DE102010021044B4 - Mildhybrid-Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Mildhybrid-Fahrzeug (1) mit einem Verbrennungsmotor (2) zum Antreiben einer ersten Fahrzeugachse (3) und mindestens einer elektrischen Maschine (5) zum Antreiben einer zweiten Fahrzeugachse (6) im Motorbetrieb sowie zum Rückgewinnen von Energie im Generatorbetrieb über diese Fahrzeugachse (6), wobei dem Verbrennungsmotor (2) eine herkömmliche Peripherie mit Niedervolt-Batterie (9), Generator (11), Starter (12) und Bordnetz (10) zugeordnet ist und die elektrische Maschine (5) sowie deren Peripherie unabhängig von dem Verbrennungsmotor (2) und dessen Peripherie für den Antrieb und Rekuperationsbetrieb konzipiert sind, wobei der Peripherie der elektrischen Maschine (5) eine Hochvolt-Batterie (15) und ein Pulswechselrichter (16) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Peripherie des Verbrennungsmotors (2) ein Klimakompressor (13) und ein Speicherverdampfer (14) zugeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Mildhybrid-Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor zum Antreiben einer ersten Fahrzeugachse und mindestens einer elektrischen Maschine zum Antreiben einer zweiten Fahrzeugachse im Motorbetrieb sowie zum Rückgewinnen von Energie im Generatorbetrieb über diese Fahrzeugachse.
  • Bei einem Mildhybrid-Fahrzeug unterstützt die elektrische Maschine im Motorbetrieb den Verbrennungsmotor zur Leistungssteigerung und zur Verbrauchsreduzierung. Bremsenergie kann im Generatorbetrieb der elektrischen Maschine teilweise wiedergewonnen werden. Im Gegensatz hierzu ist ein Vollhybrid-Fahrzeug mit einer wesentlich höheren elektromotorischen Leistung in der Lage, auch rein elektromotorisch zu fahren, einschließlich des Anfahrens und Beschleunigens.
  • Der Vorteil eines Mildhybrid-Fahrzeuges ist darin zu sehen, dass mit relativ wenig Aufwand in vorhandene Fahrzeugkonzepte diese Antriebsart integriert werden kann. Für Vollhybrid-Fahrzeuge ist demgegenüber wesentlich mehr Entwicklungsaufwand und höhere Anzahl an Komponenten erforderlich. Insbesondere erfordert ein Vollhybrid-Antrieb recht hohe Energiespeicherkapazitäten. Das hiermit einhergehende höhere Gewicht der Hochvolt-Batterie verringert den Nutzen des Vollhybridantriebs. Es wird versucht, dies durch Einsparungsmöglichkeiten an anderer Stelle, z. B. durch ein vereinfachtes Getriebe, Entfallen der Lichtmaschine und des Anlassers teilweise zu kompensieren.
  • Ein Mildhybrid-Fahrzeug, das die Merkmale des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 aufweist, ist für den Fachmann der EP 1 571 751 A1 zu entnehmen.
  • In der DE 10 2005 024 411 A1 ist eine Antriebsanordnung für ein Kraftfahrzeug beschrieben, mit einer Brennkraftmaschine, die trieblich mit einem Generator und eine Elektromotor verbunden ist. Der Elektromotor ist trieblich mit mindestens einem Nebenaggregat verbunden. Bei diesem handelt es sich insbesondere um einen Klimakompressor. Das Nebenaggregat kann in bestimmten Lastfällen der Brennmaschine antriebsmäßig von dieser abgekoppelt werden, wobei der weitere Antrieb dann durch den Elektromotor erfolgt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Mildhybrid-Fahrzeug zu schaffen, das sich durch eine besonders einfache und kostengünstige Konzeption sowie ein vorteilhaftes Klimatisierungskonzept auszeichnet.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch ein Mildhybridfahrzeug der eingangs genannten Art, bei dem dem Verbrennungsmotor eine herkömmliche Peripherie mit Niedervolt-Batterie, Generator, Starter und Bordnetz zugeordnet ist und die elektrische Maschine sowie deren Peripherie unabhängig von dem Verbrennungsmotor und dessen Peripherie konzipiert sind, wobei der Peripherie der elektrischen Maschine eine Hochvolt-Batterie und ein Pulswechselrichter zugeordnet sind, wobei der Peripherie des Verbrennungsmotors ein Klimakompressor und ein Speicherverdampfer zugeordnet ist.
  • Das erfindungsgemäße Mildhybrid-Fahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass das Fahrzeug gegenüber einem herkömmlichen Fahrzeug, das ausschließlich mittels eines Verbrennungsmotors angetrieben wird, unverändert bzw. nahezu unverändert ist.
