DE19828512A1 - Hybridfahrzeug - Google Patents
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Abstract
Das Hybridfahrzeug, das als erste Energiequelle eine mit einem Generator versehenen Verbrennungsmotor und als zweite Energiequelle eine Traktionsbatterie aufweist, enthält zur Steuerung der Energieflüsse der beiden Energiequellen einen gemeinsamen Zwischenkreis, der über den elektrischen Antrieb (9) verbunden ist und an den der Generator (7) über einen Gleichrichter (4) und an den die Traktionsbatterie (8) über einen Batterieschalter und eine Bremsdiode (3) bzw. einen Traktionsschalter (1) angeschlossen sind.
Description
Die Erfindung betrifft ein Hybridfahrzeug, das als
erste Energiequelle einen mit einem Generator versehenen
Verbrennungsmotor und als zweite Energiequelle eine Trakti
onsbatterie aufweist, wobei die beiden Energiequellen so
wohl gleichzeitig als auch alternativ mit einem elektri
schen Antrieb verbindbar sind.
Bei Hybridantrieben für Kraftfahrzeuge erfolgt der
Antrieb üblicherweise einerseits durch einen Elektromotor
und andererseits durch einen Verbrennungsmotor, der einen
Generator antreibt, welcher seinerseits eine Fahrzeugbatte
rie auflädt. An die Batterie sind Elektromotoren ange
schlossen, welche die Räder des Kraftfahrzeuge antreiben.
Als Elektromotoren für herkömmliche Elektrokraftwagen fin
den meistens übliche Gleichstrom-Nebenschlussmotoren Ver
wendung, deren Drehzahl leicht steuerbar ist.
Obwohl bereits Omnibusse im Stadtverkehr als reine
Elektrofahrzeuge mit rasch und einfach auswechselbaren
Fahrzeugbatterien Anwendung finden, bedeuten die geringe
Reichweite, das grosse Gewicht und das Volumen der Akumula
torbatterien sowie deren begrenzte Speicherkapazität und
die dadurch begrenzte Reichweite einen nicht unerheblichen
Nachteil. Hybridantriebe haben gegenüber herkömmlichen rei
nen Elektroantrieben den Vorteil, dass die Probleme der
begrenzten Reichweite und der langen Wiederaufladezeit der
Fahrzeugbatterien überbrückt werden können. Jedoch lassen
sich durch einen Hybridantrieb die Volumen- und Gewichts
probleme nicht beseitigen, sondern nehmen durch den zusätz
lichen Verbrennungsmotor eher zu. Zwar können diese Proble
me durch eine kleinere Traktionsbatterie reduziert werden,
jedoch ist dann die Reichweite im erwünschten reinen Elek
trobetrieb ohne laufenden Verbrennungsmotor noch geringer,
so dass die Nachteile überwiegen.
So beschreibt die DE A 41 21 386 ein Hybridfahrzeug
mit einem Elektrokraftwagen, der einen Elektroantrieb mit
Elektromotor und eine aufladbare Fahrzeugbatterie aufweist,
wobei das Fahrzeugferner mit einem Verbrennungsmotor als
Antrieb eines Generator versehen ist, von dem die Fahrzeug
batterie aufgeladen wird. Bei diesem bekannten Hybridfahr
zeug wird der Verbrennungsmotor und der Generator auf einem
an den bzw. von dem Elektrokraftwagen an- bzw. abkoppelba
ren Energieanhänger angeordnet, so dass das Fahrzeug im
Stadtbetrieb als reines Elektrokraftfahrzeug verwendet wer
den kann; der Verbrennungsmotor mit dem Generator ist so
wohl bei an- als auch bei abgekoppelten Energieanhänger
betreibbar, wobei der Energieanhänger mit einer Zusatzbat
terie versehen ist, die zum Aufladen mit dem Generator ver
bunden wird. Ein Laderegler stellt den Verbrennungsmotor
dann ab, wenn die Batterie vollgeladen ist.
Ein weiteres Hybridfahrzeug ist aus der
DE A 197 18 378 bekannt, wobei dieses Hybridfahrzeug einen
Verbrennungsmotor und einen Elektromotor-Generator zur Ab
gabe von Antriebskräften aufweist, sowie ein Bremspedal, um
auf das fahrende Fahrzeug eine Bremskraft aufzubringen.
Während eines Zustand in dem durch den Verbrennungsmotor
eine Bremskraft erzeugt wird, wird die Betätigung des Brems
pedals erfasst. Nach der Betätigung des Bremspedals und der
Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit kann der Elektromo
tor-Generator eine regenerative Bremskraft erzeugen, die
der Batterie zugeführt wird.
Ferner sind Hybridfahrzeuge mit rein elektrischem An
trieb bekannt, die mindestens zwei unterschiedliche Ener
giequellen aufweisen, welche gleichzeitig wirken und zwar
einen, einen Generator antreibenden Verbrennungsmotor und
eine Traktionsbatterie. Neben dieser Mischbetriebsart ist
oftmals auch ein Alternativbetrieb vorgesehen, bei dem ent
weder der vom Generator erzeugte Strom oder der von der
Traktionsbatterie abgegebene Strom dem elektrischen Antrieb
zugeführt wird. Somit ergibt sich die Möglichkeit zum emis
sionsfreien Batteriebetrieb mit geringer Leistungsanforde
rung, z. B. in Innenstädten. Für Fahrten mit höheren Lei
stungsanforderungen kann dann der verbrennungsmotorische
Betrieb gewählt werden.
Diese Mischbetriebsart erfordert jedoch eine optimale
Steuerung der Leistungsflüsse aus den jeweiligen Energie
quellen. Hierzu wurden bereits aktive Stellglieder einge
setzt, die am Ausgang der Energiequelle wirken und so deren
Beitrag zum Gesamtenergiebedarf steuern. In der Praxis wird
meist der Generatorausgang mit einem aktiven Stellglied
versehen, weil sich damit die Drehzahl des Verbrennungsmo
tors, der meistens ein Dieselmotor ist, als zusätzlicher
Freiheitsgrad ergibt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine opti
male Steuerung der Energieflüsse eines Hybridfahrzeuges
unter Verzicht auf ein aktives Stellglied zu ermöglichen
und dadurch die Kosten, das Gewicht und den Bauraum zu ver
ringern.
Ausgehend von einem Hybridfahrzeug der eingangs näher
genannten Art, erfolgt die Lösung dieser Aufgabe mit den im
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen
beschrieben.
Die erfindungsgemäss erzielbare optimale Energieauf
teilung aus den beiden Energiequellen ist eng an den Fahr
zyklus gekoppelt, mit dem das Fahrzeug vorwiegend betrieben
wird. Je öfter das Fahrzeug pro Kilometer hält, wie es ins
besondere bei Stadtbussen der Fall ist, desto vorteilhafter
ist der Betrieb gemäss der Erfindung. In den häufigen
Bremsphasen wird die Traktionsbatterie durch Rekuperation
wieder aufgeladen, so dass sich in Mittel bei dieser Art
von Mischbetrieb ein konstanter Ladezustand der Traktions
batterie beibehalten lässt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung
näher erläutert, in der schematisch ein Blockschaltbild zur
Verwirklichung der erfindungsgemässen Steuerung der Ener
gieflüsse dargestellt ist.
In der einzigen Figur ist mit 5 ein Verbrennungsmotor
bezeichnet, der einen Generator 7 antreibt, dem ein Gleich
richter 4 nachgeschaltet ist, der mit einem Zwischenkreis 6
verbunden ist. Mit 8 ist eine Traktionsbatterie bezeichnet,
die über einen Batterieschalter 2 und einen Überbrückungs
schalter 1 ebenfalls mit dem Zwischenkreis 6 verbunden ist.
Mit 3 ist eine Bremsdiode bezeichnet zur Einspeisung von
Bremsstrom in die Traktionsbatterie 8. Der Zwischenkreis 6,
der gemeinsam von den beiden Energiequellen 5, 7 und 8 be
aufschlagt wird, ist mit dem elektrischen Antrieb 9 eines
Fahrzeugs verbunden.
Der Batterieschalter 2 dient zum Trennen der Trakti
onsbatterie 8 vom Zwischenkreis 6 für einen rein verbren
nungsmotorischen Betrieb. Soll zugleich auch Bremsenergie
rekuperiert werden, wie es bei jeder Nutzbremsung möglich
ist, so wird der Batterieschalter 2 geschlossen, der der
Überbrückung der Bremsdiode 3 dienende Traktionsschalter 1
geöffnet und der durch die Bremsung erzeugte Strom in die
Traktionsbatterie 8 eingespeist. Bei geschlossenem Batte
rieschalter 2 und geschlossenem Traktionsschalter 1 ist die
gleichzeitige Nutzung der beiden Energiequellen 5, 7 und 8
möglich. Dieser Mischbetrieb wird im folgenden näher erläu
tert.
Die den Energiefluss steuernde Grösse ist die Spannung
der jeweiligen Energiequelle. Wird keine Energie vom elek
trischen Antrieb 9 benötigt, so befindet sich jede der bei
den Energiequellen 5, 7 und 8 auf ihrem Ruhepotential,
d. h. dass der Generator 7 sich auf der Generatorleerlauf
spannung bei entsprechender Leerlaufdrehzahl des Verbren
nungsmotors 5 befindet, während sich die Traktionsbatte
rie 8 auf ihrer Leerlaufspannung befindet. Die spannungsmä
ssige Entkopplung zwischen Generator 7 und Traktionsbatte
rie 8 übernimmt hierbei der Gleichrichter 4, wodurch sich
das Spannungsniveau im Zwischenkreis 6 auf die Leerlauf
spannung der Traktionsbatterie 8 einstellt.
Eine spontane Leistungsanforderung durch den elektri
schen Antrieb 9 bewirkt einen Energiefluss aus der Trakti
onsbatterie 8, deren Spannung dadurch auf einen mittleren
Wert in Abhängigkeit vom Innenwiderstand abfällt. Gleich
zeitig wird die Drehzahl des Verbrennungsmotors 5 und somit
die Spannung des Generators 7 lastfrei hochgefahren, bis
Spannungsgleichheit zwischen Generator 7 und Traktionsbat
terie 8 erreicht ist. Dieser lastfreie Hochlauf begünstigt
die Lebensdauer, die Auslegung sowie die durch den Verbren
nungsmotor verursachten Emissionen. Ab dem Zeitpunkt der
Spannungsgleichheit der beiden Energiequellen teilt sich
der Energiefluss in Abhängigkeit der momentanen Zwischen
kreisspannung auf: je höher die Drehzahl des Verbrennungs
motors 5 und dadurch die Spannung des Generators 7 wird,
desto geringer ist der Anteil der Traktionsbatterie 8, der
bis auf einen Restwert absinken kann. Die Auslegung der
Generatorwicklung wird dabei so gewählt, dass sich unter
Vollast das Spannungsniveau einstellt, bei dem sich die
gewünschte optimale Energieaufteilung zwischen Verbren
nungsmotor-Generator und Traktionsbatterie ergibt.
Diese erwünschte optimale Energieaufteilung ist dabei
eng an den Fahrzyklus gekoppelt, mit dem das Fahrzeug ins
besondere ein Stadtbus vorwiegend betrieben werden soll. Je
mehr Haltestellen pro Längeneinheit angefahren werden, de
sto sinnvoller ist ein Betrieb nach diesem Konzept; in den
Bremsphasen wird die Traktionsbatterie durch den Bremsstrom
wieder aufgeladen, so dass sich in Mittel bei dieser Art
von Mischbetrieb ein konstanter Ladezustand der Traktions
batterie ergibt.
1
Traktionsschalter
2
Batterieschalter
3
Bremsdiode
4
Gleichrichter
5
Verbrennungsmotor
6
Zwischenkreis
7
Generator
8
Traktionsbatterie
9
elektrischer Antrieb
Claims (3)
1. Hybridfahrzeug, das als erste Energiequelle einen
mit einem Generator versehenen Verbrennungsmotor und als
zweite Energiequelle eine Traktionsbatterie aufweist, wobei
die beiden Energiequellen sowohl gleichzeitig als auch al
ternativ mit dem elektrischen Antrieb verbindbar sind, da
durch gekennzeichnet, dass zur Steuerung
der Energieflüsse der beiden Energiequellen der Genera
tor (7) über einen Gleichrichter (4) und die Traktionsbat
terie (8) über einen Batterieschalter (2) mit einem gemein
samen Zwischenkreis (6) verbunden sind, der mit dem elek
trischen Antrieb (9) in Verbindung steht.
2. Hybridfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, dass zwischen dem Batterie
schalter (2) und dem Zwischenkreis (6) eine Bremsdiode (3)
zur Einspeisung von durch Bremsung erzeugten Strom in die
Traktionsbatterie (8) vorgesehen ist.
3. Hybridfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, dass zum Überbrücken der
Bremsdiode (3) ein Traktionsschalter (1) vorgesehen ist,
der im geschlossenen Zustand und bei geschlossenem Batte
rieschalter (2) den Stromfluss von der Traktionsbatte
rie (8) zum Zwischenkreis (6) ermöglicht.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19828512A DE19828512A1 (de) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | Hybridfahrzeug |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19828512A DE19828512A1 (de) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | Hybridfahrzeug |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19828512A1 true DE19828512A1 (de) | 1999-12-30 |
Family
ID=7872104
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19828512A Ceased DE19828512A1 (de) | 1998-06-26 | 1998-06-26 | Hybridfahrzeug |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19828512A1 (de) |
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