Verfahren zum Steuern eines Riemen-Starter-Generators eines Hybrid-Fahrzeugs, Steuerung und Hybrid-Fahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Riemen-Starter-Generators eines Hybrid-Fahrzeugs, eine Steuerung, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen und ein Hybrid-Fahrzeug mit einer solchen Steuerung.

Allgemein sind Hybridelektrokraftfahrzeuge bekannt, welche Kraftfahrzeuge sind, die bspw. von einer elektrischen Maschine und einem weiteren Energiewandler, insbesondere einem

Verbrennungsmotor, angetrieben werden.

Bekannte hybride Antriebskonzepte sind bspw. das Mildhybrid-Konzept und das Vollhybrid- Konzept (auch Plug-In-Hybrid genannt), die nach dem Anteil des elektrischen Antriebs an der Gesamtleistung des Fahrzeugs unterschieden werden können.

Mildhybrid-Antriebe können gegenüber Vollhybrid-Antrieben mit einer elektrischen Maschine geringerer elektrischer Leistung, niedrigerer Spannungslage, oder einem elektrischen

Energiespeicher mit geringerem Energieinhalt ausgeführt sein. Außerdem wird bei Mildhybrid- Antrieben die elektrische Maschine häufig direkt an den Verbrennungsmotor mit einer festen (oder auch schaltbaren) Übersetzung über eine Kurbelwelle oder einen Riementrieb gekoppelt, die dann auch als Riemen-Starter-Generator ausgebildet sein kann bzw. dienen kann. Das Drehmoment der elektrischen Maschine wird in diesem Fall mittelbar über den

Verbrennungsmotor auf das Fahrzeuggetriebe übertragen.

Insbesondere bei mildhybriden Antriebskonzepten ist es ebenfalls bekannt, den Elektromotor zur Unterstützung des Verbrennungsmotors zu verwenden. Dies ist unter dem Begriff

Boostunterstützung (auch Boostfunktion) bekannt.

Außerdem ist es grundsätzlich bekannt, dass der Riemen-Starter-Generator einen Ruhestrom aufnehmen kann. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2013 225 150 A1 ist ein Verfahren zum Start eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem ein energieeffizienter Motorstart des Verbrennungsmotors durch eine Kombination aus dem Schließen einer Kupplung und der Verwendung eines Anlassers bewirkt wird. Nachteilig daran ist, dass dieses Verfahren keine Verringerung der Ruhestromaufnahme des Riemen-Starter-Generators zur Folge hat.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 2016 204 936 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsvorrichtung für ein Hybrid-Kraftfahrzeug, wobei eine elektrische Maschine, die auch als Riemen-Starter-Generator ausgebildet sein kann, wahlweise mit der

Verbrennungskraftmaschine der Antriebsvorrichtung gekoppelt werden kann. Dadurch ergeben sich verschiedene Betriebsszenarien der Antriebsvorrichtung. Nachteilig ist auch hier, dass dieses Verfahren keine Verringerung der Ruhestromaufnahme des Riemen-Starter-Generators bewirkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Steuerung und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile wenigstens teilweise überwinden.

Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren nach Anspruch 1 , die

erfindungsgemäße Steuerung nach Anspruch 7 und das Hybrid-Fahrzeug nach Anspruch 10 gelöst.

Gemäß einem ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines Riemen-Starter-Generators eines Hybrid-Fahrzeugs mit einem Triebstrang bereit, der eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, und einem Bordnetz, wobei der Riemen-Starter- Generator mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist und wenigstens in einem

Betriebsmodus und einem Ruhestromsparmodus betreibbar ist, wobei das Verfahren umfasst:

Ermitteln, ob Randbedingungen einer Gruppe von Randbedingungen für den

Ruhestromsparmodus gegeben sind, und

falls die Randbedingungen gegeben sind, Umschalten des Riemen-Starter-Generators von dem Betriebsmodus in den Ruhestromsparmodus.

Gemäß einem zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Steuerung für ein Hybrid- Fahrzeug mit einem Triebstrang bereit, der eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, und einem Bordnetz, wobei der Riemen-Starter-Generator mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist und wenigstens in einem Betriebsmodus und einem Ruhestromsparmodus betreibbar ist, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach dem ersten Aspekt auszuführen.

Gemäß einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Hybrid-Fahrzeug mit einem Triebstrang bereit, der eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, und einem Bordnetz, wobei der Riemen-Starter-Generator mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist und wenigstens in einem Betriebsmodus und einem Ruhestromsparmodus betreibbar ist, wobei das Hybrid-Fahrzeug die Steuerung nach dem zweiten Aspekt umfasst

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.

