FALKENSTEIN, Jens-Werner (Falkenstr. 11, Aalen, 73434, DE)
| Ansprüche 1. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges, welche mindestens eine elektrische Maschine umfasst, wobei die elektrische Maschine (2) bei einem Bremsvorgang des Fahrzeuges (1) als Generator betrieben wird und im generatorischen Betrieb durch die elektrische Maschine (2) bereitgestellte Energie als Nutzenergie zur Versorgung elektrischer Verbraucher im Fahrzeug (1) genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Energiebetrag, welcher im Bremsbetrieb des Fahrzeuges (1) von der mindestens einen elektrischen Maschine (2) erzeugt wird, aber von den momentan entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeuges (1) und/oder dem Fahrerwunsch betätigten elektrischen Verbrauchern nicht als Nutzenergie benötigt wird, durch Inbetriebnahme mindestens eines zusätzlichen elektrischen Verbrauchers des Fahrzeuges und/oder mindestens eines zusätzlichen Antriebsaggregates (4, 9) des Fahrzeuges (1) und/oder durch Verschiebung des Betriebspunktes mindestens eines elektrischen Verbrauchers und/oder mindestens eines Antriebsaggregates (4, 9) des Fahrzeuges (1) in Wärme umgewandelt und an die Umgebung abgeführt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Energiebetrag aus der Differenz zwischen der generatorisch erzeugten Energie der mindestens einen elektrischen Maschine (2) und der momentan von den entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeuges (1) und/oder dem Fahrerwunsch betätigten elektri- sehen Verbrauchern benötigten und/oder von einem oder mehreren Energiespeichern (3) aufgenommenen Nutzenergie bestimmt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Nutzenergie der Energie entspricht, welche von den momentan entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeuges (1) und/oder dem Fahrerwunsch betätigten elektrischen Verbrauchern bei bestmöglichem Wirkungsgraden benötigt wird und/oder von dem oder den Energiespeichern (3) maximal aufgenommen werden kann. 4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 , 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Zunahme des Energiebetrages, welcher als Nutzenergie nicht verwertet werden kann, mehrere zusätzliche elektrische Verbrau- eher und/oder das mindestens eine zusätzliche Antriebsaggregat (4, 9) nacheinander zu unterschiedlichen Zeitpunkten in Betrieb gesetzt werden. 5. Verfahren nach Anspruch 1 , 2, 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Zunahme des Energiebetrages, welcher als Nutzenergie nicht verwertet werden kann, mehrere Verbraucher und/oder Antriebsaggregate (4, 9) zu unterschiedlichen Zeitpunkten in einen geänderten Betriebspunkt gebracht werden. 6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5 dadurch gekennzeichnet, dass der geänderte Betriebspunkt des mindestens einen Verbrauchers und/oder Antriebsaggregates des Fahrzeuges (1) durch eine erhöhte Leistung und/oder einen geringen Wirkungsgrad gekennzeichnet ist. 7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass die die zusätzliche Inbetriebnahme und/oder Verschiebung des Betriebspunktes mindestens eines elektrischen Verbrauchers des Kraftfahrzeuges (1) und/oder mindestens eines Antriebsaggregates des Fahrzeuges (1) von einem Kühlsystem überwacht wird, welches bei Erhöhung einer Verlustleistung des mindestens einen elektrischen Verbrauchers und/oder des mindestens einen Antriebsaggregates (4, 9) eine erhöhte Kühlleistung zur Verfügung stellt. 8. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme der während des Bremsvorganges der Fahrzeuges (1) durch die im generatorischen Betrieb arbeitende elektrische Maschine (2) erzeugten Energie, mindestens einer der Energiespeicher (3) in einem Ladevorgang nur unvollständig aufgeladen wird. 9. Verfahren nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass ein Start- Ladezustand des mindestens einen Energiespeichers (3) über mehrere Fahrten des Fahrzeuges (1) angepasst wird, wobei der Start-Ladezustand des Energiespeichers (3) kontinuierlich abgesenkt wird. 10. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Energiebetrag, welcher im Bremsbetrieb des Fahrzeuges (1) von der mindestens einen elektrischen Maschine (2) erzeugt wird, aber von den momentan entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeuges (1) und/oder dem Fahrerwunsch betätigten elektrischen Verbrauchern nicht als Nutzenergie benötigt wird, abgeschätzt wird, wenn der mindestens eine Energiespeicher (3) und die betätigten elektrischen Verbraucher die von der elektrischen Maschine (2) im Bremsbetrieb erzeugte elektrische Energie noch aufnehmen, wenn die Aufnahmekapazität des mindes- tens einen Energiespeichers (3) eine vorgegebene Schwelle unterschreitet. 1 1. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschaltung der Anzahl der zusätzlichen elektrischen Verbraucher bzw. der zusätzlichen Antriebsaggregate (4, 9) und/oder die Verschiebung der Betriebspunkte der Anzahl der elektrischen Verbraucher oder des mindestens einen Antriebsaggregates (4, 9) in Abhängigkeit von der Aufnahmekapazität des mindestens einen Energiespeichers (3) erfolgt. 12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass beim Ausbleiben einer Erzeugung einer Mindestenergie durch die generatorisch betriebene elektrischen Maschine (2) im Bremsbetrieb des Fahrzeuges (1) eine Warnmeldung an den Fahrer ausgegeben wird. 13. Vorrichtung zum Betreiben eines Fahrzeuges, welche mindestens eine elekt- rische Maschine umfasst, wobei die elektrische Maschine (2) bei einem Bremsvorgang des Fahrzeuges (1) als Generator betrieben wird und die im generatorischen Betrieb durch die elektrische Maschine (2) bereitgestellte Energie als Nutzenergie zur Versorgung elektrischer Verbraucher im Fahrzeug genutzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, welche einen Energiebe- trag, der im Bremsbetrieb des Fahrzeuges von der mindestens einen elektrischen Maschine (2) erzeugt wird, aber von den momentan entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeuges (1) und/oder dem Fahrerwunsch betätigten elektrischen Verbrauchern nicht als Nutzenergie benötigt wird, durch Inbetriebnahme mindestens eines zusätzlichen elektrischen Verbrauchers des Fahrzeuges (1) und/oder mindestens eines zusätzlichen Antriebsaggregates (4, 9) des Fahrzeuges (1) und/oder durch Verschiebung des Betriebspunktes des mindestens eines elektrischen Verbrauchers und/oder des mindestens eines Antriebsaggregates (4, 9) des Fahrzeuges (1) in Wärme umwandeln und an die Umgebung abführen. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13 dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) eine erste elektrische Maschine (2) als Antriebsaggregat, einen Energiespei- eher (3) sowie eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor (9) und einer zweiten elektrischen Maschine (4) aufweist, wobei im Bremsbetrieb des Fahrzeuges die zweite elektrische Maschine (4) motorisch von der ersten elektrischen Maschine (1) angetrieben wird und den Verbrennungsmotor (9) schleppt. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass eine, eine Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine (4) variierende Steuereinrichtung (10) mit der ersten elektrischen Maschine (2) verbunden ist. |
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Fahrzeuges, welches mindestens eine elektrische Maschine umfasst
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges, welches mindestens eine elektrische Maschine umfasst, wobei die elektrische Maschine bei einem Bremsvorgang des Fahrzeuges als Generator betrieben wird und im generatorischen Betrieb durch die elektrische Maschine bereitgestellte Energie zumindest teilweise als Nutzenergie zur Versorgung elektrischer Verbrauchern im Fahrzeug genutzt wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Elektro-, Hydraulik- oder Hybridfahrzeuge weisen meist ein oder mehrere Antriebsaggregate, wie Elektro- oder Hydraulikmotoren auf, die mit mindestens einem Antriebsrad mechanisch verbunden sind, wobei diese Antriebsaggregate von einem Energiespeicher mit Energie versorgt werden. Bei einer Verzögerung oder Bremsung des Fahrzeuges wird dabei Bremsenergie zurückgewonnen. Dies erfolgt, in dem das Antriebaggregat generatorisch betrieben wird und die Bremsenergie in den Energiespeicher eingelagert wird. Bei längeren Gefällstrecken wird die Bremswirkung des Antriebsaggregates genutzt, um die Betriebsbremsanlage des Kraftfahrzeuges zu entlasten und einen Leistungsabfall der Betriebsbremsanlage, z.B. infolge einer Überhitzung von Bremsscheiben und Reibbelägen usw. zu vermeiden.
Die Einlagerung der zurückgewonnenen Bremsenergie in den Energiespeicher ist durch die Aufnahmekapazität des Energiespeichers begrenzt. Begibt sich z.B. ein Fahrer eines Elektrofahrzeuges mit einem nahezu vollständig aufgeladenen Energiespeicher auf eine längere Gefällstrecke kann die elektrische Maschine nicht oder nur in geringem Maße eine Bremswirkung erzeugen, da der aufgeladene Energiespeicher die elektrische Energie, welche die elektrische Maschine während der Fahrt im generatorischen Betrieb erzeugt, nicht aufnehmen kann. Die Bremsleistung muss in diesem Fall größtenteils von der Betriebsbremsanla- ge erzeugt werden. Es besteht somit die Gefahr einer Überhitzung der Betriebsbremsanlage, verbunden mit einer hohen Gefährdung der Fahrzeuginsassen und der Fahrzeugumwelt.
Aus der DE 41 42 863 A1 ist ein Fahrzeug mit einem Elektromotor -Antrieb und einer Nutzbremsung bekannt, bei welchem während eines Bremsvorganges des
Fahrzeuges elektrische Energie aus den als Generatoren arbeitenden Elektromotoren abgenommen wird und als Nutzenergie den Nebenaggregaten des Fahrzeuges zur Verfügung gestellt wird. Die Nebenaggregate können dabei die zur Verfügung gestellte Nutzenergie nur dann verbrauchen, wenn das Zuschalten der Nebenaggregate vom Fahrer oder den Fahrzeuginsassen gewünscht wird oder der Fahrzeugzustand dieses erfordert.
Offenbarung der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeuges mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 weist den Vorteil auf, das eine Verzögerungs- bzw. Bremswirkung der elektrischen Maschine jederzeit sichergestellt werden kann, um die Betriebsbremsanlage des Fahrzeuges zu entlasten und einen Leistungsabfall der Betriebsbremsanlage, verbunden mit sicherheitskritischen Situationen, zu vermeiden. Dadurch, dass ein Energiebetrag, welcher im Bremsbetrieb des
Fahrzeuges von der mindestens einen elektrischen Maschine erzeugt wird, aber von den momentan entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeuges und/oder dem Fahrerwunsch betätigten elektrischen Verbrauchern nicht als Nutzenergie benötigt wird, durch Inbetriebnahme mindestens eines zusätzlichen elektrischen Verbrauchers des Fahrzeuges und/oder mindestens eines zusätzlichen Antriebsaggregates des Fahrzeuges und/oder durch Verschiebung des Betriebspunktes mindestens eines elektrischen Verbrauchers und/oder mindestens eines Antriebsaggregates des Fahrzeuges in Wärme umgewandelt und an die Umgebung abgeführt wird, wird sicher gestellt, dass der überschüssige Energiebetrag voll- ständig abgebaut wird und die elektrische Maschine eine maximal mögliche Bremsunterstützung für das Fahrzeug aufbringt, zum Beispiel wenn die Aufnahmekapazität eines Energiespeichers reduziert ist.
Unter den momentan entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeuges und/oder dem Fahrerwunsch betätigten elektrischen Verbrauchern werden nur diejenigen Verbraucher verstanden, welche abhängig vom momentanen Fahrzustand des Fahrzeuges bzw. des Fahrerwunsches erforderlich sind. Der Fahrzustand und/oder der Fahrerwunsch bestimmen auch, mit welcher Leistung diese
Verbraucher betrieben werden. Zum Beispiel kann der momentane Kühlbedarf von Antriebsaggregaten und Verbrauchern die momentane Leistung einer in der Leistung variierbaren elektrischen Kühlmittelpumpe bestimmen. Zu den momentan entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeuges und/oder dem Fahrerwunsch betätigten elektrischen Verbrauchern gehören nicht die entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren in Betrieb genommenen elektrischen Verbraucher.
Unter der Bezeichnung„Energie" wird in den vorliegenden Ausführungen auch eine Energiemenge pro Zeiteinheit im Sinne einer Leistung verstanden. D.h. mit den Bezeichnungen Energiebetrag und Nutzenergie sind auch entsprechende Leistungen wie ein Leistungsbetrag und eine Nutzleistung gemeint
Vorteilhafterweise wird der Energiebetrag aus der Differenz zwischen der generatorisch erzeugten Energie der mindestens einen elektrischen Maschine und der momentan von den entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeuges und/oder dem Fahrerwunsch betätigten elektrischen Verbrauchern benötigten und/oder von einem oder mehreren Energiespeichern aufgenommenen Nutzenergie bestimmt. Die Bestimmung des Differenzbetrages der von der elektrischen Maschine im generatorischen Betrieb erzeugten Energie und der von den elektrischen Verbrauchern genutzten bzw. einem oder mehreren Energiespeichern aufge- nommenen Energie ermöglicht eine genaue Strategie, welche weiteren Verbraucher bzw. Antriebsaggregate in Betrieb genommen und/oder welche Verbraucher bzw. Antriebsaggregate in ihrem Betriebspunkt verschoben werden müssen, um den ermittelten Differenzbetrag zu verbrauchen.
In einer Ausgestaltung entspricht die Nutzenergie der Energie, die von den momentan entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeuges und/oder dem Fahrer- wünsch betätigten elektrischen Verbrauchern bei bestmöglichen Wirkungsgraden benötigt wird und/oder dem oder den Energiespeichern maximal aufgenommen werden kann. Dabei bestimmt der Fahrzustand des Fahrzeuges bzw. der Fahrerwunsch, welche elektrischen Verbraucher betätigt werden und mit welcher Leistung diese erforderlich sind. Beispielsweise erfolgt dies dadurch, dass der Fahrer einen Innenraumlüfter einschaltet und eine von mehreren Lüfterstufen vorgibt. Die Nutzenergie wird bestimmt, indem für die entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeuges und/oder dem Fahrerwunsch betätigten elektrischen Verbraucher der Betrieb in Betriebspunkten mit bestmöglichen Wrkungsgraden zugrunde gelegt wird. Damit ergibt sich eine Basis bzw. ein definierter Ausgangspunkt für die erfindungsgemäße Verschiebung der Betriebspunkte. Dies ermöglicht eine genaue Strategie, ebenso wie die Betrachtung der von den Energiespeichern maximal aufnehmbaren Energie.
Zu den möglichen Verbrauchern können ein Klimakompressor, eine elektrische Innenraumheizung, eine elektrische Heizung zur Temperierung von Aggregaten ein elektrischer Kühlwasserzuheizer, eine Scheibenheizung, eine Lüftung, ein Kühlerlüfter, Pumpen, Lenkunterstützung, Beleuchtung, Radio, Steuergeräte, ein Kompressor für Brennstoffzellen usw. gehören.
In einer Weiterbildung werden bei einer Zunahme des Energiebetrages, welcher als Nutzenergie nicht verwertet werden kann, mehrere zusätzliche elektrische Verbraucher und/oder das mindestens eine zusätzliche Antriebsaggregat nacheinander zu unterschiedlichen Zeitpunkten in Betrieb genommen. Durch die stufenweise Zuschaltung der zusätzlichen Verbraucher lässt sich der Verbrauch des Differenzbetrages gut einstellen, wodurch nur so viele Verbraucher in Betrieb genommen werden, wie zur Vernichtung der überschüssigen Energie benötigt werden. In einer Variante werden bei einer Zunahme des Energiebetrages, welcher als
Nutzenergie nicht verwertet werden kann, mehrere Verbraucher und/oder Antriebsaggregate des Fahrzeuges nacheinander zu unterschiedlichen Zeitpunkten in einen geänderten Betriebspunkt gebracht. Damit wird sichergestellt, dass vermehrt elektrische Energie in Wärme bzw. Wärme-Energie umsetzt wird, welche an die Umgebung des Kraftfahrzeuges abgegeben wird. Bei einer elektrischen
Maschine erfolgt dies beispielsweise durch eine Beeinflussung der Magnetisie- rung der elektrischen Maschine, der Wahl einer geeigneten Drehzahl der elektrischen Maschine durch Veränderung einer Übersetzung oder indem ein Einsatz als Wirbelstrombremse erfolgt. Vorteilhafterweise ist der geänderte Betriebspunkt des mindestens einen
Verbrauchers und/oder Antriebsaggregates des Fahrzeuges durch eine erhöhte Leistung und/oder einen geringen Wrkungsgrad gekennzeichnet. Eine erhöhte Leistung kann z.B. durch eine Drehzahlerhöhung eines Lüfters oder einer Pumpe erreicht werden, ein geringerer Wirkungsgrad ergibt sich bei einer elektrischen Maschine z.B. durch Beeinflussung der Magnetisierung.
In einer anderen Ausführungsform werden die zusätzlich in Betrieb genommenen und/oder im Betriebpunkt verschobenen, elektrischen Verbraucher und/oder Antriebsaggregate des Fahrzeuges von einem Kühlsystem überwacht, welches bei Erhöhung der Verlustleistung des zusätzlich in Betrieb genommenen und/oder im Betriebspunkt verschobenen mindestens einen elektrischen Verbrauchers und/oder des mindestens einen Antriebsaggregates eine erhöhte Kühlleistung zur Verfügung stellt. Dadurch wird der Bildung von Wärme durch die elektrischen Verbraucher und der Antriebsaggregate entgegengewirkt, so dass eine Überhitzung sowie eine Beeinflussung der Fahrzeuginsassen durch die zusätzlich freigesetzte Wärme unterbunden werden.
In einer Weiterbildung wird zur Aufnahme der während des Bremsvorganges der Fahrzeuges durch die im generatorischen Betrieb arbeitende elektrische Maschi- ne erzeugten Energie, mindestens ein Energiespeicher in einem Ladevorgang nur unvollständig aufgeladen. Dadurch wird sichergestellt, dass während eines Bremsvorganges des Fahrzeuges mindestens ein Energiespeicher zur Aufnahme für die von der elektrischen Maschine bereitgestellte Energie in der Lage ist. In einer weiteren Variante wird ein Start-Ladezustand des mindestens einen
Energiespeichers über mehrere Fahrten des Kraftfahrzeuges angepasst, wobei der Start-Ladezustand des Energiespeichers kontinuierlich abgesenkt wird. Diese Möglichkeit ist insbesondere immer dann von Vorteil, wenn eine täglich wiederkehrende Fahrt mit einer langen Gefällstrecke beginnt. Der Start-Ladezustand des mindestens einen Energiespeichers wird z.B. auf Basis des während den vorhergehenden Fahrten entstandenen Energiebetrages, welcher als Nutzener- gie nicht verwertet werden kann und/oder auf Basis von Streckendaten, z.B. eines Navigationsgerätes, angepasst
In einer Ausgestaltung wird der Energiebetrag, welcher im Bremsbetrieb des Fahrzeuges von der mindestens einen elektrischen Maschine erzeugt wird, aber von den momentan entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeuges und/oder dem Fahrerwunsch betätigten elektrischen Verbrauchern nicht als Nutzenergie benötigt wird, abgeschätzt, wenn der mindestens eine Energiespeicher und die betätigten elektrischen Verbraucher die von der elektrischen Maschine im
Bremsbetrieb erzeugte elektrische Energie noch aufnehmen, wenn die Aufnahmekapazität des mindestens einen Energiespeichers eine vorgegebene Schwelle unterschreitet. Ein solcher Vorhalt erlaubt eine schnelle Reaktion auf Änderungen in der Bremsleistung und eine Schonung des Energiespeichers, indem eine Überlastung des Energiespeichers und somit eine Überhitzung desselben vermieden wird.
Vorteilhafterweise erfolgt die Zuschaltung der Anzahl der zusätzlichen elektrischen Verbraucher bzw. der zusätzlichen Antriebsaggregate und/oder die Verschiebung der Betriebpunkte der Anzahl der elektrischen Verbraucher bzw. der Antriebsaggregate in Abhängigkeit von der Aufnahmekapazität des mindestens einen Energiespeichers und/oder des Energiebetrags. Dadurch lässt sich flexibel auf die sich ändernde Aufnahmekapazität des mindestens einen Energiespeichers reagieren. Je mehr die Aufnahmekapazität des mindestens einen Energiespeichers abnimmt, umso mehr erhöht sich die Anzahl der zusätzlich zugeschalteten Verbraucher oder Antriebsaggregate.
Durch die Beeinflussung der zusätzlichen elektrischen Verbraucher und/oder zusätzlichen Antriebsaggregate wird eine Mindest-Bremswirkung der elektrischen Maschine sichergestellt. Bei einem Ausbleiben einer Erzeugung einer Mindestenergie durch die generatorisch betriebene elektrische Maschine im Bremsbetrieb des Fahrzeuges wird eine Warnmeldung an den Fahrer ausgegeben. Dabei wird von einem Defekt oder einer Abregelung der elektrischen Maschine, eines Energiespeichers, von Verbrauchern oder Antriebsaggregaten oder einer Steuerung ausgegangen. Eine weitere Weiterbildung der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben eines Fahrzeuges, welches mindestens eine elektrische Maschine umfasst, wobei die elektrische Maschine bei einem Bremsvorgang des Fahrzeuges als Generator betrieben wird und die im generatorischen Betrieb durch die elektrische Ma- schine bereitgestellte Energie als Nutzenergie zur Versorgung elektrischer
Verbraucher im Fahrzeug genutzt wird. Um eine Verzögerungs- bzw. Bremswirkung der elektrischen Maschine sicherzustellen, um die Betriebsbremsanlage des Fahrzeuges zu entlasten und einen Leistungsabfall der Betriebsbremsanlage zu verhindern, sind Mittel vorhanden, welche einen Energiebetrag, der im Bremsbetrieb des Fahrzeuges von der mindestens einen elektrischen Maschine erzeugt wird, aber von den entsprechend dem Fahrzustand des Fahrzeuges und/oder dem Fahrerwunsch betätigten elektrischen Verbrauchern nicht als Nutzenergie benötigt wird, durch Inbetriebnahme mindestens eines zusätzlichen elektrischen Verbrauchers des Fahrzeuges und/oder mindestens eines zusätzli- chen Antriebsaggregates des Fahrzeuges und/oder durch Verschiebung des Betriebspunktes mindestens eines elektrischen Verbrauchers und/oder mindestens eines Antriebsaggregates des Fahrzeuges in Wärme umwandeln und an die Umgebung abführen. Damit wird sicher gestellt, dass der überschüssige Energiebetrag vollständig abgebaut wird und die elektrische Maschine eine maximal mögliche Bremsunterstützung für die Betriebsbremsanlage des Kraftfahrzeuges aufbringt, z.B. wenn die Aufnahmekapazität des mindestens einen Energiespeichers begrenzt ist.
Vorteilhafterweise weist das Fahrzeug eine erste elektrische Maschine als Antriebsaggregat, einen Energiespeicher sowie eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor und einer zweiten elektrischen Maschine auf, wobei im Bremsbetrieb des Fahrzeuges die zweite elektrische Maschine motorisch von der ersten elektrischen Maschine angetrieben wird und den Verbrennungsmotor schleppt. Da der Verbrennungsmotor nicht gezündet wird, sondern sich nur mechanisch mitdreht, wird die während des Bremsvorganges des Kraftfahrzeuges durch die erste elektrische Maschine bereitgestellte Energie durch die mechanische Bewegung des Verbrennungsmotors in Wärme umgewandelt und somit abgebaut.
In einer Ausgestaltung ist eine, eine Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine variierende Steuereinrichtung mit der ersten elektrischen Maschine verbunden. Durch die Veränderung der Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine wird die Drehbewegung des Verbrennungsmotors und somit die Energiemenge beein- flusst, welche als Wärme an die Umgebung abgegeben wird.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden:
Es zeigt:
Figur 1 : Prinzipdarstellung eines Hybridfahrzeugs mit einem Range-
Extender
In Figur 1 ist ein Hybridfahrzeug 1 mit einem seriellen Antrieb mit einer ersten elektrischen Maschine 2 dargestellt, welche mit einer als Energiespeicher dienenden Batterie 3 und einer zweiten elektrischen Maschine 4 verbunden ist. Die erste elektrische Maschine 2 ist über ein Differentialgetriebe 5 über Antriebswellen 6 mit den Antriebsrädern 7, 8 des Fahrzeuges 1 verbunden. Die zweite elektrische Maschine 4 ist an einen Verbrennungsmotor 9 gekuppelt. Eine solche Kombination aus Verbrennungsmotor 9 und zweiter elektrischer Maschine 4 wird als Range-Extender bezeichnet. Im Normalbetrieb treibt der Verbrennungsmotor 9 die zweite elektrische Maschine 4 an, deren Energie von der ersten elektrischen Maschine 2 genutzt wird, um das Fahrzeug anzutreiben, wenn die Energie der Batterie 3 nicht ausreicht. Die zweite elektrische Maschine 4 kann im generatorischen Betrieb die Batterie 3 aufladen, während die erste elektrische Maschine 2 über das Differentialgetriebe 5 die Antriebsräder 7, 8 des Fahrzeuges 1 antreibt.
Weiterhin sind die erste 2 und die zweite elektrische Maschine 4 mit einem Steuergerät 10 verbunden, welches die beiden elektrischen Maschinen 2, 4, den Verbrennungsmotor 9 und die Batterie 3 ansteuert.
Im rein elektrischen Fahrbetrieb des Hybridfahrzeuges 1 ist der Verbrennungsmotor 9 abgeschaltet. Die zum Antrieb des Fahrzeuges 1 notwendige Energie wird von der Batterie 3 an die erste elektrische Maschine 2 geliefert. Zum Bremsen oder Verzögern des Hybridfahrzeuges 1 wird die erste elektrische Maschine 2 generatorisch betrieben, das heißt, dass die mechanische Energie der Räder 7, 8 von der ersten elektrischen Maschine 2 in elektrische Energie umgewandelt wird. Die so erzeugte elektrische Energie wird von der Batterie 3 aufgenommen. Dabei steigt der Ladezustand der Batterie 3 an, wodurch sich die Energie- Aufnahmekapazität der Batterie 3 reduziert. Bei hohem Ladezustand der Batterie 3 reduziert sich die Leistungs-Aufnahmekapazität der Batterie 3 ebenfalls.
Unterschreitet die Aufnahmekapazität der Batterie 3 eine vorgegebene Schwelle, was zum Beispiel bei Fahrten auf langen Gefällstrecken der Fall sein kann, so wird der Betriebspunkt des Range-Extenders 4, 9 durch das Steuergerät 10 be- einflusst. Dazu wird die zweite elektrische Maschine 4 in Betrieb genommen und motorisch betrieben. Das heißt, dass die zweite elektrische Maschine 4 die von der ersten elektrischen Maschine 2 bereitgestellte elektrische Energie aufnimmt. Da die zweite elektrische Maschine 4 fest mit dem Verbrennungsmotor 9 verkuppelt ist, wird durch die zweite elektrische Maschine 4 der Verbrennungsmotor 9 geschleppt, was bedeutet, dass sich der Verbrennungsmotor 9 mechanisch dreht, wobei aber keine Kraftstoffeinspritzung ausgelöst wird. Dies hat zur Folge, dass im Verbrennungsmotor 9 keine Zündung erfolgt und somit eine selbständige Bewegung des Verbrennungsmotors 9 verhindert wird. Durch Variation der Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine 4 und/oder des Verbrennungsmotors 9 durch das Steuergerät wird die Schleppleistung des Verbrennungsmotors 9 und damit die von der zweiten elektrischen Maschine 4 aufgenommene elektrische Energie bedarfsgerecht variiert, so dass immer eine maximale Bremsleistung durch die erste elektrische Maschine 2 gewährleistet ist. Die Schleppleistung des Verbrennungsmotors 9 kann aber auch mittels Beeinflussung durch eine Drosselklappe verändert werden. Bei Bedarf wird als Motorbremse eine zusätzliche, nicht weiter dargestellte Drosselklappe in die Abgaslei- tung des Verbrennungsmotors 9 eingesetzt, um die Schleppleistung und die von der zweiten elektrischen Maschine 4 aufgenommene elektrische Energie zu er- höhen. Durch diese Vorgehensweise erzeugt die erste elektrische Maschine 2 eine Bremsleistung, auch wenn die Batterie 3 keine Energie bzw. Leistung mehr aufnehmen kann.
Auch in dem Fall, in welchem eine mechanische Verbindung zwischen dem Ran- ge-Extender 4, 9 und den Antriebsrädern 7, 8 geschaltet wird, was durch eine schaltbare Kupplung erfolgen kann, bietet der beschriebene serielle Betrieb des Hybridfahrzeuges Vorteile durch die bedarfsgerechte Einstellung der von der zweiten elektrischen Maschine 4 aufgenommenen Energie. Es bestehen keine negativen Auswirkungen auf den Fahrkomfort infolge des Schaltvorganges an der schaltbaren Kupplung. Diese mechanische Verbindung kann als Rückfall- ebene genutzt werden, falls z.B. die erste oder die zweite elektrische Maschine
2, 4 ausfällt.
Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Verschlechterung des Wirkungsgrades einer elektrischen Komponente, wenn die Aufnahmekapazität der Batterie 3 eine vor- gegebene Schwelle unterschreitet. Zum Beispiel erfolgt dies, indem die erste elektrische Maschine 2 durch Beeinflussung der Magnetisierung bei gleichbleibendem Drehmoment in einen Betriebspunkt mit geringem Wrkungsgrad gebracht wird und die mechanische Energie der Räder 7, 8 zum größeren Teil in Wärme umgewandelt und an die Umgebung abgeführt werden.
Alternativ und zusätzlich wird die Leistung einer elektrischen Komponente erhöht, wenn die Aufnahmekapazität der Batterie 3 eine vorgegebene Schwelle unterschreitet, z.B. indem eine erhöhte Leistungsaufnahme eines Kühllüfters oder einer Kühlmittelpumpe durch Drehzahlerhöhung eingestellt wird, ohne dass eine verstärkte Kühlung erforderlich wäre. Auch ein Klimakompressor, eine Wärmepumpe oder ein Kompressor zur Druckluftversorgung, z.B. für ein Brennstoffzellensystem, können bei erhöhter Leistung betrieben werden. Dabei wird die zusätzliche Leistung nicht genutzt, sondern gespeichert oder in Wärme umgewandelt und beispielsweise über einen Kühler oder eine Drosselstelle an die Umge- bung abgeführt. Daneben kann die mittels eines DC/DC-Wandlers von einem
Traktionsbordnetz in ein Niederspannungsbordnetz transferierte Leistung erhöht werden. Der Wirkungsgrad eines gesamten Batteriesystems wird z.B. verschlechtert, indem ein zugehöriger Kühllüfter oder eine Kühlmittelpumpe mit erhöhter Leistung betrieben werden, ohne dass eine verstärkte Kühlung der Batte- rie 3 erforderlich wäre.
Kann z.B. infolge eine Defektes oder einer Abregelung bei Über- oder Untertemperatur, z.B. der ersten elektrischen Maschine 2 oder der zweiten elektrischen Maschine 4, eine Bremswirkung durch den Antriebsstrang nicht oder nur unvoll- ständig erzeugt werden, erfolgt eine Warnmeldung an den Fahrer. Ein weiteres Anwendungsgebiet für die erfindungsgemäße Lösung besteht beim Anfahren an einem Berg oder einem Gefälle. Das Anfahren am Berg erfolgt durch ein vorwärts, d.h. bergaufwärts antreibendes (positives) Drehmoment der ersten elektrischen Maschine 2 auf die Antriebsräder 7, 8. Stellt sich dabei sofort eine Fahrbewegung in Vorwärtsrichtung, d.h. bergaufwärts ein, so ergibt sich eine positive Drehzahl der ersten elektrischen Maschine 2, verbunden mit einem motorischen Betrieb. Gibt der Fahrer jedoch ein betragsmäßig zu geringes positives Drehmoment für die erste elektrische Maschine 2 vor, so kann das Fahrzeug 1 beim Anfahrvorgang rückwärts, d.h. bergabwärts rollen, verbunden mit einer negativen Drehzahl der ersten elektrischen Maschine. Mit positivem Drehmoment und negativer Drehzahl der ersten elektrischen Maschine 2 ergibt sich ein generatorischer Betrieb, wobei die erste elektrische Maschine 2 elektrische Energie bereitstellt. Kann diese elektrische Energie nicht abgeführt werden, so bricht das positive Drehmoment zusammen und das Fahrzeug 1 beschleunigt weiter rückwärts, d.h. bergabwärts. Ein Anfahren in Vorwärtsrichtung ist dann nicht mehr möglich. Dieses Fehlverhalten wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zuverlässig verhindert. Entsprechende Verhältnisse ergeben sich bei einem vom Fahrer, z.B. durch eine Wählhebelstellung„R" gewünschten rückwärts, d.h.
bergaufwärts Anfahren an einem Gefälle.
Auch beim Anfahrvorgang eines Hybridfahrzeuges, bei dem eine elektrische Maschine z.B. mit Hilfe eines Planetengetriebes die Funktion einer Anfahrkupplung zur Anpassung von unterschiedlichen Drehzahlen übernimmt und dabei generatorisch betrieben wird, kann die erfindungsgemäße Lösung eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich ebenso bei Fahrzeugen mit hydraulischen oder pneumatischen Antriebsaggregaten, Verbrauchern und Energiespeichern einsetzen.