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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung bezieht sich auf die Steuerung von Niederspannungsschaltungen in Fahrzeugen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Viele Fahrzeuge und Konstruktionswerkzeuge umfassen einen Typ von wiederaufladbarer Batterie, die elektrische Energie zu einem Kraftfahrzeug zuführt. Diese Batterien werden häufig als Zwölf-Volt-Batterie oder SLI-Batterie (Start-, Beleuchtungs-, Zündungsbatterie) bezeichnet, um den Startermotor, die Leuchten, das Zündsystem der Maschine eines Fahrzeugs und andere Fahrzeugnebenverbraucher zu speisen. Die SLI-Batterie kann mit einem Drehstromgenerator aufgeladen werden. Hybridfahrzeuge können zusätzliche Batterien aufweisen, die über Leistung aufgeladen werden, die durch eine Elektromaschine wie z. B. einen Motor/Generator erzeugt wird. Die Elektromaschine (oder Elektromaschinen) eines Hybridfahrzeugs kann den Drehstromgenerator ersetzen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird ein Verfahren zum Steuern einer Niederspannungsschaltung eines Fahrzeugs mit einem Generator oder einer Elektromaschine geschaffen. Das Verfahren umfasst das Überwachen von Betriebsbedingungen des Fahrzeugs und das Feststellen, ob überschüssige Generatorlast verfügbar ist. Verfügbare überschüssige Generatorlast wird gewonnen und verwendet, um die Niederspannungsschaltung zu speisen.
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Die Niederspannungsschaltung kann eine Niederspannungsbatterie um fassen, die mit der überschüssigen Generatorlast aufgeladen werden kann. Die überschüssige Generatorlast kann für die Antisulfatierung der Niederspannungsbatterie verwendet werden. Das Verfahren ist sowohl bei einem Hybridfahrzeug als auch einem herkömmlichen Fahrzeug verwendbar. Das Verfahren kann ferner das Speisen der Niederspannungsschaltung mit Energie, die infolge der Aufladung der Niederspannungsbatterie mit der überschüssigen Generatorlast in der Niederspannungsbatterie gespeichert ist, umfassen.
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Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Arten und anderer Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist ein schematisches Komponentendiagramm eines Hybridfahrzeugs;
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2 ist ein schematisches Komponentendiagramm eines herkömmlichen Fahrzeugs;
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3A ist ein Abschnitt eines schematischen Ablaufplans eines Algorithmus zum Steuern von Niederspannungsschaltungen in Fahrzeugen;
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3B ist ein weiterer Abschnitt des in 3A gezeigten schematischen Ablaufplans; und
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4 ist ein schematisches Diagramm, das Eigenschaften der Komponenten während des Betriebs des Fahrzeugs darstellt.
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BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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In den Zeichnungen, in denen in allen verschiedenen Figuren gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, ist in 1 ein schematisches Komponentendiagramm eines Hybridfahrzeugs 100 gezeigt. Eine Maschine 110 ist mit einer Elektromaschine wie z. B. mit einem Motor/Generator 112 über eine erste und eine zweite Riemenscheibe 114, 116, die durch einen Riemen 118 verbunden sind, antreibend verbunden.
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Die Maschine 110 kann eine Brennkraftmaschine wie z. B. eine Benzinmaschine mit Funkenzündung oder eine Dieselmaschine mit Kompressionszündung sein. Die Maschine 110 ist leicht anpassbar, um ihre verfügbare Leistung zu einem Getriebe (nicht dargestellt) mit einem Bereich von Betriebsdrehzahlen zu liefern. Das Hybridfahrzeug 100 ist nur als erläuternde Anwendung vorgesehen, in die die vorliegende Erfindung integriert werden kann. Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die in den Zeichnungen gezeigte spezielle Anordnung begrenzt. Ferner wurde das hier dargestellte Hybridfahrzeug 100 stark vereinfacht, wie vom Fachmann auf dem Gebiet erkannt wird.
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Der Motor/Generator 112 kann auch als Elektromaschine bezeichnet werden und stellt eine Vorrichtung dar, die in der Lage ist, Elektrizität aus Leistung, die durch die Maschine 110 zugeführt wird, oder Leistung, die von der kinetischen Energie des Hybridfahrzeugs 100 durch Nutzbremsen gewonnen wird, zu erzeugen. Der Motor/Generator 112 gewinnt kinetische Energie durch Erzeugen von elektrischer Energie, die dann in einer Energiespeichervorrichtung zur anschließenden Verwendung gespeichert werden kann.
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Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass andere Mechanismen als die Riemenscheiben 114, 116 und der Riemen 118 verwendet werden können, um Kraft zwischen der Maschine 110 und dem Motor/Generator 112 zu übertragen. Beispielsweise und ohne Begrenzung können die Maschine 110 und der Motor/Generator 112 über Zahnräder, Ketten und Kettenräder antreibend verbunden sein oder direkt durch eine Welle oder Hohlwelle verbunden sein.
