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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein hybrides Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebssystem.
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Es ist eine Vielzahl unterschiedlicher hybrider Antriebssysteme für Kraftfahrzeuge bekannt, wie beispielsweise Microhybrid, Mildhybrid, Vollhybrid, Pluginhybrid oder dergleichen. Hybride Antriebssysteme weisen mindestens eine Elektromaschine und mindestens eine Verbrennungskraftmaschine auf und unterscheiden sich in der Art der realisierbaren Fahrbetriebsmodi. Bekannte Betriebsmodi sind insbesondere Stillstand, vollelektrischer Fahrbetriebsmodus, serieller Fahrbetriebsmodus, paralleler Fahrbetriebsmodus mit oder ohne Boost-/Ladefunktion, Leerlauf. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere hybride Antriebssysteme mit einer Verbrennungskraftmaschine, einem ersten Elektromotor, welcher als Startergenerator ausgebildet ist, sowie einem zweiten Elektromotor, welcher zum Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
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Beim Stillstand des Kraftfahrzeugs sind die Elektromotoren sowie die Verbrennungskraftmaschine inaktiv. Das bedeutet, dass die Drehzahlen 0 U/min und Drehmomente 0 Nm betragen. Eine Fahrzeuggeschwindigkeit beträgt 0 km/h. Beim vollelektrischen Fahrbetriebsmodus wird das Kraftfahrzeug von dem zweiten Elektromotor angetrieben. Die hierfür erforderliche elektrische Energie wird von einer Batterie und/oder einer Brennstoffzelle bereitgestellt. Die Verbrennungskraftmaschine ist mittels einer Trennvorrichtung, beispielsweise einer Kupplung oder einer schaltbaren Getriebeübersetzung, vom Getriebe entkoppelt und zum Sparen von Kraftstoff abgeschaltet. Unter einem seriellem Fahrbetriebsmodus wird verstanden, dass das Kraftfahrzeug von dem zweiten Elektromotor angetrieben wird. Die hierfür erforderliche elektrische Energie wird von dem ersten Elektromotor generiert, welcher von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Die Verbrennungskraftmaschine ist ebenfalls vom Getriebe entkoppelt. Im parallelen Fahrbetriebsmodus wird das Kraftfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine und ggf. beim Boosten bzw. einem Instationärausgleich zusätzlich vom zweiten Elektromotor angetrieben.
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Aus den
DE 10 2015 222 690 A1 ,
DE 10 2017 208 656 A1 und
DE 10 2017 127 659 A1 sind unterschiedliche hybride Antriebssysteme sowie Verfahren zum Betreiben der hybriden Antriebssysteme bekannt, welche zur Ausführung des parallelen Fahrbetriebsmodus, des seriellen Fahrbetriebsmodus sowie des vollelektrischen Fahrbetriebsmodus ausgebildet sind. Im seriellen Fahrbetriebsmodus und im parallelen Fahrbetriebsmodus werden die Elektromotoren über mindestens eine Leistungselektronik mit Momentenregelung betrieben. Bei einer Momentenregelung wird ein Drehmoment des Elektromotors in Abhängigkeit eines erforderlichen Gesamtdrehmoments des Antriebssystems eingestellt. Gemäß der
DE 10 2015 222 690 A1 wird ein Lastpunkt der Verbrennungskraftmaschine im seriellen Fahrbetriebsmodus derart verschoben, dass ein Gesamtwirkungsgrad des Antriebssystems optimiert ist. Grundsätzlich sind derartige Antriebssysteme ausgebildet, die Elektromotoren im parallelen Fahrbetriebsmodus mit Momentenregelung zu betreiben.
