WO2019115585A1 - Hybrid-system zum antrieb eines fahrzeugs - Google Patents

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WO2019115585A1
WO2019115585A1 PCT/EP2018/084482 EP2018084482W WO2019115585A1 WO 2019115585 A1 WO2019115585 A1 WO 2019115585A1 EP 2018084482 W EP2018084482 W EP 2018084482W WO 2019115585 A1 WO2019115585 A1 WO 2019115585A1
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thermoelectric generator
electrical energy
hybrid
converter
combustion engine
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PCT/EP2018/084482
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Inventor
Tobias Huber
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a hybrid system for driving a vehicle, in particular a truck (truck).
  • the present invention is concerned with the effi ciency increase in the truck segment under defined Realbe conditions, the focus is particularly on vehicles with a weight of over 6 t.
  • the real conditions can be specified in particular for trucks, which have a very high proportion of motorways. This is referred to as long-distance transport and focuses on trucks (lorries), which have load weights including trailers and loads of up to 40 t. Due to the driving load and thus vehicle design under focused scenarios (eg a transport from Munich to Hamburg and back with up to 99% car share), the drivetrain of the truck can be seen as a recognizable main load point (at 80 km / h, for example - average transmission speed). / Engine revolution including average load requirement at about 100 KW).
  • An object of the present invention is to increase the efficiency of a drive system of a vehicle, in particular a truck.
  • thermoelectric generator TEG
  • photovoltaic system which is particularly applicable to A co-ordination of the abovementioned components, which enables the respective individual components or systems (hybrid system, TEG system and solar system / photovoltaic system) to be installed in
  • energy coordination with a predictive approach will be recommended, especially with a single DC / DC converter - possibly with several individual phases for PV application.
  • a hybrid system for propelling a vehicle is provided.
  • the vehicle may in particular be a lorry, which may have a weight of over 6 t, for example. If the truck pulls a loaded trailer, a total load weight of up to 40 tons may result.
  • the hybrid system according to the invention is also suitable for driving other vehicles, e.g. for driving buses, municipal vehicles, agricultural vehicles, motorhomes or automobiles.
  • the hybrid system includes an internal combustion engine, an electric machine, a DC / DC converter, an electrical energy storage, a thermoelectric generator, and a hybrid network.
  • the electric machine is in particular a starter or a motor / generator, eg a 48 V starter-generator - also called a belt-site generator.
  • the hybrid network can for example be based on low-voltage (up to 60 V) or high-voltage (60 V).
  • the hybrid network may include a 24V section and a 48V section (a so-called "24V / 48V Mild Hybrid System.")
  • 24V 24V
  • 48V 48V section
  • a 12V system may also be used - then a 12V / 48V System spoken.
  • the electrical energy store may be, for example, a battery.
  • the electrical energy storage may also comprise a plurality of batteries, e.g. a 24V battery for the 24V section of the hybrid network and / or a 48V battery for the 48V section of the hybrid network (e.g., a 0.5 to 1 kWh Lilon battery).
  • the DC / DC converter can be arranged between the 24V section and the 48V section of the hybrid network.
  • the DC / DC converter can also be an inverter, wherein the inverter and the DC / DC converter function can also be integrated in one device.
  • thermoelectric generator may in particular be embedded in such a way in a drive train of the vehicle that hot exhaust gases on the Seebeck effect (use of Temperaturdif difference between a cold and a warm side of the thermoelectric generator) can be used to generate electrical energy to (re) ,
  • the thermoelectric generator preferably represents its own, independent element / system, which can be electrically connected to the hybrid network via the DC / DC converter.
  • the thermoelectrical The generator thus makes it possible to use at least partially burned energy of the internal combustion engine via the exhaust gas line in order to drive the vehicle and / or to charge the electric energy storage device.
  • the electric machine may be configured to drive the internal combustion engine to drive the engine in its engine operation
  • the electric machine may be configured to be driven in its generator mode by the internal combustion engine.
  • the electric machine can be coupled to the internal combustion engine ge and decoupled from this.
  • a possibility of coupling between the internal combustion engine and the electric machine can be dispensed with.
  • the electric machine may be alternatively driven in its generator mode, e.g. by a recuperator, and in its engine operation to drive a drive shaft of the vehicle, without being coupled to the internal combustion engine.
  • the electric machine and the electrical energy storage are further configured to feed electrical energy into the hybrid network and via the hybrid network with
  • the electric machine in its generator mode can feed electrical energy into the hybrid network in order to charge the electrical energy store.
  • the electrical energy store can also feed electrical energy into the hybrid network in order to provide the electrical machine with electrical energy for engine operation.
  • thermoelectric generator can be connected to a first electrical phase of the DC / DC converter, so that electrical energy from the thermoelectric generator into the hybrid network is fed to support the internal combustion engine when driving the vehicle.
  • thermoelectric generator Ge in the hybrid network introduced electrical energy can be absorbed by the DC / DC converter and fed into the hybrid network. This can happen, for example, both in the 24V section and in the 48V section of the hybrid network.
  • the DC / DC converter is used to coordinate the hybrid system and enables the electrical integration of the thermoelectric generator and - optionally - a solar system or a photovoltaic system (see below).
  • the DC / DC converter thus represents a central element of the hybrid system.
  • the electrical energy fed into the hybrid network can be used to propel the electric machine during engine operation or to assist in the drive.
  • the thermoelectric generator can supply sufficient energy (for example, an average of 2000 W) to directly re-feed the energy via the electrical machine via the DCDC converter as torque into the overall drive system. In this way, the internal combustion engine can be assisted in driving the vehicle, in particular the truck.
  • the electrical energy store can also be charged with the electrical energy fed into the hybrid network through the thermoelectric generator.
  • the hybrid system further comprises a photovoltaic system that can be connected to a second electrical phase of the DC / DC converter, so that electrical energy from the photovoltaic system is fed into the hybrid network.
  • the photovoltaic system or the solar system can be arranged, for example, on a roof of the vehicle, in particular of the truck, or a trailer, which is pulled by the truck.
  • the in the hybrid network through the Photovoltaic system fed electrical energy can be used to propel the electric motor during engine operation or to assist in the drive.
  • the electrical energy store can also be charged with the electrical energy fed into the hybrid network through the photovoltaic system.
  • the photovoltaic system via the DC / DC converter to the
  • the overall efficiency of the drive train of the vehicle can be improved by the hybrid system according to the invention, which enables system integration of thermoelectric generator, photovoltaic system and hybridization.
  • the use of the hybrid system (for example with a
  • the DC / DC converter serve via its additional electrical phases as a central connection for the thermoelectric generator and / or the solar system can.
  • a direct electrical connection of the individual components is created on the DC / DC converter, which in general the efficiency of the overall system can be increased.
  • thermoelectric generator and - optionally - the electrical energy of the photovoltaic system can be used as additional drive energy to which transmitted by the electric machine in engine operation on the crankshaft (possibly via belt / gear, etc.) can be. In this way, the internal combustion engine can be relieved and the fuel consumption can be reduced.
  • the present invention thus proposes an energy system for the hybrid system.
  • the thermoelectric generator and, if appropriate, the photovoltaic system or the solar system can generate correspondingly large amounts of energy for respective sections of the route that are traveled by a vehicle with the hybrid system, due to boundary conditions prevailing on these sections.
  • the energy that can be fed in by the thermoelectric generator is mainly dependent on the exhaust heat and the exhaust gas flow of the internal combustion engine.
  • the energy that can be introduced by the photovoltaic system or the solar system is mainly dependent on a current solar radiation or on shading effects on the Strekkenabbalden.
  • both potential energy sources have different input parameters which are not interdependent. It is therefore preferably provided that a respective voltage regulation and current regulation for both
  • a coordination of the internal combustion engine and the electrical machine used as a unit is provided in order to keep the internal combustion engine as possible for the thermoelectric generator and in terms of efficiency at the optimum operating point.
  • the coordination described above can be automated by an algorithm he follow.