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Der Motor/Generator 112 ist mit einer Hybridschaltung 120 elektrisch verbunden. Eine Hybridbatterie 122 wirkt als Energiespeichervorrichtung für die Hybridschaltung 120 und kann eine chemische Batterie sein. Ein Wechselrichter/Gleichrichter 124 ist mit dem Motor/Generator 112 und der Hybridbatterie 122 elektrisch verbunden und ermöglicht eine Umwandlung zwischen Gleichstrom (DC) und Wechselstrom (AC). Die Steuereinheit (nicht dargestellt) oder der Controller wird zum Regeln des Austauschs von elektrischer Leistung zwischen der Hybridbatterie 122 und dem Motor/Generator 112 verwendet. Die Steuereinheit kann mehrere Steuermodule oder -komponenten umfassen und kann einige oder alle der Komponenten des Hybridfahrzeugs 100 überwachen, steuern und mit diesen kommunizieren. Die Steuereinheit kann den Austausch von elektrischer Leistung durch Einwirken auf den Wechselrichter 124 regeln. Ferner kann die Steuereinheit dazu konfiguriert sein, andere Aufgaben als das Regeln des Leistungsflusses auszuführen.
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Wenn er als Generator wirkt, liefert der Motor/Generator 112 Elektrizität, die in der Hybridbatterie 122 gespeichert werden kann. Wenn der als Motor wirkt, kann der Motor/Generator 112 Energie, die innerhalb der Hybridbatterie 122 gespeichert ist, entnehmen.
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Das Hybridfahrzeug 100 umfasst eine Niederspannungsschaltung 130, die hier oder in den Figuren als LVC 130 bezeichnet werden kann, und ist mit der Hybridschaltung 120 elektrisch verbunden. Die Niederspannungsschaltung 130 liefert Leistung zu den Niederspannungsfahrzeuglasten 132. Diese Lasten, die auch als Nebenverbraucherlasten bezeichnet werden, können Vorrichtungen innerhalb des Hybridfahrzeugs 100 antreiben. Beispielsweise und ohne Begrenzung können audiovisuelle Systeme, die Armaturenbrettelektronik, Startermotoren, Gebläse, Klimaanlagen und Innenleuchten Niederspannungsfahrzeuglasten 132 sein, die Leistung von der Niederspannungsschaltung 130 entnehmen.
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Die Niederspannungsschaltung 130 umfasst eine Niederspannungsbatterie 134, die hier oder in den Figuren als LV-Batterie 134 bezeichnet werden kann, mit den Niederspannungsfahrzeuglasten 132 elektrisch verbunden ist und verwendet werden kann, um Leistung zum Betreiben derselben zuzuführen. Die Niederspannungsbatterie 134 kann als Zwölf-Volt-Batterie (12 V-Batterie) bezeichnet werden, da die Niederspannungsschaltung 130 und die Niederspannungsfahrzeuglasten 132 dazu konfiguriert sein können, mit ungefähr zwölf Volt Potential zu arbeiten. Alternativ kann die Niederspannungsbatterie 134 auch als Start-, Beleuchtungs- und Zündungsbatterie (SLI-Batterie) bezeichnet werden.
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Die Hybridschaltung 120 arbeitet mit einem höheren Potential als die Niederspannungsschaltung 130. Ein Nebenverbraucherleistungsmodul 136 ist mit der Hybridschaltung 120 elektrisch verbunden und führt Leistung zur Niederspannungsschaltung 130 mit geeigneten Pegeln zu. In Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Hybridfahrzeugs 100 kann das Nebenverbraucherleistungsmodul 136 die Niederspannungsfahrzeuglasten 132 direkt speisen, die Niederspannungsbatterie 134 aufladen oder eine Kombination von beidem. Die Steuereinheit kann dazu konfiguriert sein, den Betrieb des Wechselrichters 124 und des Nebenverbraucherleistungsmoduls 136 zu mischen, was eine erhöhte Effizienz ermöglicht, indem der Betrieb beider Komponenten gleichzeitig berücksichtigt wird.
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Mit Bezug auf 2 und mit fortgesetztem Bezug auf 1 ist ein schematisches Komponentendiagramm eines herkömmlichen Fahrzeugs 200 gezeigt. Eine Maschine 210 ist mit einem Generator wie z. B. einem Drehstromgenerator 212 über eine erste und eine zweite Riemenscheibe 214, 216, die durch einen Riemen 218 verbunden sind, antreibend verbunden.
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Das herkömmliche Fahrzeug 200 umfasst eine Niederspannungsschaltung 230 (LVC 230), umfasst jedoch nicht eine Hybridschaltung oder ein Nebenverbraucherleistungsmodul. Die Niederspannungsschaltung speist die Niederspannungsfahrzeuglasten 232 und umfasst eine Niederspannungsbatterie 234 ähnlich zu den in 1 gezeigten. Das herkömmliche Fahrzeug 200 umfasst ferner eine Steuereinheit (nicht dargestellt) oder einen Controller, der zum Regeln des elektrischen Leistungsflusses im herkömmlichen Fahrzeug verwendet wird. Die Steuereinheit kann direkt auf den Drehstromgenerator 212 einwirken.