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Bekannte hybride Antriebssysteme sowie Verfahren zum Betreiben von hybriden Antriebssystemen haben den Nachteil, dass im Fahrbetrieb, insbesondere beim parallelen Fahrbetriebsmodus, im Antriebssystem besonders hohe elektrische Verluste auftreten. Hierdurch wird eine maximale Reichweite des Kraftfahrzeugs reduziert.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, einem hybriden Antriebssystem sowie einem Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebssystem zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren, ein hybrides Antriebssystem und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise elektrische Verluste des hybriden Antriebssystems verringern und somit einen streckenbezogenen Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs reduzieren sowie eine größere maximale Reichweite des Kraftfahrzeugs gewährleisten.
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Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, durch ein hybrides Antriebssystem mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebssystem mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst.
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Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen hybriden Antriebssystem sowie dem Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs gelöst. Das hybride Antriebssystem weist eine Verbrennungskraftmaschine, eine Motorsteuerungsvorrichtung zum Steuern der Verbrennungskraftmaschine, ein Elektromotorsystem mit einem ersten Elektromotor und einem zweiten Elektromotor sowie mindestens eine Leistungselektronik zum Betreiben des Elektromotorsystems auf. Der erste Elektromotor ist zum Generieren elektrischer Energie und der zweite Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeus sowie zum Generieren elektrischer Energie ausgebildet. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- - Ansteuern der Verbrennungskraftmaschine mittels der Motorsteuerungsvorrichtung zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, und
- - Ansteuern des Elektromotorsystems mittels der Leistungselektronik.
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Erfindungsgemäß wird das Elektromotorsystem mittels der mindestens einen Leistungselektronik derart angesteuert, dass das Elektromotorsystem einen derartigen Kompensationsstrom generiert, dass mittels des Kompensationsstroms elektrische Verlustströme des Elektromotorsystems und der mindestens einen Leistungselektronik ausgeglichen wird und dadurch ein quellenseitiger resultierender Gesamtstrom an der mindestens einen Leistungselektronik 0 A, d.h. null Ampere, beträgt.
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Unter einem Elektromotorsystem wird im Rahmen der Erfindung ein System verstanden, welches mindestens zwei Elektromotoren aufweist. Das Elektromotorensystem des hybriden Antriebssystems weist mindestens den ersten Elektromotor zum Generieren von elektrischer Energie und den zweiten Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeus sowie zum Generieren elektrischer Energie auf. Dabei ist der zweite Elektromotor vorzugsweise ausgebildet, das Kraftfahrzeug ohne die Mitwirkung der Verbrennungskraftmaschine anzutreiben. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der erste Elektromotor zusätzlich zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bzw. zumindest zum Bereitstellen eines Unterstützungsdrehmoments zum Motordrehmoment der Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist.
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Die erste Elektromaschine ist vorzugsweise mit der Verbrennungskraftmaschine mechanisch gekoppelt, beispielsweise über ein Getriebe, insbesondere ein Getriebe mit nur einem Gang. Die Verbrennungskraftmaschine ist vorzugsweise zusammen mit der ersten Elektromaschine mittels einer Trennvorrichtung, beispielsweise einer Kupplung, vom Rest des hybriden Antriebssystems entkoppelbar. Dies ist für den seriellen Fahrbetriebsmodus erforderlich, damit der erste Elektromotor mittels der Verbrennungskraftmaschine als Generator betreibbar ist, ohne dass hierbei ein Teil des Motordrehmoments auf den Rest des hybriden Antriebssystems übertragen wird. Im parallelen Fahrbetriebsmodus ist die Trennvorrichtung hingegen geschlossen, um das Kraftfahrzeug mittels der Verbrennungskraftmaschine anzutreiben.
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Die zweite Elektromaschine ist vorzugsweise über ein Getriebe, insbesondere mit nur einem Gang, mit dem Rest des hybriden Antriebssystems, insbesondere mit einer von der Verbrennungskraftmaschine entfernten Vorrichtungsseite der Trennvorrichtung mechanisch gekoppelt, und vorzugsweise über ein weiteres Getriebe, beispielsweise ein schaltbares Getriebe mit mehreren Gängen oder ein Getriebe mit nur einem Gang, mit einem Abtrieb des hybriden Antriebssystems, wie beispielsweise Rädern des Kraftfahrzeugs, mechanisch gekoppelt. Somit ist das Kraftfahrzeug im seriellen Fahrbetriebsmodus mittels des zweiten Elektromotors antreibbar.
