DE102007029352B4

DE102007029352B4 - Elektrische Fahrzeuggeneneratorvorrichtung

Info

Publication number: DE102007029352B4
Application number: DE102007029352.8A
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Aoyama; Hiroshi Tamura; Akira Kato
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2014-04-10
Anticipated expiration: 2027-06-27
Also published as: CN101098083B; DE102007029352A1; CN101098083A; US20080097664A1; JP2008006864A; US7869913B2; JP4780402B2; DE102007029352B8

Abstract

Fahrzeug-Leistungszuführgerät mit einer Elektrogeneratorvorrichtung (4), die durch eine Fahrzeugmaschine (9) antreibbar ist, um elektrische Leistung zu erzeugen, einer elektrischen Energiespeichervorrichtung (1, 2), und einem Steuergerät (10, 13), welches mit der Elektrogeneratorvorrichtung (4) gekoppelt ist, um die erzeugte elektrische Leistung zu steuern und um die Zufuhr der erzeugten elektrischen Leistung zu der elektrischen Energiespeichervorrichtung (1, 2) und zu einer Vielzahl von elektrischen Lasten (5, 6) zu steuern, wobei das Steuergerät (10, 13) eine Schaltungsanordnung aufweist, die dafür ausgelegt ist, um eine Leistungskosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung zu implementieren, indem vorbestimmte Kriterien, um die Erzeugungskosten für die Erzeugung der erzeugten elektrischen Leistung zu beurteilen, dann zur Anwendung gebracht werden, wenn die Erzeugungskosten so beurteilt werden, dass sie wirtschaftlich sind und die erzeugte elektrische Leistung über einen für die elektrischen Lasten (5, 6) erforderlichen Wert der elektrischen Leistung liegt, die überschüssige elektrische Leistung der elektrischen Energiespeichervorrichtung (1, 2) zugeführt wird, um sie in dieser zu speichern, und dann, wenn die Erzeugungskosten so beurteilt werden, dass sie nicht wirtschaftlich sind, die Elektrogeneratorvorrichtung (4) so steuerbar ist, dass sie einen niedrigeren als für die elektrischen Lasten (5, 6) erforderlichen Wert der elektrischen Leistung erzeugt, wobei dann die elektrische Energiespeichervorrichtung (1, 2) entladen wird, um elektrische Leistung zu den elektrischen Lasten (5, 6) zuzuführen; wobei die Energiespeichervorrichtung (1, 2) eine erste Energiespeichervorrichtung (1) und eine zweite Energiespeichervorrichtung (2) aufweist, die Elektrogeneratorvorrichtung (4) einen ersten Elektrogeneratorabschnitt (4a) und einen zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) aufweist, und wobei das Leistungszuführgerät ferner folgendes aufweist: ein Leistungszuführsystem (1, 4a) mit geregelter Spannung, um elektrische Leistung einer spannungsgeregelten elektrischen Last (5) zuzuführen und um eine Versorgungsspannung zu erzeugen, die auf einen schmalen Variationsbereich begrenzt ist ...

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanische Patentanmeldung Nr. 2006-176777 , die am 27. Juni 2006 eingereicht wurde und die durch Bezugnahme hier mit einbezogen wird.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrogeneratorvorrichtung für ein Fahrzeug und speziell eine Elektrogeneratorvorrichtung, die eine Steuerung zur Anwendung bringt, um eine elektrische Energie- bzw. Leistungserzeugung bei reduziertem Kraft- bzw. Brennstoffverbrauch zu erreichen.
Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren entstand aufgrund des wachsenden Preises des Brennstoffs für Motorfahrzeuge ein erhöhter Bedarf dafür Fahrzeuge mit minimalem Brennstoffverbrauch zu betreiben. Die Anmelderin der vorliegenden Erfindung hat bereits an früherer Stelle vorgeschlagen (in der japanischen Patenterstveröffentlichung Nr. 2004-260908 , die im Folgenden als Bezugsdokument 1 bezeichnet wird, bzw. in der DE 10 2004 009 146 A1 ) in Verbindung mit der Reduzierung von Brennstoffkosten ein Verfahren zu realisieren, wonach elektrische Leistungs- bzw. Energiekosten jeweils getrennt für jede einer Vielzahl von elektrischen Leistungsquellen berechnet werden. Für jede Leistungsquelle werden die entsprechenden elektrischen Leistungs- bzw. Energiekosten als Brennstoffmenge berechnet (zum Beispiel gemessen in Gramm), die bei der Erzeugung einer Einheitsmenge (zum Beispiel einem kWh) an elektrische Energie durch diese elektrische Leistungsquelle verbraucht wird, Bei diesem Verfahren wird der zugeführten Energie, welche von der elektrischen Leistungsquelle aus produziert wird, welche die Energie mit den niedrigsten Kosten liefert, Priorität zugeordnet. Im Folgenden wird solch ein Verfahren zum Steuern eines Elektrogeneratorgeräts als Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung bezeichnet.
Durch Verwenden solch einer Steuerung, wenn beispielsweise übermäßig Energie von einem Elektrogenerator erzeugt wird, der niedrige elektrische Leistungs- bzw. Energiekosten aufweist (das heißt Energie wird über das Ausmaß der Energie erzeugt, die durch elektrische Lasten gefordert wird, welche durch diesen Generator zugeführt wird), wobei die überschüssige Energie in einer elektrischen Energiespeichervorrichtung gespeichert werden kann. Zum Zwecke der Beschreibung des folgenden Sachverhaltes sei angenommen, dass jede elektrische Energiespeichervorrichtung aus einer Speicherbatterie besteht, obwohl auch andere Typen einer Vorrichtung wie beispielsweise ein elektrischer Dualschichtkondensator bei solchen Anwendungen verwenden werden können. Wenn demzufolge von einem Elektrogenerator Energie mit relativ hohen Erzeugungskosten erzeugt wird, kann ein Umwechseln oder Umschalten durchgeführt werden, um Energie den elektrischen Lasten zuzuführen, indem Energie von der Batterie entladen wird, das heißt es wird dann die Batterie als elektrische Leistungsquelle verwendet.
Auf diese Weise kann durch geeignete Steuerung der elektrischen Leistungsquellen in Einklang mit den Kosten (gemessen in Ausdrücken des verbrauchten Brennstoffs) der erzeugten elektrischen Energie, der Brennstoffverbrauch reduziert werden.
Ferner wurde in den letzten Jahren (beispielsweise in der japanischen Patenterstveröffentlichung Nr. 2001-309574 , die im Folgenden als Bezugsdokument 2 bezeichnet wird, beschrieben) ein Dual-Spannungstyp eines elektrischen Fahrzeug-Leistungszuführgerätes vorgeschlagen. Dieses umfasst ein Hochspannungs-Leistungszuführsystem mit einem Hochspannungs-Elektrogenerator und einer Hochspannungs-Batterie zum Zuführen von Energie zu elektrischen Lasten, die mit einer hohen Spannung arbeiten, und umfasst ein Niedrigspannungs-Leistungszuführsystem und eine Niedrigspannungs-Batterie zum Zuführen von Energie zu elektrischen Lasten, die eine niedrige Spannung erfordern. Ein Gleichstrom-Gleichstrom-Umsetzer ist zwischen dem Hochspannungs-Leistungszuführsystem und dem Niedrigspannungs-Leistungszuführsystem geschaltet und wird gesteuert, um zwischen diesen die Energie zu übertragen. Solch ein Dualspannungs-Elektrogeneratorgerät kann die Brennstoffkosten reduzieren, da das Hochspannungssystem effizienter arbeiten kann (das heißt mit niedrigeren elektrischen Verlusten) als ein Niedrigspannungssystems.
In Verbindung mit dem Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugung-Steuerverfahren, welches durch die Anmelderin der vorliegenden Erfindung früher vorgeschlagen wurde, ist es unter Berücksichtigung eines einzelnen Leistungszuführsystems (welches aus einem Elektrogenerator besteht, der Energie zu elektrischen Lasten und einer Batterie zuführt), wenn eine Variation bzw. Schwankung der Versorgungsspannung des Systems innerhalb eines schmalen Bereiches begrenzt werden muss, erforderlich eine hochkapazitive Batterie zu verwenden, um die gewünschte Reduzierung in den Brennstoffkosten zu erreichen und zwar unter ausreichender Begrenzung des Betrages der Zuführspannung-Variation. Zusätzlich muss die Batterie die Fähigkeit haben einer Verschlechterung zu widerstehen, die durch eine hohe Frequenz von Lade-/Entlade-Zyklen verursacht wird. Die Kosten eines geeigneten Typs einer Batterie (zum Beispiel einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie), gemessen als Kosten pro Einheit der Ladungs-Speicherkapazität, ist wesentlich höher als der herkömmliche Typ einer Bleisäurebatterie, die in einem Fahrzeug verwendet wird. Aus diesen Gründen sind die Kosten für solch eine Batterie hoch und diese benötigt auch sehr viel Raum. Aufgrund dieser Nachteile war es schwierig das Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugung-Steuerverfahren in eine praktische Anwendung umzusetzen.
Die oben erläuterten Probleme werden noch spezifischer im Folgenden beschrieben.
Die Grundlage der Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung besteht darin zu versuchen, elektrische Energie mit den niedrigsten möglichen Erzeugungskosten zu erzeugen und zwar ungeachtet dem Wert der Energie, der von den elektrischen Lasten verbraucht wird. Um dies zu erreichen und zwar zu jedem Zeitpunkt wird die Differenz zwischen dem Betrag der elektrischen Energie, die zu diesem Zeitpunkt erzeugt wird, und dem Betrag der elektrischen Energie, die durch die elektrischen Lasten verbraucht wird, entweder (wenn ein Überschuss vorliegt) in einer Batterie gespeichert oder (wenn eine Defizit vorliegt) zu den elektrischen Lasten durch Entladen der Batterie zugeführt.
Beispielsweise können die mittleren Pro-Einheitskosten der elektrischen Energie, die momentan in der Batterie gespeichert gehalten wird, mit den Pro-Einheitskosten der elektrischen Energie verglichen werden, die momentan durch den Generator erzeugt wird und, wenn die durch den Generator erzeugte Energie bei niedrigeren Kosten liegt als diejenige, die in der Batterie gespeichert ist, kann der Wert der Ausgangsleistung des Generators erhöht werden, um dadurch die Ladungsmenge zu erhöhen, die in der Batterie gehalten wird. Auf diese Weise werden die mittleren Pro-Einheitskosten der Energie, die in der Batterie gespeichert ist, abgesenkt. Wenn andererseits die elektrische Energie, die durch den Generator erzeugt wird bei höheren Pro-Einheitskasten liegt, als diejenige Energie, die in der Batterie gespeichert ist, kann das Entladen der Batterie durchgeführt werden, um dann die Batterie als Leistungsquelle zu verwenden, während der Wert der Ausgangsleistung des Generators reduziert wird.
Das Problem in Bezug auf die Batteriegröße und die Kosten kann aus der folgenden Erläuterung unmittelbar verstanden werden. Um eine effiziente Reduzierung des Brennstoffverbrauchs mit Hilfe eines derartigen Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugungs-Steuerverfahrens zu erreichen, ist es, wenn der Betrag der Schwankung der Versorgungsspannung auf einen schmalen Bereich begrenzt werden muss, erforderlich, das der maximale Betrag der Energie, der in der Batterie gespeichert werden kann, wesentlich größer ist als für einen herkömmlichen Typ einer Batterie, die in einem Motorfahrzeug verwendet wird. Dies ergibt sich aufgrund der Tatsache, dass die Ausgangsklemme des Elektrogenerators mit der Batterieklemme der entsprechenden Batterie verbunden ist und auch mit den elektrischen Lasten verbunden ist, wobei die Lasten mit einer Spannung versorgt werden, die im Wesentlichen gleich ist der Klemmenspannung der Batterie. Jedoch schwankt die Klemmenspannung der Batterie im Wesentlichen in Einklang mit dem Wert der Ladung in der Batterie.
Um das Ausmaß der Schwankung der Versorgungsspannung der elektrischen Lasten in ausreichender Weise zu begrenzen, ist es erforderlich, den Grad der Schwankung des Wertes der Energie, die in der Batterie gespeichert ist, zu begrenzen. Wie jedoch oben beschrieben wurde, wird bei dem Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugung-Steuerverfahren eine Batterie als Leistungsquelle zu bestimmten Zeiten verwendet, sodass es erforderlich ist, dass ein hoher Energiebetrag von der Batterie entladen werden kann.
Um dies zu erreichen und zwar und Begrenzung des Betrages der Schwankung der Klemmenspannung der Batterie (und damit des Betrages der Schwankung der Versorgungsspannung der entsprechenden Lasten) auf einen schmalen Bereich, ist es erforderlich, dass die Batterie eine große Ladungsspeicherkapazität besitzt und somit eine Batterie in großem Maßstab sein muss. Solch eine Batterie ist jedoch schwer und belegt einen sehr großen Raum und ist mit hohen Kosten verbunden.
Zusätzlich zu diesem Nachteil führt die Anwendung der Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung zu einer höheren Frequenz der Ausführung der Lade-/Entlade-Zyklen für die Batterie. Bei einem herkömmlichen Typ einer Bleisäurebatterie führt dies zu einer extrem verkürzten Betriebslebensdauer. Somit entsteht ein weiteres Problem dahingehend, dass die Batterie nicht nur eine große Kapazität aufweisen muss, sondern dass jede Batterie eine Vorrichtung implementiert aufweisen muss (wie beispielsweise eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie), die eine ausreichend lange Betriebslebensdauer aufweist und zwar trotz einer hohen Frequenz der Lade-/Wiederlade-Zyklen.
Da solch ein alternativer Typ einer Speichervorrichtung für elektrische Ladung sehr viel kostspieliger ist als eine herkömmliche Bleisäurebatterie und es dann auch noch erforderlich ist, dass die Vorrichtung eine große Ladespeicherkapazität besitzt und somit in einem großen Maßstab ausgeführt werden muss (aufgrund der Anwendung der Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung unter Begrenzung der Schwankung der Versorgungsspannung auf einen schmalen Bereich, wie oben beschrieben wurde), werden die Kosten für die elektrische Ladungs-Speichervorrichtung übermäßig groß.
Diese Probleme bilden signifikante Hindernisse, um eine praktische Anwendung der Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung zu erreichen.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine elektrische Fahrzeuggeneratorvorrichtung zu schaffen, die dafür geeignet ist, um ein Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugung-Steuerverfahren implementieren zu können, welches einen reduzierten Brennstoffverbrauch ermöglicht, welches jedoch auch die Probleme überwindet, wonach elektrische Ladungs-Speichervorrichtungen erforderlich sind, die sowohl eine große Größe haben als auch hohe Kosten mit sich bringen.
Um die genannte Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug-Leistungszuführgerät gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der sich daran anschließenden Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Leistungszuführgerät ist in unabhängig gesteuerte Leistungszuführsysteme aufgeteilt, nämlich:

(a) ein erstes Leistungszuführsystem, welches für ein herkömmliches elektrisches Leistungszuführ-Fahrzeugsystem vorgesehen wird und eine im Wesentlichen geregelte Leistungszuführspannung erzeugt (zum Beispiel eine Nennspannung von 14 V) für die elektrischen Lasten, die einen festgelegten Wert einer Versorgungsspannung erfordern, und
(b) ein zweites Leistungszuführsystem, welches einer Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung unterworfen wird, wie dies oben beschrieben wurde, welches jedoch Energie lediglich zu solchen elektrischen Lasten zuführt, die wesentliche Schwankungen in ihrer Versorgungsspannung zulassen.

Auf diese Weise können Schwankungen in großem Maßstab für die Versorgungsspannung bei dem zweiten Leistungszuführsystem zugelassen werden, sodass starke Schwankungen im Wert der Ladung einer elektrischen Ladung-Speichervorrichtung in diesem System zugelassen werden können. Es wird daher nicht mehr für diese Vorrichtung erforderlich sein, eine große Ladung-Speicherkapazität zu besitzen, sodass diese in der Größe klein und relativ kostengünstig realisiert werden kann.
Spezifischer ausgedrückt sind die charakteristischen Merkmale eines Fahrzeug-Leistungszuführgerätes gemäß der vorliegenden Erfindung in bevorzugter Weise die folgenden:

(1) die Leistungszuführvorrichtung umfasst ein geregeltes Spannung-Leistungszuführsystem zum Zuführen von elektrischer Energie zu elektrischen Lasten, die eine geregelte Versorgungsspannung erfordern, wobei das Leistungszuführsystem mit der geregelten Spannung eine erste Speichervorrichtung für elektrische Energie aufweist, um elektrische Energie zu den spannungsgeregelten elektrischen Lasten zuzuführen, und einen ersten Elektrogenerator enthält, der durch die Fahrzeugmaschine angetrieben wird, um elektrische Energie der ersten Speichervorrichtung für elektrische Energie und zu den spannungsgeregelten elektrischen Lasten zuzuführen, und ein Spannungsschwankung tolerierendes Leistungszuführsystem mit einer zweiten Speichervorrichtung für elektrische Energie, um elektrische Energie den Spannung-Variation-toleranten elektrischen Lasten zuzuführen, und mit einem zweiten Elektrogenerator, der durch die Fahrzeugmaschine angetrieben wird, um elektrische Energie der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Energie und zu einer Spannung-Variation-toleranten elektrischen Last zuzuführen, und
(2) das Steuergerät wendet eine Steuerung an, um die Stromversorgungsspannung des Leistungszuführsystems mit der geregelten Spannung auf einem im Wesentlichen fixierten Wert zu halten, während die oben erläuterte Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung bei dem variationstoleranten Leistungszuführsystem angewendet wird (das heißt ohne Steuerung des letzteren Systems, damit dieses einen stabilen Wert einer Versorgungsspannung aufweist).

Somit wird das erste Leistungszuführsystem so gesteuert, um eine Versorgungsspannung zu erzeugen, die auf einen schmalen Variationsbereich begrenzt ist (im Folgenden als eine geregelte Versorgungsspannung bezeichnet), während das zweite Leistungszuführsystem einer Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung unterworfen wird und dieses System nicht dafür konfiguriert ist, den Bereich der Schwankung der Versorgungsspannung des Systems auf einen schmalen Bereich zu begrenzen. Es werden jedoch die Lasten, die durch das zweite Leistungszuführsystem versorgt werden, ausgewählt, die die Fähigkeit haben wesentliche Schwankungen in der Leistungszuführspannung zu tolerieren, sodass ein zufriedenstellender Betrieb erreicht werden kann.
Führt man eine Betrachtung von einem anderen Aspekt her durch, so kann die zweite Speichervorrichtung für elektrische Ladung über einen weiten Bereich von Bedingungen verwendet werden, das heißt von einer Bedingung einer sehr niedrigen Ladung bis zu einer Bedingung gemäß einer vollen Ladung bzw. voll aufgeladenem Zustand, da die resultierenden Variationen in der Klemmenspannung dieser Vorrichtung nicht nachteilig den Betrieb der elektrischen Lasten beeinflussen, an die diese angeschlossen ist. Es wird somit möglich eine Speichervorrichtung für eine elektrische Ladung zu verwenden, die eine kleinere Kapazität aufweist als dies beim Stand der Technik möglich war und die demzufolge auch weniger kostspielig ist, die ein geringeres Gewicht hat und die weniger Raum belegt als dies beim Stand der Technik möglich war.
Der erste und der zweite Elektrogenerator können als eine Dualspannungs-Elektrogeneratorvorrichtung implementiert werden, das heißt als eine einzelne Geräteeinheit, die von der Fahrzeugmaschine her angetrieben wird und die als zwei getrennte Elektrogeneratoren arbeiten kann. Es ist jedoch ebenso möglich, dass der erste und der zweite Elektrogenerator jeweils getrennte Einheiten bilden, von denen jede durch die Fahrzeugmaschine angetrieben wird.
In bevorzugter Weise ist die zweite Speichervorrichtung für elektrische Energie so konfiguriert, dass sie den Wirkungen der jeweiligen Ladungs- und Entladungszyklen besser widerstehen kann als die erste Speichervorrichtung für elektrische Energie und sich somit eine wesentlich längere Betriebslebensdauer ergibt. Dies ist aufgrund der Tatsache erreichbar, dass die Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung eine höhere Frequenz der Aufladungs- und Entladungs-Operationen involviert (für die zweite Speichervorrichtung für elektrische Energie) als die herkömmliche Spannungsregulierungssteuerung.
Die Kosten der erzeugten elektrischen Energie (im Folgenden als Energie-Erzeugungskosten bezeichnet) werden in bevorzugter Weise in Ausdrücken des verbrauchten Brennstoffs gemessen, das heißt einer Brennstoffmenge, die bei der Erzeugung des Einheitsbetrages an elektrischer Energie verbraucht wird (zum Beispiel Gramm pro kWh). Die Kosten können als diejenigen der gesamten elektrischen Energie definiert werden, die erzeugt wird, oder als diejenigen der Energie, die durch den zweiten Generator erzeugt werden.
Das Steuergerät ist auch in bevorzugter Weise so konfiguriert, dass es einen Speicher zum Speichern von Datenplänen (die im Voraus vorbereitet werden sind) enthält, in welchen jeweilige Werte der Energie-Erzeugungskosten auf Beträge des Maschinendrehmoments bezogen sind, welches zum Anlegen durch die Maschine erforderlich ist, um die zweiten Elektrogeneratoren anzutreiben. Das Drehmoment, welches zum Antreiben des ersten Elektrogenerators erforderlich ist, kann unmittelbar berechnet werden und zwar basierend auf den Wert der elektrischen Energie, die dieser erzeugt (das heißt mit Hilfe der Energie, die anhand der Werte des Ausgangsstromes und der Spannung berechnet werden, die durch diesen Generator erzeugt werden). Zusätzlich arbeitet das Steuergerät in bevorzugter Weise auch in solcher Weise, dass bei der Anwendung der Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung bei dem variationstoleranten Leistungszuführsystem das Steuergerät:

(1) einen Zielwert der Generierungskosten erstellt;
(2) den Zielwert an dem Datenplan anwendet, um einen Bereich von Werten des zulässigen Drehmoments zu erhalten, das heißt Werte des Drehmoments (die durch die Maschine angelegt werden, um den ersten und den zweiten Generator anzutreiben), die einem Bereich von Generierungskostenwerten entsprechen, die unter dem Zielwert liegen, und
(3) den zweiten Elektrogenerator so steuert, um einen Wert der elektrischen Energie zu erzeugen, wobei der Gesamtbetrag der durch das Drehmoment absorbierten Generierungsenergie durch den ersten und zweiten Generator innerhalb des zulässigen Bereiches liegt.

Mit anderen Worten wird das Drehmoment, welches durch die Maschine zum Antreiben des ersten und des zweiten Generators angelegt werden muss, durch den Gesamtbetrag der erzeugten Energie bestimmt. Da die von dem ersten Elektrogenerator erzeugte Energie nicht willkürlich variiert werden kann, wird der Wert der Energie, die von dem zweiten Generator erzeugt wird, eingestellt, um dadurch einen Gesamtbetrag des Drehmoments einzustellen, der durch den ersten und den zweiten Elektrogenerator absorbiert wird, und zwar auf einen Wert innerhalb des zulässigen Drehmomentbereiches.
Wenn dies nicht möglich ist, ist das Gesamtdrehmoment, welches durch den ersten Elektrogenerator absorbiert wird, angenähert gleich dem Maximalwert in dem zulässigen Drehmomentbereich, und es wird dann der Betrieb des zweiten Elektrogenerators angehalten.
Das Steuergerät kann eine Energie-Umsetzvorrichtung enthalten (zum Beispiel einen Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzer). Wenn in diesem Fall (wenn der zweite Elektrogenerator angehalten ist) das Gesamtdrehmoment, welches durch den ersten Elektrogenerator absorbiert wird, den Energie-Erzeugungskosten entspricht, die höher liegen als der Zielwert, wird der Betrieb von beiden Generatoren gemäß dem ersten und zweiten Elektrogenerator angehalten und es wird die Versorgungsspannung des spannungsregulierten Systems konstant gehalten und zwar durch Zuführen von Energie, die aus der Ladungs-Speichervorrichtung des Spannungs-Variations-toleranten Systems entladen wird.
Wenn es die Betriebsbedingungen erlauben stellt das Steuergerät in bevorzugter Weise den Wert der Energie, die durch den zweiten Elektrogenerator erzeugt wird, in solcher Weise ein, dass der Gesamtbetrag des Drehmoments, welches durch den ersten und den zweiten Generator absorbiert wird, einen Wert aufweist, der innerhalb des zulässigen Bereiches liegt, welcher den minimalen Erzeugungskosten entspricht.
Das Steuergerät kann auch so konfiguriert sein, um den Zielwert der Erzeugungskosten basierend auf dem Betrag der Ladung zu berechnen, die in der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Ladung verbleibt.
Alternativ kann der Zielwert der Erzeugungskosten als mittlere Kosten pro Einheit des Betrages der elektrischen Energie berechnet werden, die momentan in der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Ladung gehalten ist, das heißt als Mittelwert der jeweiligen Erzeugungskosten von aufeinanderfolgenden Einheitsbeträgen der elektrischen Energie, die in der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Ladung gespeichert worden sind.
Jedoch wird in bevorzugter Weise der Zielwert der Energie-Erzeugungskosten so gewählt, dass er der größere Wert ist von:

(a) einem Wert, basierend auf dem Wert der Ladung in der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Ladung bestimmt ist, und
(b) den Kosten der elektrischen Energie, die momentan in der zweiten Speichervorrichtung für elektrische Ladung gespeichert gehalten wird.

Die erste Speichervorrichtung für eine elektrische Ladung kann beispielsweise aus einer Bleisäurebatterie bestehen, während die zweite Speichervorrichtung für elektrische Ladung beispielsweise aus einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie bestehen kann oder aus einem elektrischen Dualschicht-Kondensator.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein allgemeines Systemblockschaltbild, welches die Gesamtkonfiguration einer Ausführungsform eines Fahrzeug-Leistungszuführsystems darstellt;
2 ist ein Flussdiagramm, um die Steuerverarbeitungssequenz zu beschreiben, die durch die Ausführungsform beim gesteuerten Erzeugen der elektrischen Energie ausgeführt wird;
3 veranschaulicht die Inhalte eines Planes, in dem Daten gespeichert sind, die auf Nummer 1 Zielwert der Leistungs- bzw. Energiekosten auf Werte des Ladezustandes einer Hochspannungs-Batterie der Ausführungsform beziehen;
4 veranschaulicht die Inhalte eines Planes für gespeicherte Daten, die die Werte des Maschinendrehmoments, welches für die elektrische Energieerzeugung aufgebracht wird oder angelegt wird, auf entsprechende Werte der erzeugten elektrischen Leistungs- bzw. Energiekosten beziehen;
5 ist ein Flussdiagramm, um die Energiezufuhr-Steuerverarbeitung zu beschreiben, die bei der Ausführungsform durchgeführt wird;
6 zeigt eine Tabelle für die Verwendung bei der Beschreibung der jeweiligen Betriebsmodi der Energiezufuhrsteuerung, die durch die Steuerverarbeitung bestimmt werden, welche in 5 gezeigt ist;
7 veranschaulicht die Inhalte eines Planes, der gespeicherte Daten enthält, welche die Werte der elektrischen Leistungs- bzw. Energiekosten auf Werte des Maschinendrehmoments bezieht, welches zum Erzeugen von elektrischer Energie angelegt wird, und veranschaulicht die elektrische Energiesteuerung, die durchgeführt wird, um minimale Energie-Erzeugungskosten zu erreichen;
8 zeigt einen Plan mit gespeicherten Daten entsprechend 7, wobei jedoch der Betrieb für einen Fall veranschaulicht ist, bei dem ein Energiezuführmodus B ausgewählt ist, welcher in 6 gezeigt ist;
9(a) und 9(b) zeigen einen Plan mit gespeicherten Daten entsprechend 7, wobei jedoch der Betrieb für einen Fall veranschaulicht ist, bei dem ein Leistungszuführmodus A ausgewählt ist, welcher in 6 gezeigt ist;
10(a) und 10(b) zeigen einen Plan mit gespeicherten Daten entsprechend 7, wobei jedoch der Betrieb für einen Fall veranschaulicht ist, bei dem ein Leistungszuführmodus A' ausgewählt ist, der in 6 gezeigt ist, während 10(c) den Fall eines modifizierten Energiezuführmodus A' veranschaulicht;
11(a), 11(b) und 11(c) zeigen einen Plan von gespeicherten Daten entsprechend 7, wobei jedoch der Betrieb für einen Fall veranschaulicht ist, bei dem ein Energiezuführmodus C ausgewählt ist, der in 6 dargestellt ist;
12 zeigt ein Flussdiagramm entsprechend 5, um den Betrieb einer modifizierten Ausführungsform zu beschreiben; und
13, 14, 15 und 16 zeigen jeweils Flussdiagramme, um die Inhalte der Steuerverarbeitungsschritte in dem Flussdiagramm von 2 zu beschreiben.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGFORMEN
Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen eines Fahrzeug-Leistungszuführgerätes im Folgenden unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist und dass vielfältige Modifikationen oder alternative Konfigurationen realisiert werden können, die in den Rahmen fallen, wie er durch die vorliegende Erfindung beansprucht wird und wie sich dieser aus den anhängenden Ansprüchen ergibt.
1 zeigt ein allgemeines System-Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines Fahrzeug-Leistungszuführgerätes. Das Leistungszuführsystem der Ausführungsform wird zuerst beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, enthält dieses eine Niedrigspannungs-Batterie 1 mit einer Nennspannung von 14 V, eine Hochspannungs-Batterie 2 mit einer Nennspannung von 42 V, einen Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzer 3 mit einer Nennspannung von 42 V, einen Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzer 3 zum Überführen der elektrischen Energie zwischen der Niedrigspannungs-Batterie 1 und der Hochspannungs-Batterie 2, einen Dualspannungs-Elektrogenerator 4, der elektrische Energie bei zwei unterschiedlichen Spannungen erzeugt, eine Lastgruppe 5 gemäß einer geregelten Spannung, eine Lastgruppe 6, die eine Spannungsschwankung toleriert, eine Niedrigspannungs-Leistungszuführleitung 7 und eine Hochspannungs-Leistungszuführleitung 8. Der Dualspannungs-Elektrogenerator 4 wird durch eine Maschine 9 angetrieben.
Die Kombination aus Niedrigspannungs-Batterie 1, Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a und Dualspannungs-Elektrogenerator 4 und der Lastgruppe 5 für eine geregelte Spannung bildet ein Leistungszuführsystem mit geregelter Spannung, bei dem die Versorgungsspannung des Systems geregelt ist, um einen im Wesentlichen feststehenden Wert aufrecht zu erhalten. Die Kombination aus der Hochspannungs-Batterie 2, dem Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b des Dualspannungs-Elektrogenerators 4 und der Lastgruppe 6, welche eine Spannungsvariation toleriert, wird als ein Leistungszuführsystem bezeichnet, welches eine Spannungsschwankung toleriert, bei welchem ein beträchtlicher Betrag der Schwankung der Versorgungsspannung des Systems zugelassen wird.
Die Niedrigspannungs-Batterie 1 besteht aus einer Bleisäurebatterie, bei der die positive Klemme der Batterie mit der Niedrigspannungs-Stromversorgungsleitung 7 verbunden ist, und bei der die negative Klemme mit Masse oder Erde verbunden ist. Die Niedrigspannungs-Stromversorgungsleitung 7 überträgt Energie von dem Ausgangsanschluss 14A des Niedrigspannungs-Generatorabschnitts 4a des Dualspannungs-Elektrogenerators 4 zu der Lastgruppe 5 mit der geregelten Spannung, die aus einer Anzahl von elektrischen Lasten L1 bis Ln gebildet ist. Wenigstens ein Teil dieser elektrischen Lasten L1 bis Ln erfordern eine Versorgungsspannung, die geregelt ist und zwar auf einen kleinen Bereich einer Schwankung in Bezug auf die 14 V, sodass die elektrischen Lasten L1 bis Ln als Lasten mit geregelter Spannung bezeichnet werden.
Die Lasten L1 bis Ln mit geregelter Spannung können beispielsweise aus einer Kommunikationsausrüstung, einer Steuerausrüstung, einem Radiosende-/Empfangsgerät, den Fahrzeug-Scheinwerferlampen und so weiter bestehen.
Die Hochspannungsbatterie 2 dieser Ausführungsform besteht aus einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie, mit einer Nennspannung von 42 V. Solch eine Batterie besitzt eine niedrigere Rate der Verschlechterung, die sich aus den jeweiligen Lade-/Entlade-Zyklen ergibt und zwar im Vergleich mit der Bleisäurebatterie und diese besitzt somit eine längere Betriebslebensdauer, wenn sie in einem System verwendet wird, bei welchem eine Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung angewendet wird. Die positive Klemme der Hochspannungsbatterie 2 ist mit der Hochspannungs-Stromversorgungsleitung 8 verbunden und die negative Klemme derselben ist mit Masse oder Erde verbunden. Es sei darauf hingewiesen, dass es nicht wesentlich ist, dass ein Lithium-Sekundärzellentyp der Batterie bei dieser Anwendung verwendet wird und dass es auch ebenso möglich ist, beispielsweise einen elektrischen Dualschicht-Kondensator zu verwenden oder solch einen Kondensator zu verwenden, der parallel zu einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie geschaltet ist.
Die Hochspannungs-Leistungszuführleitung 8 überträgt Energie von dem Ausgangsanschluss 14B des Hochspannungs-Generatorabschnitts 4b des Dualspannungs-Elektrogenerators 4 zu der Lastgruppe 6, die eine variierende Spannung toleriert, die aus einer oder aus mehreren elektrischen Lasten H1 bis Hm besteht, von denen jede die Fähigkeit hat bei Variationen in ihrer Versorgungsspannung in großem Maßstab zu arbeiten, sodass diese Lastgruppe als Lasten bezeichnet wird, die eine Spannungsschwankung tolerieren. Diese Lasten können beispielsweise aus Heizvorrichtungen, aus Klimaanlagen-Motoren, einem Motor eines elektrischen Leistungslenksystems und so weiter bestehen.
Die Energie, die durch einen Motor oder eine Heizvorrichtung verbraucht wird, variiert in Einklang mit der Leistungszuführspannung. Jedoch in einem Fall von beispielsweise einer Defroster-Heizvorrichtung oder von Motoren für Lüfter und so weiter, stellen die Schwankungen in der Energie, die durch solche Lasten verbraucht wird, ein Problem dar. Im Falle eines Motors, der Betriebseigenschaften besitzt, wobei der Energieverbrauch des Motors konstant gehalten werden soll, und der durch eine 42 V Stromversorgung angetrieben werden soll, kann diese Ausführungsform modifiziert werden, wobei ein Inverter bzw. eine Invertersteuerung zur Anwendung gebracht wird, um die Versorgungsspannung für diesen spezifischen Motor zu stabilisieren.
Der Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzer 3 wird gesteuert, wenn dies erforderlich ist, um elektrische Energie von dem Leistungszuführsystem, welches eine Spannungsschwankung toleriert, zu dem Leistungszuführsystem mit geregelter Spannung zu übertragen, wie dies im Folgenden noch beschrieben wird. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung solch einer Energieübertragungsvorrichtung kein wesentliches Merkmal der Erfindung darstellt und dass es auch möglich ist eine alternative Ausführungsform zu konfigurieren, bei der der Gleichstrom-Gleichstrom-Umsetzer 3 weggelassen ist.
Es sind Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzer für die Verwendung als elektrische Energieübertragungsvorrichtung gut bekannt, sodass eine detaillierte Beschreibung derselben hier weggelassen wird.
Das Steuersystem der Ausführungsform wird nun im Folgenden beschrieben. Das Steuersystem ist aus einem Steuerabschnitt und einer Gruppe von Sensoren gebildet. Der Steuerabschnitt enthält einen Energiezuführ-Controller 10, einen Regulatorabschnitt 11, einen Lastcontroller 13 für eine Last, die eine Spannungsschwankung toleriert, und eine ECU (Maschinensteuereinheit) 14, von denen jede Einrichtung auf einem Mikrocomputer basiert, der in Einklang mit einem Steuerprogramm arbeitet, um die Funktionen auszuführen, die im Folgenden beschrieben werden, und die miteinander über ein örtliches Datenkommunikationsnetzwerk verkettet oder verbunden sind, um Befehle und Daten auszutauschen. Da Systeme für eine Kommunikation zwischen elektronischen Einrichtungen bzw. Einrichtungseinheiten eines Motorfahrzeugs gut bekannt sind, wird eine detaillierte Beschreibung hier weggelassen. Es sei darauf hingewiesen, dass es in gleicher Weise möglich ist eine alternative Ausführungsform zu konfigurieren, bei der der Lastcontroller 13 für eine Last, welche eine Spannungsschwankung toleriert, weggelassen ist, oder bei der eine einzelne Einheit kombinierte Funktionen von zwei oder mehreren der beschriebenen getrennten Steuereinheiten durchführt.
Die Sensorgruppe enthält einen Stromsensor 15, um den Strom zu detektieren, der zwischen dem Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a des Dualspannungs-Elektrogenerators 4 und dem System mit der geregelten Spannung fließt (das heißt welcher zu der Niedrigspannung-Leistungszuführleitung 7 fließt, deren Nennspannungswert bei 14 V liegt), enthält einen Stromsensor 16, der den Strom detektiert, welcher zwischen dem Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b und dem System fließt, welches eine Spannungsschwankung toleriert (das heißt welcher zu der Hochspannungs-Leistungszuführleitung 8 fließt, deren Nennspannungswert bei 42 V liegt), enthält einen Stromsensor 20, der einen Lade-/Entlade-Strom detektiert, der zwischen der Hochspannungs-Batterie 2 und der Hochspannungs-Leistungszuführleitung 8 fließt, und enthält einen Hochspannungs-Batterieüberwachungsabschnitt 18, der den Status der Hochspannungs-Batterie 2 basierend auf Informationen überwacht, welche die Detektionsergebnisse enthalten, die von dem Stromsensor 20 erhalten werden. Die Bezeichnung Lade-/Entlade-Strom wird bei dieser Beschreibung verwendet und wird in den anhängenden Ansprüchen verwendet mit der Betonung auf ”Ladestrom oder Entladestrom” der elektrischen Ladungs-Speichervorrichtung. Die Sensorgruppe enthält auch einen Beschleunigungssensor 21 und einen Bremssensor und kann andere Sensoren ebenfalls enthalten. Obwohl dies hier spezifisch nicht gezeigt ist, empfängt der Energiezuführ-Controller 10 auch einen detektierten Wert der Ausgangsspannung des Niedrigspannungs-Generatorabschnitts 4a.
Die Detektionsdaten, die jeweils von dem Stromsensor 15 und dem Stromsensor 16 erhalten werden, werden dem Energiezuführ-Controller 10 zugeführt.
Bei dieser Ausführungsform ist der Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b mit einem 3-Phasen-Inverter und einer 3-Phasen-Wechselstrommaschine kombiniert, die selektiv als Elektrogenerator oder als Motor betrieben wird, in Einklang mit der Steuerung des 3-Phasen-Inverters durch den Enerigezuführ-Controller 10. Der Dualspannungs-Elektrogenerator 4 funktioniert somit entweder in einem ”normalen” Generator-Betriebsmodus oder in einem Motor-Betriebsmodus, in welchem der Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b ein Drehmoment liefert, um die Maschine 9 zu unterstützen, wenn dies erforderlich wird, wobei die Energie dadurch zugeführt wird, indem die Hochspannungs-Batterie 2 entladen wird. Bei dem letztgenannten Betriebsmodus detektiert der Stromsensor 16 den Wert des Eingangsstromes, der dem Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b zugeführt wird. Jedoch kann der Gegenstand der vorliegenden Erfindung auch in gleicher Weise bei einer Konfiguration angewendet werden, bei der der Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b einen üblichen Typ eines Dioden-3-Phasen-Gleichrichtergerätes verwendet, wobei die elektrische Energieerzeugung lediglich durch den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 ausgeführt wird. Der Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a besteht aus einer Kombination aus einer Dioden-Gleichrichterschaltung und einem Wechselstromgenerator, dessen Feldstrom durch den Energiezuführ-Controller 10 gesteuert oder geregelt wird, der über den Regulatorabschnitt 11 wirkt, um den Wert der erzeugten Energie des Niedrigspannungs-Generatorabschnitts 4a zu steuern und um die Spannung zu steuern oder zu regeln, die auf der Niedrigspannungs-Leistungszuführleitung 7 auftritt.
Der Hochspannungs-Batterieüberwachungsabschnitt 18 verwendet die Lade-/Entlade-Strom-Detektionsinformationen von dem Stromsensor 20 in Verbindung mit den Informationen, welche die Temperatur und so weiter von der Hochspannungs-Batterie 2 betreffen, und sendet die resultierenden Statusdaten, welche die Hochspannungs-Batterie 2 betreffen, zu dem Energiezuführ-Controller 10. Speziell leitet der Hochspannungs-Batterieüberwachungsabschnitt 18 einen Schätzwert des Zustandes der Aufladung (SOC) der Hochspannungs-Batterie 2 ab und zwar basierend auf dem Wert des Lade-/Entlade-Stroms und so weiter und zwar von dieser Batterie, wobei der Wert SOC einen Prozentsatz einer spezifischen Lademenge oder Ladegröße ist (das heißt ein Betrag in kWh der elektrischen Energie). Es ist jedoch ebenso möglich einen Schätzwert der Größe der Ladung zu verwenden, die in der Hochspannungs-Batterie 2 verbleibt und zwar anstelle des SOC-Wertes.
Daten, welche die jeweiligen Grade der Betätigung des Fahrzeugbeschleunigungspedals und des Bremspedals ausdrücken oder wiedergeben, werden von dem Beschleunigungssensor 21 und von dem Bremssensor 22 zu dem Energiezuführ-Controller 10 übertragen. Es ist jedoch ebenso möglich einen Drosselklappensensor zu verwenden, um den Öffnungsgrad der Maschinendrosselklappe zu detektieren, anstelle der Betätigung des Beschleunigungspedals, die detektiert werden kann.
Basierend auf den Daten, die den jeweiligen Grad der Betätigung des Fahrzeugbeschleunigungspedals bzw. Gaspedals und des Bremspedals wiedergeben, beurteilt der Energiezuführ-Controller 10, ob es erforderlich ist, eine regenerative Bremsung anzuwenden oder eine Drehmomentunterstützung aufzubringen, und dieser steuert den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b, damit dieser entweder in dem Generatorbetriebsmodus arbeitet oder in dem Motorbetriebsmodus arbeitet, in Einklang mit den Beurteilungsergebnissen.
In dem Generatorbetriebsmodus schickt der Energiezuführ-Controller 10 basierend auf den Daten, die von der Sensorgruppe gesammelt wurden, wie dies auch oben beschrieben wurde, und basierend auf den Daten, die von dem Controller 13 für spannungsschwankungstolerierende Last und der ECU 14 erhalten werden, Befehle zu dem Regulatorabschnitt 11, der dafür ausgelegt ist, um die jeweiligen Werte der elektrischen Energie zu bezeichnen, die durch den Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a und den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b erzeugt werden sollen, wobei der Regulatorabschnitt 11 die jeweiligen Werte des Feldstromes der Wechselstromgeneratoren des Niedrigspannungs-Generatorabschnitts 4a und des Hochspannungs-Generatorabschnitts 4b entsprechend steuert oder regelt.
Zusätzlich sendet der Energiezuführ-Controller 10 Daten zu der ECU 14, die einen Wert eines Drehmoment-Bedarfes spezifizieren, der aus einem Betrag eines Antriebsdrehmoments besteht, welcher durch die Maschine 9 angelegt werden muss, um den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 anzutreiben. Dieser Wert des Antriebsdrehmoments wird als ein Gesamtbetrag des Drehmoments berechnet, der durch den Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a und den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b absorbiert wird und zwar auch in Kombination, wenn diese die jeweiligen momentan spezifizierten Werte der elektrischen Energie erzeugen und zwar bei der momentanen Drehgeschwindigkeit, mit welcher die 4× durch die Maschine 9 angetrieben werden. Als Reaktion steuert die ECU 14 die Maschine 9, um den erforderlichen Betrag des Drehmoments zu erzeugen, um den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 anzutreiben (das heißt zusätzlich zu dem Drehmoment, welches durch die Maschine 9 angelegt wird, um das Fahrzeug anzutreiben), wobei die gleiche Maschinengeschwindigkeit bzw. Maschinendrehzahl aufrecht erhalten wird.
Wenn es erforderlich wird (was noch später beschrieben wird) schickt der Energiezuführ-Contoller 10 auch Befehle zu dem Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzer 3, die den Betrag an elektrischer Energie spezifizieren, der zwischen der Niedrigspannungs-Leistungszuführleitung 7 und der Hochspannungs-Leistungszführleitung 8 zu übertragen ist und die auch die Richtung der Übertragung angeben.
Es werden auch Daten zwischen dem Energiezuführ-Controller 10 und dem Controller 13 für eine Last, welche eine Spannungsschwankung toleriert, ausgetauscht, wobei diese Daten die detektierten Zustände der Lasten H1 bis Hm, welche eine Spannungsschwankung tolerieren, und die Verteilung der elektrischen Last zu diesen Lasten hin betreffen.
Wenn an die Maschine 9 eine Drehmomentunterstützung anzulegen ist, schickt der Energiezuführ-Controller 10 anstatt der Befehle, die den Wert der erzeugten elektrischen Energie für den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b spezifizieren, Befehle zu dem Regulierungsabschnitt, die den Betrag der Last spezifizieren, die durch die Drehmomentunterstützung erzeugt wird, das heißt den Wert des Antriebsdrehmoments, welches durch den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 erzeugt werden muss, wenn dieser als Motor arbeitet, wobei der Regulierungsabschnitt 11 den Feldstrom des Hochspannungs-Generatorabschnitts 4b und auch den Betrieb der 3-Phasen-Inverter steuert oder regelt, um den erforderlichen Wert des Antriebsdrehmoments zu erhalten.
Somit werden bei dieser Ausführungsform der Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a und der Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b des Dualspannungs-Elektrogenerators 4 jeweils unabhängig als getrennte elektrische Generatoren gesteuert oder geregelt, wobei der Energiezuführ-Controller 10 jeweils getrennte Befehle erzeugt, die den Wert der Generatorleistung bezeichnen, welche den Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a des geregelten Spannungssystems zuzuführen ist, und Befehle erzeugt, die den Wert der Generatorleistung angeben, welcher dem Hochspannungsgeneratorabschnitt 4b zuzuführen ist und zwar dem System mit der Spannungsschwankungstoleranz, während des Betriebes in dem Generierungsmodus.
Der Pegel der Spannung (Nennspannung 14 V) des geregelten Spannungssystems wird dadurch im Wesentlichen konstant gehalten und zwar in der gleichen Weise wie bei einem herkömmlichen geregelten Spannungssystem eines Fahrzeugs. Spezifischer gesagt wird die Klemmenspannung der Niedrigspannungs-Batterie 1 durch den Energiezuführ-Controller 10 empfangen, es wird die Differenz zwischen dieser Klemmenspannung und einer Bezugsspannung abgeleitet und der Energiezuführungs-Controller 10 wirkt über den Regulatorabschnitt 11, um den Feldstrom des Niedrigspannungs-Generatorabschnitts 4a zu steuern oder zu regeln, um die Differenz dann auf Null zu führen.
Da diese Art einer Steuerung bzw. Regelung gut bekannt ist, wird hier eine detaillierte Beschreibung weggelassen.
Befehle zum Steuern des eine Spannungsschwankung tolerierenden Systems, um die Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung zu implementieren, werden im Folgenden in Einzelheiten beschrieben.
Der Controller 13 für eine eine Spannungsschwankung tolerierende Last arbeitet in solcher Weise, um die Werte der elektrischen Energie einzustellen, die durch die Lasten H1 bis Hm, welche eine Spannungsschwankung tolerieren, einzustellen. Es sei darauf hingewiesen, dass jede der Lasten H1 bis Hm, die eine Spannungsschwankung tolerieren, aus einer Vielzahl von elektrischen Lasten bestehen. Bei der vorliegenden Ausführungsform besteh der Controller 13 für die Last, welche eine Spannungsschwankung toleriert, aus einer Schaltung, welche die Zufuhr von elektrischer Energie zu jeder der Lasten H1 bis Hm, welche eine Spannungsschwankung tolerieren, individuell steuert oder regelt. Es ist jedoch auch ebenso gut möglich den Controller 13 für die Last, welche eine Spannungsschwankung toleriert, lediglich so zu konfigurieren, dass diese die jeweiligen Werte der elektrischen Energie detektiert, die durch die eine Spannungsschwankung tolerierenden Lasten H1 bis Hm verbraucht wird. Was auch immer für ein Verfahren angewendet wird, ist es erforderlich, dass der Energiezuführ-Controller 10 (von dem Controller 13 für eine Last, welche eine Spannungsschwankung toleriert) den Wert der elektrischen Energie erwirbt, die durch die eine Spannungsschwankung tolerierenden Lasten H1 bis Hm verbraucht wird.
Wenn ein Verfahren verwendet werden soll, bei dem der Controller 13 für die Last, welche eine Spannungsschwankung toleriert, einfach nur den Gesamtbetrag der Energie detektiert, die durch die eine Spannungsschwankung tolerierenden Lasten H1 bis Hm verbraucht wird, und dieser dann die detektierten Informationen dem Energiezuführ-Controller 10 zuführt, kann der Energiezuführ-Controller 10 den Hochspannungsgeneratorabschnitt 4b basierend auf der Differenz zwischen dem Gesamtbetrag des Stromes, der durch die eine Spannungsschwankung tolerierenden Lasten H1 bis Hm gezogen wird, und dem Lade-/Entlade-Strom der Hochspannungsbatterie 2, wie dieser durch den Stromsensor 20 detektiert wird, steuern oder regeln. Jedoch wird bei einem solchen Verfahren der Gleichstrom-Gleichstrom-Umsetzer 3 nicht verwendet.
Das Verfahren, welches bei dieser Ausführungsform verwendet wird, bei dem der Controller 13 für die Last, welche eine Spannungsschwankung toleriert, die Werte der Energie getrennt steuert oder regelt, welche den eine Spannungsschwankung tolerierenden Lasten H1 bis Hm jeweils zugeführt wird, wird auch als verteilte Energiesteuerung oder verteilte Energieregelung bezeichnet. Die Einstellung der Energie, welche durch eine elektrische Last verbraucht wird, kann entweder dadurch erreicht werden, indem man einfach die Zufuhr der Energie ein- und ausschaltet oder auch mit Hilfe eines kontinuierlich variablen Typs einer Schaltersteuerung, die ebenfalls verwendet werden kann. Ferner ist es ebenso möglich die verteilte Energiesteuerung oder -regelung in Bezug auf die Werte der Priorität zu implementieren, die den Spannungsschwankungen tolerierenden Lasten H1 bis Hm zugeordnet werden und zwar in einer festgelegten Reihenfolge der Priorität.
Es ist ebenso möglich eine alternative Ausführungsform zu implementieren, bei der der Controller 13 für die eine Spannungsschwankung tolerierende Last beseitigt ist, sodass eine zentralisierte Steuerung oder Regelung der Energie, welche den eine Spannungsschwankung tolerierenden Lasten H1 bis Hm zugeführt wird, nicht durchgeführt wird.
Bei dieser Ausführungsform überträgt der Energiezuführ-Controller 10 einen Zielwert der elektrischen Leistungs- bzw. Energiekosten zu der ECU 14, die dann einen Bereich von zulässigen Werten des Drehmoments berechnet, die an den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 angelegt werden können. Dieser zulässige Drehmomentbereich entspricht einem Bereich der zulässigen Werte der elektrischen Energie-Erzeugungskosten, welche den zuvor angesprochenen Zielwert der elektrischen Leistungs- bzw. Energiekosten nicht überschreiten. Die ECU 14 leitet den zulässigen Drehmomentbereich ab indem sie den Zielwert oder Sollwert der elektrischen Leistungs- bzw. Energiekosten an einem Plan mit gespeicherten Daten anwendet, der im Voraus vorbereitet wurde und der Werte der Maschinen-Brennstoffkosten auf entsprechende Werte des Drehmoments bezieht, welches durch die Maschine zum Antreiben des Dualspannungs-Elektrogenerators 4 angelegt wird, wie dies noch mehr in Einzelheiten im Folgenden beschrieben wird.
Der Energiezuführ-Controller 10 berechnet dann einen Bedarfswert des Antriebsdrehmoments, welches durch die Maschine 9 an den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 anzulegen ist und sendet diesen Wert zu der ECU 14. Im Ansprechen darauf steuert die ECU 14 verschiedene Faktoren wie beispielsweise die Maschinen-Brennstoffeinspritzbeträge und so weiter, um die Maschine 9 zu steuern, um den Bedarfswert des Drehmoments anzulegen (das heißt zusätzlich zu dem Drehmoment, welches für den Antrieb des Fahrzeugs angelegt wird), wobei die Maschinendrehzahl (und damit die Drehgeschwindigkeit des Dualspannungs-Elektrogenerators 4) unverändert aufrecht erhalten wird.
Es sei darauf hingewiesen, dass, das ein festes Verhältnis zwischen der Maschinendrehzahl und der Drehgeschwindigkeit des Dualspannungs-Elektrogenerators 4 besteht, es möglich ist, eine von diesen Geschwindigkeiten bei den Berechnungen zu verwenden, welche sich auf die Drehgeschwindigkeit des Dualspannungs-Elektrogenerators 4 beziehen.
Der Energiezuführ-Controller 10 sendet auch Befehle zu dem Regulatorabschnitt 11, welche jeweilige Werte der elektrischen Energie bezeichnen, die durch den Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a und durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b zu erzeugen sind.
Der gesamte Wert der erzeugten elektrischen Energie entspricht einem spezifischen Betrag des Drehmoments, welches durch den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 absorbiert wird. Die gesamte erzeugte Energie (das heißt von dem Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a und dem Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b in Kombination) bestimmt den Betrag des Drehmoments, der durch den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 absorbiert wird, und legt somit den zuvor angesprochenen Bedarfswert des Drehmoments fest.
Der Regulatorabschnitt 11 steuert dann den Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a und den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b, um den erforderlichen gesamten Wert der erzeugten Energie zu erzeugen.
Der Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4sa wird so gesteuert oder geregelt, um eine im Wesentlichen konstante Ausgangsspannung beizubehalten, wie dies auch oben beschrieben wurde, und zwar in der gleichen Weise wie bei einer herkömmlichen Fahrzeug-Energiezufuhr. Wenn somit die Gleichstrom-Energieübertragungsoperation durch den Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzer 3 nicht durchgeführt wird, dann wird (da die erforderliche elektrische Energie die Summe aus den jeweiligen Werten der erzeugten Energie von dem Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a und dem Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b ist) der Wert der elektrischen Energie, der durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b erzeugt werden soll, dadurch erhalten, indem der Wert der Energie, der durch den Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a erzeugt wird, von dem erforderlichen Gesamtwert der elektrischen Energie subtrahiert wird.
Alternativ kann die Energie, die durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b zu erzeugen ist, als Summe aus dem Gesamtbetrag der Energie gesetzt werden, die durch die eine Spannungsschwankung tolerierenden Lasten H1 bis Hm verbraucht wird und durch die Lade-/Entlade-Energie der Hochspannungs-Batterie 2 verbraucht wird (das heißt mit der Ladeleistung, die zu der Gesamtgröße hinzuaddiert wird, und der Entladeleistung, die von der Gesamtgröße subtrahiert wird).
Die elektrischen Leistungs- bzw. Energiekosten werden in bevorzugter Weise als eine Zahl in Gramm von Brennstoff gemessen, welcher verbraucht wird, um 1 kWh an elektrischer Energie zu erzeugen.
Die Bestimmung des Wertes der Energie, die durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b erzeugt werden muss, wird im Folgenden mehr in Einzelheiten beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform steuert der Energiezuführ-Controller 10 den Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzer 3, um die elektrische Energie in geeigneter Weise zwischen dem System mit der geregelten Spannung und dem System mit der Tolerierung einer Spannungsschwankung zu verteilen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass alle Steuer- oder Regelfunktionen, die in Verbindung mit dem Energiezuführ-Controller 10 und dem Controller 13 für die Last, welche eine Spannungsschwankung toleriert, beschrieben wurden, nicht notwendigerweise diesen einzelnen Controllern zuzuordnen sind und dass einige Funktionen auch durch andere Controller ausgeführt werden können. Alternativ ist es auch möglich alle die beschriebenen Steuerfunktionen oder Regelfunktionen durch einen einzelnen Controller zu implementieren. Um die Beschreibung im Folgenden einfach zu halten, sei angenommen, dass die Controller auf diese Weise vereinheitlicht sind, wenn die Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung beschrieben wird, die bei dem eine Spannungsschwankung tolerierenden System angewendet wird.
Die Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugung-Steuerungsoperation wird nun unter Hinweis auf das Flussdiagramm von 2 beschrieben. Um die Beschreibung einfach zu halten sei angenommen, das diese Operation durch eine Steuerroutine wiedergegeben wird, die durch einen einzigen vereinheitlichten Controller in der oben angegebenen Weise wiederholt ausgeführt werden kann. Jedoch wird bei der Gerätekonfiguration, die in 1 gezeigt ist, die Steuerungsverarbeitung, die hauptsächlich durch den Energiezuführ-Controller 10 und die ECU 14 in Kombination ausgeführt wird mit einem Datenaustausch zwischen denselben durchgeführt und zwar in dem erforderlichen Ausmaß. Die folgende Beschreibung soll lediglich ein Beispiel darstellen und es sind vielfältige andere Anordnungen denkbar, um die beschriebene Steuer- oder Regelverarbeitung zu implementieren.
Zuerst wird beim Bezeichnen der Kosten (g/kWh) der Energie, die momentan durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b erzeugt wird und zwar als Energie-Erzeugungskosten D ein Sollwert von D abgeleitet, der dann als Soll-Energie-Erzeugungskosten DM bezeichnet wird (Schritt S100). Die Inhalte des Schrittes S100 sind in dem Flussdiagramm von 13 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform wird eine Steuerung oder Regelung angewendet, wodurch die aktuellen Kosten der Energie, die durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b erzeugt wird, unterhalb des Sollwertes DM gehalten werden oder, wenn dies nicht möglich ist, wird die Energieerzeugung durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b angehalten und es wird die Energie von der Hochspannungs-Batterie 2 aus verteilt. Der Wert DM wird als der höhere eine eines Nummer 1 Sollwertes der Leistungs- bzw. Energiekosten DM1 und einer Nummer 2 eines Sollwertes DM2 gewählt, wobei DM2 als Generierungskosten (g/kWh) der elektrischen Energie eingestellt wird, die momentan in der Hochspannungs-Batterie 2 gespeichert gehalten wird.
Mit der Bezeichnung des Nummer 1 Sollwertes der Leistungs- bzw. Energiekosten DM1 an dem momentanen Zeitpunkt als DM1p, wird DM1p dadurch berechnet, indem der SOC-Wert der Hochspannungs-Batterie 2 einen Datenplan angewendet wird, dessen Inhalte in 3 veranschaulicht sind. Es handelt sich dabei um einen Plan, der im Voraus vorbereitet wurde und in einem Speicher abgespeichert wurde und der die jeweiligen Werte von DM1 auf entsprechende Werte S von SOC der Hochspannungs-Batterie 2 bezieht bzw. in Beziehung setzt. Wie gezeigt ist, nimmt mit Zunahme des Wertes der Ladung S in der Hochspannungs-Batterie 2 der Wert von DM1 entsprechend ab. Es kann somit ersehen werden, dass bei irgendeinem spezifischen Wert von SOC der entsprechende Wert von DM1 eine obere Grenze hinsichtlich der Kosten der erzeugten elektrischen Energie darstellt, die in der Hochspannungs-Batterie 2 gespeichert ist, das heißt, dass dann, wenn die Speicherleistungkosten sich so entwickeln, das DM1 überschreiten, werden diese als Soll-Energie-Erzeugungskosten DM eingestellt.
Betrachtet man somit einen spezifischen Wert von SOC der Hochspannungs-Batterie 2 wie beispielsweise den Wert SP, der in 3 gezeigt ist, dann wird, wenn der entsprechende Kostenwert (DM1P) höher liegt als die Kosten der Energie, die momentan in der Hochspannungs-Batterie 2 gespeichert gehalten wird, DM1P als Soll-Energie-Erzeugungskosten DM eingestellt. Wenn der Wert der Ladung in der Hochspannungs-Batterie 2 danach ansteigt, nimmt der erhaltene Wert von DM1 dann ab, bis die Kosten der Energie, die in der Hochspannungs-Batterie 2 gespeichert ist, zur Auswahl gelangt und zwar zur Auswahl als Soll-Energie-Erzeugungskosten DM, das heißt es wird der Wert, der für DM eingestellt wird, reduziert. Wenn DM ausreichend niedrig geworden ist wird, wie noch weiter unten beschrieben wird, die Energieerzeugung durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b (oder durch beide Abschnitte gemäß dem genannten Abschnitt und dem Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a) angehalten und es wird mit dem Entladen der Energie aus der Hochspannungsbatterie 2 begonnen.
Wenn als ein Ergebnis der Wert SOC der Hochspannungs-Batterie 2 unzureichend ist, wird ein Aufladen der Hochspannungs-Batterie 2 durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b durchgeführt, während dann, wenn der Wert der Ladung bis zu einem bestimmten Ausmaß ansteigt, Energie von der Hochspannungs-Batterie 2 entladen wird.
Die zuvor angesprochenen gespeicherten Leistungs- bzw. Energiekosten werden als Ds bezeichnet, das heißt als mittlere Erzeugungskosen (g/kWh) der elektrischen Energie, die momentan in der Hochspannungs-Batterie 2 gehalten wird. Während der Aufladung der Hochspannungs-Batterie 2 wird jedes Mal, wenn eine spezifische Einheitsmenge oder Einheitsbetrag der Ladung (zum Beispiel 1 kWh) gespeichert wurde, der Generierungskostenbetrag dieser Einheitsmenge oder dieses Einheitsbetrages der Ladung in einen Speicher des Energiezuführ-Controllers 10 geschrieben (in den Zeichnungen nicht gezeigt). Die Speicherleistungkosten Ds werden als ein Mittelwert der jeweiligen Kosten dieser gespeicherten Einheitsbeträge der Ladung berechnet.
Bezeichnet man den Betrag der Restladung in der Hochspannungs-Batterie 2 mit p, so bleibt jedes Mal, wenn ein Einheitsbetrag der Ladung aus der Hochspannungs-Batterie 2 entladen wird, der gespeicherte Leistungs- bzw. Energiekostenbetrag Ds unverändert, wobei sich lediglich der Gesamtbetrag der gespeicherten Ladung p um den Einheitsbetrag reduziert. Jedoch wird jedes Mal, wenn die Hochspannungs-Batterie 2 neu mit einer Einheit oder einem Einheitsbetrag der Ladung PU geladen wird, dessen Erzeugungskosten mit D1 bezeichnet werden, ein erneuerter Wert für die Speicherleistungkosten Ds erhalten. Bezeichnet man diesen erneuerten Wert mit Ds', so kann dieser wie folgt berechnet werden: Ds' = ((Ds × p) + (D1 × PU))/(p + PU)
Der erneuerte Wert Ds' wird dann in den Speicher geschrieben und zwar als Nummer 2 Sollwert der Leistungs- bzw. Energiekosten DM2.
Die oben erläuterten Operationen zum Ableiten der Werte sind in der Aufeinanderfolge der Schritte S1000, S1002, S1004, S1008 in 13 gezeigt, während die Operationen zum Ableiten von DM1 in den Schritten S1000, S1008, S1010 gezeigt sind.
Nachdem die Soll-Energie-Erzeugungskosten DM als die höheren einen Kosten von DM1 und DM2 in der oben beschriebenen Weise ausgewählt wurden, wird der zulässige Drehmomentbereich ΔT abgeleitet (Schritt S102) und zwar durch Anwenden von DM in einem Datenplan (dessen Inhalte durch einen Graphen in 4 veranschaulicht sind) der im Voraus vorbereitet und in dem Speicher abgespeichert wurde, und welcher die Werte des Maschinendrehmoments T auf entsprechende Werte der Energie-Erzeugungskosten D in Beziehung setzt, das heißt es werden die Energie-Erzeugungskosten D als Funktion des Maschinendrehmoments T ausgedrückt, wobei T der Betrag des Drehmoments ist, welches durch die Maschine 9 angelegt wird, um den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 anzutreiben. Die Inhalte des Schrittes S102 sind in dem Flussdiagramm von 14 gezeigt.
4 zeigt auch die Beziehung zwischen den Werten des Brennstoffverbrauchs F und dem Maschinendrehmoment T.
Die Energie-Erzeugungskosten D sind auch eine Funktion der Maschinendrehzahl. Bei dieser Ausführungsform sind eine Vielzahl an Dateneinträgen oder Datenplänen (maps), von denen jeder in 4 gezeigt ist, im Voraus in dem Speicher abgespeichert, die jeweils unterschiedlichen Werten der Maschinendrehzahl entsprechen. Der Plan oder Eintrag, der am engsten der momentanen Drehzahl der Maschine 9 entspricht, wird für die Verwendung (S1022) beim Antreiben in dem zulässigen Drehmomentbereich ΔT gemäß der obigen Beschreibung ausgewählt.
Zur Realisierung einer einfacheren Konfiguration ist es jedoch auch möglich lediglich einen einzelnen Plan oder Eintrag zu verwenden entsprechend einer repräsentativen Maschinendrehzahl.
Der zulässige Drehmomentbereich ΔT ist ein Bereich von Werten des Maschinendrehmoments T, für welche die erzeugten Leistungs- bzw. Energiekosten D niedriger liegen als die Soll-Energie-Erzeugungskosten DM und die sich von einem minimalen Wert Tdmin bis zu einem maximalen Wert Tdmax erstrecken, wie in 4 gezeigt ist.
Als nächstes wird ein Wert eines verfügbaren Energieerzeugungs-Drehmoments T42 für den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b des Dualspannungs-Elektrogenerators 4 abgeleitet (Schritt S104). Die Inhalte des Schrittes S104 sind in dem Flussdiagramm von 15 gezeigt. T42 ist ein Drehmomentbetrag, der durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b absorbiert wird, der einem maximalen Wert der Energie entspricht, welcher dieser durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b bei der momentanen Maschinendrehzahl erzeugen kann (das heißt einer Drehzahl, bei der der Dualspannungs-Elektrogenerator 4 momentan angetrieben wird).
Der Wert von T42 wird dadurch erhalten, indem die momentane Drehzahl der Maschine 9 an einem Datenplan oder Dateneintrag angewendet wird, der im Voraus vorbereitet wurde und in einem Speicher abgespeichert wurde und der vorbestimmte Werte des verfügbaren Energieerzeugungs-Drehmonnents T42 auf entsprechende Werte der Maschinendrehzahl bezieht bzw. in Beziehung setzt (S1044). Alternativ kann die Generatordrehzahl auch anstelle der Maschinendrehzahl für solch einen Plan oder Eintrag verwendet werden.
ES wird dann der Betrag des Drehmoments T12, der bei der erzeugten Energie durch den Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a absorbiert ist, berechnet (Schritt S106). Die Inhalte des Schrittes S106 sind in dem Flussdiagramm von 16 gezeigt. Der Wert von T12 kann unmittelbar basierend auf einem Gesamtwert der elektrischen Energie berechnet werden, der dadurch erhalten wird, indem die Ausgangsleistung, die durch den Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a erzeugt wird, zu einem vorbestimmten Wert von geschätzten elektrischen Verlusten in Verbindung mit dem Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a (S1062) addiert wird. Die Ausgangsleistung, die durch den Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a erzeugt wird, wird basierend auf dem Wert des Generatorstromes berechnet, der durch den Stromsensor 15 detektiert wird, und basierend auf der Spannung, die der Niedrigspannungs-Leistungszuführleitung 7 zugeführt wird (S1060). Der Betrag des Drehmoments, der durch den Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a absorbiert wird, wird dann basierend auf dem Wert der mechanischen Energie (Drehmoment × Generatordrehzahl) berechnet entsprechend dem erhaltenen Gesamtwert der elektrischen Energie für den Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a (S1064).
Wenn der Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzer 3 in Betrieb ist, kann die Wirkung davon als eine Änderung in dem Wert von einer der Lasten H1 bis Hm mit ungeregelter Spannung betrachtet werden.
Als nächstes wird (Schritt S108 von 2) die Summe des verfügbaren Energieerzeugungs-Drehmoments T42 und dem Energieerzeugungs-Drehmoment T12 berechnet, und zwar als gesamtes verfügbares Energieerzeugungs-Drehmoment ΣT. Dies bildet den maximalen Betrag des Drehmoments, der durch den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 bei der Erzeugung von Energie absorbiert wird und zwar unter den momentanen Betriebsbedingungen (das heißt bei der normalen Drehzahl der Maschine unter Beteiligung von beiden Abschnitten gemäß dem Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a und dem Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b in Betrieb) zusätzlich zu einem Null-Energie-Drehmoment T0. Das Null-Energie-Drehmoment T0 ist ein Betrag eines Drehmoments, der durch den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 absorbiert wird, wenn der Wert der erzeugten elektrischen Energie von jedem der Generatorabschnitte 4a, 4b gleich Null ist.
Der aktuelle Betrag des Drehmoments, der durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b absorbiert wird, ist mit T42x bezeichnet, der auf einen Wert eingestellt ist, der gleich ist mit oder kleiner ist als das verfügbare Energieerzeugungs-Drehmoment T42, wie noch im Folgenden beschrieben wird.
7 zeigt ein Beispiel der Inhalte der Leistungs- bzw. Energiekosten/Maschinendrehzahl-Dateneinträge oder des entsprechenden Planes von 4 in Verbindung mit Beispielen des Null-Energie-Drehmomemtwertes T0, dem gesamten verfügbaren Energieerzeugungs-Drehmoment ΣT, dem Energieerzeugungs-Drehmoment T42x des Hochspannungs-Generatorabschnitts 4b, und dem Energieerzeugungs-Drehmoment T12 des Niedrigspannungs-Generatorabschnitts 4a.
Es wird dann eine Steuerung oder Regelung der Energieerzeugung durch den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 und (wenn dies erforderlich ist) die Übertragung der elektrischen Energie durch den Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzer 3 durchgeführt (Schritt S110). Die Inhalte der Steuerverarbeitung des Schrittes 110 sind in dem Flussdiagramm von 5 dargestellt.
Zuerst wird eine Entscheidung getroffen, ob der minimale Leistungs- bzw. Energiekostenwert X (weiter oben unter Hinweis auf 4 beschrieben) niedriger ist als der Ziel-Energie-Erzeugungskostenwert DM (S1100). Wenn die Entscheidung NEIN lautet, wird der Schritt S1102 ausgeführt, bei dem die Erzeugung von Energie durch den Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a und durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b (bei den relativ hohen Energie-Erzeugungskosten D) angehalten wird, um dadurch den Brennstoffverbrauch abzusenken.
Bei dieser Bedingung entlädt die Niedrigspannungs-Batterie 1 Energie über die Niedrigspannungs-Leistungszuführleitung 7 zu den Lasten L1 bis Ln mit geregelter Spannung, während die Hochspannungs-Batterie 2 Energie über die Hochspannungs-Leistungszuführleitung 8 zu den Lasten H1 bis Hm mit der Toleranz für eine variierende Spannung entlädt. Der Energiezuführ-Controller 10 steuert die Spannung, die auf der Niedrigspannungs-Leistungszuführleitung 7 erscheint und zwar eng auf den erforderlichen fixierten Wert indem Energie von der Hochspannungs-Stromversorgungsleitung 8 über den Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzer 3 auf die Niedrigspannungs-Leistungszuführleitung 7 übertragen wird.
Diese Übertragung von Energie, die von der Hochspannungs-Batterie 2 her entladen wird (zusätzlich zu der Entladungsleistung, die von der Hochspannungs-Batterie 2 zu den Lasten H1 bis Hm mit ungeregelter Spannung übertragen wird), führt zu einer Absenkung der Klemmenspannung der Hochspannungs-Batterie 2 und zu einer konsequenten Absenkung der Versorgungsspannung, die an die Lasten H1 bis Hm, welche eine variierende Spannung tolerieren, von der Hochspannungs-Stromversorgungsleitung 8 angelegt wird. Jedoch ist das maximale Ausmaß dieser Absenkung von dieser Versorgungsspannung vorbestimmt, das heißt sie nicht ausreichend, um den Betrieb der Lasten H1 bis Hm zu beeinflussen.
Wenn diese Steuerung oder Regelung durch den Energiezuführ-Controller 10 fortgesetzt wird und angewendet wird, wobei Energie weiterhin aus der Hochspannungs-Batterie 2 entladen wird, sodass der Wert SOG der Hochspannungs-Batterie 2 sukzessive niedriger wird, wie dies auch in 3 gezeigt ist, nehmen die Nummer 1-Soll-Energie-Erzeugungskosten DM1 entsprechend sukzessive zu. Wenn DM1 die minimalen Elektroleistung-Erzeugungskosten X überschreitet (und auch die Kosten der Energie überschreitet, die in der Hochspannungs-Batterie 2 gespeichert ist, wie dies weiter oben beschrieben wurde, und somit als Soll-Energie-Erzeugungskosten DM eingestellt werden), wird bei der nächsten Ausführung der Verarbeitung von 5 eine Entscheidung von JA bei dem Schritt S1100 erreicht, sodass die Operation dann zu dem Schritt S1104 voranschreitet.
Bei dem Schritt S1104 wird eine Entscheidung getroffen, ob die Summe aus dem Null-Energie-Drehmomentwert T0 und dem gesamten verfügbaren Energieerzeugungs-Drehmoment, das heißt (T0 + ΣT) innerhalb des zulässigen Drehmomentbereiches ΔT liegt. Verfahren zum Berechnen des Null-Energie-Drehmoments des Elektrogenerators sind gut bekannt, sodass eine detaillierte Beschreibung hierüber weggelassen ist.
In 7 und auch in den 8, 9, 10 und 11, die im Folgenden beschrieben werden, bedeuten:

(1) der Schnittpunkt ”a” einen Zustand oder Bedingung, bei dem keine elektrische Energie durch den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 erzeugt wird, sodass lediglich der Null-Energie-Drehmomentwert T0 an den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 durch die Maschine 9 angelegt wird;
(2) der Schnittpunkt (b) eine Bedingung oder Zustand, bei dem lediglich der Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a Energie erzeugt, sodass ein erster Gesamtbetrag des Maschinendrehmoments (T0 + T12) an den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 angelegt werden muss;
(3) der Schnittpunkt ”c” einem zweiten Gesamtbetrag des Drehmoments entspricht (T0 + T12 + T42), der an den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 angelegt wird, das heißt bei welchem beide Abschnitte gemäß dem Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a und dem Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b Energie erzeugen, während der Schnittpunkt ”d” einem Gesamtbetrag des Maschinendrehmoments entspricht (T0 + T12 + T42x), der dafür erforderlich ist, um den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 anzutreiben, wobei T42x kleiner ist als T42. Die Art der Berechnung von T42x in diesem Fall wird noch im Folgenden beschrieben.

Wenn der zweite Gesamtbetrag des Drehmoments (T0 + ΣT) so beurteilt wird, dass dieser innerhalb des zulässigen Drehmomentbereiches liegt (eine Entscheidung von JA bei dem Schritt S1104), dann wird die normale Regelspannungs-Generierungssteuerung an dem Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a angewendet und der Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b wird gesteuert, sodass dieser einen Wert an elektrischer Energie entsprechend dem verfügbaren Energieerzeugungs-Drehmoment T42 bzw. diesen Wert erzeugt, der bei dem Schritt S104 abgeleitet wurde, wie weiter oben beschrieben wurde (Schritt S1106), das heißt es wird der Wert von T42x gleich T42 eingestellt.
Es wird dann der Feldstrom des Hochspannungs-Generatorabschnitts 4b so eingestellt, um den spezifizierten Wert an Energie zu erzeugen, wobei das Drehmoment, welches durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b beim Erzeugen der elektrischen Energie absorbiert wird (das heißt ein Betrag, der zusätzlich aufritt und zwar zu dem Anteil des Null-Energie-Drehmoments T0, welches durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b absorbiert wird) gleich gemacht wird dem verfügbaren Energieerzeugungs-Drehmoment T42.
Die Diagramme 9(a) und 9(b) zeigen zwei Beispiele von Betriebsbedingungen, bei denen die Steuerverarbeitung des Schritts S1106 ausgeführt wird. Diese Steuerverarbeitung wird als Modus A bezeichnet, der einer von vier möglichen Modi ist, die in der Tabelle von 6 gezeigt sind. In 6 zeigt ein Kreissymbol an, dass ein Generatorabschnitt in Betrieb ist, während ein ”x”-Symbol anzeigt, dass der Generatorabschnitt nicht in Betrieb ist.
Bei dieser Bedingung (Modus A) bleibt der Betrieb des Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzers 3 angehalten. Als ein Ergebnis der Erzeugung eines Wertes der elektrischen Energie durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b entsprechend dem verfügbaren Energieerzeugungs-Drehmoment T42 wird dadurch ein Überschuss an Energie durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b erzeugt und dieser überschüssige Betrag wird zum Laden der Hochspannungs-Batterie 2 zugeführt.
Wenn bei dem Schritt S1104 herausgefunden wird, dass der zweite Gesamtbetrag des Drehmoments (T0 + ΣT) nicht innerhalb des zulässigen Drehmomentbereiches liegt, verläuft die Operation weiter zu dem Schritt S1108, um dabei zu beurteilen, ob (T0 + ΣT) größer ist als der maximal zulässige Drehmomentwert Tdmax während auch der erste Gesamtbetrag des Drehmoments (T0 + T12) kleiner ist als Tdmax. Wenn die Entscheidung bei dem Schritt S1108 JA lautet, wird der Schritt S1110 ausgeführt, bei dem {(Tdmax – (T0 + T12)} als ein Wert des Energieerzeugungs-Drehmoments T42x für den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b eingestellt wird und wobei dann der Energiezuführ-Controller 10 den Feldstrom des Hochspannungs-Generatorabschnitts 4b steuert oder regelt (der über den Regulatorabschnitt 11 wirkt), um einen Wert der Energie von dem Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b entsprechend demjenigen Wert des Drehmoments T42x zu erzeugen. Die Steuerverarbeitung des Schrittes S1110 wird als Modus A in 6 bezeichnet.
Die 10(a) und 10(b) zeigen zwei unterschiedliche Beispiele von Maschienenbetriebsbedingungen, bei denen der Modus A' bzw. die entsprechende Steuer- oder Regelverarbeitung ausgeführt wird.
Bei dieser Bedingung wird die normale Regelspannung-Generierungssteuerung fortgesetzt, um bei dem Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a angewendet zu werden, während der Betrieb des Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzers 3 angehalten bleibt. Als ein Ergebnis werden ungeachtet der Bedingungen der Lasten H1 bis Hm, die eine schwankende Spannung tolerieren, die erzeugten Leistungs- bzw. Energiekosten D für den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b in Form der Soll-Energieerzeugungskosten DM erreicht, der somit innerhalb eines Bereiches liegt, bei dem das Erzeugen der Energie mit einem niedrigen Brennstoffverbrauch verbunden ist.
Wenn bei dem Schritt S1108 festgestellt wird, dass:

(a) der zweite Gesamtbetrag des Drehmoments (T0 + ΣT) nicht größer ist als der maximal zulässige Drehmomentwert Tdmax, oder
(b) der erste Gesamtbetrag des Drehmoments (T0 + T12) nicht kleiner ist als Tdmax,

Bei dem Schritt S1112 wird eine Entscheidung getroffen und zwar dahingehend, ob (T0 + T12) angenähert gleich ist mit dem maximal zulässigen Drehmomentwert Tdmax. Wenn dies der Fall ist, wird die Energieerzeugung durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b angehalten, während der Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a unter der normalen Steuerung oder Regelung der geregelten Spannung in Betrieb bleibt und wobei dann der Betrieb des Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzers 3 angehalten bleibt (Schritt S1114). Diese Steuerverarbeitung wird dann als Modus B bezeichnet. Ein Beispiel einer Betriebsbedingung, bei der der Modus B erstellt wird, ist in 8 gezeigt.
Wenn bei dem Schritt S1112 herausgefunden wird, dass die Summe aus dem Null-Energie-Drehmomentwert T0 und dem Energieerzeugungs-Drehmoment T12 nicht angenähert gleich ist dem maximal zulässigen Drehmomentwert Tdmax, verläuft die Operation weiter zu dem Schritt S1102. Die Steuerverarbeitung des Schrittes S1102 wird (weiter oben beschrieben und zwar als die Verarbeitung, die nachfolgend einer Entscheidung von NEIN bei dem Schritt S1100 ausgeführt wird) Modus C bezeichnet.
Die 11(a), 11(b) und 11(c) zeigen unterschiedliche Beispiele der Betriebsbedingungen, bei denen die Steuerverarbeitung gemäß dem Modus C des Schrittes S1102 ausgeführt wird. Wie dargestellt ist, besteht jede derselben aus einer Bedingung oder Zustand, bei dem der minimal erreichbare Wert der Energieerzeugungskosten D höher liegt als der Soll-Eiergieerzeugungskostenwert DM. In diesem Fall wird die Energieerzeugung durch jeden der Abschnitte gemäß dem Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a und dem Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b angehalten und es wird Energie aus der Hochspannungs-Batterie 2 entnommen oder entladen, während Energie von dem Hochspannungs-Leistungszuführsystem zu dem Niedrigspannungs-System vermittels des Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzers 3 übertragen wird, wie bereits weiter oben beschrieben wurde.
Nachdem der Energiezuführ-Controller 10 Steuerbefehle zu dem Regulatorabschnitt 11 gesendet hat und auch zu dem Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzer 3 und zwar bei den Schritten S1102, S1114, S1110 oder S1106 zum Steuern der Werte der Energie, die durch den Niedrigspannungs-Generatorabschnitt 4a und den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b erzeugt werden, wird der Schritt S1116 ausgeführt, bei dem ein Bedarfs-Drehmomentwert zu der ECU 14 gesendet wird (das heißt es wird der Betrag des Drehmoments spezifiziert, der momentan von der Maschine angelegt werden muss, um die Generatoreinheit 4 anzutreiben, wodurch dann die Maschinendrehzahl unverändert gehalten wird). Wie aus dem vorangegangenen ersehen werden kann, erreicht der Bedarfs-Drehmomentwert einen der Werte T0, (T0 + T12), (T0 + T12 + T42) oder (T0 + T12 + T42x), worin T42x kleiner ist als T42, wie oben beschrieben wurde.
Die ECU 14 antwortet darauf durch Steuern der Maschine 9, damit diese einen Wert der Antriebsleistung erzeugt, wodurch dann der Bedarfswert des Drehmoments an den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 angelegt wird, wobei die Maschinendrehzahl unverändert belassen wird.
Obwohl die Ausführungsform für einen Fall beschrieben wurde, bei dem die Steuerung oder Regelung durch den Energiezuführ-Controller 10 durchgeführt wird und zwar in Verbindung mit der ECU 14, ist es ebenso gut möglich den Energiezuführ-Controller 10 so zu konfigurieren, dass er im Wesentlichen alle die beschriebenen Verarbeitungen ausführt, die sich auf das Ableiten des Bedarfswertes des Drehmoments beziehen, das heißt in Verbindung mit dem zulässigen Drehmomentbereich ΔT, der durch den Energiezuführ-Controller 10 abgeleitet wird.
Modifizierte Ausführungsform
Es wird nun im Folgenden eine modifizierte Ausführungsform beschrieben. 12 zeigt ein Flussdiagramm der Inhalte des Schrittes S1101) von 2 in Verbindung mit dieser modifizierten Ausführungsform. Wie gezeigt ist, unterscheidet sich die Steuerverarbeitung von derjenigen der ersten weiter oben beschriebenen Ausführungsform in Bezug auf die Beurteilung, die bei dem Schritt S1108 durchgeführt wird und in Bezug auf die Verarbeitung bei dem Schritt S1110 in 5 für die erste Ausführungsform, wobei diese Schritte jeweils durch die Schritte S1109 und S1111 in 12 ersetzt sind. In anderer Beziehung ist die Betriebsweise identisch mit derjenigen der oben beschriebenen Ausführungsform.
In diesem Fall wird anstelle der Beurteilung bei dem Schritt S1108, wie diese weiter oben beschrieben wurde, eine Entscheidung bei dem Schritt S1109 getroffen und zwar ob:

(a) die Summe aus dem Null-Energie-Drehmomentwert T0 und dem gesamten verfügbaren Energieerzeugungs-Drehmoment ΣT größer ist als das Minimalkosten-Maschinendrehmoment TX, welches den minimalen Elektroleistung-Erzeugungskosten X entspricht (was in 4 gezeigt ist), und ob
(b) die Summe aus T0 und dem Energieerzeugungs-Drehmoment T12 kleiner ist als das Minimalkasten-Maschinendrehmoment TX.

Wenn bei der Entscheidung ein JA folgt, dann wird {(TX – (T0 + T12)) als das Energieerzeugungs-Drehmoment T42x des Hochspannungs-Generatorabschnitts 4b eingestellt und der Regulatorabschnitt 11 erhält den Befehl den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b zu steuern, um Energie auf einem Wert entsprechend T42x zu erzeugen (Schritt S1111). Die Bedingung oder Zustand, bei der bzw. bei dem T42x gleich ist mit {(TX – (T0 + T12)) ist in dem Beispiel von 7 veranschaulicht. Auf diese Weise wird das gesamte verfügbare Energieerzeugungs-Drehmoment ΣT zu (T42x + T12) und das gesamte erforderliche Maschinendrehmoment wird zu TX, das heißt die Maschine arbeitet bei den minimalen Elektroleistung-Erzeugungskosten X.
Somit wird ungeachtet den Bedingungen oder Zuständen der Lasten H1 bis Hm, die eine Spannungsschwankung tolerieren, Energie durch den Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b bei minimalen Kosten X erzeugt.
10(c) zeigt ein Beispiel eines Betriebszustandes, bei dem die von dem Hochspannungs-Generatorabschnitt 4b erzeugte Energie so eingestellt wird, dass das gesamte erforderliche Maschinendrehmoment auf den minimalen Verbrauchswert TX eingestellt wird, und zwar bei dieser modifizierten Ausführungsform.
Es ist natürlich auch möglich diese Ausführungsform noch weiter zu modifizieren, um die Verarbeitung des Schrittes S11108 in 5 durchzuführen, wenn sich bei dem Schritt S1109 von 12 die Entscheidung von NEIN ergibt.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ermöglicht die Erfindung eine Leistungs- bzw. Energiekosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung, die angewendet werden kann, wodurch eine Reduzierung der Brennstoffkosten erreicht werden kann und zwar ohne die Notwendigkeit der Verwendung einer Speichervorrichtung für elektrische Ladung mit hoher Kapazität als Hochspannungs-Batterie 2. Dies ergibt sich aufgrund der Tatsache, dass die elektrische Energieerzeugung dadurch ausgeführt wird, indem eine Priorität zugeordnet wird, um minimierte Erzeugungskosten zu erreichen und nicht eine Priorität der Zufuhr von spezifischen Werten der Energie zu allen den elektrischen Lasten erteilt wird.
Alternative Konfiguration
Zusätzlich zu der Anwendung der elektrischen Energie-Übertragungssteuerung unter Verwendung des Gleichstrom-zu-Gleichstrom-Umsetzers 3, wie dies oben beschrieben wurde, ist es möglich, um zu erreichen, dass der Wert der Energie, die durch den Dualspannungs-Elektrogenerator 4 erzeugt wird, flexibel gesteuert wird, um minimierte elektrische Leistungs- bzw. Energiekosten zu erreichen, eine Prioritätenreihenfolge für die Lasten H1 bis Hm, welche eine Spannungsschwankung tolerieren, zu erstellen. In diesem Fall können die jeweiligen Werte der Energie, die diesen Lasten zugeführt werden, in Einklang mit deren Positionen in der Prioritätenreihenfolge eingestellt werden, wobei die Einstellung basierend auf den Ziel- oder Soll-Energie-Erzeugungskosten DM durchgeführt wird oder nach dem Ladezustand der Hochspannungs-Batterie 2. Wenn nur ein begrenzter Wert der Energie für die eine Spannungsschwankung tolerierenden Lasten H1 bis Hm verfügbar ist, kann die Energie, die einer oder mehreren dieser Lasten zugeführt wird, selektiv unterbrochen werden oder kann in Einklang mit der Reihenfolge der Priorität der Lasten reduziert werden anstatt einfach den Gesamtwert der Energie zu reduzieren, der den Lasten zugeführt wird.

Claims

Fahrzeug-Leistungszuführgerät mit einer Elektrogeneratorvorrichtung (4), die durch eine Fahrzeugmaschine (9) antreibbar ist, um elektrische Leistung zu erzeugen, einer elektrischen Energiespeichervorrichtung (1, 2), und einem Steuergerät (10, 13), welches mit der Elektrogeneratorvorrichtung (4) gekoppelt ist, um die erzeugte elektrische Leistung zu steuern und um die Zufuhr der erzeugten elektrischen Leistung zu der elektrischen Energiespeichervorrichtung (1, 2) und zu einer Vielzahl von elektrischen Lasten (5, 6) zu steuern, wobei das Steuergerät (10, 13) eine Schaltungsanordnung aufweist, die dafür ausgelegt ist, um eine Leistungskosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung zu implementieren, indem vorbestimmte Kriterien, um die Erzeugungskosten für die Erzeugung der erzeugten elektrischen Leistung zu beurteilen, dann zur Anwendung gebracht werden, wenn die Erzeugungskosten so beurteilt werden, dass sie wirtschaftlich sind und die erzeugte elektrische Leistung über einen für die elektrischen Lasten (5, 6) erforderlichen Wert der elektrischen Leistung liegt, die überschüssige elektrische Leistung der elektrischen Energiespeichervorrichtung (1, 2) zugeführt wird, um sie in dieser zu speichern, und dann, wenn die Erzeugungskosten so beurteilt werden, dass sie nicht wirtschaftlich sind, die Elektrogeneratorvorrichtung (4) so steuerbar ist, dass sie einen niedrigeren als für die elektrischen Lasten (5, 6) erforderlichen Wert der elektrischen Leistung erzeugt, wobei dann die elektrische Energiespeichervorrichtung (1, 2) entladen wird, um elektrische Leistung zu den elektrischen Lasten (5, 6) zuzuführen; wobei die Energiespeichervorrichtung (1, 2) eine erste Energiespeichervorrichtung (1) und eine zweite Energiespeichervorrichtung (2) aufweist, die Elektrogeneratorvorrichtung (4) einen ersten Elektrogeneratorabschnitt (4a) und einen zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) aufweist, und wobei das Leistungszuführgerät ferner folgendes aufweist: ein Leistungszuführsystem (1, 4a) mit geregelter Spannung, um elektrische Leistung einer spannungsgeregelten elektrischen Last (5) zuzuführen und um eine Versorgungsspannung zu erzeugen, die auf einen schmalen Variationsbereich begrenzt ist, wobei das spannungsgeregelte Leistungszuführsystem (1, 4a) die erste elektrische Energiespeichervorrichtung (1) aufweist, um der spannungsgeregelten elektrischen Last (5) eine elektrische Leistung zuzuführen, und den ersten Elektrogeneratorabschnitt (4a) umfasst, der durch die Fahrzeugmaschine (9) antreibbar ist, um die elektrische Leistung der ersten elektrischen Energiespeichervorrichtung (1) und der spannungsgeregelten elektrischen Last (5) zuzuführen; und ein Spannungsschwankungen tolerierendes Leistungszuführsystem (2, 4b) mit der zweiten elektrischen Energiespeichervorrichtung (2) zum Zuführen von elektrischer Leistung zu einer eine Spannungsschwankung tolerierenden elektrischen Last (6), und zum Erzeugen einer Versorgungsspannung mit einem breiteren Variationsbereich als bei dem Leistungszuführsystem (1, 4a) mit geregelter Spannung, und mit dem zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b), der durch die Fahrzeugmaschine (9) angetrieben wird, um elektrische Leistung der zweiten elektrischen Energiespeichervorrichtung (2) und der eine Spannungsschwankung tolerierenden elektrischen Last (6) zuzuführen; und bei dem die Schaltungsanordnung des Steuergerätes (10) dafür ausgelegt ist, die Leistungsversorgungsspannung des Leistungszuführsystems mit geregelter Spannung auf einen fixierten Wert zu steuern und um die Leistungskosten-Reduzierung-Erzeugungssteuerung auf das Spannungsschwankungen tolerierende Leistungszurführsystem (2, 4b) anzuwenden.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 1, bei dem die zweite elektrische Energiespeichervorrichtung (2) dafür ausgelegt ist, eine längere Betriebslebensdauer zu besitzen und zwar in Bezug auf wiederholte Lade- und Entlade-Zyklen als die erste elektrische Energiespeichervorrichtung (1).
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 1, bei dem die Erzeugungskosten als ein Betrag an Brennstoff berechenbar sind, der bei der Erzeugung eines Einheitsbetrages an elektrischer Energie verbraucht wird, und bei dem die elektrische Leistung, die durch den zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) erzeugt wird, erhöht wird, wenn beurteilt wird, dass die Erzeugungskosten unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes gefallen sind, und reduziert wird, wenn beurteilt wird, dass die Erzeugungskosten über den vorbestimmten Schwellenwert ansteigen.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 3, bei dem die Schaltungsanordnung des Steuergerätes (10, 13) einen Speicher umfasst, der einen ersten Datenplan darin gespeichert enthält, wobei der erste Datenplan jeweilige Werte der Erzeugungskosten auf entsprechende Beträge eines gesamten erforderlichen Maschinendrehmoments bezieht, welches durch die Maschine (9) an den ersten Elektrogeneratorabschnitt (4a) und an den zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) in Kombination anzulegen ist, und bei dem die Schaltungsanordnung des Steuergerätes (10) dafür ausgelegt ist, um Soll-Erzeugungskosten als einen Sollwert der Erzeugungskosten zu erstellen, die Soll-Erzeugungskosten an dem ersten Datenplan anzuwenden, um dadurch einen Bereich eines zulässigen Drehmoments als Bereich von Werten des gesamten erforderlichen Maschinendrehmoments abzuleiten, welcher den Generierungs-Kostenwerten entspricht, die unter den Soll-Erzeugungskosten liegen, und den zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) zu steuern, damit dieser einen Wert an elektrischer Leistung erzeugt, wodurch die Gesamtheit des erforderlichen Maschinendrehmoments innerhalb des Bereiches eines zulässigen Drehmoments gebracht wird.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 4, bei dem die Schaltungsanordnung des Steuergerätes (10) dafür ausgelegt ist, um Daten abzuleiten, die einen Wert einer Ladung angeben, die in der zweiten elektrischen Energiespeichervorrichtung (2) für elektrische Ladung verblieben ist, und um den Sollwert basierend auf dem Wert der Ladung zu berechnen.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 5, bei dem die Schaltungsanordnung des Steuergerätes (10) einen Speicher aufweist, der einen zweiten Datenplan darin gespeichert enthält, der Grenzwerte der Soll-Erzeugungskosten auf entsprechende Werte des Ladungswertes bezieht, wobei die Grenzwerte der Soll-Erzeugungskosten sukzessive in Einklang mit der Abnahme des Ladungswertes zunehmen, und bei dem das Steuergerät dafür ausgelegt ist, um basierend auf einem Lade/Entlade-Strom einen momentanen Wert der Ladung der zweiten elektrischen Ladungs-Speichervorrichtung (2) abzuleiten, den abgeleiteten Wert der Ladung an dem Datenplan anzuwenden, um dadurch einen entsprechenden Grenzwert der Soll-Erzeugungskosten abzuleiten, und den entsprechenden Grenzwert als Soll-Erzeugungskosten einzustellen.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 4, bei dem die Schaltungsanordnung des Steuergerätes (10) dafür ausgelegt ist, um Kosten pro Einheitsbetrag an elektrischer Energie, die momentan in der zweiten elektrischen Ladungs-Speichervorrichtung (2) gespeichert sind als einen Mittelwert der jeweiligen Erzeugungskosten der Einheitsbeträge der elektrischen Energie zu berechnen, die sukzessive in der zweiten elektrischen Ladungs-Speichervorrichtung (2) gespeichert wurden, und die berechneten Kosten als Soll-Erzeugungskosten einzustellen.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 4, bei dem die Schaltungsanordnung des Steuergerätes (10) einen Speicher umfasst, der einen zweiten Datenplan gespeichert enthält, der Grenzwerte der Soll-Erzeugungskosten auf entsprechende Werte eines Ladungsbetrages der zweiten elektrischen Ladungs-Speichervorrichtung (2) bezieht, wobei die Grenzwerte der Soll-Erzeugungskosten sukzessive in Einklang mit der Abnahme des Ladungswertes zunehmen, und bei dem die Schaltungsanordnung dafür ausgelegt ist, um Daten abzuleiten, die indikativ für den Ladungswert sind und um einen entsprechenden Grenzwert der Soll-Erzeugungskosten aus dem Datenplan abzuleiten, Speicherenergiekosten als Kosten pro Einheitsbetrag der elektrischen Energie zu berechnen, die momentan in der zweiten elektrischen Ladungs-Speichervorrichtung (2) gespeichert gehalten wird, indem ein Mittelwert der entsprechenden Erzeugungskosten der Einheitsbeträge der elektrischen Energie berechnet wird, die sukzessive in der zweiten elektrischen Ladungs-Speichervorrichtung (2) gespeichert wurde, und den jeweils höheren Wert der gespeicherten Energiekosten und des entsprechenden Grenzwerts der Soll-Energiekosten als Soll-Erzeugungskosten auszuwählen.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 5, bei dem die Schaltungsanordnung des Steuergerätes (10) dafür ausgelegt ist, um die Soll-Erzeugungskosten mit den Erzeugungskosten zu vergleichen, und dann, wenn die Erzeugungskosten so beurteilt werden, dass sie unter die Soll-Erzeugungskosten gefallen sind, eine Steuerung anzuwenden, um die elektrische Leistung zu erhöhen, die durch den zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) erzeugt wird, und dann, wenn die Erzeugungskosten so beurteilt werden, dass sie über den Soll-Erzeugungskosten angestiegen sind, eine Steuerung oder Regelung anzuwenden, um die elektrische Leistung zu reduzieren, die durch den zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) erzeugt wird.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 5, bei dem die Schaltungsanordnung des Steuergerätes (10) dafür ausgelegt ist, um die elektrische Leistung zu steuern oder zu regeln, die durch den zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) erzeugt wird, und zwar auf einen Wert, wodurch das gesamte erforderliche Maschinendrehmoment einem minimalen Wert der Erzeugungskosten entspricht.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 5, bei dem die Schaltungsanordnung des Steuergerätes (10) dafür ausgelegt ist, um zu Beurteilen, wann eine Differenz zwischen dem Sollwert und den Erzeugungskosten einen vorbestimmten Betrag überschreitet, und um dann wenn der vorbestimmte Betrag so beurteilt wird, dass er überschritten wurde, eine Steuerung anzuwenden, um einen Wert der Lade-/Entlade-Leistung der zweiten elektrischen Ladungs-Speichervorrichtung (2) zu erhöhen und zwar auf einen höheren Wert als dann, wenn die Differenz kleiner ist als der genannte vorbestimmte Betrag.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 4, bei dem die Schaltungsanordnung des Steuergerätes (10) einen Speicher umfasst, in welchem ein zweiter Datenplan gespeichert ist, der Werte der Drehgeschwindigkeit, mit welcher der erste und der zweite Elektrogeneratorabschnitt (4a, 4b) angetrieben werden, auf entsprechende Werte des verfügbaren Leistungserzeugungs-Drehmoments bezieht, wobei jeder der Werte des verfügbaren Leistungserzeugungs-Drehmoments ein Drehmomentbetrag ist, der durch den zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) absorbiert wird und zwar bei der Erzeugung eines im Wesentlichen maximalen Wertes der erzeugten elektrischen Leistung bei einer spezifischen Drehzahl, und wobei die Schaltungsanordnung des Steuergerätes (10) dafür ausgelegt ist, um einen Wert des Null-Leistung-Antriebsdrehmoments als einen Betrag des Antriebsdrehmoments zu berechnen, der durch die Elektrogeneratorvorrichtung (4) absorbiert wird, wenn diese ohne eine elektrische Leistungserzeugung angetrieben wird, einen Wert der erzeugten elektrischen Leistung des ersten Elektrogeneratorabschnitts (4a) basierend auf den detektierten Werten der Ausgangsspannung und des Ausgangsstromes des ersten Elektrogeneratorabschnitts (4a) zu berechnen, und um einen entsprechenden Wert des Leistungserzeugungs-Drehmoments zu berechnen, welches durch den ersten Elektrogeneratorabschnitt (4a) absorbiert wird und zwar bei der Erzeugung des berechneten Wertes der erzeugten elektrischen Leistung, einen momentanen Wert der Drehgeschwindigkeit an dem zweiten Datenplan anzuwenden, um einen entsprechenden Wert des verfügbaren Leistungserzeugungs-Drehmoments abzuleiten, ein erstes Gesamt-Antriebsdrehmoment als Summe aus dem Null-Leistung-Antriebsdrehmoment und dem Leistungserzeugungs-Drehmoment des ersten Elektrogeneratorabschnitts (4a) zu berechnen, ein zweites Gesamt-Antriebsdrehmoment als Summe aus dem Null-Leistung-Antriebsdrehmoment, dem Leistungserzeugungs-Drehmoment des ersten Elektrogeneratorabschnitts (4a) und dem verfügbaren Leistungserzeugungs-Drehmoment des zweiten Elektrogeneratorabschnitts (4b) zu berechnen, jedes der Drehmomente gemäß dem ersten Gesamt-Antriebsdrehmoment und dem zweiten Gesamt-Antriebsdrehmoment mit dem zulässigen Drehmomentbereich zu vergleichen, und um den ersten Elektrogeneratorabschnitt (4a) und den zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs zu steuern oder zu regeln.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 12, bei dem: dann, wenn das zweite Gesamt-Antriebsdrehmoment so beurteilt wird, dass es innerhalb des zulässigen Drehmomentbereiches liegt, das Steuergerät (10) den Betrieb von sowohl dem ersten Elektrogeneratorabschnitt (4a) als auch dem zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) ermöglicht, wobei der zweite Elektrogeneratorabschnitt (4b) so gesteuert wird, um einen Wert der elektrischen Leistung zu erzeugen, welcher dem verfügbaren Leistungserzeugungs-Drehmoment entspricht; dann, wenn das zweite Gesamt-Antriebsdrehmoment so beurteilt wird, dass es größer ist als der maximale Wert des zulässigen Drehmomentbereiches, während das erste Gesamt-Antriebsdrehmoment kleiner ist als der maximale Wert, das Steuergerät (10) einen Betrieb von jedem der Generatoren gemäß dem ersten Elektrogeneratorabschnitt (4a) und dem zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) ermöglicht und den zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) so steuert, um einen Wert der elektrischen Leistung zu erzeugen, wodurch das erforderliche Gesamt-Maschinendrehmoment dem maximalen Wert des Bereiches des zulässigen Drehmoments erreicht; und um dann, wenn das zweite Gesamt-Antriebsdrehmoment so beurteilt wird, dass es größer ist als der maximale Wert des zulässigen Drehmomentbereiches während das erste Gesamt-Antriebsdrehmoment im Wesentlichen gleich ist dem maximalen Wert, das Steuergerät (10) den Betrieb des ersten Elektrogeneratorabschnitts (4a) ermöglicht und den Betrieb des zweiten Elektrogeneratorabschnitts (4b) anhält.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 12, ferner mit einem Leistungsübertragungsgerät (3), welches durch das Steuergerät (10, 13) steuerbar ist, um elektrische Leistung zwischen dem Leistungszuführsystem mit geregelter Spannung und dem eine Spannungsschwankung tolerierenden Leistungszuführsystem zu übertragen, wobei dann, wenn das erste Gesamt-Antriebsdrehmoment und das zweite Gesamt-Antriebsdrehmoment den jeweiligen Werten der Leistungserzeugungskosten entsprechen, die jeweils hoher liegen als der Sollwert der elektrischen Leistungskosten, das Steuergerät (10) den Betrieb von sowohl dem ersten Elektrogeneratorabschnitt (4a) als auch dem zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) anhält und das Leistungsübertragungsgerät (3) so steuert, um elektrische Leistung, die von der zweiten elektrischen Energiespeichervorrichtung (2) abgegeben wird, in das spannungsgeregelte Leistungszuführsystem zu übertragen, wobei die übertragene elektrische Leistung zum Aufrechterhalten der Stromversorgungsspannung des spannungsgeregelten Leistungszuführsystems auf den fixierten Wert einstellbar ist.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 12, bei dem: dann, wenn das zweite Gesamt-Antriebsdrehmoment so beurteilt wird, dass es größer ist als ein Minimalkosten-Drehmoment, wobei das Minimalkosten-Drehmoment einen Wert des erforderlichen Gesamt-Maschinendrehmoments hat, der einem minimalen Wert der Erzeugungskosten entspricht, während das erste Gesamt-Antriebsdrehmoment so beurteilt wird, dass es kleiner ist als das Minimalkosten-Drehmoment, das Steuergerät (10) den Betrieb von jedem der Generatoren gemäß dem ersten Elektrogeneratorabschnitt (4a) und dem zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) aktiviert und den zweiten Elektrogeneratorabschnitt (4b) so steuert, um einen Wert an elektrischer Leistung zu erzeugen, sodass das gesamte erforderliche Maschinendrehmoment das Minimalkosten-Drehmoment erreicht.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 1, bei dem die erste elektrische Energiespeichervorrichtung (1) aus einer Bleisäurebatterie besteht.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 1, bei dem die zweite elektrische Energiespeichervorrichtung (2) aus einer Lithium-Ionen-Sekundärbatterie besteht.
Fahrzeug-Leistungszuführgerät nach Anspruch 1, bei dem die zweite elektrische Energiespeichervorrichtung (2) aus einem Kondensator besteht.