Wie eingangs erwähnt, wurde erkannt, dass ein hoher Leistungsverbrauch (Ruhestrom) eines Riemen-Starter-Generators (RSG) bei stehendem Motor (Verbrennungskraftmaschine) auftreten kann, wobei ein ähnliches Verhalten auch bei drehendem Motor auftreten kann.

Außerdem wurde erkannt, dass eine Schaltfrequenzabsenkung eines Wechselrichters eines RSG die Ruhestromaufnahme reduzieren kann. Allerdings kann es zu akustischen

Auffälligkeiten durch die Absenkung der Schaltfrequenz kommen, was bspw. eine aufwendig und kostenintensive akustische Dämpfung zur Folge haben kann.

Entsprechend umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern eines Riemen-Starter- Generators eines Hybrid-Fahrzeugs mit einem Triebstrang, der eine

Verbrennungskraftmaschine aufweist, und einem Bordnetz, wobei der Riemen-Starter- Generator mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist und wenigstens in einem

Betriebsmodus und einem Ruhestromsparmodus betreibbar ist:

Ermitteln, ob Randbedingungen einer Gruppe von Randbedingungen für den

Ruhestromsparmodus gegeben sind, und

falls die Randbedingungen gegeben sind, Umschalten des Riemen-Starter-Generators von dem Betriebsmodus in den Ruhestromsparmodus.

Durch eine solche optimierte Koordination des RSG (Riemen-Starter-Generator) können Ruhestrom-Verluste des RSG reduziert werden.

Das Hybrid-(Kraft-)Fahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftfahrzeug mit hybridem Antriebskonzept sein oder es kann ein Bus, Lastkraftwagen, Motorrad oder dergleichen sein. Das Hybrid-Fahrzeug weist einen Triebstrang mit einer Verbrennungskraftmaschine auf, wobei der Riemen-Starter-Generator z. B. fest (oder trennbar) mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist und daher mit der Verbrennungskraftmaschine mitlaufen kann, wobei bei einer festen Kopplung der RSG immer mitläuft. Die Kopplung des RSG mit der

Verbrennungskraftmaschine kann dabei über eine Übersetzung geschehen, die auch bei manchen Ausführungsbeispielen schaltbar ausgestaltet ist. Bei manchen

Ausführungsbeispielen kann der RSG auch über eine Kupplung mit der

Verbrennungskraftmaschine gekuppelt sein.

Gemäß eines hybriden Antriebskonzeptes kann das Kraftfahrzeug mittels elektrischer Energie aus einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einer Hybridbatterie, und/oder mittels eines Verbrennungsmotors betrieben werden. Bei dem elektrischen Energiespeicher kann es sich beispielsweise um einen Lithium-Ionen-Akkumulator, eine Hybridbatterie auf Basis von Nickel-Metallhydrid-Zellen, oder einer beliebigen anderen Batterietechnologie handeln. Der elektrische Energiespeicher kann dazu eingerichtet sein, beispielsweise in

Rekuperationsphasen generatorisch erzeugte Energie zwischen zu speichern. Der RSG kann die in dem elektrischen Energiespeicher gespeicherte Energie in Antriebskraft umwandeln, um bspw. den eingangs erwähnten Boost-Betrieb zu ermöglichen.

Entsprechend handelt es sich bei dem Antriebskonzept vorzugsweise um ein Mildhybrid- Antriebskonzept, bei dem das Drehmoment der elektrischen Maschine auf den

Verbrennungsmotor und damit mittelbar auf das Fahrzeuggetriebe übertragen wird. Die

Erfindung ist grundsätzlich aber auch im Rahmen anderer Hybridtechnologien einsetzbar, wie beispielsweise solche, die das elektrisch erzeugte Drehmoment direkt auf das Fahrzeuggetriebe koppeln, oder auch auf Vollhybrid-Antriebe.

Das Bordnetz kann einen Niedervolt-Bereich (bspw. bei 12 Volt), einen Mittelvolt-Bereich (bspw. bei 48 Volt) und einen Hochvolt-Bereich (bspw. bei 400 Volt) aufweisen, ohne die vorliegende Erfindung auf die beispielhaften Volt-Werte zu beschränken. Dementsprechend kann der RSG auch im Niedervolt, Mittelvolt und/oder Hochvolt-Bereich betreibbar sein.

Neben dem beschriebenen Betrieb des RSG kann dieser auch rekuperativ und/oder generatorisch betrieben werden. Ferner kann der RSG in der Funktion eines Anlassers zum Starten der Verbrennungskraftmaschine dienen. Die genannten Modi des RSG werden bei manchen Ausführungsbeispielen als Betriebsmodus verstanden, das heißt z. B. wenn der RSG rekuperativ, generatorisch oder motorisch betrieben wird. Neben einem solchen Betriebsmodus hat der RSG auch einen Ruhestromsparmodus, in dem die Ruhestromaufnahme gegenüber dem Betriebsmodus zumindest verringert ist.

Das Verfahren ermittelt, ob Randbedingungen einer Gruppe von Randbedingungen für den Ruhestromsparmodus gegeben sind, und falls die Randbedingungen gegeben sind, schaltet es den Riemen-Starter-Generator von dem Betriebsmodus in den Ruhestromsparmodus.

Bei manchen Ausführungsbeispielen weist die Gruppe der Randbedingungen wenigstens eine der folgenden Randbedingungen auf: stehende Verbrennungskraftmaschine, drehende

Verbrennungskraftmaschine, wobei ein Sollmoment im applizierbaren Bereich liegt, nicht aktiver Leerlauf, keine aktive Schaltung, Drehzahl des Riemen-Starter-Generators unterhalb eines Schwellwerts, Bordnetz im sicheren Betriebszustand, Triebstrang im sicheren Betriebszustand. Dies hat den Vorteil, dass der RSG nur dann in den Ruhestromsparmodus geschaltet wird, wenn er nicht benötigt wird.

Wie erwähnt, kann der Ruhestromverlust bei stehender und auch bei drehender

Verbrennungskraftmaschine auftreten. Wenn ein Sollmoment der drehenden

Verbrennungskraftmaschine im applizierbaren Bereich liegt, kann bei manchen

Ausführungsbeispielen davon ausgegangen werden, dass bspw. eine motorische Unterstützung des RSG nicht benötigt wird. Bei einem nicht aktiven Leerlauf, wie es bspw. bei der

Rekuperation Vorkommen kann, kann ebenfalls unter Umständen der RSG nicht benötigt werden. Ähnliches gilt, wenn kein aktives Schaltungsereignis vorliegt, da dann bspw. davon ausgegangen werden kann, dass kein hohes Sollmoment angefordert wird, welches eine Unterstützung des RSG benötigen könnte. Wenn die Drehzahl des RSG unterhalb eines Schwellwerts liegt, kann davon ausgegangen werden, dass sein generatorischer/motorischer Beitrag gering ist und damit womöglich nicht notwendig. Die Randbedingungen, dass das Bordnetz und/oder der Triebstrang im sicheren Betriebszustand sind, ermöglicht einen sicheren Betrieb des Fahrzeugs, wenn der RSG in den Ruhestromsparmodus geschaltet wird. Dies kann wichtig sein, da bspw. bei Störungen im Triebstrang oder im Bordnetz z. B. eine elektrische Energieversorgung durch den RSG benötigt wird, um wichtige elektrische Bauteile mit Strom zu versorgen.

Bei manchen Ausführungsbeispielen ist bei der Randbedingung, dass die Drehzahl des Riemen-Starter-Generators unterhalb eines Schwellwerts liegt, der Schwellwert von einem Ladezustand einer Batterie des Hybrid-Fahrzeugs abhängig. Dadurch kann bspw. verhindert werden, dass der RSG in den Ruhestromsparmodus geschaltet wird, obwohl bspw. die Batterie noch aufgeladen werden könnte.

Bei manchen Ausführungsbeispielen weist das Umschalten des Riemen-Starter-Generators in den Ruhestromsparmodus das Abschalten einer Leistungselektronik des Riemen-Starter- Generators auf. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Leistungselektronik ein

Hauptverursacher der Ruhestromaufnahme, sodass ihr Abschalten einen ehrblichen Spareffekt haben kann. Die Leistungselektronik kann dabei wenigstens ein Leistungshalbleiterelement (z. B. MOSFET, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor) aufweisen, welches abgeschaltet wird. Die Leistungselektronik kann Bestandteil des RSG sein oder diesem zugeordnet sein.

Manche Ausführungsbeispiele betreffen eine Steuerung für ein Hybrid-Fahrzeug mit einem Triebstrang, der eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, und einem Bordnetz, wobei der Riemen-Starter-Generator mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist und wenigstens in einem Betriebsmodus und einem Ruhestromsparmodus betreibbar ist, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen, wie es grundsätzlich hierin geschrieben ist.

Bei der Steuerung kann es sich um eine Hybridsteuerung (oder Hybridkoordinator) handeln, die Funktionen wie beispielsweise Steuerung, Regelung und Überwachung von Motorfunktionen und Batteriefunktionen übernimmt. Die Steuerung kann beispielsweise mittels entsprechender Software so programmiert werden, dass sie dazu in der Lage ist, die oben beschriebenen Verfahren auszuführen. Die Steuerung umfasst typische Komponenten, wie einen oder mehrere Prozessoren, einen Festwertspeicher, Arbeitsspeicher, Schnittstellen zu einem Bussystem (z.

B. CAN-Bus, LIN-Bus oder dergleichen), etc.

Die Steuerung kann weiter dazu eingerichtet seinen, einen Steuerbefehl an den Riemen- Starter-Generator zu schicken, damit dieser entsprechend zwischen den Modi schaltet. Bei manchen Ausführungsbeispielen schaltet bspw. der RSG in einen StandBy oder Freilauf-Modus in Reaktion auf den empfangenen Steuerbefehl, was dem Ruhestromsparmodus entsprechend kann. Außerdem kann die Steuerung eine Zustandsmaschine aufweisen, welche das Verfahren ausführt, das hierin beschrieben ist.

Manche Ausführungsbeispiele betreffen ein Hybrid-Fahrzeug mit einem Triebstrang, wie hierein beschrieben, der eine Verbrennungskraftmaschine aufweist, und einem Bordnetz, wobei der Riemen-Starter-Generator mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt ist und wenigstens in einem Betriebsmodus und einem Ruhestromsparmodus betreibbar ist, wobei das Hybrid- Fahrzeug die hierin beschriebene Steuerung umfasst.

Dementsprechend wird bei manchen Ausführungsbeispielen zur Effizienzsteigerung der RSG in einen effizienteren Modus, nämlich den Ruhestromsparmodus umgeschaltet, wenn

Randbedingungen dies Erlauben und bspw. ein sicherer Betrieb des Triebstrangs und des MV- Systems vorliegt. Der effiziente Modus bzw. Ruhestromsparmodus kann sich durch eine minimale Ruhestromaufnahme auszeichnen. Damit sind auch bei manchen

Ausführungsbeispielen keine akustischen Auffälligkeiten vorhanden, die bspw. durch eine Reduzierung von Schaltfrequenzen auftreten können, und der Ruhestrom kann minimiert werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:

Fig. 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Hybrid-Fahrzeugs veranschaulicht;

Fig. 2 schematisch eine Steuerung des Hybrid-Kraftfahrzeugs von Fig 1 ist; und

Fig. 3 schematisch ein Ablaufschema eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Steuern des RSG des Hybrid-Kraftfahrzeugs von Fig. 1 zeigt.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Hybrid-Fahrzeugs 100 mit einem Triebstrang 1 , welches hier ein mildhybrides Antriebskonzept hat, bei dem auf einer Getriebeeingangswelle 9 ein Verbrennungsmotor 2 angeordnet ist. Eine Riemen-Starter- Generator (RSG) 4 ist mittels Riemen 8 und Riemenspanner 7 mit dem Verbrennungsmotor 2 gekoppelt. Die Getriebeeingangswelle 9 mündet in ein Getriebe 5 mit Fahrkupplung 6, welche den Verbrennungsmotor 2 an zwei Antriebsräder 15 koppelt, sodass ein vom

Verbrennungsmotor 2 und dem RSG 4 erzeugtes Antriebsmoment auf die Antriebsräder 15 übertragen wird.

Ein elektrischer Energiespeicher 10, der hier als Hochvolt-Batterie ausgebildet ist, ist über ein Hochvolt-Bordnetz 12 mit dem RSG 4 bzw. der zugehörigen Leistungselektronik (4a, Fig. 2) elektrisch gekoppelt. Außerdem ist ein 12 V-Bordnetz 13 mit einer 12 V-Batterie 1 1 über einen Gleichspannungswandler 14 an das Hochvolt-Bordnetz 12 gekoppelt. Fig. 2 veranschaulicht schematisch eine Steuerung 16, die zur Steuerung des RSG 4 bzw. des Triebstranges 1 des Hybrid-Fahrzeugs 100 ausgelegt ist und dazu eingerichtet ist, die hierin beschriebenen Verfahren wenigstens teilweise auszuführen.