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Die Verbrennungskraftmaschine wird mittels der Motorsteuerungsvorrichtung zum Antreiben des Kraftfahrzeugs angesteuert. Die Verbrennungskraftmaschine weist vorzugsweise eine Mehrzahl von Zylindern auf, in welche hierbei Kraftstoff und Luft gezielt eingebracht, beispielsweise über ein Kraftstoffeinspritzsystem, wird. Das Gemisch aus Kraftstoff und Luft wird im Zylinder verdichtet, insbesondere mittels eines Kolbens, und kontrolliert entzündet, beispielsweise mittels einer Zündelektronik oder im Zuge des Verdichtens. Mittels der Kolben wird vorzugsweise eine Kurbelwelle angetrieben und somit ein Motordrehmoment zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Das Motordrehmoment ist mittels der Motorsteuerungsvorrichtung durch entsprechendes Ansteuern der Verbrennungskraftmaschine innerhalb eines Leistungsspektrums der Verbrennungskraftmaschine gezielt einstellbar.
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Mittels der mindestens einen Leistungselektronik wird das Elektromotorsystem derart angesteuert, dass das Elektromotorsystem einen Kompensationsstrom generiert. Das Elektromotorsystem wird demnach generatorisch, mit einem geringen negativen Drehmoment betrieben. Unter einem Kompensationsstrom wird ein Strom verstanden, welcher lediglich elektrische Verluste des hybriden Antriebssystems, wie beispielsweise Eisen- bzw. Kupferverluste, Ummagnetisierungsverluste, Schaltverluste der Leistungselektronik bei Phasenbestromung oder dergleichen, ausgleicht, sodass eine elektrische Bilanz des Elektromaschinensystems „null“ ergibt. Dies ist dadurch erkennbar, dass der quellenseitige resultierende Gesamtstrom 0 A beträgt. Ein derartiges Betreiben unterscheidet sich von der herkömmlichen Momentenregelung von Elektromotoren insbesondere darin, dass die Momentenregelung auf der Einstellung eines SOLL-Drehmoments basiert.
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Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, dass der Ansteuerung des Elektromotorsystems ein vorbestimmter SOLL-Kompensationsstrom zugrunde liegt. Der SOLL-Kompensationsstrom kann beispielsweise anhand von zuvor ermittelten Charakteristika des hybriden Antriebssystems ermittelt werden oder alternativ durch Messung ermittelt werden. Diese Charakteristika können beispielsweise in Form eines Kennfelds, einer Tabelle, eines Algorithmus oder dergleichen der mindestens einen Leistungselektronik, insbesondere mittels einer Datenspeicherungsvorrichtung, bereitgestellt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs hat gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Wirkungsgrad des hybriden Antriebssystems verbessert ist. Mit verbessertem Wirkungsgrad wird der streckenbezogene Kraftstoffverbrauch reduziert und die Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht. Dies wird erzielt, indem elektrische Verluste durch die Aufwendung mechanischer Energie, welche aus gesamtenergetischer Betrachtung günstiger ist, kompensiert werden. Ein derartiges Betreiben des Elektromotorsystems hat zudem gegenüber einem Versetzen des Elektromotorsystems in einen Standby-Modus den Vorteil, dass ein Starten des Elektromotorsystems mit einer herkömmlichen Momentenregelung, wie beispielsweise beim seriellen Fahrbetriebsmodus oder beim Boosten bzw. Instationärausgleich im parallelen Fahrbetriebsmodus, ohne nennenswerte Totzeiten erfolgen kann. Bei einem Reaktivieren eines Elektromotorsystems aus einem herkömmlichen Standby-Modus benötigt die Bestromung der Leistungselektronik etwas Zeit, bevor die Leistungselektronik wieder einsatzbereit ist, sodass die Aufnahme der Momentenregelung in diesem Fall erst verzögert erfolgen kann. Dies kann sich insbesondere negativ auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs auswirken.