DE102008053343A1

DE102008053343A1 - Vorrichtung und Verfahren um zu Verhindern, dass eine Spannung absackt

Info

Publication number: DE102008053343A1
Application number: DE102008053343A
Authority: DE
Inventors: Shawn D. Sarbacker; Poh Fong Novi Chin
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2008-10-27
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2028-10-28
Also published as: CN101434192A; DE102008053343B4; US7631627B2; US20090107443A1; CN101434192B

Abstract

Ein Fahrzeug umfasst eine Maschine, einen Controller, um die Maschine auszuschalten, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet, einen Motor/Generator, um die Maschine zu starten, einen Wechselrichter, um eine DC-Hilfsspannung von einer Batterie in eine AC-Spannung umzuwandeln, um den Motor/Generator mit Leistung zu versorgen, und eine Einrichtung, um eine DC-Spannung von der DC-Hilfsspannung zu isolieren, um ein Spannungsabsacken bei einem Fahrzeugsystem während eines Startens der Maschine zu verhindern. Die Einrichtung umfasst einen Umformer, einen Gleichrichter/Regler und eine Isoliereinrichtung. Ein mechanisches Relais öffnet oder ein FET wird aktiviert, um die DC-Spannung während eines Maschinenstarts zu isolieren. Ein Verfahren zum Verhindern eines Spannungsabsackens bei einem Fahrzeughilfssystem umfasst, dass ein befohlener Maschinenstart detektiert wird, eine gemessene Hilfsspannung mit einem Schwellenwert verglichen wird, eine vorbestimmte DC-Spannung von einer DC-Hilfsspannung isoliert wird, wenn die gemessene Hilfsspannung kleiner als der Schwellenwert ist, und das Fahrzeughilfssystem unter Verwendung der isolierten DC-Spannung mit Leistung versorgt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verhindern eines Spannungsabsackens während eines Maschinenankurbelereignisses bei einem Fahrzeug, das ein Mildhybrid-System verwendet.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bei einem typischen Mildhybrid-Fahrzeug liefert eine Brennkraftmaschine die zum Vorantreiben des Fahrzeugs notwendige Leistung, wobei die Maschine so ausgestaltet ist, dass sie ausschaltet, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf oder in einem Stillstand befindet. Auf diese Weise kann Kraftstoff gespart werden, insbesondere bei Stopp-and-Go-Verkehrsbedingungen. Wenn ein Fahrer ein Gaspedal niederdrückt, um mit einem Mildhybrid-Fahrzeug loszufahren, liefert ein mit einer 12-Volt-Hilfsbatterie verbundener Elektroantriebsmotor einen anfänglichen Leistungsschub, der eine Zeitspanne lang andauert, welche zum Ankurbeln und Starten der Maschine benötigt wird und etwa 400 bis 500 Millisekunden (ms) beträgt. Der bei einem derartigen Mildhybrid-Konzept verwendete Antriebsmotor wird nicht dazu verwendet, das Fahrzeug unabhängig von der Maschine mit Leistung zu versorgen, wie es ein herkömmliches oder "Voll"-Hybridfahrzeug tun würde. Dennoch sind Mildhybrid-Fahrzeuge weiterhin für einige Zwecke erwünscht, da derartige Fahrzeuge so ausgestaltet werden können, dass sie beispielsweise Möglichkeiten zum regenera tiven Bremsen und/oder Anhalten bei Leerlauf bereitstellen können, während die benötigte Maschinengröße verringert ist.
Die 12-Volt-Hilfsbatterie liefert die notwendige Gleichspannung (DC-Spannung) und einen zugehörigen DC-Strom, der zum Ankurbeln der Maschine benötigt wird, und sie liefert auch eine ausreichende DC-Hilfsspannung zur Verwendung durch verschiedene Fahrzeugsysteme, z. B. Scheinwerfer, Innenbeleuchtungen und Scheibenwischersysteme. Jedoch kann aufgrund der relativ hohen elektrischen Last, die der Batterie beim Ankurbeln der Maschine aufgebürdet wird, ein temporärer oder transienter Rückgang bei dem Spannungsbetrag auftreten, der an das Hilfssystem geliefert wird. Dieser Spannungsrückgang, der anschließend hierin als "Spannungsabsacken" bezeichnet wird, dauert typischerweise die gleiche Zeitspanne von 400 bis 500 ms, die zum Ankurbeln und Starten der Maschine benötigt wird, das voranstehend erörtert wurde. Wenn dieses Spannungsabsacken ein Schwellenwertniveau überschreitet, kann die Folge von einem Bediener oder Passagier des Fahrzeugs wahrgenommen werden. Beispielsweise können sich die Scheinwerfer oder die Innenbeleuchtungen momentan verdunkeln und/oder die Geschwindigkeit der Scheibenwischer kann temporär abnehmen oder pausieren. Obwohl eine dedizierte Sekundärbatterie einen ausreichenden Betrag an Ankurbelunterstützungsspannung bereitstellen kann, um es der Hilfsbatterie zu ermöglichen, den Hilfssystemen eine im Wesentlichen konstante Spannung zu liefern, kann eine zweite Batterie aufgrund ihrer zusätzlichen Größe, des Gewichts und der Kosten suboptimal sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Entsprechend wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das eine Maschine, einen Controller, eine Energiespeichereinrichtung (ESD, ESD von energy storage device), einen Spannungswechselrichter und eine Spannungsabsackverhinderungseinrichtung aufweist, um ein Spannungsabsacken bei einem fahrzeugeigenen Fahrzeughilfssystem zu verhindern. Der Controller schaltet die Maschine aus, wenn sich das Fahrzeug in einem Stillstand befindet, während der Motor/Generator die Maschine ankurbelt und startet, wenn das Fahrzeug losfährt. Die ESD liefert eine Hilfsgleichspannung (DC-Hilfsspannung), während der Spannungswechselrichter die DC-Hilfsspannung in eine Wechselspannung (AC-Spannung) umwandelt, welche ausreicht, um den Motor/Generator beim Ankurbeln und Starten der Maschine mit Leistung zu versorgen.
Bei einem Aspekt der Erfindung ist die Spannungsabsackverhinderungseinrichtung mit der ESD und dem Spannungswechselrichter elektrisch verbunden und dient beim Ankurbeln und Starten der Maschine zur Isolierung einer DC-Ankurbelunterstützungsspannung von der DC-Hilfsspannung.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Spannungsabsackverhinderungseinrichtung einen Spannungsumformer, einen Spannungsgleichrichter/Regler und eine Spannungsisolierungseinrichtung.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Spannungsisolierungseinrichtung ein mechanisches Relais, welches während des Ankurbelns und Startens der Maschine öffnet.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Spannungsisolierungseinrichtung einen ersten und einen zweiten Feldeffekttransistor (FET). Beim Ankurbeln und Starten der Maschine ist der erste FET inaktiv und der zweite FET ist aktiv.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Fahrzeughilfssystem ein 12-Volt-Hilfssystem, das aus der Gruppe aus Scheinwerfern, Scheibenwischern, Innenbeleuchtungen und einem Radio gewählt ist.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, um ein Spannungsabsacken bei einem Fahrzeughilfssystem an Bord eines Mildhybrid-Fahrzeugs zu verhindern. Die Vorrichtung umfasst einen DC/AC-Spannungswechselrichter zum Liefern einer Wechselspannung (AC-Spannung), die zum Versorgen des Elektromotors/Generators mit Leistung ausreicht, sowie eine Spannungsabsackverhinderungseinrichtung zum Erzeugen einer DC-Ankurbelunterstützungsspannung aus der AC-Spannung und zur Isolierung der DC-Ankurbelunterstützungsspannung von einer DC-Hilfsspannung beim Ankurbeln und Starten der Maschine. Die isolierte DC-Ankurbelunterstützungsspannung versorgt das Fahrzeughilfssystem während einer transienten Zeitspanne, welche zum Abschließen des Ankurbelns und Startens der Maschine benötigt wird, mit Leistung.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Verhindern eines Spannungsabsackens bei einem Fahrzeughilfssystem eines Fahrzeugs bereitgestellt, das eine Batterie mit einer Hilfsspannung, eine Maschine, die so ausgestaltet ist, dass sie ausschaltet, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet, und einen Elektromotor aufweist, der zum Ankurbeln und Starten der Maschine dient. Das Verfahren umfasst, dass ein befohlenes Ankurbeln und Starten der Maschine detektiert wird, die Hilfsspannung gemessen wird, wenn ein Ankurbeln und Starten der Maschine detektiert wird, und die gemessene Hilfsspannung mit einer gespeicherten Schwellenwertspannung verglichen wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass ein vorbestimmter Betrag an DC-Ankurbelunterstützungsspannung von der Hilfsspannung isoliert wird, wenn die gemes sene Hilfsspannung kleiner als die gespeicherte Schwellenwertspannung ist, und dass das Fahrzeughilfssystem unter Verwendung des isolierten vorbestimmten Betrags an DC-Ankurbelunterstützungsspannung mit Leistung versorgt wird.
Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren, dass ein Abschluss des Ankurbelns und Startens der Maschine detektiert wird und dann das Fahrzeughilfssystem unter Verwendung der Hilfsspannung mit Leistung versorgt wird, wenn ein Abschluss des Ankurbelns und Startens der Maschine detektiert wird.
Die voranstehenden Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung leicht offenbar, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Mildhybrid-Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Spannungsabsackverhinderungsvorrichtung;
2A ist eine schematische Veranschaulichung einer mechanischen Spannungsisolierungseinrichtung, die mit der Spannungsabsackverhinderungsvorrichtung von 2A verwendet werden kann;
2B ist eine schematische Veranschaulichung einer alternativen Halbleiter-Spannungsisolierungseinrichtung, die mit der Spannungsabsackverhinderungsvorrichtung von 2A verwendet werden kann; und
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren oder einen Algorithmus zum Verhindern eines Spannungsabsackens in einem Mildhybrid-Fahrzeug beschreibt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten bezeichnen, und mit 1 beginnend, ist eine schematische Veranschaulichung eines Mildhybrid-Fahrzeugs 10 gezeigt. Das Fahrzeug 10 weist eine Maschine 12 auf, die mit einem Motor/Generator 14 funktional verbunden ist, welcher hier der Einfachheit halber nachstehend als M/G 14 abgekürzt wird. Der M/G 14 ist zum Ankurbeln und Starten der Maschine 12 während eines Losfahrens des Fahrzeugs 10 aus einem Stillstand oder einem Leerlaufzustand ausgestaltet. Die Maschine 12 ist mit einem Antriebselement 21 eines Getriebes 26 zum Antreiben verbunden und auch mit einem Endantriebssystem 28, um das Fahrzeug 10 anzutreiben.
Der M/G 14 ist mit einer Energiespeichereinrichtung (ESD) 13, wie etwa einer wiederaufladbaren einzelnen Batterie oder einem Batteriestapel, elektrisch verbunden. Die ESD 13 ist zum Speichern eines Energiebetrags von dem M/G 14, wenn der M/G 14 als Generator arbeitet, von der Maschine 12, wenn die Maschine 12 überschüssige Energie erzeugt und/oder von einem regenerativen Bremsen ausgelegt, wenn Fahrzeugbremsleistung wiedergewonnen wird. Gleichermaßen ist der M/G 14 ferner so ausgelegt, dass er bei Bedarf Energie von der ESD 13 empfängt, wenn der M/G 14 als Elektromotor arbeitet, und insbesondere, wenn der M/G 14 zum Ankurbeln und Starten der Maschine 12 verwendet wird.
Eine elektronische Steuerungseinheit oder ein Controller 24 steht in Verbindung mit dem M/G 14, der Maschine 12 und der ESD 13, und mit einer oder mehreren der verschiedenen Komponenten einer Spannungsabsackungsverhinderungseinrichtung 11 oder VSPD 11, wie nachstehend hierin anschließend beschrieben wird. Der Controller 24 kann so programmiert und/oder konfiguriert sein, dass er ein Hybridsteuerungsmodul, ein Maschinensteuerungsmodul, ein Getriebesteuerungsmodul, ein Motor/Generator-Steuerungsmodul und/oder beliebige notwendige elektronische Treiber oder Leistungselektronikschaltungen sowie ein Spannungsisolierungsschaltungs-Steuerungsverfahren oder einen Algorithmus 100 umfasst, wie nachstehend beschrieben und in 3 gezeigt ist.
Die ESD 13 ist gebräuchlich als eine 12-Volt-Gleichstrom-Energiespeichereinrichtung (DC-Energiespeichereinrichtung), wie etwa eine DC-Batterie, ausgestaltet, obwohl andere Spannungsniveaus und Energiespeichereinrichtungen im Umfang der Erfindung verwendet werden können. Der M/G 14 ist vorzugsweise eine dreiphasige Wechselstromeinrichtung (AC-Einrichtung). Die ESD 13 ist daher mit dem M/G 14 durch einen Wechselrichter 18 verbunden. Der Wechselrichter 18 ist so ausgelegt, dass er eine Hilfsgleichspannung (DC-Hilfsspannung), die von der ESD 13 bereitgestellt und nachstehend als VDC_AUX abgekürzt wird, in eine dreiphasige Wechselstromausgabe (AC-Ausgabe) umwandelt, welche von dem M/G 14 verwendet werden kann und nachstehend als VAC_AUX abgekürzt wird. Beim Ankurbeln und Starten der Maschine 12 wird daher die DC-Hilfsspannung (VDC_AUX) von der ESD 13 durch den Wechselrichter 18 angezogen oder entnommen und darin in eine geeignete AC-Hilfsspannung (VAC_AUX) umgewandelt, welche eine vorbestimmte Phase und Amplitude aufweist, die zur Versorgung des M/G 14 mit Leistung geeignet ist.
Die Einleitung eines Ankurbel- und Startereignisses der Maschine 12, welche z. B. auftritt, wenn ein Bediener des Fahrzeugs 10 ein Gaspedal oder eine andere (nicht gezeigte) Beschleunigungseinrichtung niederdrückt, während sich das Fahrzeug 10 im Leerlauf befindet und die Maschine 12 ausgeschaltet ist, um Kraftstoff zu sparen, bewirkt ein vorbestimmtes Signal oder eine Eingabebedingung an den Controller 24, welches) den Controller 24 alarmiert, um eine erfindungsgemäße Spannungsabsackverhinderungseinrichtung (VSPD) 11 zu aktivieren. Die VSPD 11 umfasst einen Spannungsumformer 16, einen Spannungsgleichrichter/Regler 20 und eine Spannungsisoliereinrichtung 22 und ist so ausgestaltet, dass sie eine möglicherweise absackende DC-Ankurbelunterstützungsspannung, welche als VDC_C abgekürzt wird, von der DC-Hilfsspannung (VDC_AUX) isoliert, welche von der ESD 13 geliefert wird, wie nun genauer erläutert wird.
Immer noch mit Bezug auf 1 ist der Umformer 16 ein AC/AC-Spannungsumformer der in der Technik bekannten Art und ist ausgestaltet, um die AC-Hilfsspannung (VAC_AUX) von dem Wechselrichter 18 wie voranstehend beschrieben als Eingang zu empfangen. Der Umformer 16 transformiert dann die AC-Hilfsspannung (VAC_AUX) nach Bedarf in eine einphasige oder mehrphasige AC-Ankurbelunterstützungsspannung mit geeigneter Amplitude und Frequenz, wobei diese transformierte AC-Ankurbelunterstützungsspannung hier nachstehend als VAC_C abgekürzt wird. Die AC-Ankurbelunterstützungsspannung (VAC_C) wird dann in den Gleichrichter/Regler 20 eingespeist.
In dem Gleichrichter/Regler 20 wird die transformierte AC-Ankurbelunterstützungsspannung (VAC_C) in eine geeignete DC-Ankurbelunterstützungsspannung umgewandelt, die als VDC_C abgekürzt wird. Es gibt viele herkömmliche kostengünstige Gleichrichtungseinrichtungen zur Bereitstellung dieser Funktion, z. B. eine Standard-Brückengleichrichtereinrichtung. Der Gleichrichter/Regler 20 dient ferner zum Vergleichen der DC-Ankurbelunterstützungsspannung (VDC_C) mit einem kalibrierten Wert und nach Bedarf zum Einstellen der Kennlinien der DC-Ankurbelunterstützungsspannung (VDC_C), um den kalibrierten Wert effektiv beizubehalten. Dieser kalibrierte Wert kann so gewählt sein, dass er eine Amplitude aufweist, die ausreicht, um eines oder mehrere benötigte Hilfssysteme 40 an Bord des Fahrzeugs 10 während der etwa 400 bis 500 Millisekunden langen Dauer mit Leistung zu versorgen, welche von dem M/G 14 benötigt wird, um die Maschine 12 anzukurbeln und zu starten, wie voranstehend zuvor hier beschrieben wurde.
Die DC-Ankurbelunterstützungsspannung (VDC_C) wird dann in die Isoliereinrichtung 22 eingespeist, wobei die Isoliereinrichtung 22 so ausgestaltet ist, dass sie die DC-Ankurbelunterstützungsspannung (VDC_C) von der Hilfsspannungsversorgung (VDC_AUX) isoliert, welche während eines Ankurbel- und Startereignisses von der ESD 13 bereitgestellt wird, wobei die isolierte DC-Ankurbelunterstützungsspannung in 1 und hierin nachstehend als VDC_CI abgekürzt ist. Durch das Isolieren der DC-Ankurbelunterstützungsspannung (VDC_C) von der Hilfsspannungsversorgung (VDC_AUX) beim Ankurbeln und Starten der Maschine 12 können dadurch ein oder mehrere ausgewählte Hilfssysteme 40 Leistung aus der isolierten DC-Ankurbelunterstützungsspannung (VDC_CI) statt aus dem Haupt-VDC_AUX-Ausgang der ESD 13 auf die übliche Weise ziehen. Der DC-Hilfsspannung (VDC_AUX) wird es dann erlaubt, den Wechselrichter 18 zu durchqueren, um das Ankurbeln und Starten der Maschine 12 mit Leis tung zu versorgen, sowie irgendwelche Hilfssysteme an Bord des Fahrzeugs 10 mit Leistung zu versorgen, welche in den Hilfssystemen 40 nicht speziell umfasst sind, d. h. diejenigen ausgewählten Hilfssysteme, die als besonders empfindlich gegenüber einem Spannungsabsacken angesehen werden.
Auf die Einfügung an dem unteren rechten Abschnitt von 1 Bezug nehmend, kann ein beispielhafter Satz von Hilfssystemen 40 ein oder mehrere Fahrzeugsysteme oder Einrichtungen umfassen, die als besonders empfindlich gegenüber einem plötzlichen Abfall oder Absacken der Spannung bekannt sind, wie etwa Scheinwerfer 42, Scheibenwischer 44 und/oder Innenbeleuchtungen 46. Beleuchtungseinrichtungen, wie etwa die Scheinwerfer 42 und die Innenbeleuchtungen 46, können sich verdunkeln oder die Scheibenwischer 44 können in Ansprechen auf einen transienten Abfall der Versorgungsspannung pausieren oder die Geschwindigkeit auf eine wahrnehmbare Weise verändern. Es kann jedoch sein, dass andere Hilfseinrichtungen auf ein derartiges Spannungsabsacken nicht auf eine wahrnehmbare Weise reagieren, und sie können daher bei den Hilfssystemen 40 weggelassen werden, welche von der isolierten DC-Ankurbelunterstützungsspannung (VDC_CI) mit Leistung versorgt werden. Durch ein derartiges Begrenzen der Hilfssysteme 40, die durch die isolierte DC-Ankurbelversorgungsspannung (VDC_CI) selektiv mit Leistung versorgt werden, auf eine gewählte Gruppe von Einrichtungen, die empfindlich gegenüber einem Spannungsabsacken sind, können die Gesamtleistungsanforderungen der VSPD 11 minimiert werden und die Größe und/oder die Kosten der Komponenten können optimiert oder verringert werden.
Mit Bezug auf 2A ist eine Ausführungsform der Isoliereinrichtung 22 von 1 als eine Isoliereinrichtung 22A gezeigt, wobei die Isoliereinrich tung 22A eine aktive Spannungsisolierung unter Verwendung einer selektiv steuerbaren mechanischen Einrichtung, wie etwa eines elektrisch betätigten mechanischen Relais 35, bereitstellt. Die Betätigung des Relais 35 wird über eine Steuerungslogik LOGIK) selektiv gesteuert, welche in dem Controller 24 (siehe 1) programmiert oder gespeichert ist. Das Relais 35 ist normalerweise geschlossen, wobei die Hilfssysteme 40 über die DC-Hilfsspannung (VDC_AUX) direkt von der ESD 13 mit Leistung versorgt werden. Wenn das Relais 35 in Ansprechen auf ein befohlenes oder eingeleitetes Ankurbeln und Starten der Maschine 12 automatisch geöffnet wird, werden die Hilfssysteme 40 unter Verwendung der isolierten DC-Ankurbelunterstützungsspannung (VDC_CI) direkt mit Leistung versorgt, wobei das Relais 35 mit dem Öffnen die DC-Hilfsspannung (VDC_AUX) von der ESD 13 abtrennt.
Um die DC-Ankurbelunterstützungsspannung (VDC_C) auf optimale Weise als isolierte DC-Ankurbelunterstützungsspannung (VDC_CI) von der DC-Hilfsspannung (VDC_AUX) zu isolieren, kann das Relais 35 parallel zu einem Kondensator 34 angeordnet sein, welcher eine ausreichende zeitliche Zwischenspeicherung für eine sofortige Verfügbarkeit von Leistung für die Hilfssysteme 40 bereitstellt, wenn von der ESD 13 zu der isolierten DC-Ankurbelunterstützungsspannung (VDC_CI) umgeschaltet wird. Nach Abschluss des Ankurbel- und Startereignisses schließt dann das Relais 35, so dass die Hilfssysteme 40 wieder von der DC-Hilfsspannung (VDC_AUX), welche von der ESD 13 bereitgestellt wird, mit Leistung versorgt werden.
Mit Bezug auf 2B ist eine weitere Ausführungsform einer Isoliereinrichtung 22B gezeigt, welche eine aktive Isolierung unter Verwendung eines Paars selektiv steuerbarer Feldeffekttransistoren oder FET 38 bereitstellt. Eine Steuerungslogik (LOGIK) von dem Controller 24 (siehe 1) kann ein "Nicht"-Logikgatter 41 oder einen logischen Invertierer umfassen, um sicherzustellen, dass nur einer der FETs 38 bei einem gegebenen Augenblick "wahr" oder aktiv ist. Auf diese Weise kann das Paar von FET 38 selektiv so gesteuert werden, dass Hilfssysteme 40 über die DC-Hilfsspannung (VDC_AUX) mit Leistung versorgt werden, wenn ein FET 38 aktiv ist, und über die isolierte DC-Ankurbelunterstützungsspannung (VDC_CI), wenn der andere FET 38 aktiv ist. Obwohl andere Spannungsisolierungseinrichtungen im Umfang der Erfindung anstelle der Ausführungsformen von 2A und 2B verwendet werden können, wie etwa eine passive Isolierung unter Verwendung einer oder mehrerer Dioden, ist die robustere aktive Isolierung, die von den bevorzugten Ausführungsformen von 2A und 2B bereitgestellt wird, aufgrund der verbesserten Steuerbarkeit und der optimaleren Energie-, Kosten- und/oder Größenvorteile, welche derartig aktiv gesteuerte Einrichtungen bereitstellen können, bevorzugt.
Mit Bezug auf 3 ist ein Verfahren oder ein Algorithmus 100 zum Minimieren eines Spannungsabsackens bei einem Mildhybrid-Fahrzeug 10 (siehe 1), wie es hierin voranstehend zuvor beschrieben wurde, gezeigt. Der Algorithmus 100 kann programmiert, aufgezeichnet oder anderweitig in einem Speicher (nicht gezeigt) des Controllers 24 gespeichert werden und ist so ausgelegt, dass er das Vorhandensein einer vorbestimmten Betriebsbedingung detektiert oder ermittelt, welche ein befohlenes Ankurbeln und Starten der Maschine 12 anzeigt. Bei jedem der folgenden Schritte sind die verschiedenen Komponenten von Fahrzeug 10 in 1 gezeigt, außer wenn es anderweitig angegeben ist.
Mit Schritt 102 beginnend deaktiviert der Algorithmus 100 die Spannungsabsackverhinderungseinrichtung oder VSPD 11 als einen vorläufigen oder Nullstellungsschritt. Der Algorithmus 100 geht dann weiter zu Schritt 104.
Bei Schritt 104 detektiert der Controller 24, oder er ermittelt anderweitig, ob ein Maschinenankurbel- und Startereignis gegenwärtig eingeleitet oder befohlen wurde. Wenn ein Maschinenankurbeln und Starten eingeleitet wurde, geht der Algorithmus 100 zu Schritt 108 weiter, andernfalls geht der Algorithmus 100 zu Schritt 106 weiter.
Bei Schritt 106 versorgt der Algorithmus 100 die Hilfssysteme 40 über die ESD 13 mit Leistung, d. h. über die DC-Hilfsspannung (VDC_AUX). Der Algorithmus 100 wiederholt dann den Schritt 104 in einer kontinuierlichen Steuerungsschleife, bis der Algorithmus 100 detektiert oder ermittelt, dass ein Ankurbeln und Starten der Maschine 12 eingeleitet oder befohlen wurde, woraufhin der Algorithmus 100 zu Schritt 108 weitergeht.
Bei Schritt 108 vergleicht der Algorithmus 100 die DC-Hilfsspannung (VDC_AUX) von der ESD 13 mit einer vorbestimmten Schwellenwertspannung, die in 3 als "Schwellenwert" abgekürzt ist. Diese Schwellenwertspannung ist eine vorbestimmte Spannung, unterhalb welcher erwartet werden kann, dass ein wahrnehmbares Spannungsabsacken bei mindestens einem der ausgewählten Hilfssysteme 40 (siehe ebenfalls 1) auftritt. Wenn bei Schritt 108 ermittelt wird, dass die DC-Hilfsspannung VDC_AUX die gespeicherte Schwellenwertspannung überschreitet, wiederholt der Algorithmus 100 den Schritt 106. Andernfalls geht der Algorithmus 100 weiter zu Schritt 110.
Bei Schritt 110 aktiviert der Algorithmus 100 die VSPD 11 in Ansprechen auf die Ermittlung bei Schritt 108, dass die DC-Hilfsspannung (VDC_AUX) die gespeicherte Schwellenwertspannung nicht überschreitet. Der Algorithmus 100 geht dann weiter zu Schritt 112.
Bei Schritt 112 versorgt der Algorithmus 100 die ausgewählten Hilfssysteme 40 (siehe ebenfalls 1) unter Verwendung der isolierten DC-Ankurbelunterstützungsspannung (VDC_CI) mit Leistung, was ermöglicht, dass die Maschine 12 über die DC-Hilfsspannung (VDC_AUX), welche von der ESD 13 geliefert wird, angekurbelt und gestartet wird. Der Algorithmus geht dann weiter zu Schritt 114.
Bei Schritt 114 detektiert oder ermittelt der Algorithmus 100, ob das Ankurbeln und Starten der Maschine 12, das bei Schritt 104 detektiert wurde, abgeschlossen ist, d. h., ob die Maschine 12 gestartet wurde und läuft. Wenn die Maschine 12 gestartet wurde, kehrt der Algorithmus 100 zu Schritt 102 zurück, wie voranstehend beschrieben wurde. Der Algorithmus 100 fährt fort, die Hilfssysteme 40 unter Verwendung der isolierten DC-Versorgungsspannung (VDC_CI) mit Leistung zu versorgen, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem der Maschinenstart bei Schritt 114 als abgeschlossen ermittelt wird, bevor er zu Schritt 102 zurückkehrt.
Wie voranstehend mit Bezug auf 2A und 2B beschrieben wurde, umfasst bei dem Algorithmus 100 die Isolierung der DC-Ankurbelunterstützungsspannung (VDC_CI) von der DC-Hilfsspannung (VDC_AUX) ein Öffnen einer mechanischen Relaiseinrichtung 35 (siehe 2A), wenn die DC-Hilfsspannung (VDC_AUX) kleiner als die gespeicherte Schwellenwertspannung ist, oder alternativ ein Aktivieren eines Feldeffekttransistors (FET) 38 (siehe 2B), wenn die DC-Hilfsspannung (VDC_AUX) kleiner als die gespeicherte Schwellenwertspannung ist.
Obwohl die besten Arten zur Ausführung der Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, welches diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen.

Claims

Fahrzeug, das umfasst: eine Maschine; einen Controller, der so ausgelegt ist, dass er die Maschine selektiv ausschaltet, wenn sich das Fahrzeug in einem Stillstand befindet; einen Motor/Generator, der zum Ankurbeln und Starten der Maschine dient, wenn das Fahrzeug aus dem Stillstand losfährt; eine Energiespeichereinrichtung (ESD), die zum Bereitstellen einer Hilfsgleichspannung (DC-Hilfsspannung) dient; einen Spannungswechselrichter zum Umwandeln der DC-Hilfsspannung in eine Wechselspannung (AC-Spannung), um den Motor/Generator beim Ankurbeln und Starten der Maschine mit Leistung zu versorgen; und eine Spannungsabsackverhinderungseinrichtung, die mit der ESD und dem Spannungswechselrichter elektrisch verbunden ist; wobei die Spannungsabsackverhinderungseinrichtung dazu dient, eine DC-Ankurbelunterstützungsspannung von der DC-Hilfsspannung zu isolieren, um ein Absacken bei einer Spannung, die an mindestens ein Fahrzeughilfssystem geliefert wird, beim Ankurbeln und Starten der Maschine zu verhindern.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Spannungsabsackverhinderungseinrichtung einen Spannungsumformer, einen Spannungsgleichrichter/Regler und eine Spannungsisolierungseinrichtung umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Spannungsisolierungseinrichtung eine selektiv betätigbare mechanische Relaiseinrichtung in elektrischer Verbindung mit dem Controller umfasst, wobei die Einrichtung so ausgestaltet ist, dass sie bei dem Ankurbeln und Starten der Maschine öffnet, um dadurch für die Isolierung der DC-Ankurbelunterstützungsspannung von der DC-Hilfsspannung zu sorgen.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Spannungsisolierungseinrichtung einen ersten und einen zweiten Feldeffekttransistor (FET) in elektrischer Verbindung mit dem Controller umfasst, wobei während des Ankurbelns und Startens der Maschine der erste FET inaktiv und der zweite FET aktiv ist, um dadurch für die Isolierung der DC-Ankurbelunterstützungsspannung von der DC-Hilfsspannung zu sorgen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Fahrzeughilfssystem ein 12-Volt-Hilfssystem ist, das aus der Gruppe der Scheinwerfer, Scheibenwischer, Innenbeleuchtungen und dem Radio gewählt ist.
Vorrichtung zum Verhindern eines Spannungsabsackens bei einem Fahrzeughilfssystem an Bord eines Mildhybrid-Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug eine Maschine, einen Elektromotor/Generator und eine 12-Volt-Batterie aufweist, die zum Versorgen des Elektromotors/Generators mit Leistung dient, wobei die Vorrichtung umfasst: einen Spannungswechselrichter, der zum Umwandeln einer Hilfsgleichspannung (DC-Hilfsspannung) von der 12-Volt-Batterie in eine Wechselspannung (AC-Spannung) dient, die zum Versorgen des Elektromotors/Generators mit Leistung ausreicht; und eine Spannungsabsackverhinderungseinrichtung, die zum Erzeugen einer DC-Ankurbelunterstützungsspannung aus dem AC-Phasenspannungsausgang und zur Isolierung der DC-Ankurbelunterstützungsspannung von der DC-Hilfsspannung während eines Ankurbelns und Startens der Maschine dient; wobei die isolierte DC-Ankurbelunterstützungsspannung so ausgelegt ist, dass sie das mindestens eine Fahrzeughilfssystem während einer transienten Zeitspanne, welche zum Abschließen des Ankurbelns und Startens der Maschine benötigt wird, mit Leistung versorgt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Spannungsabsackverhinderungseinrichtung einen AC/AC-Spannungsumformer, einen AC/DC-Spannungsgleichrichter/Regler und eine Spannungsisoliereinrichtung umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Spannungsisoliereinrichtung eine selektiv betätigbare mechanische Relaiseinrichtung in elektrischer Verbindung mit dem Controller umfasst, wobei die mechanische Relaiseinrichtung so ausgestaltet ist, dass sie während des Ankurbelns und Startens der Maschine öffnet, um dadurch für die Isolierung der DC-Ankurbelunterstützungsspannung von der DC-Hilfsspannung zu sorgen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Spannungsisolierungseinrichtung einen ersten und einen zweiten Feldeffekttransistor (FET) in elektrischer Verbindung mit dem Controller umfasst, wobei während des Ankurbelns und Startens der Maschine der erste FET inak tiv ist und der zweite FET aktiv ist, um dadurch für die Isolierung der DC-Ankurbelunterstützungsspannung von der DC-Hilfsspannung zu sorgen.
Verfahren zum Verhindern eines Spannungsabsackens bei einem Fahrzeughilfssystem eines Fahrzeugs mit einer Batterie, die zum Bereitstellen einer Hilfsspannung dient, einer Maschine, die so ausgestaltet ist, dass sie ausschaltet, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet, und einem Elektromotor, der zum Ankurbeln und Starten der Maschine dient, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein befohlenes Ankurbeln und Starten der Maschine detektiert wird; die Hilfsspannung gemessen wird, wenn das befohlene Ankurbeln und Starten der Maschine detektiert wird; die gemessene Hilfsspannung mit einer gespeicherten Schwellenwertspannung verglichen wird; ein vorbestimmter Betrag einer DC-Ankurbelunterstützungsspannung von der Hilfsspannung isoliert wird, wenn die gemessene Hilfsspannung kleiner als die gespeicherte Schwellenwertspannung ist, wobei der vorbestimmte Betrag an DC-Ankurbelunterstützungsspannung ausreicht, um das Fahrzeughilfssystem während des Ankurbelns und Startens der Maschine mit Leistung zu versorgen; und das Fahrzeughilfssystem unter Verwendung des isolierten vorbestimmten Betrags an DC-Ankurbelunterstützungsspannung mit Leistung versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst, dass: ein Abschluss des Ankurbelns und Startens der Maschine detektiert wird; und das Fahrzeughilfssystem unter Verwendung der Hilfsspannung von der Hilfsspannung mit Leistung versorgt wird, wenn der Abschluss des Ankurbelns und Startens der Maschine detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Isolieren einer DC-Ankurbelunterstützungsspannung von der Hilfsspannung umfasst, dass eine mechanische Relaiseinrichtung geöffnet wird, wenn die Hilfsspannung kleiner als die gespeicherte Schwellenwertspannung ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Isolieren einer DC-Ankurbelunterstützungsspannung von der Hilfsspannung umfasst, dass ein Feldeffekttransistor selektiv aktiviert wird, wenn die Hilfsspannung kleiner als die gespeicherte Schwellenwertspannung ist.