  • the algorithm can be implemented by a program element which can be stored on a memory unit of the DC / DC converter and executed by a processor of the DC / DC converter.
  • the coordination of internal combustion engine and electric machine is a partial excitation of the energy-sealing system.
  • the electric machine can, for example, in engine operation always with additional
  • Support torque if a too high total torque is requested via a control unit of the vehicle.
  • the limitation of the electrical machine can be taken into account.
  • thermoelectric generator In general, the thermoelectric generator must be designed for different exhaust gas temperatures and exhaust gas flows. In a truck these can be very different due to the different driving profiles (e.g., city driving versus highway or traffic jam versus free road). With a truck one can define a main use case, which can then be optimized for the system. For example, if the thermoelectric generator is designed for a specific use case (e.g., highway driving) for an identified load point, then the thermoelectric generator / DC / DC converter system can be optimally designed. In addition, if the load points of the internal combustion engine are optimized via the hybrid powertrain, e.g. Through the electric machine adding power at peak demand (eBoost), the system is optimized for a load point which helps to always reach the ideal operating point for the ther moelectric generator.
  • eBoost electric machine adding power at peak demand
  • the energy management system can provide an energetic prediction of a performance of the internal combustion engine, in particular on the basis of existing road information. Furthermore, it allows the energy management system an optimized co menspiel of internal combustion engine and electric motor or electric machine, taking into account each Performance limits, temperature limits and available energies (battery contents). In particular, the support of the electric machine may be in focus, which should lead to the internal combustion engine can be operated in an optimized working area.
  • the DC / DC converter in another embodiment comprises a processor and a memory unit.
  • the memory unit stores a program element which, when executed on the processor, directs the processor to perform the steps described below.
  • thermoelectric generator and / or the photovoltaic system is predicted or predicted.
  • a power to be provided by the internal combustion engine on a preceding road section, the road section in future being to be traveled by a vehicle comprising the hybrid system according to the first aspect of the invention.
  • an energy value of the waste heat of the internal combustion engine can be calculated on the route section.
  • This waste heat can be at least partially converted by the thermoelectric generator into electrical energy, wherein the corresponding energy value of the waste heat can represent the predicted future potential energy output of the thermoelectric generator.
  • the potential energy output of the photovoltaic system can be determined, for example, based on solar radiation or based on shading, which are likely to prevail on the route section when the vehicle travels the route section.
  • Torque of the internal combustion engine predicted, wherein the torque is necessary to achieve a required or predetermined speed level.
  • it can be given before with which speed the vehicle is to travel on the route section for which in the first step the future potential energy output of the ther moelektrischen generator and / or the photovoltaic system has been predicted or predicted. Based on this speed, it can be determined or predicted what torque the internal combustion engine will have to apply in the future to achieve this speed (i.e., when the vehicle is traveling the pre-existing section).
  • the speed level can also be set via an automatic speed controller.
  • the electrical energy which is fed into the hybrid network from the thermoelectric generator and / or from the photovoltaic system is controlled based on the predicted future potential energy output of the thermoelectric generator and / or the photovoltaic system and based on the predicted, future required torque of the internal combustion engine.
  • the supply of electrical energy by the thermoelectric generator and / or by the photovoltaic system can be controlled such that the electric machine is supported in its engine operation, whereby the combus- tion engine in the drive of the vehicle can be supported. This allows the engine effortlessly or at least easier to provide the necessary drive torque and operating point, for example, in a particularly efficient Be operating point.
  • the present invention thus proposes the use of a predictive energy approach, e.g. using forward road data and traffic flow data (see below).
  • a predictive energy approach e.g. using forward road data and traffic flow data (see below).
  • This allows optimization of power generation under a fundamental task of having to operate the generator (e.g., the 48V Belt Site Generator) as little as possible in generator mode.
  • an energy management is provided, which takes into account energy flows (source and source).
  • the electrical energy storage 24V battery, 48V battery, high-voltage battery or the like
  • the pre diktive findings are included when which energies are expected (especially when the thermoelectric energy storage can feed what level of electrical energy).
  • thermoelectric generator supplies relatively little energy during this time.
  • Weather data or tunnel data for example, can be used to determine whether and how much electrical energy the photovoltaic system or solar panel can supply. Should it be determined by the above-described algorithm of the program element that the electrical energy storage can not supply the respective consumers to a certain point, the generator mode is switched on in a high level of effectiveness (possibly full load for a certain time).
  • the prediction of the future potential energy output of the thermoelectric takes place Generator and / or the photovoltaic system for the first phase and / or the second phase. If a plurality of thermoelectric generators and / or photovoltaic systems are provided, a separate phase can be maintained for each of the corresponding subsystems. It may be useful, especially in a photovoltaic ik system in the form of a solar system, if, for example, different angles of incidence due to a Aufbringpo position expect different levels of energy inputs. Furthermore, an interaction or a SoC (system on chip) control between different battery systems of the hybrid system can be provided. It is also possible by pass regulation including a generator / motor control. Furthermore, a best possible operating point - a so-called "maximum power point" can be determined.
  • SoC system on chip
  • the prediction of the future potential energy output of the thermoelectric generator may be based on road information data stored in a cloud and accessible to the DCDC converter.
  • road information data stored in a cloud and accessible to the DCDC converter.
  • speed limits or other speed limits of the road can be stored in the cloud.
  • a corresponding cloud-based solution is known under the name of eHorizon Applicant.
  • the prediction of the future potential energy output of the photovoltaic system is based on weather data to which the DCDC converter can access.
  • This weather data may in particular contain information about solar radiation which predominates in a section of the route which in the future is to be traveled by a vehicle which comprises the hybrid system according to the invention with the photovoltaic system.
  • the weather data in conjunction with a route guidance of a navigation system can be used to predict how high the light intensity that can be used by the photovoltaic system will be on the selected route section in the future.
  • Torque of the internal combustion engine based on road information data stored in a cloud, and can be accessed by the DCDC converter.
  • controlling the electrical energy which is fed from the thermoelectric generator and / or from the photovoltaic system into the hybrid network comprises a voltage regulation of the first phase and / or the second phase.
  • the electric machine can be connected to a further phase of the DC / DC converter.
  • a voltage regulation by means of the DC / DC converter can also be provided for this further phase.
  • a vehicle having a hybrid system according to the first aspect of the invention may in particular be a truck or a truck.
  • the vehicle may also be, for example, a bus, a municipal vehicle, a land economical commercial vehicle, a motor home or an automobile such as cars.
  • a computer readable medium having stored thereon one of the program elements described above.
  • Fig. 1 shows an embodiment of an inventive
  • thermoelectric generator with a photovoltaic system
  • Fig. 2 shows an embodiment of a thermoelectric
  • Fig. 1 shows a hybrid system 1 for driving a vehicle.
  • the vehicle may in particular be a lorry, which may for example have a weight of up to 6 t. If the truck pulls a loaded trailer, a total load weight of up to 40 tons may result.
  • the hybrid system 1 includes an internal combustion engine 2 for driving the vehicle, an electric machine 3 (e.g., a 48V Belt-Site Generator), a DC / DC converter 4, a
  • DC / DC converter 4 of a hybrid network and a 48V battery 7 (e.g., a 0.5 to 1 kWh Lilon battery) for one
  • the DC / DC converter is thus located between the 24V section 6 and the 48V section 8 of the hybrid network and the 24V battery 5 and the 48V battery 7 together form an electrical energy storage of the hybrid system 1.
  • the hybrid system 1 a thermoelectric generator 9 (eg with a peak power of about 2 to 5 kW) and a photovoltaic system 10 (eg with a peak power of about 400 to 600 W), which may be mounted for example on a roof of the truck.
  • the internal combustion engine 2 e.g. a diesel engine may be configured, for example, to be coupled to the electric machine 3 and to be decoupled from the electric machine 3.
  • the combus- tion engine 2 can drive the electric machine 3, so that the electric machine 3 is running in a generator mode, in particular to charge the 48V battery 7.
