DE102011108902A1

DE102011108902A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102011108902A1
Application number: DE102011108902A
Authority: DE
Inventors: William R. Cawthorne; Jy-Jen F. Sah
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2011-07-29
Publication date: 2012-02-09
Anticipated expiration: 2031-07-30
Also published as: CN102400829A; US8395278B2; US20120032506A1; CN102400829B; DE102011108902B4

Abstract

Ein Startsystem für eine Brennkraftmaschine umfasst einen Startermotor, der zum Übertragen von Drehmoment an die Kraftmaschine während eines Kraftmaschinenstartereignisses ausgestaltet ist, einen Niederspannungs-Leistungsbus, der ein erstes Bussegment und ein zweites Bussegment enthält, eine steuerbare Isolationsschaltung, die einen ersten Zustand, bei dem das erste und zweite Bussegment elektrisch gekoppelt sind, und einen zweiten Zustand, bei dem das erste und zweite Bussegment elektrisch isoliert sind, umfasst, eine Niederspannungsbatterie und den Startermotor, die mit dem ersten Bussegment elektrisch gekoppelt sind, ein Zubehörleistungsmodul und eine Stromversorgung für ein Steuermodul, welche mit dem zweiten Bussegment elektrisch gekoppelt sind; und wobei das Steuermodul ausgestaltet ist, um die Isolationsschaltung in den zweiten Zustand zu steuern, um das erste Bussegment vom zweiten Bussegment während des Kraftmaschinenstartereignisses elektrisch zu isolieren.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft Startsysteme für Brennkraftmaschinen.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit und bilden möglicherweise nicht den Stand der Technik.
Elektrische Fahrzeugsysteme enthalten elektrische Maschinen, z. B. Motoren und Zubehörantriebseinrichtungen, welche elektrische Leistung von Energiespeichereinrichtungen, z. B. Batterien, empfangen und werden von Signalen gesteuert, die von Steuermodulen und anderen Steuereinrichtungen und Logikschaltungen stammen. Eine elektrische Schaltung enthält einen elektrisch betriebenen Startermotor, der eine Brennkraftmaschine dreht, wenn er mit einem Zündschalter aktiviert wird. Steuermodule werden elektrisch betrieben und funktionieren so, dass sie nur dann wie beabsichtigt arbeiten, wenn die elektrische Leistung größer als eine minimale Betriebsspannung für integrierte Schaltungen und andere Komponenten derselben ist, z. B. 5 V DC.
Bei einem Kraftmaschinenstartereignis kann eine Leistungsentnahme durch einen Startermotor bewirken, dass die Batteriespannung und die Systemspannung unter eine minimale Betriebsspannung der integrierten Schaltungen der Steuermodule abfallen, womit sie deren Funktionsfähigkeit beeinträchtigen. Ein bekanntes Verfahren, um eine Systemspannung aufrecht zu erhalten, die größer als eine minimale Betriebsspannung ist, besteht darin, in ein Steuermodul eine elektrische Verstärkungsstromversorgung einzubauen, was zu einer erhöhten Komplexität der Steuermodulschaltung und zu erhöhten zugehörigen Kosten führt.
In einem Hybridfahrzeugsystem, das eine Brennkraftmaschine in Verbindung mit elektrischen Drehmomentmaschinen verwendet, um Antriebsdrehmoment zu erzeugen, kann anstelle einer Lichtmaschine/eines Generators ein Hilfs- oder Zubehörleistungsmodul verwendet werden, um Niederspannungslasten zu unterstützen und eine Niederspannungsbatterie elektrisch zu laden. Das Hilfsleistungsmodul setzt Energie vom Hochspannungs-Hybridbatteriesystem in Niederspannung um, um das Niederspannungssystem zu unterstützen. Eine Spitzenleistungsklassifizierung für ein Hilfsleistungsmodul, das ausgestaltet ist, um elektrische Leistung an einen Startermotor zu liefern, muss ausreichend sein, um den Startermotor über einen weiten Bereich von Umgehungsbedingungen, Kraftmaschinenbetriebsbedingungen und zugehörigen elektrischen Lasten hinweg zu betreiben. Es kann sein, dass ein Hilfsleistungsmodul, das über genügend Kapazität an elektrischer Leistung zum Betreiben eines Startermotors verfügt, nicht kostengünstig ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Startsystem für eine Brennkraftmaschine enthält einen Startermotor, der ausgestaltet ist, um Drehmoment an die Kraftmaschine während eines Kraftmaschinenstartereignisses zu übertragen, einen Niederspannungs-Leistungsbus, der ein erstes Bussegment und ein zweites Bussegment enthält, eine steuerbare Isolationsschaltung, die einen ersten Zustand, bei dem das erste und zweite Bussegment elektrisch gekoppelt sind, und einen zweiten Zustand enthält, bei dem das erste und zweite Bussegment elektrisch isoliert sind, eine Niederspannungsbatterie und den mit dem ersten Bussegment elektrisch gekoppelten Startermotor, ein Zubehörleistungsmodul und eine Stromversorgung für ein Steuermodul, das mit dem zweiten Bussegment elektrisch gekoppelt ist; und das Steuermodul ist ausgestaltet, um die Isolationsschaltung in den zweiten Zustand zu steuern, um das erste Bussegment während des Kraftmaschinenstartereignisses vom zweiten Bussegment elektrisch zu isolieren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun anhand von Beispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine zweidimensionale schematische Zeichnung eines Fahrzeugs ist, welches ein Steuersystem, ein Hybridantriebsstrangsystem und einen Endantrieb gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält; und
2 eine elektrische Schaltung schematisch zeigt, die einen Niederspannungs-Leistungsbus enthält, der ein erstes Bussegment, ein zweites Bussegment und eine Isolationsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält.
GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug nun auf die Zeichnungen, in denen das Gezeigte nur zur Darstellung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zur Beschränkung derselben dient, zeigt 1 auf schematische Weise ein Fahrzeug 10, das ein Steuersystem 100, ein Hybridantriebsstrangsystem 200 und einen Endantrieb 300 enthält. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Elemente in der Beschreibung.
Der Endantrieb 300 kann eine Differenzialgetriebeeinrichtung 310 enthalten, welche mit einer Achse 320 oder einer Halbwelle mechanisch gekoppelt ist, die bei einer Ausführungsform mit einem Rad 330 mechanisch gekoppelt ist. Die Differenzialgetriebeeinrichtung 310 ist mit einem Ausgabeelement 64 des Hybridantriebsstrangsystems 200 gekoppelt und überträgt dazwischen Ausgabeleistung. Der Endantrieb 300 überträgt Antriebsleistung zwischen dem Hybridantriebsstrangsystem 200 und einer Straßenoberfläche.
Das Hybridantriebsstrangsystem 200 enthält eine Brennkraftmaschine 240 und eine oder mehrere Drehmomentmaschinen 230, die mit einem Hybridgetriebe 250 mechanisch gekoppelt sind. In der Kraftmaschine 240 entstehende mechanische Leistung kann an das Ausgabeelement 64 und die Drehmomentmaschine(n) 230 mithilfe eines Eingabeelements 12 und unter Verwendung des Hybridgetriebes 250 übertragen werden. Parameter, die mit einer derartigen Eingabeleistung von der Kraftmaschine 240 verbunden sind, umfassen ein Eingabedrehmoment T_E und eine Eingabedrehzahl N_E. Mechanische Leistung von der bzw. den Drehmomentmaschinen 230 kann unter Verwendung des Hybridgetriebes 250 an das Ausgabeelement 64 und die Kraftmaschine 240 übertragen werden. Parameter, die mit einer derartigen mechanischen Leistungsübertragung verbunden sind, umfassen ein Motordrehmoment T_M und eine Motordrehzahl N_M. Mechanische Leistung kann zwischen dem Hybridgetriebe 250 und dem Endantrieb 300 mithilfe des Ausgabeelements 64 übertragen werden. Parameter, die mit einer derartigen mechanischen Leistungsübertragung verbunden sind, umfassen ein Ausgabedrehmoment T_O und eine Ausgabedrehzahl N_O.
Die Kraftmaschine 240 ist vorzugsweise eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, die selektiv in einer Vielzahl von Zuständen betrieben werden kann, welche einen Zustand mit eingeschalteter Kraftmaschine oder einen Zustand mit ausgeschalteter Kraftmaschine, einen Zustand mit allen Zylindern oder einen Zustand mit Zylinderabschaltung und einen Zustand mit Kraftstoffzufuhr oder einen Zustand mit abgesperrtem Kraftstoff umfassen. Bei einer Ausführungsform kann das Hybridgetriebe 250 durch eine selektive Aktivierung einer oder mehrerer Drehmomentübertragungskupplungen in einem einer Vielzahl von Bereichszuständen betrieben werden, welche Zustände mit fester Übersetzung und Zustände mit einem kontinuierlich variablen Bereich umfassen. Bei einer Ausführungsform ist die Kraftmaschine 240 eine Funkenzündungs-Kraftmaschine, bei der ein Verbrennungszeitpunkt durch Frühverstellen oder Spätverstellen des Funkenzündungszeitpunkts gesteuert wird. Alternativ ist die Kraftmaschine 240 eine Kompressionszündungs-Kraftmaschine, bei welcher der Verbrennungszeitpunkt durch Frühverstellen oder Spätverstellen des Zeitpunkts von Kraftstoffeinspritzereignissen gesteuert wird. Es ist festzustellen, dass die Kraftmaschine 240 ausgestaltet sein kann, um in anderen Verbrennungsmodi zu arbeiten.