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass der Kompensationsstrom vollständig mittels des ersten Elektromotors oder vollständig mittels des zweiten Elektromotors generiert wird. Der jeweils andere Elektromotor kann beispielsweise mit Momentenregelung betrieben oder ohne Ansteuerung durch die mindestens eine Leistungselektronik mitgeschleppt werden. Eine Entscheidung über die Auswahl des ersten Elektromotors oder des zweiten Elektromotors erfolgt vorzugsweise auf Basis einer Wirkungsgradanalyse, wobei anschließend der Elektromotor ausgewählt wird, bei welchem die Gesamtenergieverluste des hybriden Antriebssystems am geringsten ausfallen. Alternativ kann die Auswahl auch mittels der mindestens einen Leistungselektronik und weiter bevorzugt auf Basis einer Prädiktion über einen zukünftig zu erwartenden Fahrbetriebsmodus erfolgen. Eine derartige Prädiktion kann beispielsweise mittels eines Navigationssystems des Kraftfahrzeugs erfolgen, welches beispielsweise die bevorstehende Befahrung einer Landstraße, einer Autobahn oder dergleichen der Leistungselektronik signalisiert. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Betreiben des hybriden Antriebssystems verbessert und somit eine Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht ist.
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Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der nicht zum Generieren des Kompensationsstroms verwendete erste Elektromotor oder zweite Elektromotor mittels der mindestens einen Leistungselektronik in einen Standby-Modus versetzt wird, wobei im Standby-Modus des jeweiligen Elektromotors keine aktive Bestromung des Elektromotors mittels der mindestens einen Leistungselektronik erfolgt und mindestens ein Teilbereich der mindestens einen Leistungselektronik in einen inaktiven Zustand überführt ist. Hierbei wird vorzugsweise der Teilbereich der Leistungselektronik in den inaktiven Zustand versetzt, welcher für die Steuerung bzw. Bestromung desjenigen Elektromotors ausgebildet ist, der in den Standby-Modus versetzt wird. Eine Entscheidung über die Auswahl des Standby-Modus erfolgt vorzugsweise mittels der mindestens einen Leistungselektronik und weiter bevorzugt auf Basis einer Prädiktion über einen zukünftig zu erwartenden Fahrbetriebsmodus. So kann beispielsweise die erste Elektromaschine in den Standby-Modus versetzt werden, wenn sich das Kraftfahrzeug im parallelen Fahrbetriebsmodus befindet und ein elektrischer Fahrbetriebsmodus unmittelbar bevorsteht, beispielsweise, weil ein Navigationssystem des Kraftfahrzeugs die bevorstehende Einfahrt in eine Innenstadt, ein Parkhaus oder dergleichen der mindestens einen Leistungselektronik signalisiert. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Betreiben des hybriden Antriebssystems verbessert und somit eine Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Betreiben des hybriden Antriebssystems verbessert und somit eine Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht ist.