  • the electric machine 3 may also drive the engine 2 in its engine operation when the engine 2 is coupled to the electric machine 3.
  • the electric machine 3 may thus be adapted to operate in its Mo tor the internal combustion engine 2 for driving the
  • the electric machine 3 may alternatively be driven in its generator mode, e.g. by a recuperator, and drive in their engine operation, a drive shaft of the vehicle without being ge coupled with the internal combustion engine.
  • thermoelectric generator 9 may be so embedded in a drive train to the vehicle that hot exhaust gases 11 on the Seebeck effect (use of a temperature difference between a cold and a warm side of the thermoelectric generator 9) can be used to
  • thermoelectric generator 9 preferably provides its own, independent Element / system, which can be closed via at least one phase electrically via the DC / DC converter 4 to the hybrid network.
  • the thermoelectric generator 9 makes it possible to use at least partially burned energy of the internal combustion engine via the exhaust line in order to drive the vehicle and / or to load the electric energy storage 5/7.
  • the electric machine 2 and the electrical energy storage 5/7 are further adapted to feed electrical energy into the hybrid network and via the hybrid network with
  • the electric machine 3 can feed electrical energy into the hybrid network in order to charge the 48V battery 7.
  • the 48V battery 7 can also feed electrical energy into the hybrid network in order to drive or at least assist the electric machine 3 in its engine operation.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a thermoelectric generator 9 which comprises an inlet 14 and an outlet 15 for hot exhaust gas 11 of the internal combustion engine 2.
  • the hot exhaust gas 11 is passed through an exhaust pipe system 16 of an exhaust gas heat exchanger 17.
  • the hot exhaust gas 11 is heat to a cooling line system 18 of the exhaust gas heat exchanger 17, wherein within the cooling line system 18, for example, a coolant 19 can flow, which is supplied via an input 20 of the cooling line 18 and can be discharged through an outlet 21 of the cooling line 18 again.
  • thermoelectric generator 9 is in the exemplary embodiment shown from a first electrical phase of the
  • thermoelectric generator 9 in the hybrid network is fed.
  • Electrical energy introduced into the hybrid network by the thermoelectric generator 9 can be picked up by the DC / DC converter 4 and fed into the hybrid network. This can be done both in the 24V section 6 and in the 48V section 8 of the hybrid network.
  • DC / DC converter 4 is used for the coordination of the hybrid system 1 and allows the electrical integration of the thermoelectric generator and the photovoltaic system 10, which can be connected to a second electrical phase of the DC / DC converter 4, so that also electrical energy is fed from the photovoltaic system 10 in the hybrid network, in particular in the 24V section of the hybrid network.
  • the electrical energy fed into the hybrid network can be used to drive the electric machine 3 during engine operation or to assist in the drive.
  • the thermoelectric generator 9 can supply sufficient energy (for example, an average of 2000 W) to directly feed the energy via the electric machine 3 again as torque into the overall drive system. In this way, the internal combustion engine 2 can be supported in the drive of the truck.
  • the electrical energy storage 5/7 can also be charged with the electrical energy fed into the hybrid network through the thermoelectric generator 9 and / or the photovoltaic system 10.
  • the DC / DC converter 4 may comprise a processor 12 and a memory unit 13, wherein stored on the memory unit 13 is a program element which, when executed on the processor 12, directs the processor 12, the combustion engine 2 and the combustion engines coordinate electrical machine 3 such that the internal combustion engine 2 for the thermal electric generator 9 and is kept in terms of efficiency in an optimal operating point.
  • the processor may be instructed by the program element to perform the following steps:
  • thermoelectric generator 9 (100) predicting future potential energy performance of the thermoelectric generator 9 and / or the photovoltaic system 10,
  • thermoelectric generator 9 and / or from the Pho tovoltaik plant 10 is fed into the hybrid network, based on the predicted future poten nual energy performance of the thermoelectric generator 9 and / or the generator 9 and based on the predicted PV, future necessary torque of the internal combustion engine 2.
  • the prediction (100) of the future potential energy performance of the thermoelectric generator 9 and / or the photovoltaic system 10 can be carried out for the first phase and / or the second phase. Furthermore, the prediction (100) of the future potential energy output of the thermoelectric generator 9 can be based on road information data stored in a cloud, which can be accessed by the DCDC converter 4. Furthermore, the prediction (100) of the future potential energy output of the Photovoltaic system 10 based on weather data done, which can access the DCDC converter 4.
  • the prediction (200) of the future required torque of the internal combustion engine 2 may be based on
  • Road information is stored in a cloud, and can be accessed by the DCDC converter 4.
  • controlling (300) of the electrical energy which is fed from the thermoelectric generator 9 and / or from the photovoltaic system 10 into the hybrid network may comprise a voltage control of the first phase and / or the second phase.

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Abstract

Hybrid-System (1) zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftwagens. Das Hybrid-System (1) umfasst einen Verbrennungskraftmotor (2), eine elektrische Maschine (3), einen DC/DC-Konverter (4), einen elektrischen Energiespeicher (5, 7), einen thermoelektrischen Generator (9) und ein Hybrid-Netz (6, 8). Die elektrische Maschine (3) und der elektrische Energiespeicher (5, 7) sind dazu eingerichtet, elektrische Energie in das Hybrid-Netz (6, 8) einzuspeisen. Ebenfalls sind die elektrische Maschine (3) und der elektrische Energiespeicher (5, 7) dazu eingerichtet, über das Hybrid-Netz (6, 8) mit elektrischer Energie gespeist zu werden. Ferner kann der thermoelektrische Generator (9) an eine erste elektrische Phase des DC/DC-Konverters (4) angebunden werden, sodass elektrische Energie von dem thermoelektrischen Generator (9) in das Hybrid-Netz (6, 8) eingespeist wird, um den Verbrennungskraftmotor (2) beim Antrieb des Fahrzeugs zu unterstützen. Die Ansteuerung kann dabei über einen prädiktiven Ansatz erfolgen, welcher auf aktuelle und prognostizierte Umwelt-und Fahrzeugdaten zurückgreift.

Description

Beschreibung
Hybrid-System zum Antrieb eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft ein Hybrid-System zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftwagens (Truck) .
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Effi zienzsteigerung im Truck-Segment unter definierten Realbe dingungen, wobei der Fokus insbesondere auf Fahrzeugen mit einem Gewicht von über 6 t liegt. Die Realbedingungen können ins besondere für Trucks spezifiziert werden, welche einen sehr hohen Fachanteil auf Autobahnen aufweisen. Man spricht hier von Fernverkehr und konzentriert sich auf Lastkraftwagen (Lkw) , welche Lastgewichte inklusive Anhänger und Beladung von bis zu 40 t aufweisen. Aufgrund der Fahrbelastung und somit Fahr zeugauslegung unter fokussierten Szenarien (z.B. ein Transport von München nach Hamburg und zurück mit bis zu 99 % Auto bahnanteil) lässt sich für den Antriebsstrang des LKWs ein erkennbarer Hauptlastpunkt darstellen (bei beispielsweise 80 km/h - durchschnittliche Getriebe-/Motorumdrehung inklusive durchschnittliche Lastanforderung bei etwa 100 KW) .
Typischerweise gehen ca. 30-40 % eines Verbrennungskraftmotors eines Fahrzeugs über den Abgasstrang ohne weitere Nutzung als Wärmeenergie nach außen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Ef fizienz eines Antriebssystems eines Fahrzeugs, insbesondere eines Lastkraftwagens, zu erhöhen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche, der folgenden Beschreibung sowie der Fi guren .
