DE19826677A1 - Verfahren zur Feststellung von Energieleckagen - Google Patents

Verfahren zur Feststellung von Energieleckagen

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Abstract

Das Verfahren zur Feststellung von Energieleckagen im Leistungsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Fahrmotor eines Fahrzeugs während des Fahrbetriebs, bei dem der Verbrennungsmotor über einen Generator einen elektrischen Fahrmotor speist, mittels einer zentralen Elektronik, insbesondere einem Bordcomputer, wobei die zentrale Elektronik eine Energiebilanz aufstellt aus den Energien der Einzelkomponenten Verbrennungsmotor (VM), Generator (G), elektrischer Fahrmotor (M) sowie dem Fahrzeugzustand und anhand dieser Energiebilanz feststellt, ob und wo eine Leckage vorliegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Feststellung von Energieleckagen im Leistungsstrang zwi­ schen dem Verbrennungsmotor und dem Fahrmotor eines Fahr­ zeugs während des Fahrbetriebes, bei dem der Verbrennungs­ motor über einen Generator einen elektrischen Fahrmotor speist, mittels einer zentralen Elektronik, insbesondere einem Bordcomputer.
In der DE 195 23 985 ist ein Fahrzeug beschrieben, das einen Generator aufweist, der durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird, wobei die vom Generator erzeugte Energie einer Batterie als Energiequelle für das Fahrzeug zugeführt wird.
Elektrofahrzeuge der verschiedensten Art wurden als Alternative zu Fahrzeugen entwickelt, die Verbrennungsmoto­ ren verwenden und die schädliches Abgas ausstossen. Beim Elektrofahrzeug ist jedoch die Energiespeicherkapazität einer Batterie gering und die zurückgelegte Entfernung wäh­ rend ihres Ladezyklus kurz. Um die zurückzulegende Entfer­ nung zu erhöhen, wurden sogenannte Hybridfahrzeuge vorge­ schlagen, bei denen ein Elektrofahrzeug ausserdem mit einem Generator als Energiequelle am Fahrzeug und mit einem Ver­ brennungsmotor zum Antrieb dieses Generators versehen wurde.
Obwohl ein serienmässiges Hybridfahrzeug in Vergleich mit einem Fahrzeug, das ausschliesslich einen Verbrennungs­ motor aufweist, eine verringerte Abgasemission hat, ist es notwendig, sowohl eine Batterie als auch einen Verbren­ nungsmotor im Motorraum des Fahrzeugs unterzubringen. Ausserdem ist es erforderlich, den geladenen Zustand der Bat­ terie auf ausreichend hohes Niveau einzustellen, um eine Kapazität vorzusehen, die gross genug ist, um einen Elek­ tromotor zum Antreiben des Fahrzeuges während der Beschleu­ nigung und auf einer ansteigenden Strasse ausreichend lange zu speisen.
Die oben genannte Offenlegungsschrift schlägt nun eine Steuervorrichtung für ein derartiges Hybridfahrzeug vor, das einen Generator aufweist, der durch einen Verbrennungs­ motor angetrieben wird, einen Generatorwechselrichter zur Steuerung des Generators, eine Batterie, die durch ein Aus­ gangssignal des Generators geladen wird und einen Motor­ wechselrichter, der das Fahrzeug unter Verwendung von Bat­ terieenergie entsprechend dem Betätigungszustand eines Fahrpedals antreibt, wobei ein Energiequellen-Kondensator durch den Wechselrichter zum Antreiben des Fahrzeugs und durch den Wechselrichter für den Generator gemeinsam ge­ nutzt wird.
Bei Fahrzeugen mit einem elektrischen Antriebsstrang, bei der also die Energiequelle als Verbrennungsmotor mit angeschlossenem Generator ausgeführt ist, der direkt einen elektrischen Fahrmotor steuert, können nun im Antriebs­ strang zwischen Verbrennungsmotor und Generator oder zwi­ schen Generator und Fahrmotor Energieleckagen auftreten. Es wurden daher bereits Versuche unternommen, derartige Ener­ gieleckagen, z. B. Stromleckagen über separate Strom- Leistungsmessgeräte (LEN-Wandler) zu bestimmen. Eine derar­ tige Aufspürung von Energieleckagen ist jedoch bauaufwendig und teuer.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Energie­ leckagen zwischen Verbrennungsmotor und elektrischem Fahr­ motor während des Fahrbetriebs auf einfache Art und Weise festzustellen und ggf. entsprechende Signale zu erzeugen.
Ausgehend von einem Verfahren der eingangs näher ge­ nannten Art, erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenem Merkmal; vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäss wird also vorgeschlagen, dass die Feststellung, ob eine Energieleckage im Leistungsstrang zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Fahrmotor während des Fahrbetriebs auftritt, durch Bilanzierung der Energien der Einzelkomponenten, d. h. des Verbrennungsmotors, des Generators und des Fahrmotors erfolgt. Damit wird der Vor­ teil erzielt, dass aus den bereits vorhandenen Daten eines Antriebsstranges ohne eine separate aufwendige Strom-/Lei­ stungsmessung ein Kurzschluss bzw. ein Energieleck im An­ triebsstrang entdeckt werden kann, wobei unterschieden wer­ den kann, ob das Energieleck im Teilstrang zwischen Ver­ brennungsmotor und Generator oder im Teilstrang zwischen Generator und Fahrmotor auftritt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei in der einzigen Figur schematisch ein Schaltbild zur Durchführung des erfindungsgemässen Ver­ fahrens dargestellt ist.
Das (selbst nicht dargestellte) Fahrzeug weist einen Verbrennungsmotor VM auf, dessen abgegebene Leistung PVM einem Generator G zugeführt wird, dessen Ausgangslei­ stung PG über einen Umformer dem elektrischen Fahrmotor M zugeführt wird. Der Verbrennungsmotor VM ist mit Fühlern und einem Schaltkreis EVMM versehen, mit dem die spezifi­ schen Verbrennungsmotordaten, wie Einspritzmenge und Dreh­ zahl ermittelt und der zentralen Elektronik zugeführt wer­ den. Die zentrale Elektronik erhält ferner Daten über den Fahrzeugzustand, wie z. B. Stillstand, Vorwärtsfahrt, Rück­ wärtsfahrt, Geschwindigkeit. Ferner werden der zentralen Elektronik Daten des Generators wie Spannung und Temperatur zugeführt, die Zwischenkreisspannung des Umformers sowie Daten des elektrischen Fahrmotors M bezüglich dessen Dreh­ zahl, Temperatur, Feldstrom und Momentenstrom.
Mit PNAmech sind die Leistungen der am Verbrennungsmo­ tor VM, beispielsweise einem Dieselmotor, angeschlossenen Nebenabtriebe bezeichnet, mit PVerluste1 Übertragungsverluste zwischen dem Verbrennungsmotor VM und dem Generator G, mit PNA die Leistungen von am Generator G angeschlossenen Ne­ benverbraucher, mit PVerluste2 die durch die Übertragung zwi­ schen dem Generator G und dem Umformer auftretenden Über­ tragungsverluste und mit PVerluste3 die zwischen dem Umformer und dem elektrischen Fahrmotor auftretenden Übertragungs­ verluste. Mit Pgein ist die Eingangsleistung des Genera­ tors G, mit PG die Ausgangsleistung des Generators G, mit PAntriebF1 die Eingangsleistung des Umformers und mit PAntriebF0 die dem elektrischen Fahrmotor zugeführte Leistung bezeich­ net. In Kenntnis des Fahrzeugzustandes und der Verluste der Einzelkomponenten kann die zentrale Elektronik aus den Be­ ziehungen
Antriebsleistung PAntriebF1 = 0 und
Generatorleistung PG = 0
die Leistungen der angeschlossenen Nebenabtriebe PNAmech am Verbrennungsmotor und PNA am Generator über in der zentra­ len Elektronik abgelegte Kennfelder berechnen.
Stellt nun die zentrale Elektronik fest, dass die vom Verbrennungsmotor VM abgegebene Leistung PVM minus der Lei­ stung PNAmech der Nebenverbraucher minus der Leistung PG des Generators G grösser als Null ist, so liegt ein Energieleck zwischen dem Verbrennungsmotor VM und dem Generator G vor gemäss der folgenden Beziehung
PVM-PNAmech-PG < 0.
Ist hingegen die vom Generator G abgegebenen Lei­ stung PG minus der Leistung PNA der daran angeschlossenen Nebenverbraucher minus der Antriebsleistung PAntriebF0 grösser als Null, so liegt ein Kurzschluss im Generator G oder der Verbindung zwischen Generator G und elektrischem Fahrmo­ tor M vor, gemäß der folgenden Beziehung:
PG-PNA-PAntriebF0 < 0.
In beiden Fällen wird von der zentralen Elektronik ein Signal erzeugt, wobei die Art des Signals je nach Auftreten des Energielecks unterschiedlich ist, um dieses schnell, einfach und kostengünstig zu lokalisieren.
Außer den hier beschriebenen Verbrennungsmotoren sind auch andere Energiequellen denkbar, beispielsweise Batte­ rie, Brennstoffzelle, elektrische Oberleitung usw.

Claims (4)

1. Verfahren zur Feststellung von Energieleckagen im Leistungsstrang zwischen einer Energiequelle und dem Fahr­ motor eines Fahrzeugs während des Fahrbetriebs, bei dem der Verbrennungsmotor über einen Generator einen elektrischen Fahrmotor speist, mittels einer zentralen Elektronik, ins­ besondere einem Bordcomputer, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die zentrale Elektronik eine Ener­ giebilanz aufstellt aus den Energien der Einzelkomponenten Verbrennungsmotor (VM), Generator (G), elektrischer Fahrmo­ tor (M) sowie dem Fahrzeugzustand und anhand dieser Ener­ giebilanz feststellt, ob und wo eine Leckage vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die zentrale Elektronik die vom Verbrennungsmotor (VM) über den Generator (G) zum Motor (M) übertragene Energie aus den folgenden Daten bestimmt: Ein­ spritzmenge des Verbrennungsmotors, Drehzahl des Verbren­ nungsmotors, Spannung und Temperatur des Generators, Dreh­ zahl, Feld- und Momentenstrom des elektrischen Fahrmotors, und dass sie die Verlustleistungen der am Verbrennungsmo­ tor (VM) und am Generator (G) angeschlossenen Nebenabtriebe sowie die Übertragungsverluste durch Vergleich der ihr übermittelten Daten mit in ihr abgelegten Kennfeldern be­ rechnet.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Elektronik ein erstes Ausgangssignal erzeugt, wenn sie an­ hand der folgenden Beziehung ein Energieleck zwischen dem Verbrennungsmotor (VM) und dem Generator (G) feststellt:
PVM-PNAmech-PG < 0.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Elektronik ein zweites Ausgangssignal erzeugt, wenn sie anhand der folgenden Beziehung ein Energieleck zwischen dem Generator (G) und dem elektrischen Fahrmotor (M) fest­ stellt:
PG-PNA-PAntriebF0 < 0.
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