Es ist festzustellen, dass das Hybridgetriebe 250 ausgestaltet sein und gesteuert werden kann, um unter Verwendung eines oder mehrerer Differenzialzahnradsätze und einer selektiven Aktivierung einer oder mehrerer Drehmomentübertragungseinrichtungen, bei einer Ausführungsform z. B. Kupplungen, mechanische Leistung hindurch zu übertragen.
Die Drehmomentmaschine(n) 230, die Kraftmaschine 240 und das Hybridgetriebe 250 enthalten jeweils mehrere Erfassungseinrichtungen, um deren Betrieb zu überwachen, welche Drehpositionssensoren, z. B. Resolver, zum Überwachen der Drehposition und der Drehzahl jeder der Drehmomentmaschinen 230 umfassen. Die Drehmomentmaschine(n) 230, die Kraftmaschine 240 und das Hybridgetriebe 250 enthalten mehrere Stellglieder, um deren Betrieb zu steuern. Die Kraftmaschine 240 enthält einen Startermotor (Starter) 245. Der Startermotor 245 ist vorzugsweise ein durch ein Solenoid gesteuerter Niederspannungs-Elektromotor, der ausgestaltet ist, um ein Drehmoment zu erzeugen, um in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal, das aus dem Steuersystem 100 stammt, die Kraftmaschine 240 zu drehen.
Eine Hochspannungs-Energiespeichereinrichtung (HV-Batterie) 210 speichert potenzielle Energie und ist mithilfe eines Hochspannungs-Leistungsbusses 165 und eines oder mehrerer steuerbarer Gleichrichter/Wechselrichter mit einer oder mehreren Drehmomentmaschinen 230 gekoppelt, um Leistung dazwischen zu übertragen. Die Hochspannungs-Energiespeichereinrichtung 210 enthält vorzugsweise eine elektrische Speichereinrichtung, die eine Vielzahl elektrischer Zellen, Ultrakondensatoren und anderer Einrichtungen enthalten kann, die zum Speichern elektrischer Energie im Fahrzeug ausgestaltet sind. Die Drehmomentmaschine(n) 230 enthalten vorzugsweise mehrphasige Elektromotoren/Generatoren, die ausgestaltet sind, um gespeicherte elektrische Energie in mechanische Leistung umzusetzen und um mechanische Leistung in elektrische Energie umzusetzen, die durch die steuerbaren Gleichrichter/Wechselrichter in Ansprechen auf Steuersignale, die aus dem Steuersystem 100 stammen, in der Hochspannungsbatterie 210 gespeichert werden kann. Die Kraftmaschine 240 wandelt Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank gespeichert ist, durch einen Verbrennungsprozess in mechanische Leistung um.