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein effizientes Zusam menwirken vorgeschlagen zwischen einem installierten Hyb- rid-System (mit Fokus beispielsweise auf ein sogenanntes „48V Mild Hybrid System") , einem thermoelektrischen Generator (TEG) und optional einer Fotovoltaik-Anlage (die sich insbesondere auf einem Dach eines LKWs oder eines Trailers befinden kann) . Eine Koordination der vorstehend genannten Komponenten wird vor geschlagen, welche ermöglicht, dass die jeweiligen einzelnen Komponenten bzw. Systeme (Hybrid-System, TEG-System und So- larsystem/Photovoltaik-Anlage) in einer besonders wirt schaftlichen Art miteinander verbunden und koordiniert werden, insbesondere über einen einzigen DC/DC-Konverter - ggf. mit mehreren Einzelphasen zur PV-Applikation . Darüber hinaus wird auch eine Energiekoordination mit prädiktivem Ansatz vorge schlagen .
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Hybrid-System zum Antrieb eines Fahrzeugs bereitgestellt . Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um einen Lastkraftwagen handeln, welcher beispielsweise ein Gewicht von über 6 t aufweisen kann. Sofern der Lastkraftwagen einen beladenen Anhänger zieht, kann sich ein Gesamtlastgewicht von bis zu 40 t ergeben. Alternativ ist das erfindungsgemäße Hybrid-System jedoch auch zum Antrieb anderer Fahrzeuge geeignet, z.B. zum Antrieb von Bussen, Kommunal fahrzeugen, landwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen, Wohnmobilen oder Automobilen.
Das Hybrid-System umfasst einen Verbrennungskraftmotor, eine elektrische Maschine, einen DC/DC-Konverter, einen elektrischen Energiespeicher, einen thermoelektrischen Generator und ein Hybrid-Netz . Bei der elektrischen Maschine handelt es sich insbesondere um einen Starter oder einen Motor/Generator, z.B. ein 48 V Rie menstarter-Generator - auch Belt-Site Generator genannt.
Das Hybrid-Netz kann beispielsweise auf Niedervolt-Spannung (bis 60 V) oder Hochvolt-Spannung (ab 60 V) basieren. Beispielsweise kann das Hybrid-Netz einen 24V-Abschnitt und einen 48-V Abschnitt umfassen (ein sogenanntes „24V/48V Mild Hybrid System"). Op tional zum 24V System kann auch ein 12V System Verwendung finden - dann wird von einem 12V/48V System gesprochen.
Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich beispielsweise um eine Batterie handeln. Der elektrische Energiespeicher kann auch mehrere Batterien umfassen, z.B. eine 24V-Batterie für den 24V-Abschnitt des Hybrid-Netzes und/oder eine 48V-Batterie für den 48V-Abschnitt des Hybrid-Netzes (z.B. eine Lilon-Batterie mit 0.5 bis 1 kWh) .
Der DC/DC-Konverter kann insbesondere zwischen dem 24V-Abschnitt und dem 48V-Abschnitt des Hybrid-Netzes angeordnet sein. Bei dem DC/DC-Konverter kann es sich auch um einen Inverter handeln, wobei die Inverter- und die DC/DC-Konverter-Funktion auch in einem Gerät integriert sein kann.
Der thermoelektrische Generator kann insbesondere derart in einen Antriebsstrang des Fahrzeugs eingebettet sein, dass heiße Abgase über den Seebeck-Effekt (Nutzung einer Temperaturdif ferenz zwischen einer kalten und einer warmen Seite des thermoelektrischen Generators) genutzt werden können, um elektrischen Energie zu (re) generieren . Der thermoelektrische Generator stellt vorzugsweise ein eigenes, selbstständiges Element/System dar, welches elektrisch über den DC/DC-Konverter an das Hybrid-Netz angeschlossen sein kann. Der thermoelekt- rische Generator ermöglicht somit verbrannte Energie des Verbrennungskraftmotors über den Abgasstrang zumindest teil weise zu nutzen, um das Fahrzeug anzutreiben und/oder um den elektrischen Energiespeicher zu laden.
Die elektrische Maschine kann dazu eingerichtet sein, in ihrem Motorbetrieb den Verbrennungskraftmotor zum Antrieb des
Fahrzeugs zu unterstützen. Weiterhin kann die elektrische Maschine dazu eingerichtet sein, in ihrem Generatorbetrieb von dem Verbrennungskraftmotor angetrieben zu werden. Dazu kann die elektrische Maschine mit der Verbrennungskraftmaschine ge koppelt und von dieser entkoppelt werden. Alternativ kann auf eine Kopplungsmöglichkeit zwischen dem Verbrennungskraftmotor und der elektrischen Maschine verzichtet werden. In diesem Fall kann die elektrische Maschine in ihrem Generatorbetrieb al ternativ angetrieben werden, z.B. durch einen Rekuperator, und in ihrem Motorbetrieb eine Antriebswelle des Fahrzeugs an treiben, ohne mit dem Verbrennungskraftmotor gekoppelt zu sein.
Die elektrische Maschine und der elektrische Energiespeicher sind weiterhin dazu eingerichtet, elektrische Energie in das Hybrid-Netz einzuspeisen und über das Hybrid-Netz mit
elektrischer Energie gespeist zu werden. Beispielsweise kann die elektrische Maschine in ihrem Generatorbetrieb elektrische Energie in das Hybrid-Netz einspeisen, um den elektrischen Energiespeicher aufzuladen. Umgekehrt kann auch der elektrische Energiespeicher elektrische Energie in das Hybrid-Netz ein speisen, um der elektrischen Maschine elektrische Energie für den Motorbetrieb bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass der thermoelektrische Generator an eine erste elektrische Phase des DC/DC-Konverters angebunden werden kann, sodass elektrische Energie von dem thermoelektrischen Generator in das Hybrid-Netz eingespeist wird, um den Verbrennungskraftmotor beim Antrieb des Fahrzeugs zu unterstützen. Durch den thermoelektrischen Ge nerator in das Hybrid-Netz eingebrachte elektrische Energie kann von dem DC/DC-Konverter aufgenommen und in das Hybrid-Netz eingespeist werden. Dies kann beispielsweise sowohl in dem 24V-Abschnit als auch in dem 48-V Abschnitt des Hybrid-Netzes geschehen. Der DC/DC-Konverter dient der Koordination des Hybrid-Systems und ermöglicht die elektrische Einbindung des thermoelektrischen Generators sowie - optional - eines So larsystems bzw. einer Photovoltaik-Anlage (siehe weiter unten) . Der DC/DC-Konverter stellt somit ein zentrales Element des Hybrid-Systems dar.
Die in das Hybrid-Netz eingespeiste elektrische Energie kann dazu genutzt werden, die elektrische Maschine im Motorbetrieb an zutreiben oder im Antrieb zu unterstützen. Der thermoelektrische Generator kann ausreichend Energie liefern (beispielsweise durchschnittlich 2000 W) , um direkt via DCDC Converter die Energie über die elektrische Maschine wieder als Drehmoment in das Gesamtantriebssystem einzuspeisen. Auf diese Weise kann der Verbrennungskraftmotor beim Antrieb des Fahrzeugs, insbesondere des Lastkraftwagens, unterstützt werden. Alternativ oder zu sätzlich kann auch der elektrische Energiespeicher mit der in das Hybrid-Netz durch den thermoelektrischen Generator einge speisten elektrischen Energie geladen werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Hybrid-System weiterhin eine Photovoltaik-Anlage, die an eine zweite elektrische Phase des DC/DC-Konverters angebunden werden kann, sodass elektrische Energie von der Photovoltaik-Anlage in das Hybrid-Netz ein gespeist wird. Die Photovoltaik-Anlage bzw. die Solaranlage kann beispielsweise auf einem Dach des Fahrzeugs, insbesondere des Lastkraftwagens, oder eines Trailers angeordnet sein, der durch den Lastkraftwagen gezogen wird. Die in das Hybrid-Netz durch die Photovoltaik-Anlage eingespeiste elektrische Energie kann dazu genutzt werden, die elektrische Maschine im Motorbetrieb an zutreiben oder im Antrieb zu unterstützen. Alternativ oder zusätzlich kann auch der elektrische Energiespeicher mit der in das Hybrid-Netz durch den die Photovoltaik-Anlage eingespeisten elektrischen Energie geladen werden. Beispielsweise kann die Photovoltaik-Anlage über den DC/DC-Konverter an den
24V-Abschnitt des Hybrid-Netzes angebunden werden, und innerhalb des 24V-Abschnitts eine 24V-Batterie laden.