Die Steuerung 16 ist mit den einzelnen anzusteuernden Komponenten des Triebstranges 1 verbunden, nämlich mit dem Verbrennungsmotor 2, dem RSG 4, seiner Leistungselektronik 4a, dem Getriebe 5, der Fahrkupplung 6 und dem elektrischen Energiespeicher 10. Diese

Verbindung zwischen der Steuerung 16 und den einzelnen anzusteuernden Komponenten des Triebstranges 1 ist hier nur logisch zu verstehen und nicht als tatsächliche, physikalische Verbindung. Ähnliches gilt für die Steuerung 16 selbst, die in den Ausführungsbeispielen eine Vielzahl von Steuerungen bzw. Steuerelementen umfassen kann, um die einzelnen hierin beschriebenen Steuerungsaufgaben und Verfahrensschritte umzusetzen. Außerdem ist die Steuerung 16 über ein Bussystem, hier ein CAN-Bus, mit den einzelnen Komponenten verbunden, um Informationen von ihnen zu empfangen und an sie zu übermitteln.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufschema eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 20 zum Steuern des RSG 4 bzw. des Triebstrangs 1 des Hybrid-Fahrzeugs 100, welches die Steuerung 16 ausführt. Dazu hat die Steuerung 16 eine Zustandsmaschine, welche in der Lage ist, die verschiedenen Zustände des RSG 4 zu schalten. Wie oben erwähnt, hat der RSG 4 mehrere Betriebsmodus-Zustände (generatorisch, rekuperativ, motorisch) und einen

Ruhestromsparmodus.

Für die folgende Beschreibung wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit davon

ausgegangen, dass sich der RSG 4 in einem aktiven Betriebsmodus befindet (das heißt es liegt eine aktive Fahrbereitschaft des Hybrid-Fahrzeugs 100 vor).

Bei 21 ermittelt das Verfahren, ob Randbedingungen einer Gruppe von Randbedingungen für den Ruhestromsparmodus gegeben sind, und falls die Randbedingungen gegeben sind, schreitet es zu 22 fort, wo es den RSG 4 von dem Betriebsmodus in den Ruhestromsparmodus schaltet, was auch als Sollmodus-Umschaltung bezeichnet wird. Falls die Randbedingungen nicht erfüllt sind, geht das Verfahren wieder zurück und führt den Schritt 21 erneut aus (z. B. immer nach einem bestimmten Zeitintervall).

In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Gruppe von Randbedingungen: stehende

Verbrennungskraftmaschine (inkl. Start-Stopp-Situationen); drehende

Verbrennungskraftmaschine, wobei ein Sollmoment im applizierbaren Bereich liegt; nicht aktiver Leerlauf; keine aktive Schaltung; Drehzahl des Riemen-Starter-Generators unterhalb eines Schwellwerts: Bordnetz im sicheren Betriebszustand; und Triebstrang im sicheren

Betriebszustand. Dabei ist bei der Randbedingung, dass die Drehzahl des Riemen-Starter- Generators unterhalb eines Schwellwerts liegt, der Schwellwert von einem Ladezustand einer Batterie des Hybrid-Fahrzeugs abhängig und die Randbedingung, dass das Bordnetz im sicheren Betriebszustand ist und die Randbedingung, dass der Triebstrang im sicheren Betriebszustand ist, umfassen, dass keine von dem Riemen-Starter-Generator erzeugte elektrische Energie benötigt wird.

Das Umschalten des RSG 4 in den Ruhestromsparmodus geschieht hier durch das Abschalten der Leistungselektronik 4a des RSG 4, welche Leistungshalbleiterelemente( MOSFETs) aufweist, die entsprechend abgeschaltet werden.

Um das Umschalten des RSG 4 zu bewirken, übermittelt die Steuerung 16 einen

entsprechenden Steuerungsbefehl über den CAN-Bus an den RSG 4 bzw. seine

Leistungselektronik 4a, der daraufhin in den Ruhestromsparmodus geht.

Bezugszeichenliste 00 Hybridfahrzeug

Triebstrang

Verbrennungsmotor

Riemen-Starter-Generator

a Leistungselektronik des RSG

Fahrzeuggetriebe

Fahrkupplung

Riemenspanner

Riemen

Getriebeeingangswelle

0 elektrischer Energiespeicher (z.B. Hochvoltbatterie)1 12 V-Batterie

2 Hochvolt-Bordnetz

3 12 V-Bordnetz

4 Gleichspannungswandler

5 Antriebsrad

6 Steuerung (z.B. Hybridsteuerung)

0 Verfahren

1 Ermitteln Randbedingung

2 Umschalten