Das Steuersystem 100 enthält ein Steuermodul 120, das mit einer Bedienerschnittstelle 130 signaltechnisch verbunden ist. Das Steuermodul 120 enthält eine elektrische Niederspannungs-Stromversorgung 122, um dieses mit geregelter elektrischer Niederspannungsleistung zu versorgen. Die Bedienerschnittstelle 130 enthält vorzugsweise mehrere Mensch/Maschine-Schnittstelleneinrichtungen, durch welche ein Bediener den Betrieb des Fahrzeugs 10 befiehlt, welche einen Zündschalter, ein Gaspedal, ein Bremspedal und einen Getriebebereichswahlhebel (PRNDL) umfassen. Obwohl das Steuermodul 120 und die Bedienerschnittstelle 130 als diskrete Elemente gezeigt sind, dient eine derartige Darstellung der Erleichterung der Beschreibung. Es ist zu erkennen, dass die Funktionen, die so beschrieben sind, dass sie vom Steuermodul 120 ausgeführt werden, in eine oder mehrere Einrichtungen kombiniert sein können, z. B. in Software, Hardware und/oder anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC) und untergeordnete Schaltungen implementiert sein können, die separat und getrennt vom Steuermodul 120 sein können. Das Steuermodul 120 enthält vorzugsweise einen oder mehrere universelle Digitalcontroller, die jeweils einen Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit, Speichermedien, die Festwertspeicher (ROM), Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen elektrisch programmierbaren Festwertspeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeits-Taktgeber, Analog/Digital (A/D) und Digital/Analog (D/A) Schaltungen und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und Einrichtungen (I/O) und geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen enthalten. Das Steuermodul 120 weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, welche residente Programmanweisungen und Kalibrierungen enthalten, die in einem der Speichermedien gespeichert sind und ausgeführt werden, um jeweilige Funktionen bereitzustellen. Das Steuermodul 120 ist zur Informationsübertragung signaltechnisch mit einem Kommunikationsbus 175 verbunden gezeigt. Es ist festzustellen, dass eine Informationsübertragung an das und vom Steuermodul 120 durch einen oder mehrere Kommunikationspfade erledigt werden kann, welche umfassen, dass eine Direktverbindung verwendet wird, dass ein lokaler Netzwerkbus verwendet wird und dass ein serieller peripherer Schnittstellenbus verwendet wird. Die Algorithmen der Steuerschemata werden bei voreingestellten Schleifenzyklen derart ausgeführt, dass jeder Algorithmus bei jedem Schleifenzyklus mindestens einmal ausgeführt wird. in den nichtflüchtigen Speichereinrichtungen gespeicherte Algorithmen werden von der zentralen Verarbeitungseinheit ausgeführt, um Eingaben von den Erfassungseinrichtungen zu überwachen und um Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um einen Betrieb von Stellgliedern unter Verwendung von Kalibrierungen zu steuern, welche mit Elementen des Hybridantriebsstrangsystems 200 verbunden sind. Schleifenzyklen werden in regelmäßigen Intervallen ausgeführt, z. B. alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während eines fortlaufenden Betriebs des Hybridantriebsstrangs. Alternativ können Algorithmen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Das Steuermodul 120 ist vorzugsweise über den Kommunikationsbus 175 mit individuellen Elementen des Hybridantriebsstrangsystems 200 signaltechnisch und funktional verbunden. Das Steuermodul 120 ist mit den Erfassungseinrichtungen jeder der Drehmomentmaschinen 230, der Kraftmaschine 240 und des Hybridgetriebes 250 signaltechnisch verbunden, um deren Betrieb zu überwachen und Parameterzustände derselben zu ermitteln. Überwachte Zustände der Kraftmaschine 240 umfassen vorzugsweise die Kraftmaschinendrehzahl (N_E), das Kraftmaschinendrehmoment (T_E) oder die Kraftmaschinenbelastung und die Temperatur.
Überwachte Zustände des Hybridgetriebes 250 umfassen vorzugsweise die Drehzahl und den Hydraulikdruck an einer Vielzahl von Orten, aus denen Parameterzustände, welche das Anwenden spezifischer Drehmomentübertragungskupplungen umfassen, ermittelt werden können. Überwachte Zustände der Drehmomentmaschine(n) 230 umfassen vorzugsweise Drehzahlen (N_M) und Leistungsflüsse, z. B. einen elektrischen Stromfluss, aus denen ein Parameterzustand für Motordrehmomente (T_M) ermittelt werden kann, die von der bzw. den Drehmomentmaschinen 230 ausgegeben werden.
Das Steuermodul 120 verbindet die Stellglieder von der bzw. den Drehmomentmaschinen 230, der Kraftmaschine 240 und vom Hybridgetriebe 250 auf funktionale Weise, um deren Betrieb in Übereinstimmung mit ausgeführten Steuerschemata, welche in der Form von Algorithmen und Kalibrierungen gespeichert sind, zu steuern. Die mit der bzw. den Drehmomentmaschinen 230 verbundenen Stellglieder umfassen vorzugsweise den bzw. die steuerbaren Gleichrichter/Wechselrichter. Die mit der Kraftmaschine 240 verbundenen Stellglieder umfassen vorzugsweise den Startermotor 245 und andere Stellglieder, z. B. Kraftstoffeinspritzventile, Luftströmungscontroller, Funkenzündungssysteme und andere bekannte Einrichtungen, die mit dem Steuern des Kraftmaschinenbetriebs einschließlich dem Steuern von Kraftmaschinenzuständen verbunden sind. Die mit dem Hybridgetriebe 250 verbundenen Stellglieder umfassen Solenoideinrichtungen zur Betätigung von Drehmomentübertragungskupplungen, um einen Betrieb in spezifischen Bereichszuständen zu bewirken.
Das Fahrzeug 10 enthält einen Niederspannungs-Leistungsbus 155 zur Übertragung von elektrischer Niederspannungs-DC-Leistung innerhalb des Fahrzeugs 10. Die elektrische Niederspannungs-DC-Leistung weist bei einer Ausführungsform einen Spannungsbereich von 12–14 V DC auf. Der Niederspannungs-Leistungsbus 155 enthält ein erstes Bussegment 155A und ein zweites Bussegment 155B, welche mithilfe einer Isolationsschaltung (ISO-Schalt.) 160 selektiv gekoppelt sind. Ein Zubehörleistungsmodul (APM) 225 und die elektrische Niederspannungs-Stromversorgung 122 sind mit dem zweiten Bussegment 155B elektrisch verbunden. Eine Niederspannungsbatterieeinrichtung (LV-Batterie) 235 ist mit dem ersten Bussegment 155A elektrisch verbunden. Der Startermotor 245 ist zur elektrischen Verbindung mit dem ersten Bussegment 155A ausgestaltet, um in Ansprechen auf das vorstehend erwähnte Steuersignal zum Starten der Kraftmaschine 240, das aus dem Steuersystem 100 stammt, einen elektrischen Strom aus der Niederspannungsbatterie 235 zu entnehmen, um ein Drehmoment zum Drehen der Kraftmaschine 240 zu erzeugen.
Das Zubehörleistungsmodul (APM) 225 ist über einen Hochspannungs-Leistungsbus 165 mit der Hochspannungs-Energiespeichereinrichtung (HV-Batterie) 210 elektrisch verbunden. Das Zubehörleistungsmodul 225 ist ein elektrischer Leistungsumsetzer, der einen Teil der elektrischen Hochspannungs-DC-Leistung, die am Hochspannungs-Leistungsbus 165 verfügbar ist, in elektrische Niederspannungs-DC-Leistung vorzugsweise im Bereich von 12–14 V DC herunter transformiert, um elektrische Leistung an elektrisch betriebenes Niederspannungszubehör im Fahrzeug zu liefern. Das Zubehörleistungsmodul (APM) 225 ist mit der elektrischen Niederspannungs-Stromversorgung 122 elektrisch verbunden.
2 zeigt auf schematische Weise eine elektrische Schaltung, welche den Niederspannungs-Leistungsbus 155 enthält, der das erste Bussegment 155A und das zweite Bussegment 155B mit der Isolationsschaltung 160 enthält. Der Niederspannungs-Leistungsbus 155 verbindet die Niederspannungsbatterieeinrichtung 235, den Startermotor (Starter) 245 und das Zubehörleistungsmodul (APM) 225 auf elektrische Weise und überträgt elektrische Leistung an die elektrische Niederspannungs-Stromversorgung 122 des Steuermoduls 120. Das Steuermodul 120 ist mit dem Startermotor 245 und der Isolationsschaltung 160 über den Kommunikationsbus 175 verbunden, um den Betrieb derselben zu steuern.
Die Isolationsschaltung 160 enthält eine Isolationsschaltereinrichtung 164, die bei einer Ausführungsform mit einer Isolationsdiode 162 parallel verdrahtet ist. Die Isolationsschaltung 160 wird so gesteuert, dass es ermöglicht wird, dass der Niederspannungs-Leistungsbus 155 elektrische Niederspannungsleistung von der Niederspannungsbatterieeinrichtung 235 an das zweite Bussegment 155B ohne eine aktive Steuerung durch das Steuermodul 120 liefert. Die Isolationsschaltereinrichtung 164 kann entweder in einen geöffneten Zustand wie gezeigt oder einen geschlossenen Zustand gesteuert werden und wird vorzugsweise von einem Signal, das vom Steuermodul 120 ausgegeben wird, funktional gesteuert. Bei einer Ausführungsform ist die Isolationsschaltereinrichtung 164 eine IGBT-Einrichtung. Wenn die Isolationsschaltereinrichtung 164 eine IGBT-Einrichtung ist, kann die IGBT-Einrichtung eine interne Diode enthalten, welche die Isolationsdiode 162 überflüssig macht und die daher weggelassen wird. Alternativ ist die Isolationsschaltereinrichtung 164 eine im Normalfall geschlossene elektromechanische Relaiseinrichtung, die durch ein Steuersignal vom Steuermodul 120 in einen offenen Zustand gesteuert wird, um das erste Bussegment 155A vom zweiten Bussegment 155B zu isolieren, bevor der Startermotor 245 in Eingriff gestellt wird, um die Kraftmaschine 240 zu starten. Es ist festzustellen, dass die Isolationsschaltereinrichtung 164 andere Hardwarekonfigurationen umfassen kann.
Die Isolationsdiode 162 ist mit einer Durchlassspannung von der Niederspannungsbatterie 235 zum Zubehörleistungsmodul 225 orientiert und enthält eine Anode (+), die zu der Niederspannungsbatterie 235 hin orientiert ist, und eine Kathode (–), die zum Zubehörleistungsmodul 225 hin orientiert ist. Wenn sich die Isolationsschaltereinrichtung 164 in dem geöffneten Zustand befindet, kann ein elektrischer Strom von der Niederspannungsbatterie 235 über das erste Bussegment 155A durch die Isolationsdiode 162 hindurch und das zweite Bussegment 155B zum Zubehörleistungsmodul 225 fließen. Außerdem kann ein elektrischer Strom von der Niederspannungsbatterie 235 an den Startermotor 245 fließen und ein elektrischer Strom kann vom Zubehörleistungsmodul 225 zu der elektrischen Niederspannungs-Stromversorgung 122 des Steuermoduls 120 und zu anderen Zubehöreinrichtungen fließen. Das Vorhandensein und die Arbeitsweise der Isolationsdiode 162 verhindert, dass ein elektrischer Strom vom zweiten Bussegment 155B zum ersten Bussegment 155A fließt, was umfasst, dass verhindert wird, dass ein elektrischer Strom vom Zubehörleistungsmodul 225 zu der Niederspannungsbatterie 235 und zum Startermotor 245 fließt, wenn sich die Isolationsschaltereinrichtung 164 im geöffneten Zustand befindet. Wenn sich die Isolationsschaltereinrichtung 164 im geschlossenen Zustand befindet, kann ein elektrischer Strom in beide Richtungen zwischen dem ersten Bussegment 155A und dem zweiten Bussegment 155B fließen. Somit kann ein elektrischer Strom zwischen der Niederspannungsbatterie 235, dem Startermotor 245, dem Zubehörleistungsmodul 225, der elektrischen Niederspannungs-Stromversorgung 122 des Steuermoduls 120 und anderen Zubehöreinrichtungen fließen.

Die Arbeitsweise des vorstehend erwähnten Systems im Hybridfahrzeug 10 wird mit Bezug auf Tabelle 1 beschrieben. Tabelle 1

Fahrzeugzustand	Zündschalter	Starter	Kraftmaschine	Isolationsschalter
Fahrzeug ausgeschaltet	AUS	AUS	AUS	OFFEN
Fahrzeugstart	AUS > EIN	AUS	AUS	OFFEN
Kraftmaschinenstart	EIN	EIN	AUS > EIN	OFFEN
Kraftmaschine läuft	EIN	AUS	EIN	GESCHLOSSEN

Im Betrieb steuert das Steuermodul 120 die Isolationsschaltereinrichtung 164 wie folgt. Wenn sich das Fahrzeug in einem ausgeschalteten Zustand befindet (Fahrzeug ausgeschaltet), ist ein Fahrzeugzündschalter ausgeschaltet (AUS) und die Isolationsschaltereinrichtung 164 befindet sich in einem geöffneten Zustand (OFFEN). Die Niederspannungsbatterie 235 liefert notwendigen elektrischen Strom an das Zubehörleistungsmodul 225 und die elektrische Niederspannungs-Stromversorgung 122 des Steuermoduls 120 durch den Niederspannungs-Leistungsbus 155 über die Isolationsdiode 162.
Wenn der Bediener eine Absicht zum Betreiben des Fahrzeugs 10 anzeigt (Fahrzeugstart), z. B. durch eine Schlüssel-Einschalt-Aktion, die umfasst, dass der Fahrzeugzündschalter von ausgeschaltet in eingeschaltet überführt wird (AUS > EIN), bleibt die Isolationsschaltereinrichtung 164 im geöffneten Zustand (OFFEN). Die Niederspannungsbatterie 235 liefert benötigten elektrischen Strom an das Zubehörleistungsmodul 225 und die elektrische Niederspannungs-Stromversorgung 122 des Steuermoduls 120 durch den Niederspannungs-Leistungsbus 155 über die Isolationsdiode 162, und das Zubehörleistungsmodul 225 wird aktiviert, um elektrischen Strom nach Bedarf an die elektrische Niederspannungs-Stromversorgung 122 des Steuermoduls 120 zu liefern. Das Fahrzeug 10 wird betrieben, wobei sich die Kraftmaschine 240 im Zustand mit ausgeschalteter Kraftmaschine (AUS) befindet.
Es kann einen Befehl zum Betreiben der Kraftmaschine 240 geben, welcher umfasst, dass die Kraftmaschine 240 gestartet wird (Kraftmaschinenstart) und anschließend die Kraftmaschine 240 laufen gelassen wird (Kraftmaschine läuft). Der Befehl zum Betreiben der Kraftmaschine 240 kann in Ansprechen auf eine Bedienerdrehmomentanforderung oder in Ansprechen auf ein Autostartsteuersignal vom Steuermodul 120 auftreten, z. B., um Leistung zum Erhöhen des Ladezustands der Hochspannungsbatterie 210 während eines andauernden Betriebs des Fahrzeugs 10 bereitzustellen. Der Befehl zum Betreiben der Kraftmaschine 240 stammt vorzugsweise vom Steuermodul 120.
Das Starten der Kraftmaschine 240 (Kraftmaschinenstart) umfasst das Aktivieren des Startermotors 245 (EIN), was bewirkt, dass er elektrischen Strom aus der Niederspannungsbatterie 235 über den Niederspannungs-Leistungsbus 155 entnimmt. Die Isolationsschaltereinrichtung 164 bleibt während der Zeitspanne, wenn der Startermotor 245 aktiviert wird (EIN), im offenen Zustand (OFFEN). Das Vorhandensein der Isolationsdiode 162 und die Isolationsschaltereinrichtung 164 im geöffneten Zustand (OFFEN) bewirken, dass der gesamte elektrische Stromfluss an den Startermotor 245 aus der Niederspannungsbatterie 235 über das erste Bussegment 155A entnommen wird. Gleichzeitig liefert das Zubehörleistungsmodul 225 elektrische Leistung an die elektrische Niederspannungs-Stromversorgung 122 des Steuermoduls 120 und beliebige andere Zubehörleistungsanforderungen über das zweite Bussegment 155B. Wenn sich die Isolationsschaltereinrichtung 164 im geöffneten Zustand (OFFEN) befindet, ist das erste Bussegment 155A vom zweiten Bussegment 155B elektrisch getrennt, d. h. es gibt zwei elektrisch getrennte elektrische Niederspannungs-DC-Leistungsbusse zur Übertragung elektrischer Niederspannungs-DC-Leistung innerhalb des Fahrzeugs 10. Somit sind die elektrische Niederspannungs-Stromversorgung 122 des Steuermoduls 120 und beliebige weitere Zubehörleistungseinrichtungen, die mit dem zweiten Bussegment 155B verbunden sind, von transienten Leistungsspannungen elektrisch isoliert, die aus einem elektrischen Stromfluss an den Startermotor 245 resultieren, welcher mit dem Starten der Kraftmaschine 240 verbunden ist.
Wenn die Kraftmaschine 240 läuft (EIN) und der Startermotor 245 nicht länger aktiviert ist (AUS), wird die Isolationsschaltereinrichtung 164 in den geschlossenen Zustand (GESCHLOSSEN) gesteuert, was ermöglicht, dass elektrischer Strom in beide Richtungen zwischen dem ersten Bussegment 155A und dem zweiten Bussegment 155B fließt, wobei die Isolationsdiode 162 umgangen wird.
Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen dazu beschrieben. Beim Lesen und Verstehen der Beschreibung können anderen weitere Modifikationen und Veränderungen begegnen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen beschränkt ist, welche als die beste Art betrachtet werden, um diese Offenbarung auszuführen, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Startsystem für eine Brennkraftmaschine, umfassend: einen Startermotor, der ausgestaltet ist, um während eines Kraftmaschinenstartereignisses ein Drehmoment an die Kraftmaschine zu übertragen; einen Niederspannungs-Leistungsbus, der ein erstes Bussegment und ein zweites Bussegment enthält; eine steuerbare Isolationsschaltung, die einen ersten Zustand, bei dem das erste und zweite Bussegment elektrisch gekoppelt sind, und einen zweiten Zustand enthält, bei dem das erste und zweite Bussegment elektrisch isoliert sind; eine Niederspannungsbatterie und den Startermotor, die mit dem ersten Bussegment elektrisch gekoppelt sind; ein Zubehörleistungsmodul und eine Stromversorgung für ein Steuermodul, die mit dem zweiten Bussegment elektrisch gekoppelt sind; und wobei das Steuermodul ausgestaltet ist, um die Isolationsschaltung in den zweiten Zustand zu steuern, um während des Kraftmaschinenstartereignisses das erste Bussegment vom zweiten Bussegment elektrisch zu isolieren.
Startsystem nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass das Steuermodul ausgestaltet ist, um die Isolationsschaltung in den ersten Zustand zu steuern, um im Anschluss an das Kraftmaschinenstartereignis das erste Bussegment und das zweite Bussegment elektrisch zu koppeln.
Startsystem nach Anspruch 2, ferner umfassend, dass das Steuermodul ausgestaltet ist, um die Isolationsschaltung erst im Anschluss an das Kraftmaschinenstartereignis in den ersten Zustand zu steuern, um das erste Bussegment und das zweite Bussegment elektrisch zu verbinden.
Startsystem nach Anspruch 1, wobei die Isolationsschaltung eine Isolationsdiode umfasst, die zu einer Isolationsschaltereinrichtung elektrisch parallel ist, wobei die Isolationsdiode mit einer Durchlassspannung vom ersten Bussegment zum zweiten Bussegment des Niederspannungs-Leistungsbusses orientiert ist.
Startsystem nach Anspruch 4, wobei das Steuern der Isolationsschaltung in den ersten Zustand ein Steuern der Isolationsschaltereinrichtung in eine geschlossene Position umfasst, und das Steuern der Isolationsschaltung in den zweiten Zustand ein Steuern der Isolationsschaltereinrichtung in eine offene Position umfasst.
Startsystem nach Anspruch 5, wobei das Steuermodul ausgestaltet ist, um die Isolationsschaltereinrichtung erst dann in die geschlossene Position zu steuern, wenn die Kraftmaschine läuft.
Startsystem nach Anspruch 6, wobei das Zubehörleistungsmodul einen elektrischen Leistungsumsetzer umfasst, der ausgestaltet ist, um eine elektrische Hochspannungs-DC-Leistung, die von einem Hochspannungs-Leistungsbus verfügbar ist, in elektrische Niederspannungs-DC-Leistung herunter zu transformieren, wobei das Zubehörleistungsmodul mit dem zweiten Bussegment elektrisch gekoppelt ist, um die elektrische Niederspannungs-DC-Leistung dorthin zu übertragen.
Startsystem nach Anspruch 7, wobei das Zubehörleistungsmodul mit dem zweiten Bussegment elektrisch gekoppelt ist, um die elektrische Niederspannungs-DC-Leistung dorthin zu übertragen und sie an das erste Bussegment des Niederspannungs-Leistungsbusses nur zu übertragen, wenn die Isolationsschaltereinrichtung in die geschlossene Position gesteuert ist.
Kraftmaschinenstartsystem für ein Hybridantriebsstrangsystem, das eine Brennkraftmaschine enthält, umfassend: einen Niederspannungs-Leistungsbus, der ein erstes Bussegment, ein zweites Bussegment und eine steuerbare Isolationsschaltung, die zwischen dem ersten Bussegment und dem zweiten Bussegment elektrisch in Reihe gekoppelt ist, enthält; eine Niederspannungsbatterie und einen Startermotor, die mit dem ersten Bussegment elektrisch gekoppelt sind; ein Zubehörleistungsmodul, das mit dem zweiten Bussegment elektrisch gekoppelt ist; und ein Steuermodul, das ausgestaltet ist, um den Startermotor mit der Niederspannungsbatterie zu betätigen, um ein Kraftmaschinenstartereignis zu bewirken, während die Isolationsschaltung gesteuert wird, um das zweite Bussegment vom ersten Bussegment elektrisch zu isolieren.
Kraftmaschinenstartsystem nach Anspruch 9, wobei die Isolationsschaltung eine mit einer Isolationsschaltereinrichtung elektrisch parallele Isolationsdiode umfasst, wobei die Isolationsdiode mit einer Durchlassspannung vom ersten Bussegment zum zweiten Bussegment des Niederspannungs-Leistungsbusses orientiert ist, wobei ein Steuern der Isolationsschaltung zum elektrischen Isolieren des zweiten Bussegments vom ersten Bussegment umfasst, dass die Isolationsschaltereinrichtung in einen offenen Zustand gesteuert wird.