Die Gesamteffizienz des Antriebsstrangs des Fahrzeugs kann durch das erfindungsgemäße Hybrid-System verbessert werden, welches eine Systemintegration von thermoelektrischem Generator, Photovoltaik-Anlage und Hybridisierung ermöglicht. Die Ver wendung des Hybrid-Systems (beispielsweise mit einem
48V-Hybrid-Netz mit RSG, einem DC/DC-Konverter und einer Batterie als Hauptkomponenten) kann die Basis bilden, wobei der DC/DC-Konverter über seine zusätzlichen elektrischen Phasen als zentraler Anschluss für den thermoelektrischen Generator und/oder das Solarsystem dienen kann. Dadurch wird eine direkte elektrische Verbindung der Einzelkomponenten am DC/DC-Konverter geschaffen, wodurch generell die Effizienz des Gesamtsystems erhöht werden kann.
Die Verwendung der erzeugten bzw. umgewandelten Energie des thermoelektrischen Generators und - optional - der elektrischen Energie der Photovoltaik-Anlage kann als zusätzliche An triebsenergie genutzt werden, welche durch die elektrische Maschine im Motorbetrieb auf die Kurbelwelle (gegebenenfalls über Riemen/Getriebe etc.) übertragen werden kann. Auf diese Weise kann die Verbrennungskraftmaschine entlastet und der Kraftstoffverbrauch gesenkt werden.
Die vorliegende Erfindung schlägt somit ein Energierege- lungssystem für das Hybrid-System vor. Der thermoelektrische Generator und gegebenenfalls die Photovoltaik-Anlage bzw. das Solarsystem können für jeweilige Streckenabschnitte, die von einem Fahrzeug mit dem Hybrid-System befahren werden, aufgrund von auf diesen Streckenabschnitten vorherrschenden Randbe dingungen entsprechend viel Energie generieren. Die Energie, welche durch den thermoelektrischen Generator eingespeist werden kann, ist vor allem von der Abgaswärme und der Abgasströmung des Verbrennungskraftmotors abhängig. Die Energie hingegen, die durch die Photovoltaik-Anlage bzw. das Solarsystem eingebracht werden kann, ist vorwiegend abhängig von einer aktuellen Sonnenstrahlung bzw. von Verschattungseffekten auf den Stre ckenabschnitten. Somit haben beide potentielle Energiequellen unterschiedliche Eingangsparameter, welche nicht voneinander abhängig sind. Es ist daher bevorzugt vorgesehen, dass eine jeweilige Spannungsregelung und Stromregelung für beide
Energiesysteme im DC/DC-Konverter über eine jeweilige separate Phase erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform ist eine Koordination von Verbrennungsmotor und verwendeter elektrischer Maschine als Einheit vorgesehen, um den Verbrennungsmotor möglichst für den thermoelektrischen Generator und bezogen auf die Effizienz im optimalen Arbeitspunkt zu halten. Die vorstehend beschriebene Koordination kann durch einen Algorithmus automatisiert er folgen. Der Algorithmus kann durch ein Programmelement im plementiert werden, welches auf einer Speichereinheit des DC/DC-Konverters hinterlegt und durch einen Prozessor des DC/DC-Konverters ausgeführt werden kann. Die Koordination von Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine ist eine Teilregung des Energieriegelsystems. Die elektrische Maschine kann bei spielsweise im Motorbetrieb immer dann mit zusätzlichem
Drehmoment unterstützen, wenn über eine Control Unit des Fahrzeugs ein zu hohes Gesamtdrehmoment angefordert wird. Generell kann dabei die Limitierung der elektrischen Maschine berücksichtigt werden.
Generell muss der thermoelektrische Generator für unter schiedliche Abgastemperaturen und Abgasströme ausgelegt werden. Bei einem Lkw können diese aufgrund der unterschiedlichen Fahrprofile (z.B. Stadtfahrt gegenüber Landstraße oder Stau gegenüber freier Straße) sehr unterschiedlich ausfallen. Bei einem Lkw kann man einen Haupt-Usecase definiert werden, welcher dann für das System optimiert werden kann. Wird beispielsweise der thermoelektrische Generator auf einen spezifischen Usecase (z.B. Autobahnfahrt) für einen identifizierten Lastpunkt ausgelegt, so kann das System aus thermoelektrischem Generator und DC/DC-Konverter optimal ausgelegt werden. Sofern die Lastpunkte des Verbrennungskraftmotors zusätzlich über den Hybridantriebsstrang optimiert werden, indem man z.B. über die elektrische Maschine Energie bei Anforderungsspitzen hinzufügt (eBoost) , so wird das System auf einen Lastpunkt optimiert, welcher hilft, immer den idealen Arbeitspunkt für den ther moelektrischen Generator zu erreichen.
Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen, das erfindungsgemäße Hybrid-System in Kombination mit einem prädiktiven Ener giemanagementsystem einzusetzen. Dieses Energiemanagement system kann insbesondere die im Folgenden beschriebenen
Funktionen erfüllen. So kann es eine energetische Prädiktion des thermoelektrischen Generators aufgrund von Abgasstrangtempe raturen bzw. Abgasstrangströmungen liefern. Weiterhin kann das Energiemanagementsystem eine energetische Prädiktion einer Leistung der Verbrennungskraftmaschine liefern, insbesondere aufgrund von vorliegenden Straßeninformationen. Ferner er möglicht das Energiemanagementsystem ein optimiertes Zusam menspiel von Verbrennungskraftmaschine und Elektromotor bzw. elektrischer Maschine unter Berücksichtigung von jeweiligen Leistungsgrenzen, Temperaturgrenzen und verfügbaren Energien (Batterieinhalt) . Dabei kann insbesondere die Unterstützung der elektrischen Maschine im Fokus liegen, was dazu führen soll, dass die Verbrennungskraftmaschine in einem optimierten Arbeits bereich betrieben werden kann.
In diesem Sinne umfasst der DC/DC-Konverter in einer weiteren Ausführungsform einen Prozessor und eine Speichereinheit. Auf der Speichereinheit ist ein Programmelement gespeichert, das, wenn es auf dem Prozessor ausgeführt wird, den Prozessor an leitet, die im Folgenden beschriebenen Schritte durchzuführen.
In einem ersten Schritt wird eine zukünftige potentielle Energieleistung des thermoelektrischen Generators und/oder der Photovoltaik-Anlage vorausgesagt bzw. prädiziert. Insbesondere kann eine von dem Verbrennungskraftmotor auf einem voraus liegenden Streckenabschnitt bereitzustellende Leistung er mittelt werden, wobei der Streckenabschnitt zukünftig von einem Fahrzeug befahren werden soll, welches das Hybrid-System gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfasst. Basierend auf der ermittelten bereitzustellenden Leistung des Verbrennungs kraftmotors kann ein Energiewert der Abwärme des Verbren nungskraftmotors auf dem Streckenabschnitt berechnet werden. Diese Abwärme kann zumindest teilweise durch den thermo elektrischen Generator in elektrische Energie umgewandelt werden, wobei der entsprechende Energiewert der Abwärme die vorausgesagte zukünftige potentielle Energieleistung des thermoelektrischen Generators darstellen kann. Die potentielle Energieleistung der Photovoltaik-Anlage kann beispielsweise basierend auf einer Sonnenstrahlung oder basierend auf einer Beschattung ermittelt werden, welche auf dem Streckenabschnitt voraussichtlich dann vorherrschen werden, wenn das Fahrzeug den Streckenabschnitt befährt. In einem zweiten Schritt wird ein zukünftig notwendiges
Drehmoment des Verbrennungskraftmotors vorausgesagt, wobei das Drehmoment notwendig ist, um ein gefordertes bzw. vorgegebenes Geschwindigkeitsniveau zu erreichen. Insbesondere kann vor gegeben werden, mit welcher Geschwindigkeit sich das Fahrzeug auf dem Streckenabschnitt fortbewegen soll, für den in dem ersten Schritt die zukünftige potentielle Energieleistung des ther moelektrischen Generators und/oder der Photovoltaik-Anlage vorausgesagt bzw. prädiziert worden ist. Basierend auf dieser Geschwindigkeit kann ermittelt bzw. vorausgesagt werden, welches Drehmoment der Verbrennungskraftmotor zur Erreichung dieser Geschwindigkeit zukünftig (d.h., wenn das Fahrzeug den vor ausliegenden Streckenabschnitt befährt) aufbringen muss. Ge gebenenfalls kann das Geschwindigkeitsniveau auch über einen automatischen Geschwindigkeitsregler eingestellt werden. Durch die Voraussage des zukünftig notwendigen Drehmoments des Verbrennungskraftmotors ist eine Voraussage bzw. eine Prädiktion dahingehend möglich, ob zukünftig ein positives (motorisches) oder ein negatives (generatorisches) Antriebsmoment vorliegt.