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Wie hier für entweder die Hybridbatterie 122 oder die Niederspannungsbatterie 134, 234 verwendet, bezieht sich die Aufladung im Allgemeinen auf das Erhöhen des Ladungszustandes (SOC) der Batterie. Der Ladungszustand ist das Äquivalent eines Kraftstoffmessers für die Batterie; der die gespeicherte elektrische Energie darstellt, die durch das Hybridfahrzeug 100 oder das herkömmliche Fahrzeug 200 verbraucht werden kann. Die Einheiten des Ladungszustandes können als Prozentpunkte (0% = leer; 100% = voll) ausgedrückt werden. Die Aufladung bezieht sich im Allgemeinen auf das Erhöhen des Ladungszustandes der Batterie; und dagegen bezieht sich die Entladung im Allgemeinen auf das Verringern des Ladungszustandes der Batterie.
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Mit Bezug auf 3A und 3B und mit fortgesetztem Bezug auf 1 und 2 ist ein Algorithmus 300 zum Steuern der Niederspannungsschaltung 130 des Hybridfahrzeugs 100 oder des herkömmlichen Fahrzeugs 200 gezeigt. Der Algorithmus 300 kann durch ein Steuersystem (nicht dargestellt) als Teil beispielsweise des Hybridsteuermoduls (für das Hybridfahrzeug 100) oder der Maschinensteuereinheit (für das herkömmliche Fahrzeug 200) ausgeführt werden oder der Controller für den Algorithmus 300 kann in ein separates Steuersystem oder eine separate Steuerstruktur integriert sein.
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In 3A beginnt der Algorithmus 300 in einem Einleitungs- oder Startschritt 310, während welcher Zeit der Algorithmus 300 Betriebsbedingungen des Fahrzeugs 100, 200 überwacht. Der Algorithmus 300 kann kontinuierlich oder intermittierend zahlreiche Bedingungen des Fahrzeugs 100, 200 überwachen.
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Der Algorithmus 300 stellt als nächstes fest, ob überschüssige Last vom Motor/Generator 112 oder Drehstromgenerator 212 verfügbar ist. Die überschüssige Last bezieht sich im Allgemeinen auf Bedingungen des Hybridfahrzeugs 100 oder des herkömmlichen Fahrzeugs 200, die zusätzliche elektrische Erzeugungskapazität ermöglichen oder ergeben, um die Anforderung des Fahrers zu erfüllen. Überschüssige Last kann vorkommen, wenn das Hybridfahrzeug 100 oder das herkömmliche Fahrzeug 200 abbremst, so dass die kinetische Energie des Hybridfahrzeugs 100 oder des herkömmlichen Fahrzeugs 200 in elektrische Energie überführt werden kann.
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Wenn überschüssige Last verfügbar ist, kann der Algorithmus 300 einiges oder alles dieser überschüssigen Last gewinnen können und sie als Energie in der Niederspannungsbatterie 134, 234 speichern. Das Speichern von überschüssiger Last als elektrische Energie in der Niederspannungsbatterie 134, 234 kann zu einer Verringerung der gesamten Kraftstoffnutzung (einer Erhöhung der Kraftstoffsparsamkeit) führen und kann die Menge an kinetischer Energie, die durch Reibungsbremsen verschwendet wird, verringern. Ferner wird die Niederspannungsbatterie 134, 234 ohne Verbrennung von zusätzlichem Kraftstoff in der Maschine 110, 210 für den speziellen Zweck der Aufladung der Niederspannungsbatterie 134, 234 aufgeladen.
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Schritt 312 stellt fest, ob der Algorithmus 300 an einem Hybrid- (100) oder herkömmlichen Fahrzeug (200) implementiert wird. In Abhängigkeit vom Fahrzeugtyp stellt der Algorithmus 300 in den Schritten 314 bzw. 316 fest, ob eine negative Drehmomentanforderung besteht oder ob die Bremse durch den Fahrer des Fahrzeugs 100, 200 angewendet wird. Die ”negative Drehmomentanforderung” bezieht sich auf die Controllerinterpretation, dass der Fahrer das Fahrzeug abbremsen wollen würde, was ein negatives Kurbelwellendrehmoment anfordert. Eine negative Drehmomentanforderung oder eine Anwendung der Bremsen weist darauf hin, dass der Fahrer eine Abbremsung anfordert, während der das Fahrzeug 100, 200 an kinetischer Energie verliert.
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Die Abbremsung kann durch Umsetzen dieser kinetischen Energie in Wärmeenergie über Reibungsbremsen durchgeführt werden. Alternativ kann eine ähnliche Abbremsrate durch Umsetzen dieser kinetischen Energie in eine Kombination von (verringerter) Wärmeenergie über die Reibungsbremsen und elektrischer Nutzbremsenergie bewerkstelligt werden. Um das elektrische Nutzbremsen durchzuführen, muss jedoch entweder die Hybridbatterie 122 oder die Niederspannungsbatterie 134, 234 eine zunehmende Ladung annehmen (und die erzeugte elektrische Energie speichern) können.
