrid systems described above are used in vehicles.
  • the synergy effects through the common control logic lead to fuel savings, which is very much in mobile applications is advantageous.
  • By increasing the efficiency of the internal combustion engine and pollutants are reduced, for example, the CO2 emissions is reduced.
  • the energy storage of the hybrid system is connected to other consumers of the vehicle, for example with an electrical system, preferably via a DC-DC converter.
  • an electrical system preferably via a DC-DC converter.
  • auxiliary consumers in the vehicle such as car radio, low beam, etc., can be supplied with electrical energy via the hybrid system.
  • the hybrid system has a control logic which regulates both the recuperation system and the waste heat recovery system.
  • the control logic implements an energy flow optimization between the waste heat recovery system, the recuperation system and an energy requirement of the vehicle.
  • control logic determines a state of charge of the energy store, an energy requirement of the vehicle and an energy supply of the hybrid system.
  • the state of charge is a central variable for controlling the hybrid system, which is optimized with knowledge of energy supply and energy demand or energy demand.
  • the state of charge determines, especially for the comparatively slow waste heat recovery system, the regulation or control of the components and serves as an intermediate buffer to compensate for short-term fluctuations in energy supply and / or energy demand.
  • the control unit or the control logic determines a maximum permitted output power of the generator as a function of the state of charge, the energy supply and the energy requirement. As a result, an overload of the energy storage is prevented.
  • the control unit or the control logic for determining the change in the state of charge takes into account the future energy requirement of the Vehicle, especially by secondary consumers.
  • the control logic can control or regulate the operation of the auxiliary consumers.
  • auxiliary consumers may be, for example: a vehicle electrical system, a water pump, an air-conditioning compressor, a steering assistance, a compressor or comfort functions of a vehicle.
  • control unit can control the waste heat recovery system and its components as well as the secondary consumers in a predictive manner, which is particularly advantageous because the waste heat recovery system reacts relatively slowly.
  • the energy storage manager actively controls the auxiliary consumers according to the energy supply of the hybrid system.
  • control logic predicts the development of the waste heat of the internal combustion engine and the development of the energy requirement of the secondary consumers. As a result, future energy supply and future energy demand can be better calculated. This allows a more efficient regulation between energy supply and energy demand.
  • the waste heat recovery system has a parallel to the expansion machine switched bypass line.
  • a bypass valve divides the mass flow of the working medium into the expansion machine and into the bypass line.
  • the bypass valve can also the inflow of the working medium in the
  • the control unit controls the bypass valve in such a way that the mass flow of the working medium into the expansion machine is reduced. As a result, the rotation energy provided to the generator is also reduced, so that the output of the waste heat recovery system is reduced. An overload of the energy storage is thus avoided.
  • the waste heat recovery system has a parallel to the evaporator connected exhaust gas bypass.
  • An exhaust bypass door divides the exhaust gas mass flow of the internal combustion engine into the evaporator and into the exhaust gas bypass.
  • the exhaust gas bypass flap can also completely prevent the inflow of the exhaust gas into the evaporator or into the exhaust gas bypass.
  • the control unit controls the exhaust gas bypass flap in such a way that the mass flow of the exhaust gas into the evaporator is reduced. This also reduces the heat energy available to the circuit, so that the output of the waste heat recovery system is reduced. An overload of the energy storage is thus avoided.
  • FIG. 1 shows schematically a hybrid system for an internal combustion engine of a vehicle, wherein only the essential areas are shown
  • FIG. 2 shows schematically a hybrid system with control unit and control signals
  • Fig. 3 shows schematically a control logic of a hybrid system with input and output signals.
  • Fig.l shows a schematic hybrid system 1 for an internal combustion engine 110 of a vehicle, wherein only the essential areas are shown.
  • the hybrid system 1 includes a waste heat recovery system 100 and a recuperation system 120.
  • the internal combustion engine 110 is supplied with oxygen via an air supply 112; the exhaust gas discharged after the combustion process is discharged from the engine 110 through an exhaust pipe 111.
  • the internal combustion engine 110 is connected via a clutch 119 mechanically separable with a transmission 115 of the vehicle.
  • the transmission 115 includes a plurality of gears 116 that may be selected during operation of the vehicle. The gears determine a gear ratio. Via the drive shaft and the wheels 117, the torque generated by the internal combustion engine 110 is transmitted to the road.
  • the waste heat recovery system 100 comprises a working medium leading Clausius Rankine cycle 100a, which includes a feed fluid pump 102, an evaporator 103, an expansion machine 104 and a condenser 105 in the direction of flow of the working medium.
  • a bypass line 108a is connected to a bypass valve 108, so that the working medium can be guided by the expansion machine 104 depending on the operating point or passed by the bypass line 108a.
  • the working medium can be further fed as needed via a branch line from a sump 101 and a valve unit 101a in the circuit 100a.
  • the collecting container 101 may alternatively be incorporated into the circuit 100a.
  • the evaporator 103 is connected to the exhaust pipe 111 of the internal combustion engine 110, thus uses the heat energy of the exhaust gas of the internal combustion engine 110.
  • an exhaust gas bypass 113 is connected, wherein an exhaust gas bypass flap 114 is disposed in the exhaust pipe 111, that they Exhaust gas mass flow to the evaporator 103 and the exhaust gas bypass 113 can arbitrarily split as needed.
  • the expansion machine 104 is connected to a generator via an output shaft 104a
  • the expansion engine 104 may be a turbine, and in the embodiment of FIG. 1, the expansion engine 104, the bypass valve 108, the output shaft 104a, and the generator 106 are combined to form a turbine-generator unit 107.
  • a transmission can also be interposed between the expansion engine 104 and the generator 106.
  • the operation of the waste heat recovery system 100 is as follows:
  • Liquid working medium is conveyed by the feed fluid pump 102, possibly from the collecting container 101, into the evaporator 103 and vaporized there by the heat energy of the exhaust gas of the internal combustion engine 110.
  • the vaporized working fluid is subsequently expanded in the turbine or expansion engine 104, releasing mechanical energy to the generator 106. Subsequently, will the working medium in the condenser 105 is liquefied again and returned to the collecting container 101 or fed to the feed fluid pump 102.
  • the recuperation system 120 of the internal combustion engine 110 includes an electric machine 122 and a transmission element 123.
  • the electric machine 122 can be operated both as a generator and as a motor.
  • the electric machine 122 for example a claw-pole machine, is connected to a crankshaft 121 of the internal combustion engine 110 via the mechanical transmission element 123, for example a belt drive.
  • the mechanical transmission element 123 for example a belt drive.
  • any mechanical connection between the engine 110 and the electric machine 122 would be possible.
  • the arrangement of the transmission element 123 is also possible between the internal combustion engine 110 and the transmission 115.
  • the internal combustion engine 110 is a heat engine that converts chemical energy of a fuel into mechanical work by combustion.
  • the combustion takes place in a combustion chamber in which a mixture of fuel and ambient air is ignited.
  • the thermal expansion of the hot gas is used to move a piston.
  • the recuperation system 120 recovers the kinetic energy as electrical energy during braking. This is achieved as a rule by the fact that the electric machine 122 is operated as a generator (regenerative). By the mechanical power consumption of the electric machine 122, a braking effect transmitted by the crankshaft 121 is achieved while electric power is recovered at the same time.
  • the output or the crankshaft 121 of the internal combustion engine 110 can both be accelerated and braked by the electric machine 122, depending on whether the electric machine 122 is operated as a generator or as a motor.
  • the electric machine 122 is connected to an electrical energy store 10, such as a 48V battery.
  • the electric machine 122 is thus able to reduce the rotational speed of the crankshaft 121 in both regenerative operation and in engine operation.
  • the energy storage 10 serves both for driving the electric machine 122 and for storing electrical energy generated by the electric machine 122 is produced.
  • the energy store 10 can be connected via a DC / DC converter 20 to an electrical system 30, for example a 12V or 24V vehicle electrical system, to a starter battery and further electrical consumers.
  • the optional DC / DC converter 20 of the hybrid system 1 is used to provide the electrical power provided by the waste heat recovery system 100 to the conventional auxiliary consumers, such as 24V auxiliary consumers, which relieves the electrical machine 122.
  • 24V auxiliary consumers such as 24V auxiliary consumers
  • 48V high power consumers can also be powered directly from the waste heat recovery system 100.
  • the energy store 10 is also connected to the generator 106 of the waste heat recovery system 100. Energy is thus supplied to the energy store 10 from the waste heat recovery system 100 and from the recuperation system 120.
  • the energy storage 10 of the hybrid system 1 in addition to the buffering of electrical energy from the Rekuperations shall be the Rekuperationssystems 120, also used for caching the electrical energy generated by the waste heat recovery system 100 when the state of electrical system 30, hybrid system 1 and engine 110, a direct coupling of the Energy via the electric machine 122 into the crankshaft 121 or use for auxiliary consumers such as the electrical system 30 does not allow. If the energy is released from the energy store 10 to the crankshaft 121, this is a direct electrical use. If the energy is delivered to the electrical system 30, this is an indirect electrical use.
  • the energy store 10 is electrically charged when the electric machine 122 is running in generator mode.
  • the crankshaft 121 is supplied with energy from the energy store 10.
  • the energy storage 10 is operating point dependent both of the generator 106 of the Abracerm recovery system 100 as well as from the electric machine 122 of the Rekuperationssystems 120 filled with energy.
  • the buffer 10 is designed as a 48V battery.
  • the electrical machine 122 can be relieved by the waste heat recovery system 100 and thus also be dimensioned smaller.
  • FIG. 2 shows a hybrid system 1, as described in FIG. In addition, however, now the control of the hybrid system 1 is outlined. For this purpose, the hybrid system has a control unit 50.
  • the control unit 50 receives input signals from the internal combustion engine 110, the generator 106 and the electric machine 122. Preferably, the control unit 50 also receives further signals, for example from temperature and pressure sensors arranged in the circuit 100a.
  • the illustration refers to only one control unit 50. In principle, it is also possible to distribute the functionalities to a plurality of control units which communicate with one another.
  • the controller 50 sends signals to the engine 110, the generator 106, the electric machine 122, the exhaust bypass door 114, the bypass valve 108, the feed fluid pump 102, and the valve unit 101a.
  • the control unit 50 can receive signals from other components or send signals to them, for example, the vehicle electrical system 30 with the control unit 50 and / or with the
  • control logic is arranged in a common control device 50, but could alternatively also be distributed over a plurality of control devices.
  • the control unit 50 is part of a hybrid system 1 for an internal combustion engine 110 of a vehicle, as sketched in FIG.
  • the control logic includes an energy storage manager 51, a waste heat recovery coordinator 52, a torque coordinator 53 and a vehicle coordinator 54. Further, the control logic includes a generator controller 55, a pump controller 56, a tank controller
  • the generator controller 55 controls or controls the generator 106, preferably via a
  • the pump regulator 56 controls the feed fluid pump 102 with respect to the mass flow of the working medium; the control or control of the feed fluid pump 102 is advantageously carried out as a pressure and / or temperature control or control of the working fluid in the circuit 100a between the feed fluid pump 102 and capacitor
  • the tank controller 57 regulates or controls a pressure in the low-pressure region of the circuit 100a, that is, between the expansion engine 104 and the feed fluid pump 102. This can be done, for example, by activating the valve unit 101a.
  • the safety controller 58 controls the bypass valve 108 and the Abgasbypassklappe 114. This is a
  • the energy storage manager 51 receives an actual charge signal 511 from the energy storage device 10.
  • the actual charge signal 511 indicates the charge state of the energy storage device 10, that is, for example, a 48V battery.
  • the energy storage manager 51 receives a further actual charge signal 515 from a further energy store 15 if the vehicle has such a further energy store 15.
  • the energy storage manager 51 receives a demand signal 513 from sub-users, such as the on-board network 30.
  • the demand signal 513 indicates
  • the energy storage manager 51 further receives an actual recovery power signal 61 and / or a prediction recovery power signal 62 from the waste heat recovery coordinator 52.
  • the actual recovery power signal 61 indicates the actual power generated in the expansion engine 104; or which the generator 106 supplies to the energy store 10.
  • the prediction recovery power signal 62 indicates a predicted power that will be generated in the expansion engine 104 or that the generator 106 will provide to the energy storage 10.
  • the predicted performance can also be a predicted time course of a performance.
  • the prediction can be arbitrarily complex; For example, sensor data of the internal combustion engine or a planned route profile can be used.
  • the energy storage manager 51 sends a marginal power signal 63 to the waste heat recovery coordinator 52.
  • the marginal power signal 63 indicates the maximum allowable power that may be generated in the expansion engine 104, or which the generator 106 may supply to the energy storage 10, ie one maximum permitted output power of the generator 106.
  • the limit power signal 63 can also indicate a time profile for the future maximum permitted output power.
  • the energy storage manager 51 sends a charge state signal 64 to the Torque coordinator 53.
  • the state of charge signal 64 indicates the state of charge of the energy store 10, ie the energy stored in the energy store 10. Furthermore, the state of charge signal 64 can also indicate how the change in the state of charge is, that is, whether the energy storage 10 is being filled or emptied.
  • the energy storage manager 51 may also send a controller signal 512 to the DC-DC converter 20.
  • the energy supplied to the energy storage device 10 or the energy dissipated by it can be subjected to high fluctuations.
  • the controller signal 512 the DC-DC converter 20 can, for example, change an electrical voltage supplied to the electrical system 30. This may be necessary, for example, when switching between the supply of different secondary consumers.
  • the waste heat recovery coordinator 52 sends the actual regeneration power signal 61 and / or the prediction recovery power signal 62 to the energy storage manager 51 and receives the marginal power signal 63 from the energy storage manager 51. Further, the exhaust heat recovery coordinator 52 receives a motor data signal 65 from the vehicle coordinator 54.
  • the engine data signal 65 includes engine data of the engine 110, such as a rotational speed of the crankshaft 121 or a torque of the crankshaft 121.
  • the engine data signal 65 may also include exhaust gas data of the internal combustion engine 110, for example, an exhaust gas temperature or an exhaust gas mass flow, which by the Exhaust pipe 111 flows.
  • the engine data signal 65 may furthermore also contain data of the vehicle management system, for example a maximum cooling water temperature of the internal combustion engine 110.
  • the exhaust heat recovery coordinator 52 sends a speed signal 521 to the generator controller 55.
  • the speed signal 521 indicates a target speed for the generator 106.
  • the electrical voltage generated in the generator 106 can be regulated.
  • the waste heat recovery coordinator 52 sends a setpoint
  • the command signal 522 indicates a target temperature or pressure, in particular as the inlet temperature or inlet pressure of the working fluid into the expansion engine 104.
  • the waste heat recovery coordinator 52 sends a pressure signal 523 to the tank controller 57.
  • the pressure signal 523 indicates a target pressure for the low-pressure region of the circuit 100 a, wherein this pressure can be regulated, for example, via the valve unit 100 a.