  • Demzufolge ist dem erfindungsgemäßen Mildhybrid-Fahrzeug bezüglich des Verbrennungsmotors die herkömmliche Peripherie eines ausschließlich mittels des Verbrennungsmotors antreibbaren Fahrzeuges zugeordnet, nämlich die Niedervolt-Batterie, der Generator, der Starter und das Bordnetz. Die mindestens eine elektrische Maschine zum Antreiben der zweiten Achse im Motorbetrieb sowie zum Rückgewinnen von Energie im Generatorbetrieb über diese Fahrzeugachse ist hingegen unabhängig zum Verbrennungsmotor konzipiert. Zur Bildung des Mildhybrid-Fahrzeuges ist es demnach nur erforderlich, ein herkömmliches, mittels des Verbrennungsmotors antreibbares Fahrzeug, ohne Änderung der grundsätzlichen Konzeption dieses Fahrzeuges, um die mindestens eine elektrische Maschine und deren Peripherie zu ergänzen. Bei dieser Peripherie handelt es sich um die Hochvolt-Batterie, den Pulswechselrichter sowie die notwendige Verkabelung und Mildhybrid-Steuerungssoftware.
  • Bei der Niedervolt-Batterie handelt es sich insbesondere um eine Standard 12V-Batterie, bei einem Generator um einen 12V-Generator und beim Bordnetz um ein 12V-Bordnetz.
  • Die Hochvolt-Batterie besitzt insbesondere eine Spannung, die größer ist als 60V. Der Pulswechselrichter ist insbesondere als einfachinverter Pulswechselrichter ausgebildet. Dabei kann der Pulswechselrichter auch die Mildhybrid-Steuerungssoftware umfassen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Mildhybrid-Fahrzeug wird demzufolge die eine Achse verbrennungsmotorisch angetrieben und die zweite Achse elektromotorisch angetrieben, insbesondere mit einer Leistung von mehr als 10 kW, beispielsweise mit einer Leistung von 20 kW. Der Verbrennungsmotor für die eine Achse ist in herkömmlicher Weise ausgebildet und weist den Generator, auch als Lichtmaschine bezeichnet, und den Starter für den Verbrennungsmotor samt zugeordnetem 12V-Bordnetz auf. Die andere Achse weist entweder eine einzelne Elektromaschine auf, um die Räder dieser Achse über ein Differential anzutreiben oder es sind zwei getrennte Elektromaschinen zum Antrieb eines jeweiligen Rades vorgesehen. Die Elektromaschine bzw. die Elektromaschinen werden über den Pulswechselrichter aus der Hochvolt-Batterie, auch als Traktionsbatterie bezeichnet, mit Strom versorgt (motorischer Betrieb) bzw. Laden diese Batterie, wenn das Mildhybrid-Fahrzeug fährt (generatorischer Betrieb). Ein DC/DC-Wandler ist nicht vorhanden bzw. erforderlich, da das 12V-Bordnetz und eine eigene 12V-Batterie erhalten bleiben. Damit wird, neben den üblichen Mildhybrid-Funktionen, zusätzlich ein zeitweiser Allradantrieb des Mildhybrid-Fahrzeugs möglich.
  • Der Klimakompressor des Mildhybrid-Fahrzeugs wird in herkömmlicher Weise vom Verbrennungsmotor angetrieben, zur Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums. Während bei einem Vollhybrid-Fahrzeug aufwändige Maßnahmen zur Kühlung der Hochvolt-Batterie erforderlich sind, ist dies bei dem Mildhybrid-Fahrzeug nicht erforderlich. Es reicht aus, wenn der Peripherie der elektrischen Maschine eine Luft-Kühleinrichtung für die Hochvoltbatterie zugeordnet ist. Alternativ kann die Hochvoltbatterie eine Flüssigkühlung aufweisen.
  • Die beschriebene Ausbildung des Mildhybrid-Fahrzeugs verdeutlicht dessen sehr einfaches und damit kostengünstiges Konzept aufgrund der Unabhängigkeit von Verbrennungsmotor und dessen Peripherie von der elektrischen Maschine und deren Peripherie. Insbesondere ist keine funktionelle Verbindung zwischen Verbrennungsmotor und dessen Peripherie mit der elektrischen Maschine und deren Peripherie erforderlich, beispielsweise keine Leitungen zu und von der Hochvolt-Batterie innerhalb des Fahrzeugs von hinten nach vorne und umgekehrt zu verlegen bzw. Kühlleitungen für die Hochvoltbatterie im Fahrzeug zu verlegen bzw. ein Kühlsystem der Hochvoltbatterie in das Kühlsystem des Verbrennungsmotors zu integrieren.