In einem dritten Schritt erfolgt ein Steuern der elektrischen Energie, welche von dem thermoelektrischen Generator und/oder von der Photovoltaik-Anlage in das Hybrid-Netz eingespeist wird, basierend auf der vorausgesagten zukünftigen potentiellen Energieleistung des thermoelektrischen Generators und/oder der Photovoltaik-Anlage und basierend auf dem vorausgesagten, zukünftig notwendigen Drehmoment des Verbrennungskraftmotors. Insbesondere kann, wenn das Fahrzeug den Streckenabschnitt befährt, die Einspeisung von elektrischer Energie durch den thermoelektrischen Generator und/oder durch die Photovolta ik-Anlage derart gesteuert werden, dass die elektrische Maschine in ihrem Motorbetrieb unterstützt wird, wodurch der Verbren nungsmotor im Antrieb des Fahrzeugs unterstützt werden kann. Dadurch kann der Verbrennungsmotor mühelos oder zumindest leichter das notwendige Antriebsdrehmoment bereitstellen und dabei beispielsweise in einem besonders effizienten Be triebspunkt betrieben werden.
Die vorliegende Erfindung schlägt somit die Verwendung eines prädiktiven Energieansatzes vor, z.B. unter Verwendung von vorausliegenden Straßendaten und Verkehrsflussdaten (siehe weiter unten) . Dies ermöglicht eine Optimierung der Energie gewinnung bzw. Energieumwandlung unter einer grundsätzlichen Aufgabenstellung, den Generator (z.B. den 48 V Belt Site Ge nerator) so wenig wie möglich im Generatormodus betreiben zu müssen. Bevorzugt ist ein Energiemanagement vorgesehen, welches Energieflüsse (Quelle und Source) berücksichtigt. Weiterhin werden auch der elektrische Energiespeicher (24V-Batterie, 48V-Batterie, Hochvoltbatterie oder Ähnliches) und die prä diktiven Erkenntnisse einbezogen, wann welche Energien erwartet werden (insbesondere wann der thermoelektrische Energiespeicher welchen Grad an elektrischer Energie einspeisen kann) .
Fährt beispielsweise das Fahrzeug, insbesondere ein Last kraftwagen/Truck, über längere Zeit bergab, so führt der thermoelektrische Generator während dieser Zeit relativ wenig Energie zu. Über beispielsweise Wetterdaten oder Tunneldaten kann abgeleitet werden, ob und wie viel elektrische Energie die Photovoltaik-Anlage bzw. das Solarpanel Zuspeisen kann. Sollte dabei durch den vorstehend beschriebenen Algorithmus des Programmelements festgestellt werden, dass der elektrische Energiespeicher bis zu einem bestimmten Punkt die jeweiligen Verbraucher nicht versorgen kann, so wird der Generatormodus in einem hohen Effektivitätslevel zugeschaltet (gegebenenfalls Volllast über eine bestimmte Zeit) .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Voraussagen der zukünftigen potentiellen Energieleistung des thermoelektrischen Generators und/oder der Photovoltaik-Anlage für die erste Phase und/oder die zweite Phase. Sofern mehrere thermoelektrische Generatoren und/oder Fotovoltaik-Anlagen vorgesehen sind, so kann für jedes der entsprechenden Untersysteme eine eigene Phase vorgehalten werden. Es kann vor allem bei einer Photovolta ik-Anlage in Form eines Solarsystems sinnvoll sein, wenn z.B. unterschiedliche Einstrahlwinkel aufgrund einer Aufbringpo sition unterschiedlich hohe Energieeinträge erwarten lassen. Weiterhin kann eine Interaktion oder auch eine SoC (System on Chip) Regelung zwischen unterschiedlichen Batteriesystemen des Hybrid-Systems vorgesehen sein. Möglich ist auch eine By passregelung einschließlich einer Generator/Motor-Regelung . Ferner kann ein bestmöglicher Arbeitspunkt - ein sogenannter „maximaler Power Point" bestimmt werden.
Weiterhin kann das Voraussagen der zukünftigen potentiellen Energieleistung des thermoelektrischen Generators basierend auf Straßeninformations-Daten erfolgen, die in einer Cloud hin terlegt sind, und auf die der DCDC-Konverter zugreifen kann. Beispielsweise können Daten zu Steigungen einer Straße, auf welcher sich ein Fahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Hyb- rid-System bewegt, Geschwindigkeitslimits oder sonstige Ge- schwindigkeitsbegrenzungen der Straße in der Cloud hinterlegt sein. Eine entsprechende Cloud-basierte Lösung ist unter dem Namen eHorizon der Anmelderin bekannt. Mittels dieser Daten kann ein zukünftiger Arbeitspunkt für den thermoelektrischen Ge nerator aufgrund erwarteter Abgastemperaturen bzw. Abgas strömungen berechnet werden. Daraus ergibt sich eine abzu schätzende Energieleistung des thermoelektrischen Generators für jeweils vorausliegende Fahrabschnitte.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Voraussagen der zukünftigen potentiellen Energieleistung der Photovolta ik-Anlage basierend auf Wetterdaten, auf welche der DCDC-Konverter zugreifen kann. Diese Wetterdaten können ins besondere Informationen über eine Sonneneinstrahlung enthalten, welche in einem Streckenabschnitt vorherrscht, der zukünftig von einem Fahrzeug befahren werden soll, der das erfindungsgemäße Hybrid-System mit der Photovoltaik-Anlage umfasst. Insbesondere können die Wetterdaten im Zusammenspiel mit einer Routenführung eines Navigationssystems dazu verwendet werden, vorauszusagen, wie hoch die von der Photovoltaik-Anlage nutzbare Lichtin tensität zukünftig auf dem gewählten Streckenabschnitt sein wird .
Außerdem kann das Voraussagen des zukünftig notwendigen
Drehmoments des Verbrennungskraftmotors basierend auf Stra- ßeninformations-Daten erfolgen, die in einer Cloud hinterlegt sind, und auf die der DCDC-Konverter zugreifen kann.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Steuern der elektrischen Energie, welche von dem thermoelektrischen Ge nerator und oder von der Photovoltaik-Anlage in das Hybrid-Netz eingespeist wird, eine Spannungsregelung der ersten Phase und/oder der zweiten Phase. Weiterhin kann auch insbesondere die elektrische Maschine an eine weitere Phase des DC/DC-Konverters angebunden werden. Auch für diese weitere Phase kann eine Spannungsregelung mittels des DC/DC-Konverters vorgesehen sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug mit einem Hybrid-System gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung bereitgestellt. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um einen Lastkraftwagen bzw. Truck handeln. Das Fahrzeug kann jedoch auch beispielsweise ein Bus, ein Kommunalfahrzeug, ein land wirtschaftliches Nutzfahrzeug, ein Wohnmobil oder ein Automobil wie Pkw sein. Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein computer lesbares Medium bereitgestellt, auf dem eines der vorstehend beschriebenen Programmelemente gespeichert ist.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Hybrid-Systems mit einem thermoelektrischen Generator mit einer Photovoltaik-Anlage und
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines thermoelektrischen
Generators für das Hybrid-System nach Fig. 1.