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Weiter bevorzugt wird der Kompensationsstrom teilweise mittels des ersten Elektromotors und teilweise mittels des zweiten Elektromotors generiert. Das bedeutet, dass der Kompensationsstrom in zwei Teilkompensationsströme aufgeteilt wird, wobei beide Elektromotoren für das Generieren des Kompensationsstroms jeweils entsprechend mit einem geringen negativen Drehmoment zur Erzielung des jeweiligen Teilkompensationsstroms mittels der Leistungselektronik betrieben werden. Eine Auswahl der Verteilung der Teilkompensationsströme auf die Elektromotoren erfolgt vorzugsweise mittels der mindestens einen Leistungselektronik und weiter bevorzugt auf Basis einer Wirkungsgradanalyse, wobei anschließend die Verteilung gewählt wird, bei welchem die Gesamtenergieverluste des hybriden Antriebssystems am geringsten ausfallen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Betreiben des hybriden Antriebssystems verbessert und somit eine Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem Verfahren vorgesehen sein, dass das Ansteuern des Elektromotorsystems mittels der mindestens einen Leistungselektronik zum Generieren des Kompensationsstroms über einen Zeitraum von mindestens einer Sekunde erfolgt. Vorzugsweise beträgt der Zeitraum mindestens drei Sekunden und besonders bevorzugt mindestens fünf Sekunden. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem derartigen Ansteuern des Elektromotorsystems nicht um einen Zwischenzustand, welcher beim Wechsel zwischen unterschiedlichen Betriebsmodi naturgemäß, insbesondere spontan bzw. zufällig, auftreten kann, sondern um ein gezieltes Ansteuern zum Betreiben es Elektromaschinensystems in diesem Fahrbetriebszustand über einen Mindestzeitraum. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Betreiben des hybriden Antriebssystems verbessert und somit eine Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht ist.
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Vorzugsweise wird der zweite Elektromotor anschließend zum Unterstützen der Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs mittels der Leistungselektronik mit Momentenregelung betrieben, wobei der erste Elektromotor mittels der Leistungselektronik derart angesteuert wird, dass der Kompensationsstrom vollständig mittels des ersten Elektromotors generiert wird. Das hybride Antriebssystem wird somit zuerst derart betrieben, dass das Elektromotorsystem den Kompensationsstrom generiert. Hierbei befindet sich das hybride Antriebssystem in dem parallelen Fahrbetriebsmodus. Darauffolgend erfolgt ein Umschalten vom parallelen Fahrbetriebsmodus in einen parallelen Fahrbetriebsmodus mit Instationärausgleich oder Boost. Beim Instationärausgleich wird ein Gesamtdrehmoment des hybriden Antriebsstrangs, welches kleiner gleich einem maximalen durch die Verbrennungskraftmaschine erzeugbaren Drehmoment ist, teilweise vom zweiten Elektromotor und teilweise von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt. Hierdurch sind Beeinträchtigungen aufgrund von Trägheiten der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere beim spontanen Beschleunigen, kompensierbar. Beim Boosten wird das Gesamtdrehmoment des hybriden Antriebsstrangs, welches größer als das maximale durch die Verbrennungskraftmaschine erzeugbare Drehmoment ist, teilweise vom zweiten Elektromotor und teilweise von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt. Hierdurch ist eine größere Beschleunigung des Kraftfahrzeugs erzielbar. Da der erste Elektromotor in diesem Fahrbetriebsmodus nicht benötigt wird, ist ein Kompensieren der elektrischen Verluste durch das Generieren des Kompensationsstroms mittels des ersten Elektromotors in diesem Fahrbetriebsmodus besonders vorteilhaft. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Betreiben des hybriden Antriebssystems verbessert und somit eine Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Verbrennungskraftmaschine anschließend mittels der Motorsteuerungsvorrichtung deaktiviert, der zweite Elektromotor zum Antreiben oder Abbremsen des Kraftfahrzeugs mittels der mindestens einen Leistungselektronik mit Momentenregelung betrieben und der erste Elektromotor mittels der mindestens einen Leistungselektronik in einen Standby-Modus versetzt, wobei im Standby-Modus des ersten Elektromotors keine aktive Bestromung des ersten Elektromotors mittels der mindestens einen Leistungselektronik erfolgt und mindestens ein Teilbereich der mindestens einen Leistungselektronik in einen inaktiven Zustand überführt ist. In diesem Rahmen wird vorzugsweise der Teilbereich der Leistungselektronik in den inaktiven Zustand versetzt, welcher für die Steuerung bzw. Bestromung des ersten Elektromotors ausgebildet ist, der in den Standby-Modus versetzt wird. Das hybride Antriebssystem wird somit zuerst derart betrieben, dass das Elektromotorsystem den Kompensationsstrom generiert. Hierbei befindet sich das hybride Antriebssystem zunächst in dem parallelen Fahrbetriebsmodus. Darauffolgend erfolgt ein Umschalten vom parallelen Fahrbetriebsmodus in einen elektrischen Fahrbetriebsmodus. Im elektrischen Fahrbetriebsmodus erfolgt das Antreiben des Kraftfahrzeugs einzig mittels des zweiten Elektromotors, welcher die hierfür erforderliche elektrische Energie aus einer Batterie des Kraftfahrzeugs bezieht. Die Verbrennungskraftmaschine wird hierfür vorzugsweise mittels eines Trennelements entkoppelt, sodass die Verbrennungskraftmaschine vom zweiten Elektromotor nicht mitgeschleppt werden muss. Da der erste Elektromotor in diesem Fahrbetriebsmodus nicht benötigt wird, und anschließend beispielsweise anstatt eines seriellen Fahrbetriebsmodus zumindest kurzfristig ein paralleler Fahrbetriebsmodus auswählbar ist, ist es besonders vorteilhaft, dass der erste Elektromotor in den Standby-Modus versetzt wird, um somit möglichst viel Energie zu sparen. Ein kurzfristiges Reaktivieren des ersten Elektromotors ist in diesem Fahrbetriebszustand nicht erforderlich. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Betreiben des hybriden Antriebssystems verbessert und somit eine Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht ist.
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Besonders bevorzugt wird die Verbrennungskraftmaschine anschließend mittels der Motorsteuerungsvorrichtung in einen Leerlaufzustand versetzt und der erste Elektromotor mittels der mindestens einen Leistungselektronik mit Momentenregelung betrieben, wobei der zweite Elektromotor mittels der mindestens einen Leistungselektronik in den Standby-Modus versetzt wird. Das hybride Antriebssystem wird somit zuerst derart betrieben, dass das Elektromotorsystem den Kompensationsstrom generiert. Hierbei befindet sich das hybride Antriebssystem in dem parallelen Fahrbetriebsmodus. Das Kraftfahrzeug wird hierbei verzögert, die Verbrennungskraftmaschine mittels des Trennelements entkoppelt und das Kraftfahrzeug zum Stillstand gebracht. Auf diese Weise erfolgt ein Umschalten in einen Leerlauf Fahrbetriebsmodus, in welchem das Kraftfahrzeug steht und die Verbrennungskraftmaschine den zweiten Elektromotor zum Generieren elektrischer Energie antreibt. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die Batterie des Kraftfahrzeugs einen unteren Ladezustand aufweist und wieder aufgeladen werden muss, beispielsweise nach längerem Betreiben des hybriden Antriebssystems im elektrischen Fahrbetriebsmodus, oder zum dauerhaften Betrieb elektrischer Verbraucher, beispielsweise einer elektrischen Klimaanlage. Durch das Versetzen des zweiten Elektromotors in den Standby-Modus kann zudem elektrische Energie eingespart werden, insbesondere, wenn aufgrund des niedrigen Ladezustands der Batterie ein Antreiben des Kraftfahrzeugs mittels des zweiten Elektromotors nicht unmittelbar bevorsteht, und eine längere Aktivierungszeit des zweiten Elektromotors aus dem Standby-Modus somit in Kauf genommen werden kann. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Betreiben des hybriden Antriebssystems verbessert und somit eine Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein hybrides Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das hybride Antriebssystem weist eine Verbrennungskraftmaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, eine Motorsteuerungsvorrichtung zum Steuern der Verbrennungskraftmaschine, ein Elektromotorsystem mit einem ersten Elektromotor und einem zweiten Elektromotor sowie mindestens eine Leistungselektronik zum Betreiben des Elektromotorsystems auf, wobei der erste Elektromotor zum Generieren elektrischer Energie und der zweite Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeus sowie zum Generieren elektrischer Energie ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist das das hybride Antriebssystem zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet. Vorzugsweise weist das hybride Antriebssystem eine Batterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie, zum Versorgen des zweiten Elektromotors mit elektrischer Energie zum Antreiben des Kraftfahrzeugs auf.
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Bei dem erfindungsgemäßen hybriden Antriebssystem ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße hybride Antriebssystem gegenüber herkömmlichen hybriden Antriebssystemen den Vorteil, dass das hybride Antriebssystem mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist. Mit verbessertem Wirkungsgrad ist der streckenbezogene Kraftstoffverbrauch reduziert und die Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht. Dies wird erzielt, indem elektrische Verluste durch die Aufwendung mechanischer Energie, welche aus gesamtenergetischer Betrachtung günstiger ist, mittels des hybriden Antriebssystems kompensierbar sind. Das hybride Antriebssystem hat zudem gegenüber hybriden Antriebssystemen, bei welchen einem Versetzen des Elektromotorsystems in einen Standby-Modus erfolgt, den Vorteil, dass ein Starten des Elektromotorsystems mit einer herkömmlichen Momentenregelung, wie beispielsweise beim seriellen Fahrbetriebsmodus oder beim Boosten bzw. Instationärausgleich im parallelen Fahrbetriebsmodus, ohne nennenswerte Totzeiten erfolgen kann. Bei einem Reaktivieren eines Elektromotorsystems aus einem nach herkömmlichen Standby-Modus benötigt die Bestromung der Leistungselektronik etwas Zeit, bevor die Leistungselektronik wieder einsatzbereit ist, sodass die Aufnahme der Momentenregelung in diesem Fall erst verzögert erfolgen kann. Dies kann sich insbesondere negativ auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs auswirken.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug ein erfindungsgemäßes hybrides Antriebssystem auf. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einem hybriden Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass das hybride Antriebssystem des Kraftfahrzeugs mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist. Mit verbessertem Wirkungsgrad ist der streckenbezogene Kraftstoffverbrauch reduziert und die Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht. Dies wird erzielt, indem elektrische Verluste durch die Aufwendung mechanischer Energie, welche aus gesamtenergetischer Betrachtung günstiger ist, mittels des hybriden Antriebssystems kompensierbar sind. Das Kraftfahrzeug hat zudem gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeug, bei welchen einem Versetzen des Elektromotorsystems in einen Standby-Modus erfolgt, den Vorteil, dass ein Starten des Elektromotorsystems mit einer herkömmlichen Momentenregelung, wie beispielsweise beim seriellen Fahrbetriebsmodus oder beim Boosten bzw. Instationärausgleich im parallelen Fahrbetriebsmodus, ohne nennenswerte Totzeiten erfolgen kann. Bei einem Reaktivieren eines Elektromotorsystems aus einem nach herkömmlichen Standby-Modus benötigt die Bestromung der Leistungselektronik etwas Zeit, bevor die Leistungselektronik wieder einsatzbereit ist, sodass die Aufnahme der Momentenregelung in diesem Fall erst verzögert erfolgen kann. Dies kann sich insbesondere negativ auf das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs auswirken.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems eines Kraftfahrzeugs, ein erfindungsgemäßes hybrides Antriebssystem sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hybriden Antriebssystems für ein Kraftfahrzeug,
- 2 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
- 3 in einem Ablaufdiagramm eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 3 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hybriden Antriebssystems 1 für ein Kraftfahrzeug 2 (vgl. 2) schematisch in einer Draufsicht abgebildet. Das hybride Antriebssystem 1 weist eine Verbrennungskraftmaschine 3 auf, welche mittels einer Motorsteuerungsvorrichtung 4 des hybriden Antriebssystems 1 steuerbar ist. Ferner weist das hybride Antriebssystem 1 ein Elektromotorsystem 5 mit einem ersten Elektromotor 6 und einem zweiten Elektromotor 7 auf, welche mittels einer Leistungselektronik 8 des hybriden Antriebssystems 1 steuerbar sind. Die Leistungselektronik 8 ist bevorzugt zum Steuern des ersten Elektromotors 6 und des zweiten Elektromotors 7 des Elektromotorsystems 5 ausgebildet. Der erste Elektromotor 6 ist als Generator zum Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie ausgebildet und eingerichtet. Der zweite Elektromotor 7 ist als Generator zum Umwandeln von mechanischer Energie in elektrische Energie sowie als Elektrokraftmaschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 2 ausgebildet und eingerichtet.
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Der erste Elektromotor 6 ist über ein erstes Getriebe 10 des hybriden Antriebssystems 1 mit der Verbrennungskraftmaschine 3 mechanisch gekoppelt. Die Verbrennungskraftmaschine 3 ist über eine Trennvorrichtung 11 des hybriden Antriebssystems 1 mit einem dritten Getriebe 13 des hybriden Antriebssystems 1 mechanisch koppelbar sowie entkoppelbar. Der zweite Elektromotor 7 ist über ein zweites Getriebe 12 des hybriden Antriebssystems 1 mit dem dritten Getriebe 13 mechanisch gekoppelt. Das dritte Getriebe 13 ist mit Rädern 14 eines Abtriebs des hybriden Antriebssystems 1 mechanisch gekoppelt. Ferner weist das des hybride Antriebssystem 1 zum Speichern sowie Bereitstellen elektrischer Energie eine, vorzugsweise als Hochvoltbatterie ausgebildete, Batterie 9 auf.
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2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2 schematisch in einer Seitenansicht. Das Kraftfahrzeug 2 weist ein hybrides Antriebssystem 1, wie beispielsweise in 1 beschrieben, auf.
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In 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch in einem Ablaufdiagramm dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 100 wird die Verbrennungskraftmaschine 3 mittels der Motorsteuerungsvorrichtung 4 zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 2 angesteuert. Dies erfolgt vorzugsweise derart, dass ein SOLL-Motordrehmoment von der Verbrennungskraftmaschine 3 bereitgestellt wird. In einem zweiten Verfahrensschritt 200 wird das Elektromotorsystem 5 mittels der Leistungselektronik 8 derart angesteuert, dass das Elektromotorsystem 5 einen derartigen Kompensationsstrom generiert, dass mittels des Kompensationsstroms ein elektrischer Verluststrom des Elektromotorsystems 5 ausgeglichen wird und dadurch ein quellenseitiger resultierender Gesamtstrom an der Leistungselektronik 8 0 A beträgt. Das im ersten Verfahrensschritt 100 gewählte SOLL-Motordrehmoment setzt sich vorzugsweise aus einem Fahrerwunschdrehmoment zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 2 sowie einem Kompensationsdrehmoment, insbesondere durch Lastpunktanhebung der Verbrennungskraftmaschine 3, zum Bereitstellen der zum Ansteuern des Elektromotorsystems 5 zum Generieren des Kompensationsstroms erforderlichen mechanischen Energie zusammen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hybrides Antriebssystem
- 2
- Kraftfahrzeug
- 3
- Verbrennungskraftmaschine
- 4
- Motorsteuerungsvorrichtung
- 5
- Elektromotorsystem
- 6
- erster Elektromotor
- 7
- zweiter Elektromotor
- 8
- Leistungselektronik
- 9
- Batterie
- 10
- erstes Getriebe
- 11
- Trennvorrichtung
- 12
- zweites Getriebe
- 13
- drittes Getriebe
- 14
- Rad
- 100
- erster Verfahrensschritt
- 200
- zweiter Verfahrensschritt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015222690 A1 [0004]
- DE 102017208656 A1 [0004]
- DE 102017127659 A1 [0004]