  • Der Klimakompressor des Mildhybrid-Fahrzeugs, der insbesondere als mechanischer Klimakompressor ausgebildet ist und vom Verbrennungsmotor angetrieben wird, wird zusätzlich zur Kühlung der Hochvolt-Batterie über die Klimaanlage verwendet. In jedem Fall ist beim Stillstand des Verbrennungsmotors keine Klimaleistung durch den Klimakompressor verfügbar. Deshalb ist zusätzlich der Speicherverdampfer vorgesehen, zur Aufrechterhaltung der Klimatisierung des Innenraumes und/oder zur Kühlung der Hochvolt-Batterie. Bei zu starker Temperaturerhöhung im Innenraum bzw. in der Hochvolt-Batterie wird der Verbrennungsmotor wieder gestartet.
  • Das erfindungsgemäße Mildhybrid-Fahrzeug benötigt somit auch keinen Riemenstartergenerator, wie er bei Vollhybrid-Fahrzeugen in aller Regel zur Anwendung kommt.
  • Über die eine Achse und die im Generatorbetrieb befindliche elektrische Maschine erfolgt die Rekuperation und das Laden der Hochvolt-Batterie und über die im Motorbetrieb befindliche Maschine das Boosten der der elektrischen Maschine zugeordneten Fahrzeugachse.
  • Die elektrische Maschine ist längs oder quer angeordnet und insbesondere in einem Gehäuse gelagert, das der Aufnahme von elektrischen Antrieben unterschiedlicher Baugröße dient. Eine Leistungssteigerung der elektrischen Maschine ist auch über eine Spannungserhöhung aus der der Hochvolt-Batterie möglich. Durch diesen modularen Ansatz lässt sich eine baulich besonders einfache und kostengünstige Variante verwirklichen. Je nach maximalem Leistungsbedarf wird eine entsprechend leistungsmäßig dimensionierte elektrische Maschine verwendet. Demzufolge kann das erfindungsgemäße Konzept bei den unterschiedlichsten Mildhybrid-Fahrzeugen verwendet werden.
  • Es ist insbesondere vorgesehen, dass die erste Fahrzeugachse die Hinterachse und die zweite Fahrzeugachse die Vorderachse des Fahrzeugs ist. Der Verbrennungsmotor ist im Bereich der Hinterachse angeordnet und die mindestens eine elektrische Maschine im Bereich der Vorderachse des Fahrzeugs. Veränderungen des Fahrzeugs gegenüber der herkömmlichen Ausführung mit dem im Bereich der Hinterachse angeordneten Verbrennungsmotor beziehen sich demzufolge fast ausschließlich auf den vorderen Bereich des Fahrzeugs, somit den Bereich, der der Vorderachse zugeordnet ist. Eine analoge Anwendung ergibt sich, wenn der Verbrennungsmotor im Bereich der Vorderachse angeordnet ist und die mindestens eine elektrische Maschine im Bereich der Hinterachse des Fahrzeugs.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Bezeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels, ohne auf dieses beschränkt zu sein.
  • Es zeigt in schematischer Darstellung:
    • 1 das Mildhybridfahrzeug mit Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine sowie dazugehörigen Peripherien.
  • Das Mildhybrid-Fahrzeug 1, das als Personenkraftwagen ausgebildet ist, weist einen im Heckbereich des Fahrzeugs angeordneten Verbrennungsmotor 2 zum Antrieb einer Hinterachse 3 und damit zwei hinteren Rädern 4 auf, ferner eine elektrische Maschine 5 auf, die im vorderen Bereich des Fahrzeugs angeordnet ist, zum Antreiben einer vorderen Achse 6 und mit dieser verbundenen beiden Rädern 7.
  • Mit der Bezugsziffer 8 ist ein mit dem Verbrennungsmotor 3 zusammenwirkendes Getriebe bezeichnet. Aus Gewichtsgründen ist im vorderen Bereich des Fahrzeuges eine Standard 12V-Batterie 9 angeordnet. Mit der Bezugsziffer 10 ist das 12V-Bordnetz des Fahrzeugs bezeichnet. Im Heckbereich, somit im Bereich des Verbrennungsmotors 2, wirkt mit diesem zusammen und sind dort angeordnet eine Serien 12V-Lichtmaschine, d. h. ein normaler 12V-Generator 11, ein Starter 12 zum Starten des Verbrennungsmotors 2, wobei es sich bei diesem Starter beispielsweise um einen Ritzelstarter handelt, ferner ein üblicher mechanischer Klimakompressor 13. Generator 11 und Klimakompressor 13 werden somit vom Verbrennungsmotor 2 angetrieben. Durch Anlegen einer Spannung an den Starter 12 wird der Verbrennungsmotor 2 gestartet. Zusätzlich ist dem Verbrennungsmotor 2 ein Speicherverdampfer 14 zugeordnet.
  • Im vorderen Bereich des Fahrzeugs ist eine Hochvolt-Batterie 15, beispielsweise eine solche mit einer Spannung von 60V angeordnet, ferner ein einfachinverter Pulswechselrichter 16. Die elektrische Maschine 5 ist in Längsrichtung des Fahrzeugs angeordnet und in einem nicht näher veranschaulichten Gehäuse gelagert, das der Aufnahme von elektrischen Maschinen 5 unterschiedlicher Baugröße dient. Somit ist ein modularer Ansatz möglich, d. h. es ist beim konkreten Mildhybrid-Fahrzeug ein hierauf abgestimmter elektrischer Antrieb im Gehäuse gelagert. Beispielsweise beträgt die Leistung der elektrischen Maschine 20 kW. Die Hochvolt-Batterie 15 hat beispielsweise eine Leistung von 20 kW. Gekühlt wird die Hochvoltbatterie 15 mittels einer Luftkühlung, d. h. durch ein Gebläse und/oder durch Anströmung der Hochvoltbatterie beim Fahren.
  • Die beschriebene Ausführungsform benötigt keine Änderungen am Verbrennungsmotor 2 und dem Getriebe 8. Die elektrische Maschine 5 und deren beschriebene Peripherie ist unabhängig von dem Verbrennungsmotor 2 und dessen beschriebener Peripherie. Insbesondere ist im Zusammenhang mit der elektrischen Maschine kein DC/DC-Wandler erforderlich. Im Bedarfsfall erfolgt der Standard-Motorstart mit Versorgung des 12V-Bordnetzes und Standklimatisierung. Start-Stoppfunktionen des Verbrennungsmotors sind unverändert, entsprechend denjenigen bei einem rein mittels eines Verbrennungsmotors antreibbaren Fahrzeug. Es ist kein elektrischer Klimakompressor oder ein Riemenstartergenerator erforderlich. Die Rekuperation erfolgt über die Vorderachse und damit das Laden der Hochvolt-Batterie, Boosten erfolgt durch die elektrische Maschine über die Vorderachse.

Claims (9)

  1. Mildhybrid-Fahrzeug (1) mit einem Verbrennungsmotor (2) zum Antreiben einer ersten Fahrzeugachse (3) und mindestens einer elektrischen Maschine (5) zum Antreiben einer zweiten Fahrzeugachse (6) im Motorbetrieb sowie zum Rückgewinnen von Energie im Generatorbetrieb über diese Fahrzeugachse (6), wobei dem Verbrennungsmotor (2) eine herkömmliche Peripherie mit Niedervolt-Batterie (9), Generator (11), Starter (12) und Bordnetz (10) zugeordnet ist und die elektrische Maschine (5) sowie deren Peripherie unabhängig von dem Verbrennungsmotor (2) und dessen Peripherie für den Antrieb und Rekuperationsbetrieb konzipiert sind, wobei der Peripherie der elektrischen Maschine (5) eine Hochvolt-Batterie (15) und ein Pulswechselrichter (16) zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Peripherie des Verbrennungsmotors (2) ein Klimakompressor (13) und ein Speicherverdampfer (14) zugeordnet ist.
  2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niedervolt-Batterie (9) eine 12V-Batterie, der Generator (11) ein 12V-Generator und das Bordnetz (10) ein 12V-Bordnetz ist.
  3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Peripherie des Verbrennungsmotors (2) ein mechanischer Klimakompressor zugeordnet ist.
  4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvolt-Batterie (15) eine Spannung von mindestens 60V aufweist.
  5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulswechselrichter (16) als einfachinverter Pulswechselrichter ausgebildet ist.
  6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (5) längs oder quer angeordnet und in einem Gehäuse gelagert ist, das zur Aufnahme der elektrischen Maschinen (5) unterschiedlicher Baugröße geeignet ist.
  7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Peripherie der elektrischen Maschine (5) eine Luftkühleinrichtung für die Hochvolt-Batterie (15) zugeordnet ist.
  8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Achse (6) eine einzelne elektrische Maschine (5) zum Antreiben von Rädern (7) dieser Achse (6) über ein Differential aufweist, oder zwei getrennte elektrische Maschinen zum Antreiben eines jeweiligen Rades.
  9. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fahrzeugachse (3) die Hinterachse und die zweite Fahrzeugachse (6) die Vorderachse des Fahrzeugs (1) ist.
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