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Wenn weder eine negative Drehmomentanforderung im Hybridfahrzeug 100 noch eine Anwendung der Bremse im herkömmlichen Fahrzeug 200 besteht, geht der Algorithmus 300 zu einem Austrittspfad weiter, der hier genauer beschrieben wird. Wenn eine Abbremsanforderung besteht, wird der Algorithmus 300 verwendet, um festzustellen, ob der Motor/Generator 112 oder Drehstromgenerator 212 verwendet werden kann, um das Fahrzeug 100, 200 durch die Erzeugung von Energie mit Nutzbremsen zu verlangsamen, und ob diese Energie entweder in der Hybridbatterie 122 oder in der Niederspannungsbatterie 134, 234 gespeichert werden kann.
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In Schritt 318 stellt der Algorithmus 300 fest, ob die Hybridbatterie 122 in der Lage ist, die Echtzeitaufladungslast, die vom Motor/Generator 112 verfügbar ist, zu speichern. Wenn die Hybridbatterie 122 hinsichtlich der Ladung begrenzt ist und die verfügbare Leistung vom Motor/Generator 112 nicht speichern oder annehmen kann, ist überschüssige Last verfügbar, die der Algorithmus 300 versucht zu gewinnen und in der Niederspannungsbatterie 134 zu speichern. Wenn die Hybridbatterie 122 in der Lage ist, die Ladung zu gewinnen und zu speichern, geht der Algorithmus 300 zum Austrittspfad weiter.
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Die Hybridbatterie 122 kann hinsichtlich der Ladung begrenzt sein und daher die verfügbare elektrische Energieladung unter den Bedingungen eines hohen Ladungszustandes (SOC), von kalten Batterietemperaturen, heißen Batterietemperaturen oder einem hohen Alter nicht annehmen können. Damit die Hybridbatterie 122 ihren Ladungszustand erhöht, kann die Hybridbatterie 122 innerhalb eines Temperaturbereichs liegen müssen (z. B. oberhalb einer minimalen Temperatur und unterhalb einer maximalen Temperatur). Wenn die Hybridbatterie 122 hinsichtlich der Ladung begrenzt ist und die überschüssige Generatorlast nicht durch den Algorithmus 300 gewonnen wird, kann die negative Drehmomentanforderung durch die Anwendung der Bremsen oder durch Maschinenbremsen erfüllt werden.
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In Schritt 320 stellt der Algorithmus 300 fest, ob das herkömmliche Fahrzeug 200 Kriterien für Nutzbremsen über erhöhte Drehstromgeneratorlast erfüllt, die durch die Niederspannungsbatterie 234 gewonnen werden kann. Die Bedingungen des herkömmlichen Fahrzeugs 200, die in Schritt 320 überwacht und ausgewertet werden, können ohne Begrenzung umfassen: Fahrzeuggeschwindigkeit, die Dauer und das Ausmaß der Anwendung des Bremspedals, irgendeine Abweichung von einer Kriech-/Leerlaufabbremsrate, einen Maschinendrehmomentbefehl und einen Kraftstoff-Ein/Aus-Zustand. Wenn die Fahrzeugkriterien nicht erfüllt werden können, geht der Algorithmus 300 zum Austrittspfad weiter und es besteht keine zusätzliche Generatorlast, wenn sich das Fahrzeug in Abbremsung befindet.
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Die Fahrzeugbedingungen können nicht erfüllt werden können, beispielsweise da die Bremsanforderung des Fahrers zu klein ist und das herkömmliche Fahrzeug 200 aufgrund der natürlichen Fahrzeugdynamik und -effizienzen ausreichend verlangsamt. Daher ist der Drehstromgenerator 212 nicht erforderlich, um das herkömmliche Fahrzeug 200 zu verlangsamen, und es besteht keine zusätzliche Generatorlast, die zum Gewinnen durch den Algorithmus 300 verfügbar ist.
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In Schritt 322 liest der Algorithmus 300 die nominale Spannung für die Niederspannungsschaltung 130, 230. Die nominale Spannung für die Niederspannungsschaltung 130, 230 ist der gewünschte Spannungssollwert, um die Bedürfnisse der Niederspannungsschaltung 130, 230 zu erfüllen; z. B. um die Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 zu speisen und, falls erforderlich, die Niederspannungsbatterie 134, 234 aufzuladen.
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In Schritt 324 liest oder berechnet der Algorithmus 300 den Ladungszustand der Niederspannungsbatterie 134, 234. Der Ladungszustand kann durch die Steuereinheit oder separate Steuerungen geliefert werden oder kann durch den Controller aus mehreren Faktoren (wie z. B. Strom, Spannung, Temperatur und so weiter) berechnet werden. Das Lesen des Ladungszustandes stellt fest, ob die Niederspannungsbatterie 134, 234 in der Lage ist, Energie zu empfangen und zu speichern, die aus überschüssiger Last vom Motor/Generator 112 oder Drehstromgenerator 212 gewonnen wird.