Fig. 1 zeigt ein Hybrid-System 1 zum Antrieb eines Fahrzeugs. Bei dem Fahrzeug kann es sich insbesondere um einen Lastkraftwagen handeln, welcher beispielsweise ein Gewicht von bis zu 6 t aufweisen kann. Sofern der Lastkraftwagen einen beladenen Anhänger zieht, kann sich ein Gesamtlastgewicht von bis zu 40 t ergeben .
Das Hybrid-System 1 umfasst einen Verbrennungskraftmotor 2 zum Antrieb des Fahrzeugs, eine elektrische Maschine 3 (z.B. ein 48 V Belt-Site Generator), einen DC/DC-Konverter 4, eine
24V-Batterie 5 für einen 24V-Abschnitt 6 (links des
DC/DC-Konverters 4) eines Hybrid-Netzes und eine 48V-Batterie 7 (z.B. eine Lilon-Batterie mit 0.5 bis 1 kWh) für einen
48V-Abschnitt 8 des Hybrid-Netzes (ein sogenanntes „24V/48VMild Hybrid System") . Der DC/DC-Konverter ist somit zwischen dem 24V-Abschnitt 6 und dem 48V-Abschnitt 8 des Hybrid-Netzes angeordnet und die 24V-Batterie 5 und die 48V-Batterie 7 bilden gemeinsam einen elektrischen Energiespeicher des Hybrid-Systems 1. Weiterhin weist das Hybrid-System 1 einen thermoelektrischen Generator 9 (z.B. mit einer Spitzenleistung von ungefähr 2 bis 5 kW) und eine Photovoltaik-Anlage 10 (z.B. mit einer Spit zenleistung von ungefähr 400 bis 600 W) auf, die beispielsweise auf einem Dach des Lastkraftwagens montiert sein kann.
Der Verbrennungskraftmotor 2, z.B. ein Dieselmotor kann bei spielsweise dazu eingerichtet sein, mit der elektrischen Ma schine 3 gekoppelt zu werden und von der elektrischen Maschine 3 entkoppelt zu werden. Wenn der Verbrennungsmotor 2 mit der elektrischen Maschine 3 gekoppelt ist, kann der Verbren nungsmotor 2 die elektrische Maschine 3 antreiben, sodass die elektrische Maschine 3 in einem Generatorbetrieb läuft, um insbesondere die 48V-Batterie 7 zu laden. Auf der anderen Seite kann auch die elektrische Maschine 3 in ihrem Motorbetrieb den Verbrennungsmotor 2 antreiben, wenn der Verbrennungsmotor 2 mit der elektrischen Maschine 3 gekoppelt ist. Die elektrische Maschine 3 kann somit dazu eingerichtet sein, in ihrem Mo torbetrieb den Verbrennungskraftmotor 2 zum Antrieb des
Fahrzeugs zu unterstützen und in ihrem Generatorbetrieb von dem Verbrennungskraftmotor 2 angetrieben zu werden. Alternativ kann auch auf eine Kopplungsmöglichkeit zwischen dem Verbren nungskraftmotor 2 und der elektrischen Maschine 3 verzichtet werden. In diesem Fall kann die elektrische Maschine 3 in ihrem Generatorbetrieb alternativ angetrieben werden, z.B. durch einen Rekuperator, und in ihrem Motorbetrieb eine Antriebswelle des Fahrzeugs antreiben, ohne mit dem Verbrennungskraftmotor ge koppelt zu sein.
Der thermoelektrische Generator 9 kann derart in einen An triebsstrang des Fahrzeugs eingebettet sein, dass heiße Abgase 11 über den Seebeck-Effekt (Nutzung einer Temperaturdifferenz zwischen einer kalten und einer warmen Seite des thermo elektrischen Generators 9) genutzt werden können, um
elektrischen Energie zu generieren. Der thermoelektrische Generator 9 stellt vorzugsweise ein eigenes, selbstständiges Element/System dar, welches über wenigstens eine Phase elektrisch über den DC/DC-Konverter 4 an das Hybrid-Netz an geschlossen sein kann. Der thermoelektrische Generator 9 er möglicht, verbrannte Energie des Verbrennungskraftmotors über den Abgasstrang zumindest teilweise zu nutzen, um das Fahrzeug anzutreiben und/oder um den elektrischen Energiespeicher 5/7 zu laden .
Die elektrische Maschine 2 und der elektrische Energiespeicher 5/7 sind weiterhin dazu eingerichtet, elektrische Energie in das Hybrid-Netz einzuspeisen und über das Hybrid-Netz mit
elektrischer Energie gespeist zu werden. Beispielsweise kann die elektrische Maschine 3 in ihrem Generatorbetrieb elektrische Energie in das Hybrid-Netz einspeisen, um die 48V-Batterie 7 aufzuladen. Umgekehrt kann auch die 48V-Batterie 7 elektrische Energie in das Hybrid-Netz einspeisen, um die elektrische Maschine 3 in ihrem Motorbetrieb anzutreiben oder dabei zumindest zu unterstützen.
Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines thermoelektrischen Generators 9, welcher einen Eingang 14 und einen Ausgang 15 für heißes Abgas 11 des Verbrennungsmotors 2 umfasst. Zwischen dem Eingang 14 und dem Ausgang 15 wird das heiße Abgas 11 durch ein Abgasleitungssystem 16 eines Abgaswärmetauschers 17 geführt. Das heiße Abgas 11 gibt Wärme an ein Kühlleitungssystem 18 des Abgaswärmetauscher 17 ab, wobei innerhalb des Kühlleitungs systems 18 beispielsweise ein Kühlmittel 19 fließen kann, das über einen Eingang 20 des Kühlleitungssystem 18 zugeführt und über einen Ausgang 21 des Kühlleitungssystems 18 wieder abgeführt werden kann.
Der thermoelektrische Generator 9 ist in dem gezeigten Aus führungsbeispiel an eine erste elektrische Phase des
DC/DC-Konverters 4 angebunden, sodass elektrische Energie von dem thermoelektrischen Generator 9 in das Hybrid-Netz einge speist wird. Durch den thermoelektrischen Generator 9 in das Hybrid-Netz eingebrachte elektrische Energie kann von dem DC/DC-Konverter 4 aufgenommen und in das Hybrid-Netz eingespeist werden. Dies kann sowohl in dem 24V-Abschnit 6 als auch in dem 48-V Abschnitt 8 des Hybrid-Netzes geschehen. Der
DC/DC-Konverter 4 dient der Koordination des Hybrid-Systems 1 und ermöglicht die elektrische Einbindung des thermoelektrischen Generators sowie der Photovoltaik-Anlage 10, die an eine zweite elektrische Phase des DC/DC-Konverters 4 angebunden werden kann, sodass auch elektrische Energie von der Photovoltaik-Anlage 10 in das Hybrid-Netz eingespeist wird, insbesondere in den 24V-Abschnitt des Hybrid-Netzes .
Die in das Hybrid-Netz eingespeiste elektrische Energie kann dazu genutzt werden, die elektrische Maschine 3 im Motorbetrieb anzutreiben oder im Antrieb zu unterstützen. Der thermo elektrische Generator 9 kann ausreichend Energie liefern (beispielsweise durchschnittlich 2000 W) , um direkt die Energie über die elektrische Maschine 3 wieder als Drehmoment in das Gesamtantriebssystem einzuspeisen. Auf diese Weise kann der Verbrennungskraftmotor 2 beim Antrieb des Lastkraftwagens unterstützt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch der elektrische Energiespeicher 5/7 mit der in das Hybrid-Netz durch den thermoelektrischen Generator 9 und/oder der Photovolta ik-Anlage 10 eingespeisten elektrischen Energie geladen werden.
Der DC/DC-Konverter 4 kann einen Prozessor 12 und eine Spei chereinheit 13 umfassen, wobei auf der Speichereinheit 13 ein Programmelement gespeichert ist, das, wenn es auf dem Prozessor 12 ausgeführt wird, den Prozessor 12 anleitet, den Verbren nungskraftmotor 2 und die elektrische Maschine 3 derart zu koordinieren, dass der Verbrennungsmotor 2 für den thermo- elektrischen Generator 9 und bezogen auf die Effizienz in einem optimalen Arbeitspunkt gehalten wird.
Alternativ oder zusätzlich kann der Prozessor durch das Pro grammelement angeleitet werden, die folgenden Schritte durchzuführen :
(100) Voraussagen einer zukünftigen potentiellen Energie leistung des thermoelektrischen Generators 9 und/oder der Photovoltaik-Anlage 10,
(200) Voraussagen eines zukünftig notwendigen Drehmoments des
Verbrennungskraftmotors 2, um ein gefordertes Ge- schwindigkeitsniveau zu erreichen, und
(300) Steuern der elektrischen Energie, welche von dem
thermoelektrischen Generator 9 und/oder von der Pho tovoltaik-Anlage 10 in das Hybrid-Netz eingespeist wird, basierend auf der vorausgesagten zukünftigen poten tiellen Energieleistung des thermoelektrischen Gene rators 9 und/oder der Photovoltaik-Anlage 10 und ba sierend auf dem vorausgesagten, zukünftig notwendigen Drehmoment des Verbrennungskraftmotors 2.
Das Voraussagen (100) der zukünftigen potentiellen Energie leistung des thermoelektrischen Generators 9 und/oder der Photovoltaik-Anlage 10 kann dabei für die erste Phase und/oder die zweite Phase erfolgen. Weiterhin kann das Voraussagen (100) der zukünftigen potentiellen Energieleistung des thermo elektrischen Generators 9 basierend auf Straßeninforma- tions-Daten erfolgt, die in einer Cloud hinterlegt sind, und auf die der DCDC-Konverter 4 zugreifen kann. Ferner kann das Vo raussagen (100) der zukünftigen potentiellen Energieleistung der Photovoltaik-Anlage 10 basierend auf Wetterdaten erfolgen, auf welche der DCDC-Konverter 4 zugreifen kann.
Außerdem kann das Voraussagen (200) des zukünftig notwendigen Drehmoments des Verbrennungskraftmotors 2 basierend auf
Straßeninformations-Daten erfolgt, die in einer Cloud hinterlegt sind, und auf die der DCDC-Konverter 4 zugreifen kann.
Darüber hinaus kann das Steuern (300) der elektrischen Energie, welche von dem thermoelektrischen Generator 9 und/oder von der Photovoltaik-Anlage 10 in das Hybrid-Netz eingespeist wird, eine Spannungsregelung der ersten Phase und/oder der zweiten Phase umfassen .

Claims

Patentansprüche
1. Hybrid-System (1) zum Antrieb eines Fahrzeugs, das Hyb- rid-System (1) umfassend:
- einen Verbrennungskraftmotor (2),
- eine elektrische Maschine (3) ,
- einen DC/DC-Konverter (4),
- einen elektrischen Energiespeicher (5, 7),
- einen thermoelektrischen Generator (9) und
- ein Hybrid-Netz (6, 8),
wobei
- die elektrische Maschine (3) und der elektrische Energie speicher (5, 7) dazu eingerichtet sind, elektrische Energie in das Hybrid-Netz (6, 8) einzuspeisen,
- die elektrische Maschine (3) und der elektrische Energie speicher (5, 7) dazu eingerichtet sind, über das Hybrid-Netz (6, 8) mit elektrischer Energie gespeist zu werden, und
- der thermoelektrische Generator (9) an eine erste elektrische Phase des DC/DC-Konverters (4) angebunden werden kann, sodass elektrische Energie von dem thermoelektrischen Generator (9) in das Hybrid-Netz (6, 8) eingespeist wird.
2. Hybrid-System (1) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine
Photovoltaik-Anlage (10), die an eine zweite elektrische Phase des DC/DC-Konverters (4) angebunden werden kann, sodass elektrische Energie von der Photovoltaik-Anlage (10) in das Hybrid-Netz (6, 8) eingespeist wird.
3. Hybrid-System (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der
DC/DC-Konverter (4) einen Prozessor (12) und eine Speicher einheit (13) umfasst, wobei auf der Speichereinheit (13) ein Programmelement gespeichert ist, das, wenn es auf dem Prozessor (12) ausgeführt wird, den Prozessor (12) anleitet, den Ver- brennungskraftmotor (2) und die elektrische Maschine (3) derart zu koordinieren, dass der Verbrennungsmotor (2) für den thermoelektrischen Generator (9) und bezogen auf seine Effizienz in einem optimalen Arbeitspunkt gehalten wird.
4. Hybrid-System (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der DC/DC-Konverter (4) einen Prozessor (12) und eine Spei chereinheit (13) umfasst, wobei auf der Speichereinheit (13) ein Programmelement gespeichert ist, das, wenn es auf dem Prozessor (12) ausgeführt wird, den Prozessor (12) anleitet, die folgenden Schritte durchzuführen:
- Voraussagen einer zukünftigen potentiellen Energieleistung des thermoelektrischen Generators (9) und/oder der Photovolta- ik-Anlage (10),
- Voraussagen eines zukünftig notwendigen Drehmoments des Verbrennungskraftmotors (2), um ein gefordertes Geschwindig keitsniveau zu erreichen,
- Steuern der elektrischen Energie, welche von dem thermo elektrischen Generator (9) und/oder von der Photovoltaik-Anlage (10) in das Hybrid-Netz (6, 8) eingespeist wird, basierend auf der vorausgesagten zukünftigen potentiellen Energieleistung des thermoelektrischen Generators (9) und/oder der Photovolta ik-Anlage (10) und basierend auf dem vorausgesagten, zukünftig notwendigen Drehmoment des Verbrennungskraftmotors (2).
5. Hybrid-System (1) nach Anspruch 4, wobei das Voraussagen der zukünftigen potentiellen Energieleistung des thermoelektrischen Generators (9) und/oder der Photovoltaik-Anlage (10) für die erste Phase und/oder die zweite Phase erfolgt.
6. Hybrid-System (1) nach Anspruch 4 oder 5 , wobei das Voraussagen der zukünftigen potentiellen Energieleistung des thermo elektrischen Generators (9) basierend auf Straßeninforma- tions-Daten erfolgt, die in einer Cloud hinterlegt sind, und auf die der DCDC-Konverter (4) zugreifen kann.
7. Hybrid-System (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei das Voraussagen der zukünftigen potentiellen Energieleistung der Photovoltaik-Anlage (10) basierend auf Wetterdaten erfolgt, auf welche der DCDC-Konverter (4) zugreifen kann.
8. Hybrid-System (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei das Voraussagen des zukünftig notwendigen Drehmoments des Ver- brennungskraftmotors (2) basierend auf Straßeninforma- tions-Daten erfolgt, die in einer Cloud hinterlegt sind, und auf die der DCDC-Konverter (4) zugreifen kann.
9. Hybrid-System (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das Steuern der elektrischen Energie, welche von dem thermo elektrischen Generator (9) und/oder von der Photovoltaik-Anlage (10) in das Hybrid-Netz (6, 8) eingespeist wird, eine Span nungsregelung der ersten Phase und/oder der zweiten Phase umfasst .
10. Fahrzeug mit einem Hybrid-System (1) nach einem der vor stehenden Ansprüche.
11. Computerlesbares Medium, auf dem das Programmelement nach Anspruch 3 oder 4 bis 8 gespeichert ist.
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