DE19745094A1

DE19745094A1 - Steuerung für Elektrohybridfahrzeug

Info

Publication number: DE19745094A1
Application number: DE19745094A
Authority: DE
Inventors: Peter-Klaus Prof Dr Sc T Budig
Original assignee: ELEKTRISCHE AUTOMATISIERUNGS U
Current assignee: ELEKTRISCHE AUTOMATISIERUNGS U
Priority date: 1997-10-11
Filing date: 1997-10-11
Publication date: 1999-04-15

Description

Hybridfahrzeuge sind dadurch gekennzeichnet, daß sie über mehrere Energiequellen verfügen.

Im einfachsten Fall sind das:

- Ein elektrischer Energiespeicher. Dafür kommen sowohl Batterien die bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter Temperatur arbeiten als auch
- Brennstoffzellen oder
- Kreiselspeicher

in Frage.

Der Antrieb des Fahrzeuges kann so erfolgen, daß nur eine Energiequelle oder aber auch mehrere (im einfachsten Fall zwei Energiequellen) zur Energiebereitstellung genommen werden. Grundsätzlich kann das Zusammenwirken der Energiespeicher, wie in Abb. 1 dargestellt erfolgen. In dem einen Fall ist noch ein mechanischer Antriebsstrang vorhanden. Im zweiten Fall ist dieser nicht vorhanden. Letztere Anordnung soll weiter betrachtet werden.

Der Fahrbetrieb kann so erfolgen, daß

1. Der Verbrennungsmotor (1) treibt den Synchrongenerator (2) mit konstanter Drehzahl an. Dessen Energieentnahme erfolgt über einen Gleichrichter (3) der einen Inverter (4) speist. Dieser speist momentengeregelt den Drehstromfahrmotor, der die Räder des Fahrzeuges antreibt.
2. Der elektrische Energiespeicher (5) liefert Energie an den Inverter (4) der in der o.a. Weise den Fahrmotor speist.
3. Die Antriebsenergie wird gleichzeitig von beiden Energiequellen geliefert,
4. Die Energie des vom Verbrennungsmotor getriebenen Generators (2) wird zur Aufladung des Energiespeichers verwendet. Dabei wird der Gleichrichter (3) zur Regelung des Ladestromes verwendet. Diese Betriebsart kann bei stillstehendem Fahrzeug ebenso wie bei Fahrbetrieb auftreten. Im letzteren Fall dann, wenn die Energie des Verbrennungsmotors nicht vollständig für den Fahrbetrieb benötigt wird.

Während bei den Betriebsweisen 1 und 2 eindeutig die Energiezufuhr und deren Regelung sich aus der o.a. Beschreibung ergibt, ist bei den unter 3 und 4 beschriebenen Betriebsweisen der Energiefluß so zu regeln, daß beide Energiequellen an der Energiebereitstellung teilnehmen können. Dafür werden Fahrzeugsteuerungen verwendet, die wie in Abb. 1 dargestellt, der Fahrzeugelektronik übergeordnet sind. Sie einzusetzen erfordert die genaue Kenntnis der Kennlinien des Verbrennungsmotors ebenso wie die Kennlinien des Lade- und Entladeregimes des Energiespeichers. Es werden elektronische Aufwendungen für die Hard- und Software erforderlich. Dieser Nachteil soll durch die folgende Lösung vermieden werden.

Es erfolgt eine regelungstechnische Entkopplung der Drehzahlregelung des Verbrennungsmotors von den übrigen Aufgaben. Hierzu wird ein an sich bekannter Drehzahlregler, wie er bei Verbrennungsmotoren üblich ist, in der Form eingesetzt, daß der die Motordrehzahl auf einen Festwert einregelt, die unter dem Aspekt der Abgasverunreinigung optimal ist.

Die Leistungsentnahme des von Verbrennungsmotor angetriebenen Generators wird durch einen regelbaren Gleichrichter auf den maximal zulässigen Wert, der der Nennleistung des Verbrennungsmotors entspricht, begrenzt. Dieser Gleichrichter arbeitet also als Strombegrenzer. Damit ist gewährleistet, daß bei allen vorkommenden Betriebsarten, der Verbrennungsmotor nicht überlastet wird und sich die gleichgerichtete Spannung dem Ladezustand der Batterie beim Ladebetrieb im Fahrzeugstillstand wie bei Fahrbetrieb anpaßt. Dafür werden keine Kenntnisse der Batteriekennlinien oder der Motorkennlinien benötigt. Soll reiner Ladebetrieb bei Fahrzeugstillstand gefahren werden, so kann mittels einer Sollwertvorgabe der gewünschte Ladestrom eingestellt werden. Sein Wert kann jedoch den der Strombegrenzung nicht überschreiten.