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In Schritt 326 stellt der Algorithmus 300 fest, ob der Ladungszustand der Niederspannungsbatterie 134, 234 unter dem maximalen Ladungszustand liegt. Wenn der Ladungszustand bereits auf seinem Maximum liegt, ist die Niederspannungsbatterie 134, 234 nicht in der Lage, zusätzliche elektrische Energie anzunehmen, und im Wesentlichen kann nirgends die überschüssige Last vom Motor/Generator 112 oder Drehstromgenerator 212 gespeichert werden, und der Algorithmus 300 begibt sich zum Austrittspfad. Wenn jedoch der Ladungszustand unter seinem Maximum liegt, kann die Niederspannungsbatterie 134, 234 zum Speichern von Energie durch Nutzbremsen verfügbar sein, und der Algorithmus 300 bewegt sich über einen Fortsetzungspfad A zu Schritt 328 (in 3B gezeigt).
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In Schritt 328 stellt der Algorithmus 300 fest, ob die Spannung der Niederspannungsschaltung 130, 230 unter der maximalen Spannung liegt. Wenn die Spannung bereits auf ihrem Maximum liegt, kann das Erhöhen der befohlenen Spannung für die Niederspannungsschaltung 130, 230 eine Beschädigung an Komponenten, die die Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 bilden, oder an der Niederspannungsbatterie 134, 234 verursachen, und der Algorithmus 300 begibt sich zum Austrittspfad. Wenn die Spannung der Niederspannungsschaltung 130, 230 erhöht werden kann, kann der Algorithmus 300 das Gewinnen und Speichern der überschüssigen Last vom Motor/Generator 112 oder Drehstromgenerator 212 beginnen.
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In Schritt 330 beginnt der Algorithmus 300, die stationären Einstellungen der Niederspannungsschaltung 130, 230 durch Erhöhen des Sollwerts für die Niederspannungsbatterie 134, 234 aufzuheben. Für das Hybridfahrzeug 100 wird dies durch Erhöhen des befohlenen Spannungssollwerts für das Nebenverbraucherleistungsmodul 136 durchgeführt. Für das herkömmliche Fahrzeug 200 wird dies durch Erhöhen des befohlenen Spannungssollwerts für den Drehstromgenerator 212 durchgeführt. Das Erhöhen des Sollwerts ermöglicht, dass die Niederspannungsbatterie 134, 234 ihren Ladungszustand erhöht, indem sie Strom aufnimmt und Energie speichert. Diese Erhöhung des Ladungszustandes der Niederspannungsbatterie 134, 234 wird von der überschüssigen Energie abgeleitet, die durch Nutzbremsen durch den Motor/Generator 122 oder Drehstromgenerator 212 gewonnen wird.
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Die überschüssige Last, die in der Niederspannungsbatterie 134, 234 gewonnen wird, würde ansonsten ohne die hier beschriebenen Handlungen verloren gehen. Ohne den Algorithmus 300, der die überschüssige Last gewinnt, würde eine Erhöhung des Ladungszustandes der Niederspannungsbatterie 134, 234 das Erhöhen des Leistungsflusses von der Maschine 110, 210 oder das Entnehmen von Leistung von der Hybridbatterie 122 erfordern. Der Algorithmus 300 erhöht den Ladungszustand der Niederspannungsbatterie 134, 234 ohne Verbrennen von zusätzlichem Kraftstoff und kann daher eine Kraftstoffsparsamkeitsverbesserung ergeben.
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In Schritt 332 zeichnet der Algorithmus 300 den erhöhten Sollwert der Niederspannungsbatterie 134, 234 in einem Antisulfatierungsalgorithmus auf. Die Sulfatierung liegt an der Bildung von großen, nicht leitenden Bleisulfatkristallen an den Batterieplatten. Die Bleisulfatbildung ist ein Teil jedes Aufladungs/Entladungs-Zyklus, aber im entladenen Zustand werden die Kristalle groß und blockieren den Durchgang von Strom durch den Elektrolyten.
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Die Sulfatierung kann stattfinden, wenn die Niederspannungsbatterie 134, 234 für einen ausgedehnten Zeitraum nicht vollständig aufgeladen ist – d. h. wenn der Ladungszustand auf weniger als 100% gehalten wird. Die Leistungsnutzung im Fahrzeug 100, 200 kann jedoch durch Halten des Ladungszustandes auf einen relativ niedrigen Wert verringert werden da dies die Spannung an den Niederspannungslasten 132, 232 verringert und den Leistungsverbrauch verringert. Daher können widersprüchliche Anforderungen bestehen: Aufrechterhalten eines niedrigen Ladungszustandes für einen verringerten Leistungsverbrauch, aber Aufrechterhalten eines hohen Ladungszustandes, um die Sulfatierung zu verringern oder dieser entgegenzuwirken. Die Sulfatierung kann durch periodisches Erhöhen des Spannungssollwerts der Niederspannungsbatterie 134, 234 beseitigt werden. Die Energie für diesen Aufladungs- oder Antisulfatierungsprozess kann über eine Erhöhung der Leistung von der Maschine 110, 210 oder durch Entnehmen von in der Hybridbatterie 122 gespeicherter Energie zugeführt werden. Der Algorithmus 300 ergibt jedoch eine Erhöhung des Sollwerts der Niederspannungsbatterie 134, 234, die auch zum Antisulfatierungsprozess beitragen kann. Durch Aufzeichnen der gewonnenen Energie in der Niederspannungsbatterie 134, 234 kann daher der Antisulfatierungsalgorithmus auf eine zukünftige Antisulfatierungsaufladung der Niederspannungsbatterie 134, 234 während eines Betriebs mit Kraftstoff verzichten, wenn die zugeführte Energie nicht von überschüssiger Last stammt.
