Reichweitenverlängerung und Einrichtung zur

Reichweitenverlängerung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Einrichtung zur Reichweitenverlängerung für ein elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug aufweisend eine Brennkraftmaschine mit einer Ausgangswelle, an der ein Drehmoment der Brennkraftmaschine wirksam ist, einen elektrischen Generator mit einer mit der Ausgangswelle kraftübertragend verbundenen Eingangswelle, an der ein Lastmoment des Generators wirksam ist, und einen mit dem Generator elektrisch verbundenen Energiespeicher, der mithilfe des Generators geladen werden kann sowie eine Einrichtung zur Reichweitenverlängerung für ein elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug aufweisend eine Brennkraftmaschine mit einer Ausgangswelle, an der ein Drehmoment der Brennkraftmaschine wirksam sein kann, einen elektrischen Generator mit einer mit der Ausgangswelle kraftübertragend verbundenen Eingangswelle, an der ein Lastmoment des Generators wirksam sein kann, und einen mit dem Generator elektrisch verbundenen Energiespeicher, der mithilfe des Generators geladen werden kann.

Eine derartige Einrichtung wird auch als Range Extender bezeichnet und dient als zusätzliches Aggregat in einem Elektrofahrzeug, dazu die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen. Üblicherweise umfasst eine derartige Einrichtung eine Brennkraftmaschine, die einen Generator antreibt, der wiederum einen elektrischen Speicher und einen Elektromotor versorgt. Ein als Range Extender genutztes Brennkraftmaschinen-Generator-System wird auch als serieller Hybridantrieb bezeichnet, da die mechanische Energie der Brennkraftmaschine nicht unmittelbar zum Antrieb des Kraftfahrzeugs genutzt, sondern zunächst in elektrische und nachfolgend wieder in mechanische Energie gewandelt wird. Dabei treten Wirkungsgradverluste auf, jedoch kann die Brennkraftmaschine in einem wirkungsgradoptimierten Betriebspunkt gefahren werden, sodass dieser Nachteil wieder kompensiert wird. Demgegenüber wird bei Fahrzeugen mit parallelem Hybridantrieb die Brennkraftmaschine auch unmittelbar zum Antrieb des Kraftfahrzeugs genutzt.

„Drehmoment" bezeichnet vorliegende das an einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine, insbesondere an der Kurbelwelle, wirksame Drehmoment, das als Antriebsmoment von der Brennkraftmaschine geliefert wird. Mit „Lastmoment" ist vorliegend das an einer Antriebswelle des Generators wirksame Drehmoment, das dieser der antreibenden Brennkraftmaschine entgegensetzt, bezeichnet. Der Energiespeicher bildet vorliegend eine elektrische Last für den Generator, deren Ladestrom in einem definierten Bereich einstellbar ist.

Die DE 10 2008 059 199 A1 offenbart ein Elektrofahrzeug mit einer elektrischen Maschine, die zum Antreiben des Elektrofahrzeugs vorgesehen ist, einem elektrischen Energiespeicher, der zur Versorgung der elektrischen Maschine mit Energie vorgesehen ist, und einem Verbrennungsmotor, der ausschließlich dazu vorgesehen ist, bei Bedarf über einen Generator den elektrischen Energiespeicher zu laden, bei dem der Verbrennungsmotor eine auf einer Anpassung seines Verbrennungsluftverhältnisses basierende Betriebspunkt bzw. Lastpunktregelung aufweist sowie ein Verfahren zur Betriebspunkt- bzw. Lastpunktregelung eines in einem Elektrofahrzeug als reiner Lademotor vorgesehenen Verbrennungsmotors, bei dem die Betriebspunkt- bzw. Lastpunktregelung durch eine Änderung des Verbrennungsluftverhältnisses erfolgt, um ein Elektrofahrzeug mit einer besonders kostengünstigen Ladegeräteinheit zu schaffen bzw. ein Verfahren anzugeben, das eine kostengünstige Lastregelung der Ladegeräteinheit ermöglicht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Einrichtung zur Reichweitenverlängerung für ein elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug sowie eine Einrichtung zur Reichweitenverlängerung für ein elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug wesentlich zu vereinfachen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren zur Steuerung einer Einrichtung zur Reichweitenverlängerung für ein elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug aufweisend eine Brennkraftmaschine mit einer Ausgangswelle, an der ein Drehmoment der Brennkraftmaschine wirksam ist, einen elektrischen Generator mit einer mit der Ausgangswelle kraftübertragend verbundenen Eingangswelle, an der ein Lastmoment des Generators wirksam ist, und einen mit dem Generator elektrisch verbundenen Energiespeicher, der mithilfe des Generators geladen werden kann, bei dem die Leistung der Brennkraftmaschine zumindest maßgeblich mithilfe des Generators gesteuert wird.

Um das Kraftfahrzeug elektromotorisch anzutreiben kann ein elektrischer Motor vorgesehen sein. Der Motor kann als Generator betreibbar sein. Der Motor kann nur als Motor betreibbar sein. Der Motor kann ein Drehstrommotor sein. Der Motor kann ein Asynchronmotor sein. Der Motor kann ein Synchronmotor sein. Der Motor kann ein permanenterregter Synchronmotor sein. Der elektrische Speicher kann Energie in Form von chemischer Energie oder elektrostatisch speichern und die Umwandlung in elektrische Energie kann ohne den Zwischenschritt über mechanische Energie oder Wärmeenergie erfolgen. Der elektrische Speicher kann eine wiederaufladbare Batterie sein. Der elektrische Speicher kann ein Akkumulator sein. Der elektrische Speicher kann ein Kondensator sein. Der elektrische Speicher kann eine Nickel-Metallhydrid-Batterie (NiMH-Batterie) sein. Der elektrische Speicher kann eine Lithium-Ionen-Batterie (Li-Ion- Batterie) sein. Der elektrische Generator kann eine Drehstrommaschine sein. Der elektrische Generator kann eine Asynchronmaschine sein. Der elektrische Generator kann eine Synchronmaschine sein. Der elektrische Generator kann eine permanenterregte Synchronmaschine sein. Die Brennkraftmaschine kann mit einem Kohlenwasserstoff-Kraftstoff betreibbar sein. Die Brennkraftmaschine kann mit Benzin betreibbar sein. Die Brennkraftmaschine kann mit Diesel betreibbar sein. Die Brennkraftmaschine kann mit Gas, wie flüssigem Autogas (Liquefied Petroleum Gas, LPG), verdichtetem Erdgas (Compressed Natural Gas, CNG) oder Flüssigerdgas (Liquefied Natural Gas, LNG), betreibbar sein. Die Brennkraftmaschine kann mit Wasserstoff betreibbar sein. Die Brennkraftmaschine kann eine Ein-, Zwei-, Drei- oder Vierzylinderbrennkraftmaschine sein. Die Brennkraftmaschine kann eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine, ein Wankelmotor, ein Gegenkolbenmotor, ein Zweitakt- oder Viertaktmotor, eine Gasturbine oder eine Dampfturbine sein.

Die Leistung der Brennkraftmaschine muss nicht gesondert gesteuert werden. Es kann ein Eingriff zur Leistungssteuerung an der Brennkraftmaschine entfallen. Die Brennkraftmaschine kann entdrosselt betrieben werden. Eine Regelung einer der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoffmenge kann entfallen. Eine Regelung einer der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmenge kann entfallen. Eine Regelung eines Kraftstoff- Luftgemisches kann entfallen. Eine Regelung eines Zündzeitpunkts kann entfallen. Eine Regelung eines Einspritzzeitpunkts kann entfallen. Eine Regelung einer Abgasrückführrate kann entfallen. Ein Erfassung von Betriebsdaten kann reduziert werden oder entfallen. Eine Auswertung von Betriebsdaten kann reduziert werden oder entfallen. Eine Erfassung und/oder Auswertung einer Leistungsanforderung, einer Drehzahl, einer Kurbelwellenwinkelsteilung, einer Nockenwellenstellung, eines Luftmassenstroms, einer Drosselklappenstellung, einer

Abgaszusammensetzung, einer Abgastemperatur, eines Druckverlusts an einem Filter, wie Partikelfilter, eines Körperschalls, einer Brennkraftmaschinentemperatur, einer Kühlmitteltemperatur, einer Ansauglufttemperatur, einer Kraftstofftemperatur, eines Kraftstoffdrucks, einer Temperatur in einem Saugrohr und/oder einer Temperatur eines rückgeführten Abgases kann entfallen. Eine Ansteuerung von Aktuatoren kann reduziert werden oder entfallen. Eine Ansteuerung einer Zündeinrichtung, einer Drosselklappe, einer Kraftstoffpumpe, eines Kraftstoffdruckregelventils, eines Kraftstoffmengenregelventils, eines Sekundärluftsystems, eines Abgasrückführventils, einer Drallklappe, einer Tumbleklappe, einer Nockenwellenverstellung, einer Saugrohrumschaltung und/oder einer Bypassleitung kann entfallen.

Zur Leistungssteuerung der Brennkraftmaschine kann das Lastmoment des Generators gesteuert werden. Das Lastmoment des Generators kann erhöht werden, um die Leistung der Brennkraftmaschine zu senken. Das Lastmoment des Generators kann verringert werden, um die Leistung der Brennkraftmaschine zu erhöhen. Das Lastmoment des Generators kann erhöht oder verringert werden, indem ein Ladevorgang des Energiespeichers entsprechend gesteuert wird. Das Lastmoment des Generators kann erhöht oder verringert werden, indem ein Ladestrom des Energiespeichers entsprechend gesteuert wird. Es kann ein Start- und/oder Abstellvorgang der Brennkraftmaschine mithilfe des Generators gesteuert werden. Eine Steuerung eines Start- und/oder Abstellvorgangs der Brennkraftmaschine kann mithilfe des Lastmoments des Generators gesteuert werden.

Außerdem wird die Aufgabe mit einer Einrichtung zur Reichweitenverlängerung für ein elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug aufweisend eine Brennkraftmaschine mit einer Ausgangswelle, an der ein Drehmoment der Brennkraftmaschine wirksam sein kann, einen elektrischen Generator mit einer mit der Ausgangswelle kraftübertragend verbundenen Eingangswelle, an der ein Lastmoment des Generators wirksam sein kann, und einen mit dem Generator elektrisch verbundenen Energiespeicher, der mithilfe des Generators geladen werden kann, gelöst, bei der die Brennkraftmaschine keine gesonderte Leistungssteuerungseinrichtung aufweist.

Eine „gesonderte Leistungssteuerungseinrichtung" ist vorliegend insbesondere eine Einrichtung, mit der eine Leistung der Brennkraftmaschine durch eine Steuerung von Gemischbildung, Zündung, Verbrennung und/oder Ladungswechsel gesteuert wird. Eine Steuerung der Brennkraftmaschine mithilfe eines Angriffs an einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine, wie Kurbelwelle, wird vorliegend nicht als „gesonderte Leistungssteuerungs- einrichtung" betrachtet.

Damit kann die Brennkraftmaschine einen stark vereinfachten Aufbau aufweisen. Es kann ein Entwicklungsaufwand deutlich reduziert sein. Ein Herstellungsaufwand kann reduziert sein. Die Brennkraftmaschine kann wirkungsgradoptimiert ausgelegt sein.

Die Brennkraftmaschine kann ohne eine Einrichtung zur Steuerung einer Kraftstoffmenge, einer Luftmenge, eines Kraftstoff-Luftgemisches, eines Zündzeitpunkts, eines Einspritzzeitpunkts und/oder einer Abgasrückführrate ausgeführt sein.

Es können Sensoren entfallen. Ein Leistungsanforderungssensor, ein Drehzahlsensor, ein Kurbelwellenwinkelstellungssensor, ein Nockenwellenstellungssensor, ein Luftmassenstromsensor, ein Drosselklappenstellungssensor, ein Abgaszusammensetzungssensor, ein Abgastemperatursensor, ein Drucksensor an einem Filter, wie Partikelfilter, ein Körperschallsensor, ein Brennkraftmaschinentemperatursensor, ein Kühlmitteltemperatursensor, ein Ansauglufttemperatursensor, ein Kraftstofftemperatursensor, ein Kraftstoffdrucksensor, ein Temperatursensor in einem Saugrohr und/oder einer Temperatursensor für ein rückgeführtes Abgases kann entfallen. Es können Aktuatoren entfallen. Eine Zündeinrichtung, eine Drosselklappe, eine Kraftstoffpumpe, ein Kraftstoffdruckregelventil, ein Kraftstoffmengenregelventil, ein Sekundärluftsystem, ein Abgasrückführventil, eine Drallklappe, eine Tumbleklappe, eine Nockenwellenverstellung, eine Saugrohrumschaltung und/oder eine Bypassleitung kann entfallen. Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung eine Leistungsregelung eines Range-Extenders für Elektrofahrzeuge. Der Verbrennungsmotor im Range-Extender ist dahingehend vereinfacht, dass die Leistungsregelung zum Aufladen eines Akkumulators zumindest maßgeblich über die Drehzahl geregelt wird. Diese wird nicht über eine Drosseleinheit oder eine Änderung des Kraftstoff- Luftgemisches eingestellt, sondern zumindest maßgeblich durch den Generator zum Aufladendes Akkus. Damit können Sensoren und Aktuatoren zur Lastregelung am Verbrennungsmotor des Range-Extenders entfallen, ein entdrosselter Betrieb ermöglicht außerdem eine wirkungsgradoptimierte Auslegung des Verbrennungsmotors. Ein solches Konzept ermöglicht dann den Betrieb des Verbrennungsmotors in den zur Abgasreinigung notwendigen, stöchiometrischen Betriebsbereich. Weiterhin wird der Aufwand zur Abstimmung des Verbrennungsmotors stark reduziert, was wiederum Entwicklungskosten und -zeit reduziert.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die einzige Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.

Die Fig. zeigt schematisch und beispielhaft einen Antriebsstrang 100 eines ansonsten nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs mit einem seriellen Hybridantrieb. Das Kraftfahrzeug weist einen elektrischen Antriebsmotor 102 auf, mit dessen Hilfe Antriebsräder 104 des Kraftfahrzeugs antreibbar sind. Der Antriebsmotor 102 ist vorliegend ein permanenterregter Synchronmotor. Damit können Rotorverluste vermieden werden. Der Antriebsmotor 102 ist verschleißarm und weist einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Leistungsdichte auf.

Zur Stromversorgung des Antriebsmotors 102 ist ein elektrischer Energiespeicher 106 vorgesehen. Der Energiespeicher 106 kann eine NiMH- Batterie sein, deren Energiedichte und Leistungsdichte sehr hoch ist. Beispielsweise kann die Energiedichte bis zu 90 Wh/kg und die Leistungsdichte bis zu 1300 W kg betragen. Der Energiespeicher 106 kann eine Li-Ion-Batterie sein, deren spezifische Energiedichte sehr hoch ist. Die Zellspannung kann 3,6 V oder mehr betragen. Damit sind für ein jeweils gefordertes Spannungsniveau weniger Zellen und somit weniger Bauraum erforderlich. Die Li-Ion-Batterie weist ein besonders gutes Verhalten bei niedrigen Temperaturen auf. Die Li-Ion-Batterie weist beim Laden/Entladen keine Spannungshysterese auf, sodass ein theoretischer Wirkungsgrad von 100% erreichbar ist. Zur Überwachung der Li-Ion-Batterie, insbesondere von Kurzschlüssen und Überladung, kann eine Zellüberwachung vorgesehen sein.

Der Energiespeicher 106 kann mithilfe eines elektrischen Generators 108 geladen werden. Der Energiespeicher 106 bildet dann eine elektronische Last für den Generator 108. Der Ladestrom und damit die Last ist in einem definierten Bereich einstellbar. Der elektrische Generator 108 ist vorliegend eine permanenterregte Synchronmaschine. Der elektrische Generator 108 weist einen Stator, einen Rotor und eine mit dem Rotor drehfest verbundene Generatorwelle auf. Bei einem Betrieb des elektrischen Generators 108 liegt an der Generatorwelle ein Lastmoment des Generators 108 an, das von der einem Ladestrom abhängig ist. Damit kann das Lastmoment des Generators 108 gesteuert werden.

Zum Antrieb des elektrischen Generators 108 ist eine Brennkraftmaschine 1 10 vorgesehen. Die Brennkraftmaschine 1 10 weist eine Kurbelwelle auf, die mit der Generatorwelle antriebsverbunden ist. Die Brennkraftmaschine 110 ist nicht leistungsregelbar. Die Brennkraftmaschine 110 weist keine Sensoren oder Aktuatoren auf, die zu einer Leistungsregelung erforderlich wären. Die Brennkraftmaschine 1 10 ist drehzahlsteuerbar. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine 110 wird dadurch gesteuert, dass das Lastmoment des Generators 108 gesteuert wird. Das Lastmoment des Generators 108 wird erhöht, um die Drehzahl der Brennkraftmaschine 110 zu senken. Das Lastmoment des Generators 108 wird verringert, um die Drehzahl der Brennkraftmaschine 110 zu erhöhen. Das Lastmoment des Generators 108 wird erhöht oder verringert, indem ein Ladevorgang des Energiespeichers 106 entsprechend gesteuert wird. Das Lastmoment des Generators 108 wird erhöht oder verringert, indem ein Ladestrom des Energiespeichers 106 entsprechend gesteuert wird.

Die Brennkraftmaschine 1 10 und der Generator 108 bilden einen Range Extender 112. Der Range Extender 1 12 wird auch als Reichweitenverlängerer bezeichnet. Der Range Extender 1 12 ist ein zusätzliches Aggregat, das die Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht. Dabei wird die mechanische Energie der Brennkraftmaschine 1 10 nicht unmittelbar zum Antrieb des Kraftfahrzeugs genutzt, sondern zunächst in elektrische und nachfolgend wieder in mechanische Energie gewandelt.

Der Antriebsmotor 102, der Energiespeicher 106 und/oder der Generator 108 können mithilfe von Signalleitungen mit einer Steuereinrichtung 114 verbunden sein. Mit den Signalleitungen können Signale von dem Antriebsmotor 102, dem Energiespeicher 106 und/oder dem Generator 108 zur Steuereinrichtung 114 und/oder von der Steuereinrichtung 114 zu dem Antriebsmotor 102, dem Energiespeicher 106 und/oder dem Generator 108 übertragen werden. Mit der Steuereinrichtung 1 14 kann ein Ladevorgang des Energiespeichers 106, insbesondere eine Intensität eines Ladevorgangs, und damit ein Lastmoment an der Generatorwelle gesteuert werden.