Die Momentenregelung des Fahrmotors erfolgt durch den Inverter. Dieser erhält vom Beschleunigerpedal, das mit einem analogen oder digitalen Geber mechanisch verbunden ist, den Momentensollwert vorgegeben.

Auf diese Art und Weise ist auch Bremsbetrieb möglich. Hierzu sind die folgenden Lösungen vorzusehen:

1. Das Beschleunigerpedal erhält im Bereich zwischen den beiden Endstellungen eine Raststellung, die dem Moment "Null" entspricht. Wird diese in Richtung obere Endlage überschritten, so erhält der Inverter einen Sollwert für ein Bremsmoment was abhängig von der Pedalstellung ist.
2. Mit dem Bremspedal ist ein analoger oder digitaler Geber verbunden. Dieser bewirkt daß im Anfangsbereich des Bremspedalweges der Inverter einen Sollwert für ein Bremsmoment erhält.

In beiden Fällen fließt Energie vom Fahrmotor in den Zwischenkreis und von dort in die Batterie. Die Rückgewinnung von Bremsenergie ist nur bei zugeschalteter Batterie möglich.

Der Inverter besitzt eine Strombegrenzung, so daß der Fahrmotor nicht überlastet wird. Der parallele Betrieb des Fahrzeuges aus zwei Energiequellen erfolgt derartig, daß bei zugeschalteter Batterie zunächst nur eine Energieentnahme aus dem Synchrongenerator erfolgt. Das bedeutet, daß der Synchrongenerator sowohl Energie an den Inverter. Für den Fahrbetrieb liefert, als auch Energie an die Batterie abgibt. Übersteigt der Energiebedarf den Nennwert, so regelt der Gleichrichter an der Strombegrenzung die in den Zwischenkreis gelieferte Spannung herab. Damit wird es möglich, daß die Batterie Energie abgeben kann. Das tritt immer dann auf, wenn an Steigungen, bei Beschleunigung oder bei hoher Geschwindigkeit der Energiebedarf des Antriebsmotors größer als die vom Verbrennungsmotor bereitgestellte Energie ist.

Soll die Fahrenergie nur durch die Batterie bereitgestellt werden, so wird mittels des Schalters (6) der Synchrongenerator vom Gleichrichter getrennt. Da das im stromlosen Zustand möglich ist kann ein Trennschalter verwendet werden.

Mit dieser Lösung wird erreicht, daß ein Gerät für die Fahrzeugsteuerung nicht erforderlich ist.

Claims

1. Regelung des Energieflusses eines Hybridelektroautos dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor durch einen Drehzahlregler auf konstante Drehzahl unabhängig von seiner Belastung eingeregelt wird und somit regelungstechnisch von den übrigen Komponenten des Antriebssystems entkoppelt ist und durch die ohnedies im Fahrzeug vorhandenen Komponenten "Gestellter Gleichrichter mit nachgeschaltetem Pulssteller" und "Inverter" in Kombination mit einem Trennschalter, den Energiefluß aus wenigstens zwei Energiequellen, von denen eine ein vom Verbrennungsmotor angetriebener Synchrongeneratoren und die andere beispielsweise eine Batterie ist, die Regelung der Energieströme so erfolgt, daß die in den Zwischenkreis vom Synchrongenerator eingespeiste Spannung durch die Strombegrenzung des "Gleichrichters mit nachgeschaltetem Pulssteller" so erfolgt, daß die parallele Energiebereitstellung aus wenigstens zwei Energiequellen erfolgen kann.

2. Regelung des Energieflusses eines Hybridelektroautos dadurch gekennzeichnet, daß für den Betrieb nur mit der ruhenden Energiequelle der Synchrongenerator durch einen Trennschalter leistungslos angeschaltet wird.

3. Regelung des Energieflusses eines Hybridelektroautos dadurch gekennzeichnet, daß der Synchrongenerator bei Hybridbetrieb nur bis zu seiner Nennleistung belastet werden kann und darüber hinaus durch Senkung der von ihm in den Zwischenkreis eingespeisten Spannung die ruhende Energiequelle Energie in den Zwischenkreis abgeben kann, die dem Inverter und damit dem Fahrmotor zufließen kann.