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Nach dem Aufzeichnen des Spannungsverlaufs in dem Antisulfatierungsalgorithmus geht der Algorithmus 300 zu Schritt 334 weiter und kehrt zum Startschritt 310 zurück. Durch Zurückkehren zum Startschritt 310 beurteilt der Algorithmus erneut die Fahrzeugbedingungen und, ob weitere überschüssige Generatorlast verfügbar ist oder nicht und ob der Algorithmus 300 weiterhin diese Energie in der Niederspannungsbatterie 134, 234 gewinnt.
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Die in der Niederspannungsbatterie 134, 234 durch den Algorithmus 300 gewonnene Energie kann anschließend verwendet werden, um die Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 zu speisen, ohne zusätzliche Energie entweder von der Maschine 110, 210 oder von der Hybridbatterie 122 zu entnehmen. Die Verwendung dieser gewonnenen Energie kann durch Verzichten auf den Bedarf, die Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 mit Energie von der Maschine 110, 210 zu versorgen, Kraftstoffsparsamkeitsgewinne ergeben.
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Der Algorithmus 300 verwendet den Austrittspfad, um die Niederspannungsschaltung 130, 230 auf stationäre Betriebsbedingungen, falls erforderlich, zurückzuführen, bevor das Verfahren beendet wird. Es ist zu beachten, dass der Austrittspfad über irgendeinen der in 3A und 3B gezeigten Punkte erreicht werden kann, einschließlich der Rückkehr zum Start 310. Der Algorithmus 300 kann auch einen Unterbrechungs- oder Abbruchauslöser umfassen, der die Implementierung des Algorithmus 300 an irgendeinem Punkt unterbricht, um zu stationären Bedingungen durch den Austrittspfad zurückzukehren.
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In Schritt 350 stellt der Algorithmus 300 fest, ob die Spannung der Niederspannungsschaltung 130, 230 gegenwärtig über der nominalen Spannung liegt, was darauf hinweisen würde, dass sich das System gegenwärtig in einem Übersteuerungsmodus befindet und die Niederspannungsbatterie 134, 234 durch überschüssige Lasten vom Motor/Generator 112 oder Drehstromgenerator 212 aufgeladen wird. Wenn die Niederspannungsschaltung 130, 230 mit erhöhter Spannung arbeitet, muss der Sollwert der Niederspannungsbatterie 134, 234 nicht auf stationäre Pegel zurückgeführt werden und der Algorithmus 300 geht zu Schritt 352 weiter.
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In Schritt 352 beginnt der Algorithmus 300, die Übersteuerungseinstellungen der Niederspannungsbatterie 134, 234 und der Niederspannungsschaltung 130, 230 zu verringern. Das Zurückführen des Sollwerts in den stationären Zustand ermöglicht, dass die Niederspannungsbatterie 134, 234 ihre gewonnene Energie durch Zuführen von Strom zum Betreiben der Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 langsam entlädt. Während sich die Niederspannungsbatterie 134, 234 entlädt, wird verringerte (oder keine) Energie von der Maschine 110, 210 oder von der Hybridbatterie 122 verwendet, um die Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 zu speisen. Nach dem Zurückführen der Niederspannungsschaltung 130, 230 auf die nominale Spannung geht der Algorithmus 300 zu einem Endschritt 354 weiter.
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Wenn die Niederspannungsschaltung 130, 230 nicht mit erhöhter Spannung arbeitet, ist keine Handlung erforderlich und der Algorithmus 300 bewegt sich in der Richtung von Schritt 350 zum Endschritt 354. Alternativ könnte der Algorithmus 300 anstelle des Endschritts 354 für einen fortgesetzten oder Schleifenbetrieb zum Startschritt 310 zurückkehren. Der Algorithmus 300 kann sehr schnell stattfinden und als konstantes Überwachungsverfahren wirken oder kann regelmäßig in einer Schleife laufen, um die ganze verfügbare überschüssige Last vom Motor/Generator 112 oder Drehstromgenerator 212 zu gewinnen.