  • Threshold signal 524 indicates a maximum pressure or temperature of the working fluid in circuit 100a, particularly between evaporator 103 and expander 104.
  • the limit signal is further processed in the safety controller 58 and for the control of the bypass valve
  • the vehicle coordinator 54 receives a driver signal 541.
  • the driver signal 541 includes data transmitted by the driver of the vehicle: for example, these are the accelerator pedal position, the brake pedal position, or the gear selection for the transmission 115 of the vehicle
  • the vehicle coordinator 54 transmits the engine data signal 65 with the operation data of the engine 110 to the exhaust heat recovery coordinator 52. Further, the vehicle coordinator 54 sends a vehicle state signal 66 and a target torque signal 67 to the torque coordinator 53.
  • the vehicle state signal 66 includes the state of motion of the vehicle
  • the torque command signal 67 comprises a torque desired by the driver on the wheels 117 and thus maintaining or changing the torque of the crankshaft 121.
  • the torque coordinator 53 receives the vehicle state signal 66 and the target torque signal 67 from the vehicle coordinator 54 and the state of charge signal 64 from the energy storage manager 51. From this, the torque coordinator 53 determines a target torque signal 531 which it sends to the engine 110 and a torque Signal 532, which he sends to the electric machine 122.
  • the target torque signal 531 gives the internal combustion engine 110 a desired torque, which it is to feed into the crankshaft 121.
  • the torque signal 532 the electric machine 122 before another target torque, which is to feed the electric machine 122 in the crankshaft 121.
  • the further setpoint torque can be a torque (boosting) accelerating the crankshaft 121 or a (recuperating) torque retarding the crankshaft 121.
  • the torque signal 532 also includes information as to whether the electric machine 122 should operate as a generator or as a motor.
  • the common control logic for a waste heat recovery system 100 and a recuperation system 120 may be distributed to a plurality of controllers 50 or, alternatively, integrated into a controller 50. Importantly, information from waste heat recovery system 100 and recuperation system 120 are run together and shared.
  • This common control logic allow not only the known functionalities of a recuperation system 120 - namely supply auxiliary consumers load energy storage 10 (recuperation) and feed torque into the crankshaft 121 (boosting) - further new additional functionalities:
  • the exhaust heat recovery system 100 has a higher-level coordinator, the waste heat recovery coordinator 52, which controls the exhaust heat recovery system 100 depending on the state of the engine 110 and the vehicle state, respectively.
  • the waste heat recovery coordinator 52 is therefore connected to the vehicle coordinator 54 and receives information about the current state of the internal combustion engine 110, in particular engine torque and engine speed, as well as information about the current exhaust gas data, in particular exhaust gas temperatures and exhaust gas mass flows, which are used for thermal control of the waste heat recovery system 100.
  • the vehicle coordinator 54 has the ability to make requests to the exhaust heat recovery coordinator 52 resulting from the thermal management of the vehicle 110. For example, at high ambient temperatures, the thermal performance of the exhaust heat recovery system 100 may be reduced to relieve the vehicle cooling system and limit the use of the vehicle fan, which has a positive effect on fuel demand due to the high power requirements of the vehicle fan.
  • the waste heat recovery coordinator 52 further determines the target values for the subordinate controls / controls of the waste heat recovery system 100:
  • Low-pressure control or control (optional) by the tank controller 57 which leads via the collecting container 101, the low-pressure region of the waste heat recovery system 100 for the purpose of energy optimization.
  • the safety controller 58 which ensure compliance with the permissible operating parameters of the circuit 100a via the bypass valve 108 and / or the exhaust gas bypass flap 114.
  • the bypass valve 108 and the exhaust gas bypass flap 114 and the associated control can be embodied for example as proportional valves.
  • the energy storage manager 51 controls the energy flows of the functions supply auxiliary consumption, recuperation and boosting. By integrating the exhaust heat recovery system 100 into the hybrid system 1, the energy storage manager 51 additionally obtains the above-described functions for directly and indirectly utilizing the power recovered from the exhaust heat recovery system 100. In particular, the energy storage manager 51 is provided with the ability to switch between direct and indirect electrical usage as needed. Simultaneous direct and indirect use is also possible.
  • the waste heat recovery coordinator 52 also has the option of informing the energy storage manager 51 about the current as well as the future electrical output. the output power of the waste heat recovery system 100 and the generator 106 to provide. Conversely, the energy storage manager 51 has the possibility of the waste heat recovery coordinator 52 information about the state of the electrical system to transmit, in particular the maximum allowable electrical output power of the generator 106th
  • the energy storage manager 51 has the ability to determine the state of charge of any conventional batteries or other energy storage 15 of the vehicle and the energy storage 10, these data being used, inter alia, to limit the performance of the waste heat recovery system 100, e.g. the maximum state of charge of the batteries (energy storage 10, additional energy storage 15, etc.) is achieved.
  • the energy storage manager 51 has the option of considering the current and / or future requirements of secondary consumers.
  • the energy storage manager 51 (or optionally also the waste heat recovery coordinator 52) has an interface to the torque coordinator 53, via which the torque of the internal combustion engine 110 can be lowered, if additional power through the electric machine 122 in the drive train or in the Crankshaft 121 is coupled.
  • the torque coordinator 53 via which the torque of the internal combustion engine 110 can be lowered, if additional power through the electric machine 122 in the drive train or in the Crankshaft 121 is coupled.
  • this is necessary for reasons of ride comfort or for safety reasons.
  • control unit 50 has prediction functions which, starting from the current operating point of the internal combustion engine 110, predict the development of the exhaust heat and thus of the electrical output of the waste heat recovery system 100. As described above, such information may be provided to the energy storage manager 51 for energy flow optimization. For example, if the internal combustion engine 110 is in a high-load operating point, it is foreseeable that the available waste heat output will increase. This information can be used specifically in the energy storage manager 51 in order to lower the charge state of the energy store 10 in a forward-looking manner and to provide capacity for the following thermal peak.
  • the common control logic of the hybrid system 1 via the above-described components of the control unit 50 has the following advantages:
  • the power of the waste heat recovery system 100 can either be used for the drive train - ie for the crankshaft 121 - or for the auxiliary consumers or for the electrical system 30 or be temporarily stored in the energy store 10 , which increases the energy efficiency of the waste heat recovery system 100 and thus reduces the fuel consumption of the vehicle.
  • recuperation system 120 Another advantage derives from the different dynamics of recuperation system 120 and waste heat recovery system 100. While the power of electric machine 122 of recuperation system 120 may vary rapidly, waste heat recovery system 100 has high thermal inertia, thereby increasing the output electrical power of generator 106 for a relatively long time is comparatively constant.
  • the total power requirement for direct and indirect use or for charging the energy storage device 10 can thus be broken down into a basic and a peak load component, with only the latter still having to be covered by the electric machine 122 or a further generator or a further energy store 15.
  • this makes it possible to optimize the efficiency chains of the power generation, on the other hand, the electric machine 122 and / or the further generator can be made smaller, which in turn saves costs and weight.
  • the possibility of extrapolating the relatively dynamic electrical energy balance of the recuperation system 120 as well as the relatively slow available thermal energy of the waste heat recovery system 100 into the future through predictive functions opens up and can be taken into account in energy management. For example, at the beginning of full-load phases of the internal combustion engine 110, an increase in the exhaust gas heat in the range of a few minutes into the future is foreseeable. In such situations, when the state of charge of the energy storage device 10 is lowered, more storage capacity is available for storing the following thermal peak power.

Abstract

The invention relates to a hybrid system (1) for an internal combustion engine (110), particularly for an internal combustion engine (110) of a vehicle. The hybrid system (1) comprises a waste heat recovery system (100) and a recuperation system (120). The waste heat recovery system (100) comprises a circuit (100a) that conducts a working medium. The circuit (100a) comprises, in the direction of flow of said working medium, a fluid supply pump (102), an evaporator (103), an expansion machine (104) and a condenser (105). The expansion machine (104) is mechanically connected to a generator (106). The recuperation system (120) comprises an electrical machine (122). The electrical machine (122) can be connected to a crankshaft (121) of the internal combustion engine (110) by means of a transmission element (123). The generator (106) and the electrical machine (122) are electrically connected to a shared energy store (10), preferably a 48V battery. The waste heat recovery system (100) and the recuperation system (120) have a shared control logic.

Description

Beschreibung Titel  Description title
Hybridsystem für eine Brennkraftmaschine  Hybrid system for an internal combustion engine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybridsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine für ein Fahrzeug, zur effizienten Energienutzung. The present invention relates to a hybrid system for an internal combustion engine, in particular for an internal combustion engine for a vehicle, for the efficient use of energy.
Stand der Technik State of the art
Man kann Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor bzw. einer Brennkraftmaschine mit einem Rekuperationssystem ausrüsten, das in Verbindung mit einem elektrischen Speicher (Batterie) eine Rückgewinnung überschüssiger kinetischer Energie erlaubt. Hierzu wird eine elektrische Maschine beim Betätigen des Bremspedals generatorisch betrieben, so dass kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie gewandelt und in der Batterie gespeichert wird. Ein derartiges Rekuperationssystem ist aus der Offenlegungsschrift Vehicles with an internal combustion engine or an internal combustion engine can be equipped with a recuperation system which, in conjunction with an electrical accumulator (battery), allows recovery of excess kinetic energy. For this purpose, an electric machine is operated as a generator when operating the brake pedal, so that kinetic energy of the vehicle is converted into electrical energy and stored in the battery. Such Rekuperationssystem is from the published patent application
DE 10 2012 208 845 AI bekannt. DE 10 2012 208 845 AI known.
Weiterhin sind Abwärmerückgewinnungssysteme für Brennkraftmaschinen aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2014 218 485 AI. Furthermore, waste heat recovery systems for internal combustion engines from the prior art are known, for example from the published patent application DE 10 2014 218 485 AI.
Sowohl Rekuperationssystem als auch Abwärmerückgewinnungssystem sind Gegenstand ständiger Weiterentwicklungen um die Effizienz zu steigern und damit letztendlich den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine, insbesondere bei Verwendung in Fahrzeugen, zu senken. Both recuperation system and waste heat recovery system are the subject of constant development to increase the efficiency and thus ultimately to reduce the fuel consumption of the internal combustion engine, especially when used in vehicles.
Offenbarung der Erfindung Das erfindungsgemäße Hybridsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, weist den Vorteil auf, dass es eigentliche Verlustenergien der Brennkraftmaschine besonders effizient nutzt. Dabei werden ein Abwärmerückgewinnungssystem und ein Rekuperationssystem zusammengeführt, wobei Synergien genutzt, Komponenten eingespart und Parameter für die gemeinsameDisclosure of the invention The hybrid system according to the invention for an internal combustion engine, in particular for an internal combustion engine of a vehicle, has the advantage that it uses actual energy losses of the internal combustion engine particularly efficiently. It combines a waste heat recovery system and a recuperation system, using synergies, saving components and setting common parameters
Steuerung bzw. Regelung vorteilhaft kombiniert werden. Control can be advantageously combined.
Dazu umfasst das Hybridsystem ein Abwärmerückgewinnungssystem und ein Rekuperationssystem. Das Abwärmerückgewinnungssystem weist einen ein Arbeitsmedium führenden Clausius-Rankine-Kreislauf mit einer Expansionsmaschine auf. Die Expansionsmaschine ist mechanisch mit einem Generator verbunden. Das Rekuperationssystem weist eine elektrische Maschine auf. Die elektrische Maschine ist mittels eines Übertragungselements mit einem Abtrieb der Brennkraftmaschine, beispielsweise mit einer Kurbelwelle, verbindbar. Der Generator und die elektrische Maschine sind elektrisch mit einem gemeinsamen Energiespeicher, vorzugsweise einer 48V-Batterie, verbunden. Vorzugsweise umfasst der Clausius-Rankine-Kreislauf in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Speisefluidpumpe, einen Verdampfer, eine Expansionsmaschine und einen Kondensator. Der Energiespeicher wird somit - abhängig von den Betriebspunkten der Brennkraftmaschine und des Hybridsystems - sowohl über das Abwärmerückgewinnungssystem als auch über das Rekuperationssystem aufgeladen. Dementsprechend kann der Energiespeicher auch über einen vergleichsweise langen Zeitraum elektrische Energie, für diverse Verbraucher, aber insbesondere für die Brennkraftmaschine, zur Verfügung stellen. For this purpose, the hybrid system comprises a waste heat recovery system and a recuperation system. The waste heat recovery system comprises a Clausius Rankine cycle leading to a working medium with an expansion machine. The expansion machine is mechanically connected to a generator. The recuperation system has an electric machine. The electric machine is connected by means of a transmission element with an output of the internal combustion engine, for example with a crankshaft. The generator and the electric machine are electrically connected to a common energy storage, preferably a 48V battery. Preferably, the Rankine cycle in the flow direction of the working medium comprises a feed fluid pump, an evaporator, an expansion machine and a condenser. The energy storage is thus - depending on the operating points of the internal combustion engine and the hybrid system - charged both via the waste heat recovery system and the recuperation system. Accordingly, the energy storage device can also provide electrical energy for a relatively long period of time for various consumers, but in particular for the internal combustion engine.
Vorteilhafterweise weisen das Abwärmerückgewinnungssystem und das Rekuperationssystem eine gemeinsame Steuerungslogik auf. Die gemeinsame Steuerungslogik von Abwärmerückgewinnungssystem und Rekuperationssystem führt zu verbesserten Steuerungsalgorithmen für beide Systeme. Beispielsweise kann so der Ladezustand des Energiespeichers für die Steuerung bzw. Regelung beider Systeme verwendet werden. Ebenso können die Energiezustände der beiden Systeme aufeinander abgestimmt werden. Zusätzlich kann eine Energienachfrage für diverse Verbraucher ermittelt werden. Es kann also das Energieangebot mit der Energienachfrage abgestimmt werden. Idealerweise wird dabei die Energie sehr effizient über eine möglichst kurzeAdvantageously, the waste heat recovery system and the recuperation system have a common control logic. The common control logic of the waste heat recovery system and recuperation system results in improved control algorithms for both systems. For example, the state of charge of the energy store can thus be used for controlling or regulating both systems. Likewise, the energy states of the two systems can be coordinated. In addition, an energy demand for various consumers can be determined. So it can be tuned with the energy demand energy supply. Ideally, the energy will be very efficient over as short as possible
Wirkungsgradkette bereitgestellt. In vorteilhaften Ausführungen regeln kommunizierende Steuergeräte, vorzugsweise ein gemeinsames Steuergerät, das Abwärmerückgewinnungssystem und das Rekuperati- onssystem mittels der gemeinsamen Steuerungslogik. Das Hybridsystem wird somit komponentensparend von nur einem Steuergerät geregelt, welches die gemeinsameEfficiency chain provided. In advantageous embodiments, communicating control devices, preferably a common control device, regulate the waste heat recovery system and the recuperation system by means of the common control logic. The hybrid system is thus component-saving controlled by only one control unit, which is the common
Steuerungslogik der beiden Systeme beinhaltet bzw. aus dieser Steuerungslogik An- steuersignal für beide Systeme erzeugt. Ersatzweise können dafür auch mehrere kommunizierende Steuergeräte verwendet werden. Durch die Verwendung nur eines Steuergeräts oder mehrerer kommunizierender Steuergeräte können für die Steue- rungslogik Synergien und Algorithmen verwendet werden, welche Wechselwirkungen zwischen Abwärmerückgewinnungssystem und Rekuperationssystem berücksichtigen, wodurch Synergien im Hybridsystem entstehen. Die Steuerungslogik ist vorzugsweise so unterteilt, dass ein Energiespeichermanager für den Ladezustand des Energiespeichers relevante Eingangs- und Ausgangsdaten behandelt und dass ein Abwärmerück- gewinnungskoordinator die für die Steuerung bzw. Regelung des Abwärmerückgewinnungssystems relevanten Daten behandelt. Der Energiespeichermanager berücksichtigt dabei vorzugsweise Leistungsangebot und Leistungsnachfrage sowie Ladzustände des Energiespeichers und optionaler weiterer Energiespeicher im Fahrzeug. Vorteilhafterweise ist die elektrische Maschine bezüglich der Brennkraftmaschine sowohl als Generator als auch als Motor betreibbar. Läuft die elektrische Maschine als Motor, so versorgt die elektrische Maschine beispielsweise die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine mit einem zusätzlichen Drehmoment, wobei dieses letztendlich auch aus dem Abwärmerückgewinnungssystem gewonnen wird. Läuft die elektrische Maschine als Generator, so fungiert sie als Motorbremse, also als Bremse für die Brennkraftmaschine, indem sie auf die Kurbelwelle ein Drehmoment aufbringt, welches dem Drehmoment der Brennkraftmaschine entgegen wirkt. In diesem generatorischen Zustand speist die elektrische Maschine Energie in den Energiespeicher ein. Durch die gemeinsame Nutzung des Energiespeichers mit übergeordneter Steuerungslogik wird die Energieeffizienz der beiden Systeme Abwärmerückgewinnungssystem und Rekuperationssystem optimiert. Dadurch wird letztendlich der Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine reduziert. Dabei werden eigentliche Verlustenergien der Brennkraftmaschine, beispielsweise Wärmeenergie des Abgases und Bremsenergie der Räder eines Fahrzeugs, verwendet, um sie dem Energiespeicher zur Verfügung zu stellen. Vorteilhafterweise dient der Energiespeicher als Zwischenpuffer, um eine Energieflussoptimierung zwischen dem Abwärmerückgewinnungssystem und dem Rekuperations- system zu ermöglichen. Durch die Speicherfähigkeit des Energiespeichers können 5 Energieangebot und Energienachfrage vorausschauend aufeinander abgestimmt werden. Control logic of the two systems includes or generated from this control logic control signal for both systems. Alternatively, several communicating ECUs can be used for this purpose. By using only one control unit or several communicating control units, synergies and algorithms can be used for the control logic, which take into account interactions between waste heat recovery system and recuperation system, resulting in synergies in the hybrid system. The control logic is preferably subdivided such that an energy storage manager for the state of charge of the energy storage device treats relevant input and output data and that a waste heat recovery coordinator treats the data relevant for the control of the waste heat recovery system. The energy storage manager preferably takes into account the range of services and the demand for power as well as the charging states of the energy store and optional further energy storage in the vehicle. Advantageously, the electric machine with respect to the internal combustion engine is operable both as a generator and as a motor. When the electric machine is running as an engine, for example, the electric machine supplies the crankshaft of the internal combustion engine with an additional torque, which ultimately is also obtained from the waste heat recovery system. If the electric machine runs as a generator, it acts as an engine brake, ie as a brake for the internal combustion engine, by applying torque to the crankshaft, which counteracts the torque of the internal combustion engine. In this regenerative state, the electric machine feeds energy into the energy store. By sharing the energy storage with superordinate control logic, the energy efficiency of the two systems waste heat recovery system and recuperation system is optimized. As a result, the fuel consumption of the internal combustion engine is ultimately reduced. In this case, actual energy losses of the internal combustion engine, such as heat energy of the exhaust gas and braking energy of the wheels of a vehicle, used to provide them to the energy storage available. Advantageously, the energy store serves as an intermediate buffer to enable energy flow optimization between the waste heat recovery system and the recuperation system. Due to the storage capacity of the energy storage 5 energy supply and energy demand can be coordinated with each other in a forward-looking manner.
In vorteilhaften Weiterbildungen sind an den Energiespeicher dabei neben der Brennkraftmaschine auch weitere Verbraucher angehängt, beispielsweise ein Bordnetz eines Fahrzeugs. Dies eröffnet die Möglichkeit die benötigte Energie effizienter, im besten Fall kraftstoffneutral, zur Verfügung stellen zu können. Dies hat zur Folge, dass Komponenten, welche heute die Aufgabe haben elektrische Energie aus Kraftstoff zur Verfügung zu stellen, beispielsweise eine Lichtmaschine, entlastet werden können oder sogar entfallen. In advantageous developments, additional consumers are attached to the energy store besides the internal combustion engine, for example a vehicle electrical system of a vehicle. This opens up the possibility of providing the required energy more efficiently, in the best case fuel neutral. As a result, components which today have the task of providing electrical energy from fuel, for example an alternator, can be relieved or even eliminated.
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Versorgt das Abwärmerückgewinnungssystem über den Energiespeicher die elektrische Maschine mit Antriebsleistung, welche in den Abtrieb der Brennkraftmaschine als zusätzliches Drehmoment eingekoppelt wird, so liegt eine direkte elektrische Nutzung des Hybridsystems vor. Demzufolge kann das Hybridsystem als elektrisches Getriebe If the waste heat recovery system supplies the electric machine with drive power via the energy store, which is coupled into the output of the internal combustion engine as additional torque, then there is direct electrical utilization of the hybrid system. As a result, the hybrid system can be considered as an electric transmission
20 zwischen Abwärmerückgewinnungssystem und Rekuperationssystem betrieben werden; in den entsprechenden Betriebszuständen wird ein zusätzliches Drehmoment somit mittelbar vom Abwärmerückgewinnungssystem in den Abtrieb der Brennkraftmaschine eingekoppelt. Dieser Betrieb ist vorteilhaft, wenn aktuell keine indirekte Nutzung der elektrischen Energie möglich ist und eine Unterstützung der Brennkraftmaschine aus energetischer Sicht sinnvoller erscheint als eine Speicherung der Energie im Energiespeicher. 20 operated between waste heat recovery system and recuperation system; In the corresponding operating states, an additional torque is thus coupled indirectly from the waste heat recovery system in the output of the internal combustion engine. This operation is advantageous if currently no indirect use of electrical energy is possible and an assistance of the internal combustion engine from an energy point of view seems more useful than a storage of energy in the energy storage.
Versorgt das Abwärmerückgewinnungssystem weitere elektrische Verbraucher des Fahrzeugs mit elektrischer Energie ohne Zwischenspeicherung in dem Energiespei- 30 eher, so liegt eine indirekte elektrische Nutzung des Hybridsystems vor. Des Weiteren liegt eine indirekte Nutzung vor, wenn die zur Verfügung stehende Energie in einem Energiespeicher zwischengespeichert wird. If the waste heat recovery system supplies further electric consumers of the vehicle with electrical energy without intermediate storage in the energy storage device, then there is indirect electrical use of the hybrid system. Furthermore, there is an indirect use when the available energy is cached in an energy storage.
Eine ausschließlich indirekte elektrische Nutzung der vom Abwärmerückgewinnungs- 35 System oder vom Rekuperationssystem alleine abgegebenen Leistung wäre, ohne die hier beschriebene Zusammenführung zu einem Hybridsystem, aufgrund der im Ver hältnis zum Energiebedarf heutiger Bordnetze hohen Ausgangsleistung des Abwärmerückgewinnungssystems bzw. des Rekuperationssystems, nicht energieeffizient. Erst die Kombination der beiden Systeme zum Hybridsystem eröffnet die Möglichkeit, die erzeugte Energie wieder abzugeben indem bedarfsgerecht zwischen direkter und indi- rekter Nutzung gewählt werden kann. Der Wirkungsgrad der beiden Einzelsysteme wird somit erst durch die Zusammenfassung zum Hybridsystem verbessert. An exclusively indirect electrical utilization of the power output by the waste heat recovery system 35 or by the recuperation system alone would be, without the merger for a hybrid system described here, due to the fact that in Ver to the energy requirement of today's electrical systems high output power of the waste heat recovery system or the recuperation, not energy efficient. Only the combination of the two systems to the hybrid system opens up the possibility of releasing the generated energy by choosing between direct and indirect use as needed. The efficiency of the two individual systems is thus improved only by the summary of the hybrid system.
Weiterhin eröffnet sich aufgrund des durch das Abwärmerückgewinnungssystem erhöhten Energieangebots im Bordnetz des Fahrzeugs die Möglichkeit, deutlich mehr Nebenverbraucher zu elektrifizieren als derzeit möglich, beispielsweise eine Wasserpumpe, einen Kompressor, einen Klimakompressor, eine Lenkunterstützung, oder weitere Komfortfunktionen. Insbesondere sei darauf hingewiesen, dass das Abwärmerückgewinnungssystem die elektrische Zusatzenergie kraftstoffneutral zur Verfügung stellt, da sie aus der Abwärme der Brennkraftmaschine, also einer Verlustenergie, be- zogen wird. Eine Lichtmaschine oder auch die elektrische Maschine wären zwar ebenfalls in der Lage die Zusatzenergie für elektrifizierte Nebenverbraucher aufzubringen, allerdings würde dadurch über die Zusatzlast der Lichtmaschine der Kraftstoffverbrauch steigen und der Systemwirkungsgrad wäre aufgrund der längeren Verlustkette schlechter. Furthermore, opens up the possibility of significantly more auxiliary consumers to electrify than currently possible, for example, a water pump, a compressor, an air compressor, a steering assistance, or other comfort functions due to the increased energy through the waste heat recovery system in the electrical system of the vehicle. In particular, it should be pointed out that the waste heat recovery system makes the additional electrical energy fuel-neutral, since it is obtained from the waste heat of the internal combustion engine, that is to say a loss energy. Although an alternator or the electric machine would also be able to apply the additional energy for electrified secondary consumers, but this would increase the additional load of the alternator fuel consumption and the system efficiency would be worse due to the longer loss chain.
In weiteren Ausführungen ist der Verdampfer des Abwärmerückgewinnungssystems in einer Abgasleitung der Brennkraftmaschine angeordnet. Dadurch wird die Wärmeenergie des Abgases der Brennkraftmaschine mit möglichst geringen Übertragungsverlusten in den Kreislauf des Abwärmerückgewinnungssystems eingespeist. In further embodiments, the evaporator of the waste heat recovery system is arranged in an exhaust pipe of the internal combustion engine. As a result, the heat energy of the exhaust gas of the internal combustion engine with the lowest possible transmission losses is fed into the cycle of the waste heat recovery system.
In vorteilhaften Weiterbildungen ist in der Abgasleitung parallel zu dem Verdampfer ein Abgasbypass geschaltet. Eine Abgasbypassklappe ist in der Abgasleitung angeordnet und teilt den Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine in den Verdampfer und in den Abgasbypass auf. Dadurch kann ein Überhitzen des Kreislaufs des Abwärmerück- gewinnungssystems verhindert werden. Vorzugsweise kann die Abgasbypassklappe den Abgasmassenstrom dabei proportional aufteilen. Auch ein komplettes Verschließen der Zugänge in den Verdampfer oder in den Abgasbypass ist dabei möglich. In advantageous developments, an exhaust gas bypass is connected in parallel to the evaporator in the exhaust pipe. An exhaust bypass door is disposed in the exhaust passage and divides the exhaust gas mass flow of the internal combustion engine into the evaporator and the exhaust gas bypass. This can prevent overheating of the cycle of the waste heat recovery system. Preferably, the exhaust gas bypass valve can divide the exhaust gas mass flow proportionally. A complete closing of the entrances in the evaporator or in the exhaust gas bypass is possible.
In vorteilhaften Verwendungen sind die oben beschriebenen Hybridsysteme in Fahr- zeugen eingesetzt. Speziell die Synergieeffekte durch die gemeinsame Steuerungslogik führen zu Kraftstoffeinsparungen, was besonders bei mobilen Anwendungen sehr vorteilhaft ist. Durch die Steigerung der Effizienz der Brennkraftmaschine werden auch Schadstoffe reduziert, beispielsweise wird der CO2 Ausstoß verringert. In advantageous uses, the hybrid systems described above are used in vehicles. In particular, the synergy effects through the common control logic lead to fuel savings, which is very much in mobile applications is advantageous. By increasing the efficiency of the internal combustion engine and pollutants are reduced, for example, the CO2 emissions is reduced.
In weiterführenden Verwendungen ist der Energiespeicher des Hybridsystems mit weiteren Verbrauchern des Fahrzeugs verbunden, beispielsweise mit einem Bordnetz, vorzugsweise über einen Gleichstromwandler. Dadurch können Nebenverbraucher im Fahrzeug, wie beispielsweise Autoradio, Abblendlicht etc. über das Hybridsystem mit elektrischer Energie versorgt werden. In further applications, the energy storage of the hybrid system is connected to other consumers of the vehicle, for example with an electrical system, preferably via a DC-DC converter. As a result, auxiliary consumers in the vehicle, such as car radio, low beam, etc., can be supplied with electrical energy via the hybrid system.
Im Folgenden werden erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des oben beschriebenen Hybridsystems dargelegt: In the following, methods according to the invention for operating the above-described hybrid system are set forth:
Dazu weist das Hybridsystem eine Steuerungslogik auf, welches sowohl das Rekupe- rationssystem als auch das Abwärmerückgewinnungssystem regelt. In einem erfindungsgemäßen Verfahren führt die Steuerungslogik eine Energieflussoptimierung zwischen dem Abwärmerückgewinnungssystem, dem Rekuperationssystem und einem Energiebedarf des Fahrzeugs durch. Durch vorangehend schon beschriebene Synergieeffekte kann so beispielsweise der Energiebedarf von weiteren Nebenverbrauchern des Fahrzeugs dabei idealerweise kraftstoffneutral bedient werden. For this purpose, the hybrid system has a control logic which regulates both the recuperation system and the waste heat recovery system. In a method according to the invention, the control logic implements an energy flow optimization between the waste heat recovery system, the recuperation system and an energy requirement of the vehicle. By synergistic effects already described above, for example, the energy requirements of other auxiliary consumers of the vehicle can ideally be operated fuel neutral.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ermittelt die Steuerungslogik einen Ladezustand des Energiespeichers, einen Energiebedarf des Fahrzeugs und ein Energieangebot des Hybridsystems. Der Ladezustand ist eine zentrale Größe zur Steuerung des Hybridsystems, welcher mit Kenntnis von Energieangebot und Energienachfrage bzw. Energiebedarf optimiert wird. Der Ladezustand legt vor allem für das vergleichsweise träge Abwärmerückgewinnungssystem die Regelung bzw. Steuerung der Komponenten fest und dient als Zwischenpuffer, um kurzzeitige Schwankungen von Energieangebot und/oder Energienachfrage auszugleichen. In an advantageous development, the control logic determines a state of charge of the energy store, an energy requirement of the vehicle and an energy supply of the hybrid system. The state of charge is a central variable for controlling the hybrid system, which is optimized with knowledge of energy supply and energy demand or energy demand. The state of charge determines, especially for the comparatively slow waste heat recovery system, the regulation or control of the components and serves as an intermediate buffer to compensate for short-term fluctuations in energy supply and / or energy demand.
In einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens ermittelt das Steuergerät bzw. die Steuerungslogik eine maximal erlaubte Ausgangsleistung des Generators in Abhängigkeit des Ladezustands, des Energieangebots und des Energiebedarfs. Dadurch wird eine Überlastung des Energiespeichers verhindert. In vorteilhaften Weiterbildungen berücksichtigt das Steuergerät bzw. die Steuerungslogik zur Ermittlung der Änderung des Ladezustands den zukünftigen Energiebedarf des Fahrzeugs, insbesondere von Nebenverbrauchern. Vorzugsweise kann die Steuerungslogik dabei den Betrieb der Nebenverbraucher steuern bzw. regeln. Derartige Nebenverbraucher können beispielsweise sein: ein Bordnetz eines Fahrzeugs, eine Wasserpumpe, ein Klimakompressor, eine Lenkunterstützung, ein Kompressor oder Komfortfunktionen eines Fahrzeugs. Dadurch kann das Steuergerät das Abwärmerückgewinnungssystem und seine Komponenten sowie die Nebenverbraucher vorausschauend ansteuern, was besonders vorteilhaft ist, da das Abwärmerückgewinnungssystem vergleichsweise träge reagiert. Vorzugsweise regelt der Energiespeichermanager aktiv die Nebenverbraucher ja nach Energieangebot des Hybridsystems. In an advantageous embodiment of the method, the control unit or the control logic determines a maximum permitted output power of the generator as a function of the state of charge, the energy supply and the energy requirement. As a result, an overload of the energy storage is prevented. In advantageous developments, the control unit or the control logic for determining the change in the state of charge takes into account the future energy requirement of the Vehicle, especially by secondary consumers. Preferably, the control logic can control or regulate the operation of the auxiliary consumers. Such auxiliary consumers may be, for example: a vehicle electrical system, a water pump, an air-conditioning compressor, a steering assistance, a compressor or comfort functions of a vehicle. As a result, the control unit can control the waste heat recovery system and its components as well as the secondary consumers in a predictive manner, which is particularly advantageous because the waste heat recovery system reacts relatively slowly. Preferably, the energy storage manager actively controls the auxiliary consumers according to the energy supply of the hybrid system.
In vorteilhaften Ausführungen präzidiert die Steuerungslogik die Entwicklung der Abwärme der Brennkraftmaschine und die Entwicklung des Energiebedarfs der Nebenverbraucher. Dadurch können das zukünftige Energieangebot und die zukünftige Energienachfrage besser berechnet werden. Dies ermöglicht eine effizientere Regelung zwischen Energieangebot und Energienachfrage. In advantageous embodiments, the control logic predicts the development of the waste heat of the internal combustion engine and the development of the energy requirement of the secondary consumers. As a result, future energy supply and future energy demand can be better calculated. This allows a more efficient regulation between energy supply and energy demand.
In vorteilhaften Ausführungen weist das Abwärmerückgewinnungssystem eine parallel zur Expansionsmaschine geschaltete Bypassleitung auf. Ein Bypassventil teilt den Massenstrom des Arbeitsmediums in die Expansionsmaschine und in die Bypasslei- tung auf. Das Bypassventil kann dabei auch den Zufluss des Arbeitsmediums in dieIn advantageous embodiments, the waste heat recovery system has a parallel to the expansion machine switched bypass line. A bypass valve divides the mass flow of the working medium into the expansion machine and into the bypass line. The bypass valve can also the inflow of the working medium in the
Expansionsmaschine oder in die Bypassleitung gänzlich unterbinden. Das Steuergerät steuert bei Überschreitung der maximal erlaubten Ausgangsleistung das Bypassventil so an, dass der Massenstrom des Arbeitsmediums in die Expansionsmaschine verringert wird. Dadurch verringert sich auch die dem Generator zur Verfügung gestellte Ro- tationsenergie, so dass die Ausgangsleistung des Abwärmerückgewinnungssystems verringert wird. Eine Überlastung des Energiespeichers wird somit vermieden. Stop the expansion machine or the bypass line completely. When the maximum output power is exceeded, the control unit controls the bypass valve in such a way that the mass flow of the working medium into the expansion machine is reduced. As a result, the rotation energy provided to the generator is also reduced, so that the output of the waste heat recovery system is reduced. An overload of the energy storage is thus avoided.
In vorteilhaften Ausführungen weist das Abwärmerückgewinnungssystem einen parallel zum Verdampfer geschalteten Abgasbypass auf. Eine Abgasbypassklappe teilt den Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine in den Verdampfer und in den Abgasbypass auf. Die Abgasbypassklappe kann dabei auch den Zufluss des Abgases in den Verdampfer oder in den Abgasbypass gänzlich unterbinden. Das Steuergerät steuert bei Überschreitung der maximal erlaubten Ausgangsleistung die Abgasbypassklappe so an, dass der Massenstrom des Abgases in den Verdampfer verringert wird. Dadurch verringert sich auch die dem Kreislauf zur Verfügung gestellte Wärmeenergie, so dass die Ausgangsleistung des Abwärmerückgewinnungssystems verringert wird. Eine Überlastung des Energiespeichers wird somit vermieden. In advantageous embodiments, the waste heat recovery system has a parallel to the evaporator connected exhaust gas bypass. An exhaust bypass door divides the exhaust gas mass flow of the internal combustion engine into the evaporator and into the exhaust gas bypass. The exhaust gas bypass flap can also completely prevent the inflow of the exhaust gas into the evaporator or into the exhaust gas bypass. When the maximum output power is exceeded, the control unit controls the exhaust gas bypass flap in such a way that the mass flow of the exhaust gas into the evaporator is reduced. This also reduces the heat energy available to the circuit, so that the output of the waste heat recovery system is reduced. An overload of the energy storage is thus avoided.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be described in more detail below. Show it:
Fig. 1 schematisch ein Hybridsystem für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind, Fig. 2 schematisch ein Hybridsystem mit Steuergerät und Steuersignalen, 1 shows schematically a hybrid system for an internal combustion engine of a vehicle, wherein only the essential areas are shown, FIG. 2 shows schematically a hybrid system with control unit and control signals,
Fig. 3 schematisch eine Steuerungslogik eines Hybridsystems mit Eingangs- und Ausgangssignalen. Fig. 3 shows schematically a control logic of a hybrid system with input and output signals.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Fig.l zeigt ein schematisches Hybridsystem 1 für eine Brennkraftmaschine 110 eines Fahrzeugs, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Das Hybridsystem 1 umfasst ein Abwärmerückgewinnungssystem 100 und ein Rekuperationssystem 120.Fig.l shows a schematic hybrid system 1 for an internal combustion engine 110 of a vehicle, wherein only the essential areas are shown. The hybrid system 1 includes a waste heat recovery system 100 and a recuperation system 120.
Der Brennkraftmaschine 110 wird Sauerstoff über eine Luftzufuhr 112 zugeführt; das nach dem Verbrennungsvorgang ausgestoßene Abgas wird durch eine Abgasleitung 111 aus der Brennkraftmaschine 110 abgeführt. Die Brennkraftmaschine 110 ist über eine Kupplung 119 mechanisch trennbar mit einem Getriebe 115 des Fahrzeugs verbunden. Das Getriebe 115 umfasst mehrere Gänge 116, die beim Betrieb des Fahrzeugs ausgewählt werden können. Die Gänge bestimmen dabei ein Übersetzungsverhältnis. Über die Antriebswelle und die Räder 117 wird das von der Brennkraftmaschine 110 erzeugte Drehmoment auf die Straße übertragen. Das Abwärmerückgewinnungssystem 100 weist einen ein Arbeitsmedium führenden Clausius-Rankine-Kreislauf 100a auf, der in Flussrichtung des Arbeitsmediums eine Speisefluidpumpe 102, einen Verdampfer 103, eine Expansionsmaschine 104 und einen Kondensator 105 umfasst. Parallel zur Expansionsmaschine 104 ist eine Bypass- leitung 108a mit einem Bypassventil 108 geschaltet, so dass das Arbeitsmedium betriebspunktabhängig durch die Expansionsmaschine 104 geführt oder an dieser durch die Bypassleitung 108a vorbeigeleitet werden kann. Das Arbeitsmedium kann weiterhin nach Bedarf über eine Stichleitung aus einem Sammelbehälter 101 und eine Ventileinheit 101a in den Kreislauf 100a eingespeist werden. Der Sammelbehälter 101 kann dabei alternativ auch in den Kreislauf 100a eingebunden sein. The internal combustion engine 110 is supplied with oxygen via an air supply 112; the exhaust gas discharged after the combustion process is discharged from the engine 110 through an exhaust pipe 111. The internal combustion engine 110 is connected via a clutch 119 mechanically separable with a transmission 115 of the vehicle. The transmission 115 includes a plurality of gears 116 that may be selected during operation of the vehicle. The gears determine a gear ratio. Via the drive shaft and the wheels 117, the torque generated by the internal combustion engine 110 is transmitted to the road. The waste heat recovery system 100 comprises a working medium leading Clausius Rankine cycle 100a, which includes a feed fluid pump 102, an evaporator 103, an expansion machine 104 and a condenser 105 in the direction of flow of the working medium. Parallel to the expansion machine 104, a bypass line 108a is connected to a bypass valve 108, so that the working medium can be guided by the expansion machine 104 depending on the operating point or passed by the bypass line 108a. The working medium can be further fed as needed via a branch line from a sump 101 and a valve unit 101a in the circuit 100a. The collecting container 101 may alternatively be incorporated into the circuit 100a.
Der Verdampfer 103 ist an die Abgasleitung 111 der Brennkraftmaschine 110 angeschlossen, nutzt also die Wärmeenergie des Abgases der Brennkraftmaschine 110. Parallel zum Verdampfer 103 ist ein Abgasbypass 113 geschaltet, wobei eine Abgas- bypassklappe 114 so in der Abgasleitung 111 angeordnet ist, dass sie den Abgasmassenstrom auf den Verdampfer 103 und auf den Abgasbypass 113 nach Bedarf beliebig aufteilen kann. Dadurch kann der Kreislauf 100a beispielsweise vor Überhitzen geschützt werden. Die Expansionsmaschine 104 ist über eine Abtriebswelle 104a mit einem GeneratorThe evaporator 103 is connected to the exhaust pipe 111 of the internal combustion engine 110, thus uses the heat energy of the exhaust gas of the internal combustion engine 110. Parallel to the evaporator 103, an exhaust gas bypass 113 is connected, wherein an exhaust gas bypass flap 114 is disposed in the exhaust pipe 111, that they Exhaust gas mass flow to the evaporator 103 and the exhaust gas bypass 113 can arbitrarily split as needed. As a result, the circuit 100a can be protected against overheating, for example. The expansion machine 104 is connected to a generator via an output shaft 104a
106 verbunden, so dass die in der Expansionsmaschine 104 erzeugte Rotationsenergie in elektrische Energie umgewandelt wird. Die Expansionsmaschine 104 kann beispielsweise eine Turbine sein, und in der Ausführung der Fig.l sind die Expansionsmaschine 104, das Bypassventil 108, die Abtriebswelle 104a und der Generator 106 zu einer Turbinen-Generator-Einheit 107 zusammengefasst. In weiterführenden Ausbildungen kann zwischen der Expansionsmaschine 104 und dem Generator 106 auch ein Getriebe zwischengeschaltet sein. 106, so that the rotational energy generated in the expansion machine 104 is converted into electrical energy. For example, the expansion engine 104 may be a turbine, and in the embodiment of FIG. 1, the expansion engine 104, the bypass valve 108, the output shaft 104a, and the generator 106 are combined to form a turbine-generator unit 107. In further embodiments, a transmission can also be interposed between the expansion engine 104 and the generator 106.
Die Funktionsweise des Abwärmerückgewinnungssystems 100 ist wie folgt: The operation of the waste heat recovery system 100 is as follows:
Flüssiges Arbeitsmedium wird durch die Speisefluidpumpe 102, gegebenenfalls aus dem Sammelbehälter 101, in den Verdampfer 103 gefördert und dort durch die Wärmeenergie des Abgases der Brennkraftmaschine 110 verdampft. Das verdampfte Arbeitsmedium wird anschließend in der Turbine bzw. Expansionsmaschine 104 unter Abgabe mechanischer Energie an den Generator 106 entspannt. Anschließend wird das Arbeitsmedium im Kondensator 105 wieder verflüssigt und in den Sammelbehälter 101 zurückgeführt bzw. der Speisefluidpumpe 102 zugeführt. Liquid working medium is conveyed by the feed fluid pump 102, possibly from the collecting container 101, into the evaporator 103 and vaporized there by the heat energy of the exhaust gas of the internal combustion engine 110. The vaporized working fluid is subsequently expanded in the turbine or expansion engine 104, releasing mechanical energy to the generator 106. Subsequently, will the working medium in the condenser 105 is liquefied again and returned to the collecting container 101 or fed to the feed fluid pump 102.
Das Rekuperationssystem 120 der Brennkraftmaschine 110 umfasst eine elektrische Maschine 122 und ein Übertragungselement 123. Die elektrische Maschine 122 kann dabei sowohl als Generator als auch als Motor betrieben werden. Die elektrische Maschine 122, beispielsweise eine Klauenpolmaschine, ist über das mechanische Übertragungselement 123, beispielsweise einen Riementrieb, mit einer Kurbelwelle 121 der Brennkraftmaschine 110 verbunden. Alternativ wäre jede mechanische Verbindung zwischen der Brennkraftmaschine 110 und der elektrischen Maschine 122 möglich. Dabei ist die Anordnung des Übertragungselements 123 auch zwischen der Brennkraftmaschine 110 und dem Getriebe 115 möglich. The recuperation system 120 of the internal combustion engine 110 includes an electric machine 122 and a transmission element 123. The electric machine 122 can be operated both as a generator and as a motor. The electric machine 122, for example a claw-pole machine, is connected to a crankshaft 121 of the internal combustion engine 110 via the mechanical transmission element 123, for example a belt drive. Alternatively, any mechanical connection between the engine 110 and the electric machine 122 would be possible. In this case, the arrangement of the transmission element 123 is also possible between the internal combustion engine 110 and the transmission 115.
Die Brennkraftmaschine 110 ist eine Wärmekraftmaschine, die chemische Energie eines Kraftstoffs durch Verbrennung in mechanische Arbeit umwandelt. Die Verbrennung findet dabei in einem Verbrennungsraum statt, in dem ein Gemisch aus Kraftstoff und Umgebungsluft gezündet wird. Die Wärmeausdehnung des durch die Verbrennung heißen Gases wird genutzt, um einen Kolben zu bewegen. The internal combustion engine 110 is a heat engine that converts chemical energy of a fuel into mechanical work by combustion. The combustion takes place in a combustion chamber in which a mixture of fuel and ambient air is ignited. The thermal expansion of the hot gas is used to move a piston.
Das Rekuperationssystem 120 gewinnt beim Bremsen die Bewegungsenergie als elektrische Energie zurück. Erreicht wird dies im Regelfall dadurch, dass die elektrische Maschine 122 als Generator (generatorisch) betrieben wird. Durch die mechanische Leistungsaufnahme der elektrischen Maschine 122 wird ein Bremseffekt, übertragen durch die Kurbelwelle 121, erzielt, während gleichzeitig elektrische Energie zurückgewonnen wird. The recuperation system 120 recovers the kinetic energy as electrical energy during braking. This is achieved as a rule by the fact that the electric machine 122 is operated as a generator (regenerative). By the mechanical power consumption of the electric machine 122, a braking effect transmitted by the crankshaft 121 is achieved while electric power is recovered at the same time.
Der Abtrieb bzw. die Kurbelwelle 121 der Brennkraftmaschine 110 kann von der elektrischen Maschine 122 sowohl beschleunigt als auch gebremst werden, je nachdem ob die elektrische Maschine 122 generatorisch oder motorisch betrieben wird. Hierzu ist die elektrische Maschine 122 mit einem elektrischen Energiespeicher 10, wie beispielsweise einer 48V-Batterie, verbunden. Die elektrische Maschine 122 ist somit in der Lage, die Drehzahl der Kurbelwelle 121 sowohl im generatorischen Betrieb zu vermindern als auch im motorischen Betrieb zu erhöhen. Der Energiespeicher 10 dient sowohl zum Antreiben der elektrischen Maschine 122 als auch zum Speichern von elektrischer Energie, die von der elektrischen Maschine 122 erzeugt wird. Daneben kann der Energiespeicher 10 über einen Gleich- strom/Gleichstromwandler (DC-DC-Wandler) 20 mit einem Bordnetz 30, beispielsweise einem 12V- oder einem 24V-Bordnetz, mit einer Starterbatterie und weiteren elektrischen Verbrauchern verbunden sein. Der optionale DC/DC Wandler 20 des Hybridsystems 1 wird dafür verwendet, die vom Abwärmerückgewinnungssystem 100 zur Verfügung gestellte elektrische Leistung für die konventionellen Nebenverbraucher, beispielsweise 24V Nebenverbraucher, zur Verfügung zu stellen, was die elektrische Maschine 122 entlastet. Optional können auch 48V Hochleistungsverbraucher direkt über das Abwärmerückgewinnungssystems 100 versorgt werden. The output or the crankshaft 121 of the internal combustion engine 110 can both be accelerated and braked by the electric machine 122, depending on whether the electric machine 122 is operated as a generator or as a motor. For this purpose, the electric machine 122 is connected to an electrical energy store 10, such as a 48V battery. The electric machine 122 is thus able to reduce the rotational speed of the crankshaft 121 in both regenerative operation and in engine operation. The energy storage 10 serves both for driving the electric machine 122 and for storing electrical energy generated by the electric machine 122 is produced. In addition, the energy store 10 can be connected via a DC / DC converter 20 to an electrical system 30, for example a 12V or 24V vehicle electrical system, to a starter battery and further electrical consumers. The optional DC / DC converter 20 of the hybrid system 1 is used to provide the electrical power provided by the waste heat recovery system 100 to the conventional auxiliary consumers, such as 24V auxiliary consumers, which relieves the electrical machine 122. Optionally, 48V high power consumers can also be powered directly from the waste heat recovery system 100.
Erfindungsgemäß ist der Energiespeicher 10 auch mit dem Generator 106 des Abwärmerückgewinnungssystems 100 verbunden. Dem Energiespeicher 10 wird also Energie aus dem Abwärmerückgewinnungssystem 100 und aus dem Rekuperationssystem 120 zugeführt. According to the invention, the energy store 10 is also connected to the generator 106 of the waste heat recovery system 100. Energy is thus supplied to the energy store 10 from the waste heat recovery system 100 and from the recuperation system 120.
Der Energiespeicher 10 des Hybridsystems 1 wird, zusätzlich zum Zwischenspeichern von elektrischer Energie aus dem Rekuperationsbetrieb des Rekuperationssystems 120, auch zum Zwischenspeichern der durch das Abwärmerückgewinnungssystem 100 erzeugten elektrischen Energie verwendet, wenn der Zustand von Bordnetz 30, Hybridsystem 1 und Brennkraftmaschine 110 ein direktes Einkoppeln der Energie über die elektrische Maschine 122 in die Kurbelwelle 121 oder eine Verwendung für Nebenverbraucher wie das Bordnetz 30 nicht zulässt. Wird die Energie aus dem Energiespeicher 10 an die Kurbelwelle 121 abgegeben, so ist dies eine direkte elektrische Nutzung. Wird die Energie an das Bordnetz 30 abgegeben, so ist dies eine indirekte elektrische Nutzung. The energy storage 10 of the hybrid system 1, in addition to the buffering of electrical energy from the Rekuperationsbetrieb the Rekuperationssystems 120, also used for caching the electrical energy generated by the waste heat recovery system 100 when the state of electrical system 30, hybrid system 1 and engine 110, a direct coupling of the Energy via the electric machine 122 into the crankshaft 121 or use for auxiliary consumers such as the electrical system 30 does not allow. If the energy is released from the energy store 10 to the crankshaft 121, this is a direct electrical use. If the energy is delivered to the electrical system 30, this is an indirect electrical use.
Damit lassen sich folgende Vorteile für das Hybridsystem 1 einer Brennkraftmaschine 110 für ein Fahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftfahrzeug oder ein Lastfahrzeug, erzielen: Thus, the following advantages can be achieved for the hybrid system 1 of an internal combustion engine 110 for a vehicle, for example a passenger car or a lorry:
Gemeinsame Nutzung der elektrischen Maschine 122: über die elektrische Maschine 122 wird der Energiespeicher 10 elektrisch aufgeladen, wenn die elektrische Maschine 122 im Generatorbetrieb läuft. Läuft die elektrische Maschine 122 im Motorbetrieb, so wird der Kurbelwelle 121 Energie aus dem Energiespeicher 10 zugeführt. Der Energiespeicher 10 wird dabei betriebspunktabhängig sowohl von dem Generator 106 des Abwärmerückgewinnungssystems 100 als auch von der elektrischen Maschine 122 des Rekuperationssystems 120 mit Energie befüllt. Common use of the electric machine 122: via the electric machine 122, the energy store 10 is electrically charged when the electric machine 122 is running in generator mode. When the electric machine 122 is in engine operation, the crankshaft 121 is supplied with energy from the energy store 10. The energy storage 10 is operating point dependent both of the generator 106 of the Abwärm recovery system 100 as well as from the electric machine 122 of the Rekuperationssystems 120 filled with energy.
Gemeinsame Nutzung des Energiespeichers 10 als Zwischenspeicher; vorzugsweise ist der Zwischenspeicher 10 dabei als 48V-Batterie ausgeführt.  Sharing the energy storage 10 as a cache; Preferably, the buffer 10 is designed as a 48V battery.
Gemeinsame Nutzung des DC/DC Wandlers 20 zur Versorgung von konventionellen Nebenverbrauchern, beispielsweise zur Versorgung des Bordnetzes 30 mit einer Spannung von 24V. Common use of the DC / DC converter 20 for the supply of conventional auxiliary consumers, for example, to supply the electrical system 30 with a voltage of 24V.
Möglichkeit zur Verwendung eines gemeinsamen Steuergeräts für das Abwärmerückgewinnungssystem 100 und das Rekuperationssystem 120.  Possibility of using a common control unit for the waste heat recovery system 100 and the recuperation system 120.
Möglichkeit der Optimierung von Komponenten des Hybridsystems 1. Beispielsweise kann die elektrische Maschine 122 durch das Abwärmerückgewinnungssystem 100 entlastet und damit auch kleiner dimensioniert werden.  Possibility of optimizing components of the hybrid system 1. For example, the electrical machine 122 can be relieved by the waste heat recovery system 100 and thus also be dimensioned smaller.
Des Weiteren ergeben sich folgende Vorteile im Hinblick auf die elektrischen Nebenverbraucher bzw. das gesamte Fahrzeugbordnetz: Furthermore, there are the following advantages with regard to the electrical secondary consumers or the entire vehicle electrical system:
Eine indirekte elektrische Nutzung der vom Abwärmerückgewinnungssystem 100 abgegebenen Leistung wäre, ohne die hier beschriebene Integration mit dem Hybridsystem 1, aufgrund der im Verhältnis zum Energiebedarf heutiger Bordnetze 30 hohen Ausgangsleistung des Abwärmerückgewinnungssystem 100, nicht optimiert. Erst die Kombination der beiden Systeme Abwärmerückgewinnungssystem 100 und Rekuperationssystem 120 zum Hybridsystem 1 eröffnet die Möglichkeit die erzeugte Energie wieder abzugeben indem bedarfsgerecht zwischen direkter und indirekter Nutzung gewählt werden kann. Indirect electrical utilization of the power dissipated by the exhaust heat recovery system 100 would not be optimized without the integration with the hybrid system 1 described herein due to the high output of the exhaust heat recovery system 100 relative to the energy requirements of today's vehicle electrical system. Only the combination of the two systems waste heat recovery system 100 and recuperation system 120 to the hybrid system 1 opens up the possibility to release the energy generated again by being able to choose between direct and indirect use as needed.
Aufgrund des durch das Abwärmerückgewinnungssystem 100 erhöhten Energieangebots im Energiespeicher 10 und damit auch im Bordnetz 30 eröffnet sich die Möglichkeit deutlich mehr Nebenverbraucher zu elektrifizieren als derzeit möglich. Solche Nebenverbraucher können beispielsweise eine Wasserpumpe, ein Klimakompressor, eine Lenkunterstützung, ein Kompressor oder Komfortfunktionen sein. Insbesondere ist hierbei wichtig, dass das Abwärmerückgewinnungssystem 100 die elektrische Zusatzenergie kraftstoffneutral zur Verfügung stellt, da sie aus der Abwärme des Motors bzw. der Brennkraftmaschine 110 bezogen wird, also üblicherweise gänzlich Verlustenergie ist. Die Fig.2 zeigt ein Hybridsystem 1, wie in der Fig.l beschrieben. Zusätzlich ist jetzt jedoch die Steuerung bzw. Regelung des Hybridsystems 1 skizziert. Dazu weist das Hybridsystem ein Steuergerät 50 auf. Das Steuergerät 50 empfängt Eingangssignale von der Brennkraftmaschine 110, dem Generator 106 und der elektrischen Maschine 122. Vorzugsweise empfängt das Steuergerät 50 auch noch weitere Signale, beispielsweise von in dem Kreislauf 100a angeordneten Temperatur- und Drucksensoren. Zur Vereinfachung bezieht sich die Darstellung auf nur ein Steuergerät 50. Prinzipiell ist es auch möglich die Funktionalitäten auf mehrere Steuergeräte, welche untereinander kommunizieren, zu verteilen. Due to the increased by the waste heat recovery system 100 energy supply in the energy storage 10 and thus also in the electrical system 30, the possibility opens up significantly more auxiliary consumers to electrify than currently possible. Such auxiliary consumers may be, for example, a water pump, an air-conditioning compressor, a steering assistance, a compressor or comfort functions. In particular, it is important here that the waste heat recovery system 100 provides the additional electrical energy fuel neutral, since it is based on the waste heat of the engine or the internal combustion engine 110, so usually is completely loss energy. FIG. 2 shows a hybrid system 1, as described in FIG. In addition, however, now the control of the hybrid system 1 is outlined. For this purpose, the hybrid system has a control unit 50. The control unit 50 receives input signals from the internal combustion engine 110, the generator 106 and the electric machine 122. Preferably, the control unit 50 also receives further signals, for example from temperature and pressure sensors arranged in the circuit 100a. For simplicity, the illustration refers to only one control unit 50. In principle, it is also possible to distribute the functionalities to a plurality of control units which communicate with one another.
Das Steuergerät 50 sendet Signale an die Brennkraftmaschine 110, den Generator 106, die elektrische Maschine 122, die Abgasbypassklappe 114, das Bypassventil 108, die Speisefluidpumpe 102 und die Ventileinheit 101a. Darüber hinaus kann das Steuergerät 50 Signale von weiteren Komponenten empfangen bzw. Signale an diese sen- den, beispielsweise kann das Bordnetz 30 mit dem Steuergerät 50 und/oder mit demThe controller 50 sends signals to the engine 110, the generator 106, the electric machine 122, the exhaust bypass door 114, the bypass valve 108, the feed fluid pump 102, and the valve unit 101a. In addition, the control unit 50 can receive signals from other components or send signals to them, for example, the vehicle electrical system 30 with the control unit 50 and / or with the
DC-DC-Wandler 20 kommunizieren. DC-DC converter 20 communicate.
Die Fig.3 zeigt schematisch eine Steuerungslogik mit Eingangs- und Ausgangssignalen. In der Ausführung der Fig.3 ist die Steuerungslogik in einem gemeinsamen Steu- ergerät 50 angeordnet, könnte alternativ jedoch auch auf mehrere Steuergeräte verteilt sein. Das Steuergerät 50 ist Bestandteil eines Hybridsystems 1 für eine Brennkraftmaschine 110 eines Fahrzeugs, wie in Fig.2 skizziert. Die Steuerungslogik umfasst einen Energiespeichermanager 51, einen Abwärmerückgewinnungskoordinator 52, einen Momentenkoordinator 53 und einen Fahrzeugkoordinator 54. Weiterhin umfasst die Steuerungslogik einen Generatorregler 55, einen Pumpenregler 56, einen Tankregler3 shows schematically a control logic with input and output signals. In the embodiment of FIG. 3, the control logic is arranged in a common control device 50, but could alternatively also be distributed over a plurality of control devices. The control unit 50 is part of a hybrid system 1 for an internal combustion engine 110 of a vehicle, as sketched in FIG. The control logic includes an energy storage manager 51, a waste heat recovery coordinator 52, a torque coordinator 53 and a vehicle coordinator 54. Further, the control logic includes a generator controller 55, a pump controller 56, a tank controller
57 und einen Sicherheitsregler 58. Diese Unterteilung der Steuerungslogik auf einzelne Koordinatoren bzw. Regler ist jedoch in der Software zu verstehen, physisch kann das Steuergerät 50 eine Einheit bilden. Der Generatorregler 55 regelt bzw. steuert den Generator 106, vorzugsweise über eine57 and a safety controller 58. However, this subdivision of the control logic to individual coordinators or controllers is to be understood in the software, physically the controller 50 may be a unit. The generator controller 55 controls or controls the generator 106, preferably via a
Drehzahlregelung bzw. Drehzahlsteuerung der Abtriebswelle 104a. Der Pumpenregler 56 regelt bzw. steuert die Speisefluidpumpe 102 bezüglich des Massenstroms des Arbeitsmediums; die Regelung bzw. Steuerung der Speisefluidpumpe 102 erfolgt dabei vorteilhafterweise als eine Druck- und/oder Temperaturregelung bzw. -Steuerung des Arbeitsmediums im Kreislauf 100a zwischen Speisefluidpumpe 102 und KondensatorSpeed control or speed control of the output shaft 104a. The pump regulator 56 controls the feed fluid pump 102 with respect to the mass flow of the working medium; the control or control of the feed fluid pump 102 is advantageously carried out as a pressure and / or temperature control or control of the working fluid in the circuit 100a between the feed fluid pump 102 and capacitor
105. Beispielsweise können dafür Sensorsignale eines Temperatursensors zwischen Verdampfer 103 und Expansionsmaschine 104 verwendet werden. Der Tankregler 57 regelt bzw. steuert einen Druck im Niederdruckbereich des Kreislaufs 100a, also zwischen Expansionsmaschine 104 und Speisefluidpumpe 102. Dies kann beispielsweise über eine Ansteuerung der Ventileinheit 101a erfolgen. Der Sicherheitsregler 58 regelt bzw. steuert das Bypassventil 108 und die Abgasbypassklappe 114. Dadurch wird ein105. For example, sensor signals of a temperature sensor can be used for this purpose Evaporator 103 and expansion machine 104 can be used. The tank controller 57 regulates or controls a pressure in the low-pressure region of the circuit 100a, that is, between the expansion engine 104 and the feed fluid pump 102. This can be done, for example, by activating the valve unit 101a. The safety controller 58 controls the bypass valve 108 and the Abgasbypassklappe 114. This is a
Überhitzen des Kreislaufs 100a und/oder eine Beschädigung der Expansionsmaschine 104 vermieden. Overheating of the circuit 100a and / or damage to the expander 104 is avoided.
Der Energiespeichermanager 51 empfängt ein Ist-Lade-Signal 511 von dem Energie- Speicher 10. Das Ist-Lade-Signal 511 gibt den Ladezustand des Energiespeichers 10, also beispielsweise einer 48V-Batterie, an. Optional empfängt der Energiespeichermanager 51 ein weiteres Ist-Lade-Signal 515 von einem weiteren Energiespeicher 15, falls das Fahrzeug einen derartigen weiteren Energiespeicher 15 aufweist. Zusätzlich empfängt der Energiespeichermanager 51 ein Bedarfs-Signal 513 von Nebenverbrau- ehern, wie beispielsweise von dem Bordnetz 30. Das Bedarfs-Signal 513 gibt denThe energy storage manager 51 receives an actual charge signal 511 from the energy storage device 10. The actual charge signal 511 indicates the charge state of the energy storage device 10, that is, for example, a 48V battery. Optionally, the energy storage manager 51 receives a further actual charge signal 515 from a further energy store 15 if the vehicle has such a further energy store 15. In addition, the energy storage manager 51 receives a demand signal 513 from sub-users, such as the on-board network 30. The demand signal 513 indicates
Energiebedarf der Nebenverbraucher an. Energy requirement of the secondary consumers.
Der Energiespeichermanager 51 empfängt weiterhin ein Ist-Rückgewinnungsleistungs- Signal 61 und/oder ein Vorhersage-Rückgewinnungsleistungs-Signal 62 von dem Ab- wärmerückgewinnungskoordinator 52. Das Ist-Rückgewinnungsleistungs-Signal 61 gibt die aktuelle Leistung an, die in der Expansionsmaschine 104 generiert wird, bzw. die der Generator 106 an den Energiespeicher 10 liefert. Das Vorhersage- Rückgewinnungsleistungs-Signal 62 gibt eine vorhergesagte Leistung an, die in der Expansionsmaschine 104 generiert werden wird, bzw. die der Generator 106 an den Energiespeicher 10 liefern wird. Die vorhergesagte Leistung kann dabei auch ein vorhergesagter zeitlicher Verlauf einer Leistung sein. Die Vorhersage kann dabei beliebig komplex sein; dafür können beispielsweise Sensordaten der Brennkraftmaschine oder auch ein geplantes Streckenprofil verwendet werden. Der Energiespeichermanager 51 sendet ein Grenzleistungs-Signal 63 an den Abwärmerückgewinnungskoordinator 52. Das Grenzleistungs-Signal 63 gibt die maximal zulässige Leistung an, die in der Expansionsmaschine 104 generiert werden darf, bzw. die der Generator 106 an den Energiespeicher 10 liefern darf, also eine maximal erlaubte Ausgangsleistung des Generators 106. Das Grenzleistungs-Signal 63 kann da- bei auch einen zeitlichen Verlauf für die zukünftig maximal erlaubte Ausgangsleistung angeben. Der Energiespeichermanager 51 sendet ein Ladezustand-Signal 64 an den Momentenkoordinator 53. Das Ladezustand-Signal 64 gibt den Ladezustand des Energiespeichers 10 an, also die im Energiespeicher 10 gespeicherte Energie. Weiterhin kann das Ladezustand-Signal 64 auch angeben, wie die Änderung des Ladezustands ist, also ob der Energiespeicher 10 gerade befüllt oder geleert wird. The energy storage manager 51 further receives an actual recovery power signal 61 and / or a prediction recovery power signal 62 from the waste heat recovery coordinator 52. The actual recovery power signal 61 indicates the actual power generated in the expansion engine 104; or which the generator 106 supplies to the energy store 10. The prediction recovery power signal 62 indicates a predicted power that will be generated in the expansion engine 104 or that the generator 106 will provide to the energy storage 10. The predicted performance can also be a predicted time course of a performance. The prediction can be arbitrarily complex; For example, sensor data of the internal combustion engine or a planned route profile can be used. The energy storage manager 51 sends a marginal power signal 63 to the waste heat recovery coordinator 52. The marginal power signal 63 indicates the maximum allowable power that may be generated in the expansion engine 104, or which the generator 106 may supply to the energy storage 10, ie one maximum permitted output power of the generator 106. The limit power signal 63 can also indicate a time profile for the future maximum permitted output power. The energy storage manager 51 sends a charge state signal 64 to the Torque coordinator 53. The state of charge signal 64 indicates the state of charge of the energy store 10, ie the energy stored in the energy store 10. Furthermore, the state of charge signal 64 can also indicate how the change in the state of charge is, that is, whether the energy storage 10 is being filled or emptied.
Optional kann der Energiespeichermanager 51 auch ein Steller-Signal 512 an den DC- DC-Wandler 20 senden. Die dem Energiespeicher 10 zugeführte bzw. die von ihm abgeführte Energie kann hohen Schwankungen unterworfen sein. Durch das Steller- Signal 512 kann der DC-DC-Wandler 20 beispielsweise eine dem Bordnetz 30 zur Ver- fügung gestellte elektrische Spannung ändern. Dies kann beispielsweise notwendig sein, wenn zwischen der Versorgung verschiedener Nebenverbraucher gewechselt wird. Optionally, the energy storage manager 51 may also send a controller signal 512 to the DC-DC converter 20. The energy supplied to the energy storage device 10 or the energy dissipated by it can be subjected to high fluctuations. By means of the controller signal 512, the DC-DC converter 20 can, for example, change an electrical voltage supplied to the electrical system 30. This may be necessary, for example, when switching between the supply of different secondary consumers.
Der Abwärmerückgewinnungskoordinator 52 sendet das Ist-Rückgewinnungsleistungs- Signal 61 und/oder das Vorhersage-Rückgewinnungsleistungs-Signal 62 an den Energiespeichermanager 51 und empfängt das Grenzleistungs-Signal 63 von dem Energiespeichermanager 51. Weiterhin empfängt der Abwärmerückgewinnungskoordinator 52 ein Motordaten-Signal 65 von dem Fahrzeugkoordinator 54. Das Motordaten-Signal 65 umfasst Motordaten der Brennkraftmaschine 110, beispielsweise eine Drehzahl der Kurbelwelle 121 oder ein Drehmoment der Kurbelwelle 121. Das Motordaten-Signal 65 kann aber auch Abgasdaten der Brennkraftmaschine 110 umfassen, beispielsweise eine Abgastemperatur oder einen Abgasmassenstrom, welcher durch die Abgasleitung 111 strömt. Das Motordaten-Signal 65 kann weiterhin auch Daten des Fahrzeugsther- momanagements enthalten, beispielsweise eine maximale Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine 110. The waste heat recovery coordinator 52 sends the actual regeneration power signal 61 and / or the prediction recovery power signal 62 to the energy storage manager 51 and receives the marginal power signal 63 from the energy storage manager 51. Further, the exhaust heat recovery coordinator 52 receives a motor data signal 65 from the vehicle coordinator 54. The engine data signal 65 includes engine data of the engine 110, such as a rotational speed of the crankshaft 121 or a torque of the crankshaft 121. The engine data signal 65 may also include exhaust gas data of the internal combustion engine 110, for example, an exhaust gas temperature or an exhaust gas mass flow, which by the Exhaust pipe 111 flows. The engine data signal 65 may furthermore also contain data of the vehicle management system, for example a maximum cooling water temperature of the internal combustion engine 110.
Der Abwärmerückgewinnungskoordinator 52 sendet ein Drehzahl-Signal 521 an den Generatorregler 55. Das Drehzahl-Signal 521 gibt eine Soll-Drehzahl für den Generator 106 an. Dadurch kann beispielsweise die im Generator 106 erzeugte elektrische Span- nung geregelt werden. Der Abwärmerückgewinnungskoordinator 52 sendet ein Soll-The exhaust heat recovery coordinator 52 sends a speed signal 521 to the generator controller 55. The speed signal 521 indicates a target speed for the generator 106. As a result, for example, the electrical voltage generated in the generator 106 can be regulated. The waste heat recovery coordinator 52 sends a setpoint
Signal 522 an den Pumpenregler 56. Das Soll-Signal 522 gibt eine Soll-Temperatur oder einen Soll-Druck an, insbesondere als Eingangstemperatur oder Eingangsdruck des Arbeitsmediums in die Expansionsmaschine 104. Der Abwärmerückgewinnungskoordinator 52 sendet ein Druck-Signal 523 an den Tankregler 57. Das Druck-Signal 523 gibt einen Solldruck für den Niederdruckbereich des Kreislaufs 100a an, wobei dieser Druck beispielsweise über die Ventileinheit 100a geregelt werden kann. Der Abwärmerückgewinnungskoordinator 52 sendet ein Grenzwert-Signal 524 an den Sicherheitsregler 58. Das Grenzwert-Signal 524 gibt einen maximalen Druck oder eine maximale Temperatur des Arbeitsmediums in dem Kreislauf 100a, insbesondere zwischen Verdampfer 103 und Expansionsmaschine 104, an. Das Grenzwert-Signal wird im Sicherheitsregler 58 weiterverarbeitet und für die Ansteuerung des BypassventilsSignal 522 to the pump controller 56. The command signal 522 indicates a target temperature or pressure, in particular as the inlet temperature or inlet pressure of the working fluid into the expansion engine 104. The waste heat recovery coordinator 52 sends a pressure signal 523 to the tank controller 57. The pressure signal 523 indicates a target pressure for the low-pressure region of the circuit 100 a, wherein this pressure can be regulated, for example, via the valve unit 100 a. Of the Exhaust heat recovery coordinator 52 sends a threshold signal 524 to safety controller 58. Threshold signal 524 indicates a maximum pressure or temperature of the working fluid in circuit 100a, particularly between evaporator 103 and expander 104. The limit signal is further processed in the safety controller 58 and for the control of the bypass valve
108 und der Abgasbypassklappe 114 verwendet. 108 and the exhaust bypass door 114 is used.
Der Fahrzeugkoordinator 54 empfängt ein Fahrer-Signal 541. Das Fahrer-Signal 541 umfasst Daten, die der Fahrer des Fahrzeugs übermittelt: beispielsweise sind dies die Gaspedalstellung, die Bremspedalstellung oder die Gangwahl für das Getriebe 115 desThe vehicle coordinator 54 receives a driver signal 541. The driver signal 541 includes data transmitted by the driver of the vehicle: for example, these are the accelerator pedal position, the brake pedal position, or the gear selection for the transmission 115 of the vehicle
Fahrzeugs. Der Fahrer will damit letztendlich die Geschwindigkeit und die Beschleunigung des Fahrzeugs steuern, physikalisch werden dadurch Drehmomente bzw. Vehicle. The driver ultimately wants to control the speed and the acceleration of the vehicle, thereby physically torques or
Bremsmomente angefordert. Der Fahrzeugkoordinator 54 sendet das Motordaten-Signal 65 mit den Betriebsdaten der Brennkraftmaschine 110 an den Abwärmerückgewinnungskoordinator 52. Weiterhin sendet der Fahrzeugkoordinator 54 ein Fahrzeugzustand-Signal 66 und ein Sollmoment-Signal 67 an den Momentenkoordinator 53. Das Fahrzeugzustand-Signal 66 umfasst den Bewegungszustand des Fahrzeugs, insbesondere hinsichtlich Beschleu- nigung bzw. Verzögerung und damit auch hinsichtlich des Drehmoments der Kurbelwelle 121. Das Sollmoment-Signal 67 umfasst ein vom Fahrer gewünschtes Drehmoment auf die Räder 117 und damit ein Beibehalten oder eine Änderung des Drehmoments der Kurbelwelle 121. Der Momentenkoordinator 53 empfängt das Fahrzeugzustand-Signal 66 und das Sollmoment-Signal 67 vom Fahrzeugkoordinator 54 und das Ladezustand-Signal 64 vom Energiespeichermanager 51. Daraus ermittelt der Momentenkoordinator 53 ein Soll- Drehmoment-Signal 531, welches er an die Brennkraftmaschine 110 sendet, und ein Momenten-Signal 532, welches er an die elektrische Maschine 122 sendet. Das Soll- Drehmoment-Signal 531 gibt der Brennkraftmaschine 110 ein Soll-Drehmoment vor, welches sie in die Kurbelwelle 121 einspeisen soll. Und das Momenten-Signal 532 gibt der elektrischen Maschine 122 ein weiteres Soll-Drehmoment vor, welches die elektrische Maschine 122 in die Kurbelwelle 121 einspeisen soll. Das weitere Soll- Drehmoment kann dabei ein die Kurbelwelle 121 beschleunigendes (Boosten) Dreh- moment oder ein die Kurbelwelle 121 verzögerndes (Rekuperieren) Drehmoment sein. Damit beinhaltet das Momenten-Signal 532 auch eine Information, ob die elektrische Maschine 122 als Generator oder als Motor arbeiten soll. Braking torques requested. The vehicle coordinator 54 transmits the engine data signal 65 with the operation data of the engine 110 to the exhaust heat recovery coordinator 52. Further, the vehicle coordinator 54 sends a vehicle state signal 66 and a target torque signal 67 to the torque coordinator 53. The vehicle state signal 66 includes the state of motion of the vehicle The torque command signal 67 comprises a torque desired by the driver on the wheels 117 and thus maintaining or changing the torque of the crankshaft 121. The torque coordinator 53 receives the vehicle state signal 66 and the target torque signal 67 from the vehicle coordinator 54 and the state of charge signal 64 from the energy storage manager 51. From this, the torque coordinator 53 determines a target torque signal 531 which it sends to the engine 110 and a torque Signal 532, which he sends to the electric machine 122. The target torque signal 531 gives the internal combustion engine 110 a desired torque, which it is to feed into the crankshaft 121. And the torque signal 532, the electric machine 122 before another target torque, which is to feed the electric machine 122 in the crankshaft 121. The further setpoint torque can be a torque (boosting) accelerating the crankshaft 121 or a (recuperating) torque retarding the crankshaft 121. Thus, the torque signal 532 also includes information as to whether the electric machine 122 should operate as a generator or as a motor.
Die gemeinsame Steuerungslogik für ein Abwärmerückgewinnungssystem 100 und ein Rekuperationssystem 120 kann auf mehrere Steuergeräte 50 verteilt sein oder alternativ in einem Steuergerät 50 integriert sein. Entscheidend ist, dass Informationen des Abwärmerückgewinnungssystems 100 und des Rekuperationssystems 120 zusammen laufen und gemeinsam genutzt werden. The common control logic for a waste heat recovery system 100 and a recuperation system 120 may be distributed to a plurality of controllers 50 or, alternatively, integrated into a controller 50. Importantly, information from waste heat recovery system 100 and recuperation system 120 are run together and shared.
Diese gemeinsame Steuerungslogik ermöglichen neben den bekannten Funktionalitäten eines Rekuperationssystems 120 - nämlich Nebenverbraucher versorgen, Energiespeicher 10 laden (Rekuperieren) und Drehmoment in die Kurbelwelle 121 einspeisen (Boosten) - weitere neue Zusatzfunktionalitäten: This common control logic allow not only the known functionalities of a recuperation system 120 - namely supply auxiliary consumers load energy storage 10 (recuperation) and feed torque into the crankshaft 121 (boosting) - further new additional functionalities:
Direkte elektrische Nutzung der gewonnenen Leistung aus dem Abwärmerückgewinnungssystem 100 im Antriebsstrang. Direct electrical utilization of the recovered power from the exhaust heat recovery system 100 in the powertrain.
Indirekte elektrische Nutzung der gewonnenen Leistung aus dem Abwärmerückgewinnungssystem 100 durch Nebenverbraucher, beispielsweise durch das Bordnetz 30. Indirekte elektrische Nutzung der gewonnenen Leistung bzw. Energie aus dem Abwärmerückgewinnungssystem 100 durch Zwischenspeicherung in dem Energiespeicher 10.  Indirect electrical use of the power obtained from the waste heat recovery system 100 by auxiliary consumers, for example by the electrical system 30. Indirect electrical use of the power obtained or energy from the waste heat recovery system 100 by caching in the energy storage 10th
Das Abwärmerückgewinnungssystem 100 verfügt über einen übergeordneten Koordi- nator, den Abwärmerückgewinnungskoordinator 52, welcher das Abwärmerückgewinnungssystem 100 abhängig vom Zustand der Brennkraftmaschine 110 bzw. vom Fahrzeugzustand steuert. Der Abwärmerückgewinnungskoordinator 52 ist dafür mit dem Fahrzeugkoordinator 54 verbunden und erhält Informationen über den aktuellen Zustand der Brennkraftmaschine 110, insbesondere Motormoment und Motordrehzahl, sowie Informationen über die aktuellen Abgasdaten, insbesondere Abgastemperaturen und Abgasmassenströme, welche zur thermischen Regelung/Steuerung des Abwärmerückgewinnungssystems 100 verwendet werden. The exhaust heat recovery system 100 has a higher-level coordinator, the waste heat recovery coordinator 52, which controls the exhaust heat recovery system 100 depending on the state of the engine 110 and the vehicle state, respectively. The waste heat recovery coordinator 52 is therefore connected to the vehicle coordinator 54 and receives information about the current state of the internal combustion engine 110, in particular engine torque and engine speed, as well as information about the current exhaust gas data, in particular exhaust gas temperatures and exhaust gas mass flows, which are used for thermal control of the waste heat recovery system 100.
Zusätzlich verfügt der Fahrzeugkoordinator 54 über die Möglichkeit Anforderungen an den Abwärmerückgewinnungskoordinator 52 zu stellen, die aus dem Thermomanage- ment des Fahrzeugs bzw. der Brennkraftmaschine 110 resultieren. Beispielsweise kann bei hoher Außentemperatur die thermische Leistung des Abwärmerückgewinnungssystems 100 reduziert werden, um das Fahrzeugkühlsystem zu entlasten und den Einsatz des Fahrzeuglüfters zu begrenzen, was sich aufgrund des hohen Leistungsbedarfs des Fahrzeuglüfters positiv auf den Kraftstoffbedarf auswirkt. In addition, the vehicle coordinator 54 has the ability to make requests to the exhaust heat recovery coordinator 52 resulting from the thermal management of the vehicle 110. For example For example, at high ambient temperatures, the thermal performance of the exhaust heat recovery system 100 may be reduced to relieve the vehicle cooling system and limit the use of the vehicle fan, which has a positive effect on fuel demand due to the high power requirements of the vehicle fan.
Der Abwärmerückgewinnungskoordinator 52 bestimmt weiter die Sollwerte für die unterlagerten Regelungen/Steuerungen des Abwärmerückgewinnungssystems 100: The waste heat recovery coordinator 52 further determines the target values for the subordinate controls / controls of the waste heat recovery system 100:
Drehzahlregelung bzw. -Steuerung durch den Generatorregler 55, die eine Kommunikationsschnittstelle zum Generator 106 hat, der mit der Expansionsmaschine 104 gekoppelt ist. Speed control by the generator controller 55 having a communication interface to the generator 106 coupled to the expander 104.
Hochdruck- und/oder Temperaturregelung bzw. -Steuerung durch den Pumpenregler 56, die der Speisefluidpumpe 102 eine Drehzahl, einen Massen- oder einen Volumenstrom vorgibt, und damit den Hochdruck bzw. die Temperatur in Abhängigkeit der verfügbaren Abgasexergie regelt.  High-pressure and / or temperature control or control by the pump controller 56, the speed of the feed fluid pump 102, a mass flow or a volume flow, and thus the high pressure or the temperature depending on the available exhaust gas exergy controls.
Niederdruckregelung bzw. -Steuerung (optional) durch den Tankregler 57, welche über den Sammelbehälter 101 den Niederdruckbereich des Abwärmerückgewinnungssystems 100 zwecks Energieoptimierung führt.  Low-pressure control or control (optional) by the tank controller 57, which leads via the collecting container 101, the low-pressure region of the waste heat recovery system 100 for the purpose of energy optimization.
Begrenzungs- bzw. Sicherheitsfunktionen durch den Sicherheitsregler 58, die über das Bypassventil 108 und/oder die Abgasbypassklappe 114 die Einhaltung der zulässigen Betriebsparameter des Kreislaufs 100a sicherstellen. Das Bypassventil 108 und die Abgasbypassklappe 114 und die zugehörige Ansteuerung können dabei beispielsweise als Proportionalventile ausgeführt sein. Der Energiespeichermanager 51 steuert die Energieflüsse der Funktionen Nebenverbraucher versorgen, Rekuperieren und Boosten. Durch die Integration des Abwärmerückgewinnungssystems 100 in das Hybridsystem 1 erhält der Energiespeichermanager 51 zusätzlich die oben beschriebenen Funktionen zur direkten und indirekten Nutzung der aus dem Abwärmerückgewinnungssystem 100 gewonnenen Leistung bzw. Energie. Insbesondere wird der Energiespeichermanager 51 mit der Möglichkeit versehen bedarfsgerecht zwischen direkter und indirekter elektrischer Nutzung zu wechseln. Eine gleichzeitige direkte und indirekte Nutzung ist ebenfalls möglich.  Limiting or safety functions by the safety controller 58, which ensure compliance with the permissible operating parameters of the circuit 100a via the bypass valve 108 and / or the exhaust gas bypass flap 114. The bypass valve 108 and the exhaust gas bypass flap 114 and the associated control can be embodied for example as proportional valves. The energy storage manager 51 controls the energy flows of the functions supply auxiliary consumption, recuperation and boosting. By integrating the exhaust heat recovery system 100 into the hybrid system 1, the energy storage manager 51 additionally obtains the above-described functions for directly and indirectly utilizing the power recovered from the exhaust heat recovery system 100. In particular, the energy storage manager 51 is provided with the ability to switch between direct and indirect electrical usage as needed. Simultaneous direct and indirect use is also possible.
Um die Energieflüsse des gesamten Hybridsystems 1 optimal zu steuern, verfügt der Abwärmerückgewinnungskoordinator 52 zudem über die Möglichkeit dem Energiespeichermanager 51 Informationen über die aktuelle sowie die zukünftige elektrische Aus- gangsleistung des Abwärmerückgewinnungssystems 100 bzw. des Generators 106 zur Verfügung zu stellen. Umgekehrt verfügt der Energiespeichermanager 51 über die Möglichkeit dem Abwärmerückgewinnungskoordinator 52 Informationen über den Zustand des elektrischen Systems zu übermitteln, insbesondere die maximal erlaubte elektrische Ausgangsleistung des Generators 106. In order to optimally control the energy flows of the entire hybrid system 1, the waste heat recovery coordinator 52 also has the option of informing the energy storage manager 51 about the current as well as the future electrical output. the output power of the waste heat recovery system 100 and the generator 106 to provide. Conversely, the energy storage manager 51 has the possibility of the waste heat recovery coordinator 52 information about the state of the electrical system to transmit, in particular the maximum allowable electrical output power of the generator 106th
Der Energiespeichermanager 51 verfügt über die Möglichkeit den Ladezustand etwaiger konventioneller Batterien bzw. weiterer Energiespeicher 15 des Fahrzeugs sowie des Energiespeichers 10 zu ermitteln, wobei diese Daten unter anderem dazu verwendet werden um die Leistung des Abwärmerückgewinnungssystems 100 zu begrenzen, wenn z.B. der maximale Ladezustand der Batterien (Energiespeicher 10, weiterer Energiespeicher 15 etc.) erreicht wird. The energy storage manager 51 has the ability to determine the state of charge of any conventional batteries or other energy storage 15 of the vehicle and the energy storage 10, these data being used, inter alia, to limit the performance of the waste heat recovery system 100, e.g. the maximum state of charge of the batteries (energy storage 10, additional energy storage 15, etc.) is achieved.
Zwecks Vorsteuerung bzw. aus Stabilitätsgründen des Bordnetzes 30 bei Hochenergieverbrauchern verfügt der Energiespeichermanager 51 über die Möglichkeit den aktuellen und/oder zukünftigen Bedarf von Nebenverbrauchern zu berücksichtigen. For the purpose of feedforward control or for reasons of stability of the electrical system 30 in the case of high-energy consumers, the energy storage manager 51 has the option of considering the current and / or future requirements of secondary consumers.
Für die direkte elektrische Nutzung verfügt der Energiespeichermanager 51 (oder wahlweise auch der Abwärmerückgewinnungskoordinator 52) über eine Schnittstelle zum Momentenkoordinator 53, über den das Drehmoment der Brennkraftmaschine 110 abgesenkt werden kann, wenn zusätzliche Leistung durch die elektrische Maschine 122 in den Antriebsstrang bzw. in die Kurbelwelle 121 eingekoppelt wird. Abhängig von der Leistungsfähigkeit des Übertragungselements 123 ist dies aus Gründen des Fahrkomforts oder auch aus Sicherheitsgründen erforderlich. For direct electrical use, the energy storage manager 51 (or optionally also the waste heat recovery coordinator 52) has an interface to the torque coordinator 53, via which the torque of the internal combustion engine 110 can be lowered, if additional power through the electric machine 122 in the drive train or in the Crankshaft 121 is coupled. Depending on the performance of the transmission element 123, this is necessary for reasons of ride comfort or for safety reasons.
In einer erweiterten Ausführung verfügt das Steuergerät 50 über Prädiktionsfunktionen, welche ausgehend vom aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 110 die Entwicklung der Abgasabwärme und damit der elektrischen Ausgangsleistung des Abwärmerückgewinnungssystems 100 vorausberechnen. Wie oben beschrieben können derartige Informationen dem Energiespeichermanager 51 zwecks Energieflussoptimierung zur Verfügung gestellt werden. Befindet sich die Brennkraftmaschine 110 beispielsweise in einem hochlastigen Betriebspunkt, so ist abzusehen, dass die zur Verfügung stehende Abwärmeleistung ansteigen wird. Diese Information kann im Energiespeichermanager 51 gezielt dazu genutzt werden, um vorausschauend den Ladezustand des Energiespeichers 10 abzusenken und Kapazität für die folgende thermische Leistungsspitze vorzuhalten. Durch die gemeinsame Steuerungslogik des Hybridsystems 1 über die oben beschriebenen Bestandteile des Steuergeräts 50 ergeben sich folgende Vorteile: In an expanded embodiment, the control unit 50 has prediction functions which, starting from the current operating point of the internal combustion engine 110, predict the development of the exhaust heat and thus of the electrical output of the waste heat recovery system 100. As described above, such information may be provided to the energy storage manager 51 for energy flow optimization. For example, if the internal combustion engine 110 is in a high-load operating point, it is foreseeable that the available waste heat output will increase. This information can be used specifically in the energy storage manager 51 in order to lower the charge state of the energy store 10 in a forward-looking manner and to provide capacity for the following thermal peak. The common control logic of the hybrid system 1 via the above-described components of the control unit 50 has the following advantages:
Erst durch die gemeinsame Steuerungslogik wird ein bedarfsgerechter Wechsel zwischen direkter und indirekter elektrischer Nutzung der Leistung aus dem Abwärmerückgewinnungssystem 100 möglich. Dadurch kann, abhängig vom Energiebedarf des elektrischen Bordnetzes 30 bzw. des Fahrzeugs, die Leistung des Abwärmerückgewinnungssystems 100 entweder für den Antriebsstrang - also für die Kurbelwelle 121 - oder für die Nebenverbraucher bzw. für das Bordnetz 30 genutzt werden oder in dem Energiespeicher 10 zwischengespeichert werden, was die Energieeffizienz des Abwärmerückgewinnungssystems 100 erhöht und damit den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs reduziert. Only by the common control logic is a demand-driven change between direct and indirect electrical use of the power from the waste heat recovery system 100 possible. As a result, depending on the energy requirement of the electrical system 30 or of the vehicle, the power of the waste heat recovery system 100 can either be used for the drive train - ie for the crankshaft 121 - or for the auxiliary consumers or for the electrical system 30 or be temporarily stored in the energy store 10 , which increases the energy efficiency of the waste heat recovery system 100 and thus reduces the fuel consumption of the vehicle.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus den unterschiedlichen Dynamiken von Rekuperati- onssystem 120 und Abwärmerückgewinnungssystem 100. Während die Leistung der elektrischen Maschine 122 des Rekuperationssystems 120 schnell variieren kann, hat das Abwärmerückgewinnungssystem 100 eine hohe thermische Trägheit, wodurch die abgegebene elektrische Leistung des Generators 106 über längere Zeit vergleichsweise konstant ist. Der Gesamtleistungsbedarf für die direkte und indirekte Nutzung bzw. zum Laden des Energiespeichers 10 kann somit in einen Grund- und einen Spitzenlastanteil zerlegt werden, wobei nur noch letzterer durch die elektrische Maschine 122 oder einen weiteren Generator bzw. einen weiteren Energiespeicher 15 abgedeckt werden muss. Zum einen ermöglicht dies eine Optimierung der Wirkungsgradketten der Energieerzeugung, zum anderen kann die elektrische Maschine 122 und/oder der weitere Generator kleiner dimensioniert werden, was wiederum Kosten und Gewicht spart.  Another advantage derives from the different dynamics of recuperation system 120 and waste heat recovery system 100. While the power of electric machine 122 of recuperation system 120 may vary rapidly, waste heat recovery system 100 has high thermal inertia, thereby increasing the output electrical power of generator 106 for a relatively long time is comparatively constant. The total power requirement for direct and indirect use or for charging the energy storage device 10 can thus be broken down into a basic and a peak load component, with only the latter still having to be covered by the electric machine 122 or a further generator or a further energy store 15. On the one hand, this makes it possible to optimize the efficiency chains of the power generation, on the other hand, the electric machine 122 and / or the further generator can be made smaller, which in turn saves costs and weight.
Weiterhin eröffnet sich die Möglichkeit durch prädiktive Funktionen die verhältnismäßig dynamische elektrische Energiebilanz des Rekuperationssystems 120 sowie die verhältnismäßig träge verfügbare thermische Energie des Abwärmerückgewinnungssystems 100 in die Zukunft zu extrapolieren und im Energiemanagement zu berücksichtigen. Beispielweise ist zu Beginn von Volllastphasen der Brennkraftmaschine 110 eine Erhöhung der Abgasabwärme im Bereich einiger Minuten in die Zukunft abzusehen. Wird in solchen Situationen der Ladezustand des Energiespeichers 10 gesenkt, steht mehr Speicherkapazität zum Speichern der folgenden thermischen Leistungsspitze zur Verfügung. Nutzt man innerhalb der gemeinsamen Steuerungslogik also auch die Prädiktionsfunktionen zur Vorhersage der Betriebspunkte von Brennkraftmaschine 110 und Abwärmerückgewinnungssystem 100, so lässt sich die elektrische Energieproduktion und der Bedarf (speziell die indirekte Nutzung) auch über längere Zeiträume besser anpassen, was eine weitere Erhöhung der Effizienz zur Folge hat und damit eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs ermöglicht. Furthermore, the possibility of extrapolating the relatively dynamic electrical energy balance of the recuperation system 120 as well as the relatively slow available thermal energy of the waste heat recovery system 100 into the future through predictive functions opens up and can be taken into account in energy management. For example, at the beginning of full-load phases of the internal combustion engine 110, an increase in the exhaust gas heat in the range of a few minutes into the future is foreseeable. In such situations, when the state of charge of the energy storage device 10 is lowered, more storage capacity is available for storing the following thermal peak power. Within the common control logic, therefore, one also uses the prediction functions for the prediction of the operating points of internal combustion engine 110 and waste heat recovery system 100, electrical power production and demand (especially indirect use) can be better adjusted over extended periods of time, resulting in a further increase in efficiency, thereby enabling a reduction in fuel consumption.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Hybridsystem (1) für eine Brennkraftmaschine (110), insbesondere für eine Brennkraftmaschine (110) eines Fahrzeugs, wobei das Hybridsystem (1) ein Abwärmerückgewinnungssystem (100) und ein Rekuperationssystem (120) umfasst, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem (100) einen ein Arbeitsmedium führenden Clausius-Rankine-Kreislauf (100a) mit einer Expansionsmaschine (104) aufweist, wobei die Expansionsmaschine (104) mechanisch mit einem Generator (106) verbunden ist, wobei das Rekuperationssystem (120) eine elektrische Maschine (122) aufweist, wobei die elektrische Maschine (122) mittels eines Übertragungselements (123) mit einem Abtrieb (121) der Brennkraftmaschine (110) verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (106) und die elektrische Maschine (122) elektrisch mit einem gemeinsamen Energiespeicher (10), vorzugsweise einer 48V-Batterie, verbunden sind. A hybrid system (1) for an internal combustion engine (110), in particular for an internal combustion engine (110) of a vehicle, the hybrid system (1) comprising a waste heat recovery system (100) and a recuperation system (120), wherein the waste heat recovery system (100) includes a Working medium leading Clausius-Rankine cycle (100a) with an expansion machine (104), wherein the expansion machine (104) is mechanically connected to a generator (106), wherein the Rekuperationssystem (120) comprises an electric machine (122), wherein the electric machine (122) can be connected to an output (121) of the internal combustion engine (110) by means of a transmission element (123), characterized in that the generator (106) and the electric machine (122) are electrically connected to a common energy store (10), preferably a 48V battery connected.
2. Hybridsystem (1) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Abwärmerückgewinnungssystem (100) und das Rekuperationssystem (120) eine gemeinsame Steuerungslogik aufweisen. 2. hybrid system (1) according to claim 1, characterized in that the waste heat recovery system (100) and the Rekuperationssystem (120) have a common control logic.
3. Hybridsystem (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass kommunizierende Steuergeräte, vorzugsweise ein gemeinsames Steuergerät (50), das Abwärmerückgewinnungssystem (100) und das Rekuperationssystem (120) mittels der gemeinsamen Steuerungslogik regeln. 3. hybrid system (1) according to claim 2, characterized in that communicating control units, preferably a common control unit (50), the waste heat recovery system (100) and the Rekuperationssystem (120) by means of the common control logic regulate.
4. Hybridsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (122) bezüglich der Brennkraftmaschine (110) sowohl als Generator als auch als Motor betreibbar ist. 4. hybrid system (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electric machine (122) with respect to the internal combustion engine (110) is operable both as a generator and as a motor.
5. Hybridsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (10) als Zwischenpuffer dient, um eine Energieflussoptimierung zwischen dem Abwärmerückgewinnungssystem (100) und dem Rekuperationssystem (120) zu ermöglichen. 5. hybrid system (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the energy store (10) serves as an intermediate buffer to enable energy flow optimization between the waste heat recovery system (100) and the Rekuperationssystem (120).
6. Hybridsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (103) weiterhin in einer Abgasleitung (111) der Brennkraftmaschine (110) angeordnet ist. 6. hybrid system (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the evaporator (103) is further arranged in an exhaust pipe (111) of the internal combustion engine (110).
7. Hybridsystem (1) nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasleitung (111) parallel zu dem Verdampfer (103) ein Abgasbypass (113) geschaltet ist, wobei eine Abgasbypassklappe (114) den Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine (110) in den Verdampfer (103) und in den Abgasbypass (113) aufteilt. 7. hybrid system (1) according to claim 6, characterized in that in the exhaust pipe (111) parallel to the evaporator (103) an exhaust gas bypass (113) is connected, wherein an exhaust gas bypass valve (114) the exhaust gas mass flow of the internal combustion engine (110) in the evaporator (103) and into the exhaust gas bypass (113) divides.
8. Fahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (110) mit einem Hybridsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7. 8. Vehicle with an internal combustion engine (110) with a hybrid system (1) according to one of claims 1 to 7.
9. Fahrzeug nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (10) mit weiteren Verbrauchern des Fahrzeugs elektrisch verbunden ist, beispielsweise mit einem Bordnetz (30). 9. Vehicle according to claim 8, characterized in that the energy store (10) is electrically connected to further consumers of the vehicle, for example with an electrical system (30).
10. Verfahren zur Steuerung eines Hybridsystems (1) für eine Brennkraftmaschine (110) eines Fahrzeugs, wobei das Hybridsystem (1) ein Abwärmerückgewinnungssystem (100) und ein Rekuperationssystem (120) umfasst, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem (100) einen ein Arbeitsmedium führenden Clausius- Rankine-Kreislauf (100a) mit einer Expansionsmaschine (104) aufweist, wobei die Expansionsmaschine (104) mechanisch mit einem Generator (106) verbunden ist, wobei das Rekuperationssystem (120) eine elektrische Maschine (122) aufweist, wobei die elektrische Maschine (122) mittels eines Übertragungselements (123) mit einem Abtrieb (121) der Brennkraftmaschine (110) verbindbar ist, wobei der Generator (106) und die elektrische Maschine (122) elektrisch mit einem gemeinsamen Energiespeicher (10) verbunden sind, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem (100) und das Rekuperationssystem (120) eine gemeinsame Steuerungslogik aufweisen, 10. A method for controlling a hybrid system for an internal combustion engine of a vehicle, wherein the hybrid system comprises a waste heat recovery system and a recuperation system, wherein the waste heat recovery system determines a work cycle leading to a combustion medium. Rankine cycle (100a) with an expansion machine (104), wherein the expansion machine (104) is mechanically connected to a generator (106), wherein the Rekuperationssystem (120) comprises an electric machine (122), wherein the electric machine (122 ) by means of a transmission element (123) with an output (121) of the internal combustion engine (110) is connectable, wherein the generator (106) and the electric machine (122) are electrically connected to a common energy store (10), wherein the waste heat recovery system (100 ) and the recuperation system (120) have a common control logic,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungslogik eine Energieflussoptimierung zwischen dem Abwärmerückgewinnungssystem (100), dem Rekuperationssystem (120) und einem Energiebedarf des Fahrzeugs durchführt.  characterized in that the control logic performs energy flow optimization between the waste heat recovery system (100), the recuperation system (120) and an energy demand of the vehicle.
11. Verfahren zur Steuerung eines Hybridsystems (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungslogik einen Ladezustand des Energiespeichers (10), einen Energiebedarf des Fahrzeugs, insbesondere von Nebenverbrauchern, und ein Energieangebot des Hybridsystems (1) ermittelt. 11. A method for controlling a hybrid system (1) according to claim 10, characterized in that the control logic a state of charge of the energy storage (10), an energy demand of the vehicle, in particular of secondary consumers, and determines an energy supply of the hybrid system (1).
12. Verfahren zur Steuerung eines Hybridsystems (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungslogik eine maximal erlaubte Ausgangsleistung des Generators (106) in Abhängigkeit des Ladezustands, des Energiebedarfs und des Energieangebots ermittelt. 12. A method for controlling a hybrid system (1) according to claim 11, characterized in that the control logic determines a maximum allowable output power of the generator (106) as a function of the state of charge, the energy demand and the energy supply.
13. Verfahren zur Steuerung eines Hybridsystems (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungslogik zur Ermittlung der Änderung des Ladezustands den zukünftigen Energiebedarf des Fahrzeugs berücksichtigt, wobei die Steuerungslogik den Betrieb der Nebenverbraucher steuern bzw. regeln kann. 13. A method for controlling a hybrid system (1) according to claim 11 or 12, characterized in that the control logic for determining the change in state of charge takes into account the future energy needs of the vehicle, wherein the control logic can control the operation of the auxiliary consumers or regulate.
14. Verfahren zur Steuerung eines Hybridsystems (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungslogik die Entwicklung der Abwärme der Brennkraftmaschine (110) und die Entwicklung des Energiebedarfs der Nebenverbraucher prädiziert. 14. A method for controlling a hybrid system (1) according to any one of claims 11 to 13, characterized in that the control logic predicts the development of the waste heat of the internal combustion engine (110) and the development of the energy consumption of the secondary consumers.
15. Verfahren zur Steuerung eines Hybridsystems (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem (100) eine parallel zur Expansionsmaschine (104) geschaltete Bypassleitung (108a) aufweist, wobei ein By- passventil (108) den Massenstrom des Arbeitsmediums in die Expansionsmaschine (104) und in die Bypassleitung (108a) aufteilt, 15. A method of controlling a hybrid system according to claim 12, wherein the waste heat recovery system comprises a bypass line connected in parallel with the expansion machine, wherein a bypass valve controls the mass flow of the working medium into the expansion machine (104) and into the bypass line (108a),
dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungslogik bei Überschreitung der maximal erlaubten Ausgangsleistung das Bypassventil (108) so ansteuert, dass der Massenstrom des Arbeitsmediums in die Expansionsmaschine (104) verringert wird.  characterized in that the control logic when exceeding the maximum allowable output power, the bypass valve (108) controls so that the mass flow of the working medium is reduced in the expansion machine (104).
16. Verfahren zur Steuerung eines Hybridsystems (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Abwärmerückgewinnungssystem (100) einen parallel zum Verdampfer (103) geschalteten Abgasbypass (113) aufweist, wobei eine Abgasby- passklappe (114) den Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine (110) in den Verdampfer (103) und in den Abgasbypass (113) aufteilt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungslogik bei Überschreitung der maximal erlaubten Ausgangsleistung die Abgasbypassklappe (114) so ansteuert, dass der Abgasmassenstrom in den Verdampfer (103) verringert wird. 16. A method for controlling a hybrid system according to claim 12, wherein the waste heat recovery system comprises an exhaust bypass connected in parallel with the evaporator, wherein an exhaust by-pass valve covers the exhaust gas mass flow of the internal combustion engine (110) into the evaporator (103) and into the exhaust gas bypass (113), characterized in that the control logic when exceeding the maximum allowable output power, the exhaust gas bypass valve (114) controls so that the exhaust gas mass flow into the evaporator (103) is reduced.
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