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Mit Bezug auf 4 und mit fortgesetztem Bezug auf 1–3B ist ein schematisches Diagramm 400 gezeigt, das Eigenschaften von ausgewählten Komponenten darstellt, die in Bezug auf die Zeit während des Betriebs des Fahrzeugs 100, 200 und der Implementierung des Algorithmus 300 aufgetragen sind. Die gezeigten Eigenschaften sind nur beispielhaft; und die exakten Werte und Beträge der Eigenschaften variieren mit dem exakten Fahrzeug 100, 200. Die gezeigten Zeitdauern I–V sind auch nur erläuternd und sollen nicht begrenzend sein oder eine Länge der Zeit darstellen, die zur Größe der gezeigten Zeitdauer direkt proportional ist.
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Die Linie 410 stellt die Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 dar. Die Linie 420 stellt den Sollwert der Niederspannungsbatterie 134, 234 dar. Die Linie 430 stellt die durch die Niederspannungsschaltung 130, 230 entnommene Leistung dar. Im Hybridfahrzeug 100 kann die Linie 430 auch den Sollwert des Nebenverbraucherleistungsmoduls 136 darstellen. Die Linie 440 stellt die Richtung des Stromflusses zur Niederspannungsbatterie 134, 234 dar.
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Die Zeitdauer I stellt einen anfänglichen oder stationären Betrieb dar. Während der Zeitdauer I sind die Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 als relativ niedrig auf der Linie 410 gezeigt. Die Niederspannungsbatterie 134, 234 ist auf einen ersten Spannungssollwert gesetzt. In vielen Anwendungen des Algorithmus 300 kann der erste Spannungssollwert (der auch als stationärer Sollwert bezeichnet werden kann) für die Niederspannungsbatterie 134, 234 ungefähr 12,5–13,8 Volt oder andere Sollwerte, die für den Fachmann auf dem Gebiet erkennbar sind, sein. Da die Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 relativ niedrig sind, ist die durch die Niederspannungsschaltung 130, 230 entnommene Leistung auch relativ niedrig, wie auf der Linie 430 gezeigt. Die Niederspannungsbatterie 134, 234 lädt sich weder auf (nach oben, wie in 4 zu sehen) noch entlädt sie sich (nach unten, wie in 4 zu sehen), wie auf der Linie 440 gezeigt.
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Die Zeitdauer II stellt eine Erhöhung der Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 dar, wie durch die relative Erhöhung in der Linie 410 gezeigt. Diese Erhöhung kann aufgrund von zusätzlichen Gebläsen, die im Fahrgastraum laufen, oder des Einschaltens einer zusätzlichen audiovisuellen Ausrüstung stattfinden. Die Niederspannungsbatterie 134, 234 bleibt auf ihren stationären Pegel gesetzt.
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Um die Erhöhung der Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 während der Zeitdauer II abzugleichen, nimmt die durch die Niederspannungsschaltung 130, 230 entnommene Leistung auch zu, wie auf der Linie 430 gezeigt. Der Batteriestrom, der auf der Linie 440 gezeigt ist, ändert sich jedoch nicht. Dies liegt daran, dass die Sollwertspannung sich nicht geändert hat. Das Aufladen und Entladen der Niederspannungsbatterie 134, 234 wird nur durch Ändern der Spannung an den Batterieanschlüssen durchgeführt. Der erhöhte Leistungsbedarf wird durch das Nebenverbraucherleistungsmodul 136 für das Hybridfahrzeug 100 und den Drehstromgenerator 212 für das herkömmliche Fahrzeug 200 erfüllt. Das Hybridfahrzeug 100 kann diese Leistung von der Hybridbatterie 122, vom Motor/Generator 112 oder einer Kombination davon beziehen. Für das herkömmliche Fahrzeug 200 wird die zusätzliche Last durch den Drehstromgenerator 212 zugeführt. Obwohl die Zeitdauer II für Erläuterungszwecke gezeigt ist, schreiten viele Vorgänge des Algorithmus 300 bei der Verwendung unmittelbar von der Zeitdauer I zur Zeitdauer III fort, da die Nebenverbraucherlasten nicht zunehmen müssen, damit der Algorithmus 300 feststellt, ob überschüssige Generatorlast gewonnen werden kann.
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Die Zeitdauer III stellt die Erkennung durch den Algorithmus 300, dass überschüssige Last vom Motor/Generator 112 oder Drehstromgenerator 212 verfügbar ist, dar. Wenn der Algorithmus 300 feststellt, dass die Bedingungen zum Gewinnen dieser überschüssigen Last mit der Niederspannungsbatterie 134, 234 zufriedenstellend sind, wird der Sollwert für die Niederspannungsbatterie 134, 234 erhöht, wie auf der Linie 420 gezeigt. Das Erhöhen des Spannungssollwerts erhöht proportional die von den Fahrzeuglasten verwendete Leistung, selbst wenn keine zusätzlichen Lasten eingeschaltet wurden. Da jedoch keine zusätzlichen Lasten angefordert werden, ist diese proportionale Erhöhung auf der Linie 410 nicht gezeigt.
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Mit dem erhöhten Sollwert für die Niederspannungsbatterie 134, 234 nimmt die durch die Niederspannungsschaltung 130, 230 entnommene Leistung auch zu, wie auf der Linie 430 gezeigt. Diese zusätzliche Leistung wird zwischen den Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 und der Niederspannungsbatterie 134, 234 aufgeteilt. Die Niederspannungsbatterie 134, 234 wird vom ersten Spannungssollwert (wie in den Zeitdauern I und II gezeigt) auf einen zweiten Spannungssollwert erhöht, der höher ist und ermöglicht, dass sich die Niederspannungsbatterie 134, 234 auflädt. Wie auf der Linie 440 gezeigt, beginnt die Niederspannungsbatterie 134, 234, Strom zu entnehmen und Energie zu speichern, indem sie ihren Ladungszustand erhöht.
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Die Zeitdauer IV stellt die Erkennung durch den Algorithmus 300, entweder dass keine überschüssige Last mehr verfügbar ist oder dass die Niederspannungsbatterie 134, 234 die zusätzliche Energie nicht mehr annehmen kann, dar, und folglich tritt der Algorithmus 300 in den Austrittspfad zurück in Richtung der Bedingungen, bevor der Algorithmus 300 aktiviert wird, ein, wie z. B. jene, die in der Zeitdauer I oder Zeitdauer II gezeigt sind. In der Zeitdauer IV wird der Spannungssollwert für die Niederspannungsbatterie 134, 234 allmählich verringert, wie auf der Linie 420 gezeigt. Wie auf der Linie 430 gezeigt, nimmt die gesamte durch die Niederspannungsschaltung 130, 230 entnommene Leistung auf unter den Anfangszustand ab, selbst wenn die Fahrzeuglasten auf der Linie 410 konstant bleiben. Dies liegt daran, dass der Ladungszustand der Niederspannungsbatterie 134, 234 erhöht wurde. Da nun die Sollwertspannung verringert wird, beginnt die Niederspannungsbatterie 134, 234, sich in die Niederspannungsschaltung 130, 230 zu entladen. Dies verringert die effektive Last am Nebenverbraucherleistungsmodul 136 für das Hybridfahrzeug 100 oder am Drehstromgenerator 212 für das herkömmliche Fahrzeug 200.
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Während der Zeitdauer IV werden die Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 entweder ganz oder teilweise durch Energie gespeist, die in der Niederspannungsbatterie 134, 234 gespeichert ist. Daher weist die Niederspannungsschaltung 130, 230 einen verringerten elektrischen Ausgang auf. Wenn sie die Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 speist, entlädt sich die Niederspannungsbatterie 134, 234, wie auf der Linie 440 gezeigt.
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Die Zeitdauer V stellt die Rückkehr zum vorherigen stationären Betrieb dar, die in diesem Beispiel die Zeit II war. Die Zeitdauer V kann alternativ zu den in der Zeitdauer I gezeigten Betriebsbedingungen zurückkehren und hängt nicht vom Pegel an Leistung, die für die Nebenverbraucher in der Niederspannungsschaltung 130, 230 entnommen wird, ab.
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Wenn das Fahrzeug 100, 200 von der Zeitdauer IV zu V übergeht, sind die Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 auf der Linie 410 auf den relativ niedrigen Pegel zurückkehrend gezeigt. Der Sollwert der Niederspannungsbatterie 134, 234 wird vom zweiten Spannungssollwert auf den ersten Spannungssollwert (den stationären Pegel) zurückgeführt. Nachdem die Niederspannungsbatterie 134, 234 die durch das Nutzbremsen gewonnene Energie entlädt, kehrt sie zum stationären Strom zurück, wie auf der Linie 440 gezeigt, und lädt sich weder auf noch entlädt sie sich. Da die Niederspannungsbatterie 134, 234 keine Leistung mehr für die Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 zuführt, entnimmt die Niederspannungsschaltung 130, 230 Leistung für diesen Zweck vom Nebenverbraucherleistungsmodul 136 oder Drehstromgenerator 212. Dies ist durch die Linie 430 gezeigt.
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Die Zeitdauer III stellt das Gewinnen von ansonsten überschüssiger Energie vom Motor/Generator 112 oder Drehstromgenerator 212 dar. Die Zeitdauer IV stellt die Verwendung dieser Energie zum Speisen der Niederspannungsfahrzeuglasten 132, 232 ohne Verwendung von zusätzlichem Kraftstoff von der Maschine 110, 210 dar.
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Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf Kraftfahrzeuganwendungen im Einzelnen beschrieben ist, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet die breitere Anwendbarkeit der Erfindung. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt, dass Begriffe wie z. B. ”über”, ”unter”, ”aufwärts”, ”abwärts” und so weiter, zur Beschreibung der Figuren verwendet werden und keine Begrenzungen für den Schutzbereich der Erfindung, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert, darstellen. Die besten Arten und weitere Ausführungsformen zur Ausführung der beanspruchten Erfindung wurden im Einzelnen beschrieben. Der Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, erkennt jedoch verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche.