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DE102018219202A1 - Method for operating a hybrid drive system and motor vehicle - Google Patents

Method for operating a hybrid drive system and motor vehicle Download PDF

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DE102018219202A1
DE102018219202A1 DE102018219202.2A DE102018219202A DE102018219202A1 DE 102018219202 A1 DE102018219202 A1 DE 102018219202A1 DE 102018219202 A DE102018219202 A DE 102018219202A DE 102018219202 A1 DE102018219202 A1 DE 102018219202A1
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DE
Germany
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voltage source
drive unit
unit
auxiliary unit
electric drive
Prior art date
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Pending
Application number
DE102018219202.2A
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German (de)
Inventor
Johannes Weis
Thomas Lichius
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
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Publication of DE102018219202A1 publication Critical patent/DE102018219202A1/en
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems (1) umfassend ein Traktionsnetz (2), in welches eine erste Spannungsquelle (3) und mindestens ein elektrisches Antriebsaggregat (4) eingebunden oder daran angeschlossen sind, wobei das elektrische Antriebsaggregat (4) mit einem zweiten Antriebsaggregat gekoppelt betrieben wird oder das elektrische Antriebsaggregat (4) mittels der ersten Spannungsquelle (3) und mittels einer elektrisch gekoppelt betriebenen zweiten Spannungsquelle (5) elektrisch versorgt wird, und wobei mindestens ein elektrisch in das Traktionsnetz eingebundenes oder daran angeschlossenes Nebenaggregat (6) vorhanden ist, umfassend die Schritte:- Detektieren einer erhöhten Leistungsanforderung an das Antriebssystem (1), insbesondere einer Leistungsanforderung eines Pulswechselrichters (7) des elektrischen Antriebsaggregats (4),- Erfassen eines Ladestands der ersten Spannungsquelle (3), und- Betreiben des Nebenaggregats (6) mit einer über einem tatsächlichen Bedarf liegenden erhöhten Energieaufnahme, wenn ein kritischer Ladestand der ersten Spannungsquelle (3) erreicht oder unterschritten ist, und wenn die erhöhte Energieaufnahme des Nebenaggregats (6) zu einem Effizienzgewinn bei dem zweiten Antriebsaggregat oder bei der zweiten Spannungsquelle (5) führt.Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for operating a hybrid drive system (1) comprising a traction network (2), into which a first voltage source (3) and at least one electric drive unit (4) are integrated or connected, the electric drive unit (4) being included is operated coupled to a second drive unit, or the electrical drive unit (4) is supplied with electricity by means of the first voltage source (3) and by means of an electrically coupled second voltage source (5), and at least one auxiliary unit (6) that is electrically connected or connected to the traction network ) is present, comprising the steps: - detecting an increased power requirement for the drive system (1), in particular a power requirement of a pulse inverter (7) of the electric drive unit (4), - detecting a charge level of the first voltage source (3), and - operating the Auxiliary unit (6) with an over an actual need for increased energy consumption if a critical charge level of the first voltage source (3) is reached or undershot, and if the increased energy consumption of the auxiliary unit (6) leads to an efficiency gain in the second drive unit or in the second voltage source (5) The invention further relates to a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems umfassend ein Traktionsnetz, in welches eine erste Spannungsquelle und mindestens ein elektrisches Antriebsaggregat eingebunden oder daran angeschlossen sind, wobei das elektrische Antriebsaggregat mit einem zweiten Antriebsaggregat gekoppelt betrieben wird oder das elektrische Antriebsaggregat mittels der ersten Spannungsquelle und mittels einer elektrisch gekoppelt betriebenen zweiten Spannungsquelle elektrisch versorgt wird, und wobei mindestens ein elektrisch in das Traktionsnetz eingebundenes oder daran angeschlossenes Nebenaggregat vorhanden ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for operating a hybrid drive system comprising a traction network, in which a first voltage source and at least one electric drive unit are integrated or connected thereto, the electric drive unit being operated coupled to a second drive unit or the electric drive unit by means of the first voltage source and is electrically supplied by means of an electrically coupled operated second voltage source, and at least one auxiliary unit that is electrically connected or connected to the traction network is present. The invention further relates to a motor vehicle.

Bei hybriden Antriebssystemen, die einerseits durch mehrere Antriebsaggregate den Vortrieb leisten können oder die einen einzigen Antrieb mit mehreren Energiequellen zur Verfügung stellen, ist es notwendig, eine effiziente Betriebsstrategie für den Betrieb der einzelnen Komponenten bereitzustellen. Die Betriebsstrategie beschreibt die Steuerungslogik, mit der die Aufteilung von Energie- bzw. Kraftflüssen im Kraftfahrzeug umgesetzt wird. Diese kann im jeweiligen Fahrmodus stark variieren, so dass beispielsweise ein rein elektrischer Fahrmodus mittels des elektrischen Antriebsaggregats realisierbar ist oder aber auch ein kombinierter Fahrmodus möglich ist.In the case of hybrid drive systems, which on the one hand can provide propulsion through several drive units or which provide a single drive with several energy sources, it is necessary to provide an efficient operating strategy for the operation of the individual components. The operating strategy describes the control logic with which the distribution of energy or power flows in the motor vehicle is implemented. This can vary greatly in the respective driving mode, so that, for example, a purely electric driving mode can be implemented by means of the electric drive unit, or a combined driving mode is also possible.

Bisher werden bei den bekannten Betriebsstrategien nicht alle möglichen Stellparameter genutzt, mit denen ein Einfluss auf das Fahrzeugverhalten und die Effizienz eines Antriebssystems genommen werden kann.So far not all possible control parameters have been used in the known operating strategies, with which an influence on the vehicle behavior and the efficiency of a drive system can be exerted.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, die den vorstehend erwähnten Nachteilen Rechnung tragen.It is therefore the object of the present invention to provide a method for operating a hybrid drive system and a motor vehicle which take into account the disadvantages mentioned above.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit dem Merkmalsbestand des Anspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit dem Merkmalsbestand des Anspruchs 8. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a motor vehicle having the features of claim 8. Advantageous refinements with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.

Das Verfahren zeichnet sich insbesondere durch die folgenden Schritte aus:

  • - Detektieren einer erhöhten Leistungsanforderung an das Antriebssystem, insbesondere einer Leistungsanforderung eines Pulswechselrichters des elektrischen Antriebsaggregats,
  • - Erfassen eines Ladestands der ersten Spannungsquelle, und
  • - Betreiben des Nebenaggregats mit einer über einem tatsächlichen Bedarf liegenden erhöhten Energieaufnahme, wenn ein kritischer Ladestand der ersten Spannungsquelle erreicht oder unterschritten ist, und wenn die erhöhte Energieaufnahme des Nebenaggregats zu einem Effizienzgewinn bei dem zweiten Antriebsaggregat oder bei der zweiten Spannungsquelle führt.
The process is characterized in particular by the following steps:
  • Detection of an increased power requirement on the drive system, in particular a power requirement of a pulse-controlled inverter of the electric drive unit,
  • - detecting a charge level of the first voltage source, and
  • - Operation of the auxiliary unit with an increased energy consumption which is above an actual demand, if a critical charge level of the first voltage source is reached or undershot, and if the increased energy consumption of the auxiliary unit leads to an efficiency gain in the second drive unit or in the second voltage source.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis und schließt diese mit ein, dass durch eine geeignete Ansteuerung des Nebenaggregats die Effizienz des Gesamtsystems positiv beeinflussbar ist, auch wenn das Nebenaggregat selbst mit einer eigentlich ineffizienten Betriebsweise betrieben wird.The invention is based on the knowledge and includes this that the efficiency of the overall system can be positively influenced by suitable control of the auxiliary unit, even if the auxiliary unit itself is operated with an actually inefficient mode of operation.

In diesem Zusammenhang hat es sich als sinnvoll herausgestellt, wenn das Nebenaggregat nur dann mit einer erhöhten Energieaufnahme betrieben wird, wenn der Effizienzgewinn die erhöhte Energieaufnahme kompensiert oder überschreitet.In this context, it has proven to be useful if the auxiliary unit is only operated with an increased energy consumption if the gain in efficiency compensates for or exceeds the increased energy consumption.

Insbesondere in einem Fall, bei dem als erste Spannungsquelle eine Batterie vorliegt und als zweite Spannungsquelle eine Brennstoffzelleneinrichtung vorliegt, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Nebenaggregat als ein Lüftermodul zur Kühlung eines in einem Kühlkreislauf zirkulierenden Kühlmittels gebildet ist, und wenn die zweite Spannungsquelle in den Kühlkreislauf eingebunden ist. Lüftungsmodule und darin angeordnete Lüfter werden bisher nur in Abhängigkeit von Bauteiltemperaturen betrieben, und auch nur entsprechend der daraus resultierenden Kühlanforderung geregelt. Der Lüfter wird also nur mit Blick auf den Bauteilschutz, nicht aber zur Optimierung der Antriebsstrangeffizienz geregelt. Nun wird das Lüftermodul zusätzlich derart geregelt, dass die Effizienz des hybriden Antriebssystems verbessert wird.In particular, in a case in which a battery is present as the first voltage source and a fuel cell device is present in the second voltage source, it has proven to be advantageous if the auxiliary unit is designed as a fan module for cooling a coolant circulating in a cooling circuit, and if the second voltage source is integrated in the cooling circuit. So far, ventilation modules and fans arranged therein have only been operated depending on component temperatures, and also only regulated according to the resulting cooling requirement. The fan is therefore only regulated with a view to component protection, but not to optimize drive train efficiency. Now the fan module is additionally regulated in such a way that the efficiency of the hybrid drive system is improved.

Zum Einsatz des hybriden Antriebssystems in einem Kraftfahrzeug ist es sinnvoll, wenn die erste Spannungsquelle als eine Hochvoltbatterie vorliegt. Vorzugsweise liegt die zweite Spannungsquelle als eine Brennstoffzelleneinrichtung vor.To use the hybrid drive system in a motor vehicle, it makes sense if the first voltage source is in the form of a high-voltage battery. The second voltage source is preferably present as a fuel cell device.

In einer anderen Ausgestaltung ist die Möglichkeit eröffnet, dass zwei der Antriebsaggregate vorhanden sind, wovon ein elektrisches Antriebsaggregat, mithin eine elektrische Maschine und ein zweites Antriebsaggregat in Form einer Brennkraftmaschine vorliegen. Auch hier kann der Betrieb des Nebenaggregats über seinen tatsächlichen Bedarf zu einem Effizienzgewinn des Gesamtsystems führen, insbesondere beispielsweise weil die erste Spannungsquelle durch einen Lüfter hinreichend gekühlt werden kann und somit dies zu einem Effizienzgewinn des gesamten Systems führt.In another embodiment, the possibility is opened up that two of the drive units are present, of which one is an electric drive unit, thus an electric machine and a second drive unit is in the form of an internal combustion engine. Here too, the operation of the auxiliary unit can lead to an increase in efficiency of the overall system based on its actual demand, in particular, for example, because the first voltage source can be adequately cooled by a fan, and thus this leads to an increase in efficiency of the entire system.

Zur Ressourcenschonung und zur Schonung der Umwelt hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die zweite Spannungsquelle oder das zweite Antriebsaggregat ausgebildet ist, die erste Spannungsquelle aufzuladen, und dass nach einem Detektieren einer verringerten Leistungsanforderung die zweite Spannungsquelle oder das zweite Antriebsaggregat zumindest so lange noch bei einem der erhöhten Leistungsanforderung entsprechenden Betriebspunkt betrieben werden, bis der Ladestand der ersten Spannungsquelle den kritischen Wert überschreitet. In order to conserve resources and protect the environment, it has proven to be advantageous if the second voltage source or the second drive unit is designed to charge the first voltage source, and that after detecting a reduced power requirement, the second voltage source or the second drive unit remains at least as long be operated at an operating point corresponding to the increased power requirement until the charge level of the first voltage source exceeds the critical value.

Die in Verbindung mit dem Verfahren erwähnten Vorteile realisieren sich auch bei einem Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebssystem, das ein Traktionssatz umfasst, in welches eine erste Spannungsquelle und mindestens ein elektrisches Antriebsaggregat eingebunden oder daran angeschlossen sind, wobei das elektrische Antriebsaggregat mit einem zweiten Antriebsaggregat gekoppelt betrieben wird oder das elektrische Antriebsaggregat mittels der ersten Spannungsquelle und mittels einer elektrisch gekoppelt betriebenen zweiten Spannungswelle elektrisch versorgt wird. Zudem ist mindestens ein elektrisch in das Traktionsnetz eingebundenes oder daran angeschlossenes Nebenaggregat vorhanden sowie ein Steuergerät, das ausgebildet ist:

  • - Eine erhöhte Leistungsanforderung an das Antriebssystem, insbesondere eine erhöhte Leistungsanforderungen eines Pulswechselrichters des elektrischen Antriebsaggregats, zu detektieren,
  • - einen Ladestand der ersten Spannungsquelle zu erfassen, und
  • - das Nebenaggregat zu veranlassen, mit einer über einem tatsächlichen Bedarf liegenden erhöhten Energieaufnahme betrieben zu werden, wenn ein kritischer Ladestand der ersten Spannungsquelle erreicht oder unterschritten ist, und wenn die erhöhte Energieaufnahme des Nebenaggregats zu einem Effizienzgewinn bei dem zweiten Antriebsaggregat oder bei der zweiten Spannungsquelle führt.
The advantages mentioned in connection with the method are also realized in a motor vehicle with a hybrid drive system that includes a traction set, in which a first voltage source and at least one electric drive unit are integrated or connected, the electric drive unit being coupled to a second drive unit or the electric drive unit is supplied with electricity by means of the first voltage source and by means of an electrically coupled operated second voltage wave. In addition, there is at least one auxiliary unit that is electrically connected to or connected to the traction network and a control unit that is designed:
  • To detect an increased power requirement of the drive system, in particular an increased power requirement of a pulse-controlled inverter of the electric drive unit,
  • - Detect a charge level of the first voltage source, and
  • - to cause the auxiliary unit to be operated with an increased energy consumption which is above an actual requirement if a critical charge level of the first voltage source is reached or undershot, and if the increased energy consumption of the auxiliary unit leads to an efficiency gain in the second drive unit or in the second voltage source leads.

Auch hierbei wird unter Inkaufnahme eines erhöhten Verbrauchs oder einer erhöhten Leistungsaufnahme des Nebenaggregats der Gesamtverbrauch bzw. der Gesamteffizienzgewinn des Systems optimiert.Here, too, the total consumption or the overall gain in efficiency of the system is optimized while accepting an increased consumption or an increased power consumption of the auxiliary unit.

Vorzugweise liegt dabei die erste Spannungsquelle als eine Hochvoltbatterie vor, wobei die zweite Spannungsquelle als eine Brennstoffzelleneinrichtung vorliegt. Alternativ liegt auch das zweite Antriebsaggregat als eine Brennkraftmaschine vor. Gerade bei dieser Aufteilung der Energie- bzw. Kraftflüsse der einzelnen Spannungsquellen bzw. der einzelnen Antriebsaggregate ist eine sinnvolle Betriebsstrategie zur Gesamteffizienzoptimierung geschaffen.The first voltage source is preferably in the form of a high-voltage battery, the second voltage source being in the form of a fuel cell device. Alternatively, the second drive unit is also available as an internal combustion engine. With this division of the energy or force flows of the individual voltage sources or the individual drive units, a sensible operating strategy for overall efficiency optimization is created.

Insbesondere im Falle eines Brennstoffzellenfahrzeugs mit einer Brennstoffzelleneinrichtung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Nebenaggregat als ein Lüftermodul zur Kühlung eines in einem Kühlkreislauf zirkulierenden Kühlmittels gebildet ist, und wenn die zweite Spannungsquelle in den Kühlkreislauf eingebunden ist. Somit kann also das Lüftermodul mit einer erhöhten Leistung betrieben werden, was zu einer erhöhten Kühlung des Kühlmittels führt. Durch diese stärkere Kühlung des Kühlmittels wird der Verbrauch der Brennstoffzelleneinrichtung an Wasserstoff (Brennstoff) derart reduziert, dass die Gesamteffizienz des Systems optimiert ist.In the case of a fuel cell vehicle with a fuel cell device in particular, it has proven to be advantageous if the auxiliary unit is designed as a fan module for cooling a coolant circulating in a cooling circuit, and if the second voltage source is integrated in the cooling circuit. Thus, the fan module can be operated with increased performance, which leads to increased cooling of the coolant. This greater cooling of the coolant reduces the consumption of hydrogen (fuel) in the fuel cell device in such a way that the overall efficiency of the system is optimized.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of Leaving invention. Embodiments are thus also to be regarded and encompassed by the invention, which are not explicitly shown or explained in the figures, but which emerge and can be generated from the explained embodiments by separate combinations of features.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

  • 1 schematisch ein hybrides Antriebssystem mit einem als Lüftermodul gebildetes Nebenaggregat, und
  • 2 ein Diagramm, in welchem die von der Batterie entnommene Energie PBat in kWh (Kilowattstunden) gegenüber der vom Nebenaggregat, nämlich dem Lüftermodul aufgenommenen Leistung in Prozent strichliiert aufgetragen ist, und in welchem der (Brennstoff-) Verbrauch des Antriebssystems (gesamter Äquivalentverbrauch) mFC in kg (Kilogramm) gegenüber der Lüfterleistung in Prozent aufgetragen ist.
Further advantages, features and details of the invention result from the claims, the following description of preferred embodiments and with reference to the drawings. Show:
  • 1 schematically shows a hybrid drive system with an auxiliary unit formed as a fan module, and
  • 2nd a diagram in which the energy P Bat drawn from the battery in kWh (kilowatt hours) is plotted against the power consumed by the auxiliary unit, namely the fan module in percent, and in which the (fuel) consumption of the drive system (total equivalent consumption) m FC in kg (kilograms) is plotted against the fan power in percent.

In 1 ist eine schematische Darstellung eines hybriden Antriebssystems 1 gezeigt. Als „hybrid“ ist hierbei die elektrische Versorgung elektrischen Antriebsaggregats 4 mittels zweier unterschiedlicher Spannungsversorgungen zu verstehen, nämlich mittels einer ersten Spannungsquelle 3 in Form einer Hochvoltbatterie und mittels einer mit dieser gekoppelt betriebenen zweiten Spannungsquelle 5 in Form einer mehrere Brennstoffzellen umfassenden Brennstoffzelleneinrichtung.In 1 is a schematic representation of a hybrid drive system 1 shown. The "hybrid" is the electrical supply of the electric drive unit 4th to be understood by means of two different voltage supplies, namely by means of a first voltage source 3rd in the form of a high-voltage battery and by means of a second voltage source operated coupled to it 5 in shape a fuel cell device comprising several fuel cells.

Die Batterie und die Brennstoffzelleneinrichtung sind elektrisch in ein Traktionsnetz 2 eingebunden, wobei zur Spannungsanpassung ein Spannungswandler 9 zwischen die erste Spannungsquelle 3 und die zweite Spannungsquelle 5 geschaltet ist. Es besteht allerdings auch die Möglichkeit, auf einen solchen Spannungswandler 9 zu verzichten, sofern die Brennstoffzelleneinrichtung in ihrer Ausgangsleistung oder ihrem Kennfeld auf dasjenige der Batterie abgestimmt ist, wobei zudem beispielsweise mittels einer Diode zu gewährleisten ist, dass kein Strom von der Batterie zur Brennstoffzelleneinrichtung fließt.The battery and the fuel cell device are electrical in a traction network 2nd integrated, with a voltage converter for voltage adjustment 9 between the first voltage source 3rd and the second voltage source 5 is switched. However, there is also the possibility of using such a voltage converter 9 to be dispensed with if the fuel cell device is matched to that of the battery in terms of its output power or its characteristic diagram, it also being necessary, for example, to ensure by means of a diode that no current flows from the battery to the fuel cell device.

Um das elektrische Antriebsaggregat 4, mithin also die elektrische Maschine antreiben zu können, ist ein Pulswechselrichter 7 vorhanden, der die über das Traktionsnetz 2 bereitgestellte Gleichspannung in einen Dreiphasenwechselstrom wandelt, so dass das elektrische Antriebsaggregat 4 als Fahrmotor für ein Kraftfahrzeug nutzbar ist.To the electric drive unit 4th To be able to drive the electrical machine is a pulse inverter 7 present that over the traction network 2nd provided DC voltage converts into a three-phase alternating current, so that the electric drive unit 4th can be used as a traction motor for a motor vehicle.

In das Traktionsnetz 2 ist zudem ein Nebenaggregat 6 in Form eines Lüftermoduls elektrisch eingebunden. Dieses Lüftermodul ist ausgebildet, ein in einem Kühlkreislauf 8 zirkulierendes Kühlmittel herunter zu kühlen, um die Brennstoffzelleneinrichtung, mithin die zweite Spannungsquelle 5 ebenfalls zu kühlen. Mit anderen Worten nimmt das Kühlmittel im Kühlkreislauf 8 die von der Brennstoffzelleneinrichtung erzeugte Wärme auf, wobei sie im Nebenaggregat 6, dem Lüftermodul, wieder auf eine niedrige Temperatur herabgekühlt wird.In the traction network 2nd is also an auxiliary unit 6 electrically integrated in the form of a fan module. This fan module is designed, one in a cooling circuit 8th circulating coolant to cool down to the fuel cell device, hence the second voltage source 5 also to cool. In other words, the coolant takes in the cooling circuit 8th the heat generated by the fuel cell device, wherein it in the auxiliary unit 6 , the fan module, is cooled down again to a low temperature.

In 1 nicht näher dargestellt ist ein zudem vorhandenes Steuergerät. Dieses Steuergerät ist ausgebildet, eine erhöhte Leistungsanforderung an das Antriebssystem 1, insbesondere eine erhöhte Leistungsanforderung des Pulswechselrichters 7 des elektrischen Antriebsaggregats 4, zu detektieren. Das Steuergerät ist zudem ausgebildet, einen Ladestand 20 der ersten Spannungsquelle 3 zu erfassen und das Nebenaggregat 6 zu veranlassen, mit einer über den tatsächlichen Bedarf liegenden erhöhten Energieaufnahme betrieben zu werden, wenn ein kritischer Ladestand 20 der ersten Spannungsquelle 3 erreicht oder unterschritten ist, und wenn eine erhöhte Energieaufnahme des Nebenaggregats 6 zu einem Effizienzgewinn bei der zweiten Spannungsquelle 5, nämlich der Brennstoffzelleneinrichtung führt.In 1 an additional control device is not shown in detail. This control device is designed to have an increased power requirement on the drive system 1 , in particular an increased power requirement of the pulse inverter 7 of the electric drive unit 4th to detect. The control unit is also designed to be a charge level 20th the first voltage source 3rd to record and the auxiliary unit 6 to be operated with an increased energy consumption above the actual demand if a critical charge level 20th the first voltage source 3rd is reached or undercut, and if an increased energy consumption of the auxiliary unit 6 to an efficiency gain with the second voltage source 5 , namely the fuel cell device leads.

Bei einem Brennstoffzellenfahrzeug stellt sich grundsätzlich die Frage, wie die Energieströme aus der Brennstoffzelleneinrichtung und diejenigen aus der Batterie zusammen gemixt werden sollen, um eine möglichst effiziente und damit verbrauchsarme Betriebsweise zu schaffen.In the case of a fuel cell vehicle, the fundamental question is how the energy flows from the fuel cell device and those from the battery are to be mixed together in order to create an operation which is as efficient as possible and therefore low in consumption.

Bei der Optimierung der Betriebsweise wird daher vorliegend zusätzlich die Betriebsweise des Lüftermoduls, nämlich des Nebenaggregats 6 als Stellparameter genutzt, um die Effizienz des Antriebssystems 1 zu erhöhen.When optimizing the mode of operation, the mode of operation of the fan module, namely of the auxiliary unit, is therefore also present here 6 used as control parameters to improve the efficiency of the drive system 1 to increase.

In 2 ist eine Energieentnahme bzw. ein Ladestand 20 der Batterie strichliiert dargestellt. Zudem ist mit einer durchgezogenen Linie der Brennstoffverbrauch der Brennstoffzelleneinrichtung aufgetragen, und zwar jeweils über der prozentualen Leistungsaufnahme des Nebenaggregats 6, mithin des Lüftermoduls. Es ist ein lokales Minimum 22 zu erkennen, wobei die vertikale Gerade aufzeigt, dass dieses nur erreichbar ist, wenn die Batterie einen vorgegebenen Ladestand 20 aufweist. Dieses liegt im gezeigten Ausführungsbeispiel bei ungefähr 30 Prozent der Leistungsaufnahme durch das Nebenaggregat 6.In 2nd is an energy withdrawal or a charge level 20th the battery is shown in dashed lines. In addition, the fuel consumption of the fuel cell device is plotted with a solid line, in each case above the percentage power consumption of the auxiliary unit 6 , hence the fan module. It is a local minimum 22 to recognize, the vertical line shows that this can only be reached if the battery has a predetermined charge level 20th having. In the exemplary embodiment shown, this is approximately 30 percent of the power consumption by the auxiliary unit 6 .

Bei niedrigeren Ladeständen ergibt sich ab einem kritischen Ladestand 20 ein Verbrauchsmaximum, mithin das lokale Maximum 23 des Verbrauchs 21 an Brennstoff. Dieses liegt im gezeigten Ausführungsbeispiel ungefähr bei 70 Prozent der Leistungsaufnahme durch das Nebenaggregat 6. Es besteht aber die Möglichkeit, eine zusätzliche Leistungsabnahme des Nebenaggregats 6 herbeizuführen, die über einem tatsächlichen Bedarf des Nebenaggregats 6 liegt. Es ist zu erkennen, dass bei Werten oberhalb der vertikal strichlierten Linie des lokalen Maximums 23 der Verbrauch 21 des Brennstoffes wieder absinkt, so dass eine erhöhte Energieaufnahme des Lüftermoduls in Kauf genommen werden kann, da sich die Gesamteffizienz des Antriebssystems 1 erhöht. Dies hängt im Falle eines als Lüftermodul gebildeten Nebenaggregats 6 damit zusammen, dass das Kühlmittel innerhalb des Kühlkreislaufes 8 stärker abgekühlt wird, womit die Effizienz der Brennstoffzelleneinrichtung ansteigt und den Mehrverbrauch des schneller drehenden Lüfters zumindest kompensiert oder überschreitet. Dies führt dazu, dass in einem Fahrmodus, in welchem bewusst die Batterie nicht leer gefahren werden soll, bzw. bei einer Bergfahrt, welche mit leerer Batterie gestartet wird, eine Ansteuerung des Lüftermoduls mit einem maximal möglichen Wert erfolgt, um den Verbrauch des Fahrzeugs zu verringern.At lower charge levels, there is a critical charge level 20th a consumption maximum, hence the local maximum 23 of consumption 21st of fuel. In the exemplary embodiment shown, this is approximately 70 percent of the power consumption by the auxiliary unit 6 . But there is the possibility of an additional performance decrease of the auxiliary unit 6 bring about that over an actual need of the accessory 6 lies. It can be seen that at values above the vertical dashed line of the local maximum 23 the consumption 21st of the fuel drops again, so that an increased energy consumption of the fan module can be accepted, since the overall efficiency of the drive system 1 elevated. This depends in the case of an auxiliary unit formed as a fan module 6 along with that the coolant within the cooling circuit 8th is cooled more, which increases the efficiency of the fuel cell device and at least compensates for or exceeds the additional consumption of the faster rotating fan. This means that in a driving mode in which the battery is deliberately not to be run empty or when driving uphill, which is started with an empty battery, the fan module is actuated with a maximum possible value in order to increase the consumption of the vehicle reduce.

Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass anstelle eines Lüftermoduls als Nebenaggregat 6 auch andere Nebenaggregate 6 infrage kommen, die durch eine Inkaufnahme einer erhöhten Leistungsaufnahme die Gesamteffizienz des Antriebssystems 1 senken können. So kommt beispielsweise ein Betrieb mit erhöhter Leistungsaufnahme eines Brennstoffrezirkulationsgebläses, eines Verdichters, eines Ladeluftkühlers oder eines Befeuchters in Frage.It should be noted in this connection that instead of a fan module as an auxiliary unit 6 also other auxiliary units 6 the overall efficiency of the drive system by accepting increased power consumption 1 can lower. For example, operation with increased power consumption of a fuel recirculation blower, a compressor, a charge air cooler or a humidifier can be considered.

Die vorliegende Erfindung ist auch nicht auf ein elektrisches Antriebsaggregat 4 in Verbindung mit einer Brennstoffzelleneinrichtung beschränkt, da auch grundsätzlich die Möglichkeit eröffnet ist, bei einem hybriden Antriebssystem 1 mit einem Verbrennungsmotor eine entsprechende Effizienzsteigerung durch Betreiben eines Nebenaggregat 6 mit erhöhter Leistungsaufnahme zu erzielen.The present invention is also not based on an electric drive unit 4th limited in connection with a fuel cell device, since the possibility is also basically opened with a hybrid drive system 1 with an internal combustion engine a corresponding increase in efficiency by operating an auxiliary unit 6 to achieve with increased power consumption.

BezugszeichenlisteReference symbol list

11
AntriebssystemDrive system
22nd
TraktionsnetzTraction network
33rd
erste Spannungsquelle (Batterie)first voltage source (battery)
44th
elektrisches Antriebsaggregat (elektrischer Fahrmotor)electric drive unit (electric traction motor)
55
zweite Spannungsquellesecond voltage source
66
NebenaggregatAuxiliary unit
77
PulswechselrichterPulse inverter
88th
KühlkreislaufCooling circuit
99
SpannungswandlerVoltage converter
2020th
Ladestand erste SpannungsquelleFirst voltage source charge
2121
Verbrauchconsumption
2222
lokales Minimum des Verbrauchslocal minimum of consumption
2323
lokales Maximum des Verbrauchslocal maximum of consumption

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben eines hybriden Antriebssystems (1) umfassend ein Traktionsnetz (2), in welches eine erste Spannungsquelle (3) und mindestens ein elektrisches Antriebsaggregat (4) eingebunden oder daran angeschlossen sind, wobei das elektrische Antriebsaggregat (4) mit einem zweiten Antriebsaggregat gekoppelt betrieben wird oder das elektrische Antriebsaggregat (4) mittels der ersten Spannungsquelle (3) und mittels einer elektrisch gekoppelt betriebenen zweiten Spannungsquelle (5) elektrisch versorgt wird, und wobei mindestens ein elektrisch in das Traktionsnetz eingebundenes oder daran angeschlossenes Nebenaggregat (6) vorhanden ist, umfassend die Schritte: - Detektieren einer erhöhten Leistungsanforderung an das Antriebssystem (1), insbesondere einer Leistungsanforderung eines Pulswechselrichters (7) des elektrischen Antriebsaggregats (4), - Erfassen eines Ladestands der ersten Spannungsquelle (3), und - Betreiben des Nebenaggregats (6) mit einer über einem tatsächlichen Bedarf liegenden erhöhten Energieaufnahme, wenn ein kritischer Ladestand der ersten Spannungsquelle (3) erreicht oder unterschritten ist, und wenn die erhöhte Energieaufnahme des Nebenaggregats (6) zu einem Effizienzgewinn bei dem zweiten Antriebsaggregat oder bei der zweiten Spannungsquelle (5) führt.Method for operating a hybrid drive system (1) comprising a traction network (2) into which a first voltage source (3) and at least one electric drive unit (4) are integrated or connected, the electric drive unit (4) being coupled to a second drive unit is operated or the electric drive unit (4) is supplied with electricity by means of the first voltage source (3) and by means of an electrically coupled operated second voltage source (5), and at least one auxiliary unit (6) which is electrically connected or connected to the traction network is present, comprising the steps: - Detecting an increased power requirement for the drive system (1), in particular a power requirement of a pulse-controlled inverter (7) of the electric drive unit (4), - Detecting a charge level of the first voltage source (3), and - Operating the auxiliary unit (6) with an increased energy consumption which is above an actual demand, when a critical charge level of the first voltage source (3) is reached or undershot, and when the increased energy consumption of the auxiliary unit (6) leads to an efficiency gain in the second drive unit or leads at the second voltage source (5). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat (6) nur dann mit einer erhöhten Energieaufnahme betrieben wird, wenn der Effizienzgewinn die erhöhte Energieaufnahme kompensiert oder überschreitet.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the auxiliary unit (6) is only operated with increased energy consumption if the gain in efficiency compensates for or exceeds the increased energy consumption. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat (6) als ein Lüftermodul zur Kühlung eines in einem Kühlkreislauf (8) zirkulierenden Kühlmittels gebildet ist, und dass die zweite Spannungsquelle(5) in den Kühlkreislauf (8) eingebunden ist.Procedure according to Claim 1 or 2nd , characterized in that the auxiliary unit (6) is designed as a fan module for cooling a coolant circulating in a cooling circuit (8), and in that the second voltage source (5) is integrated in the cooling circuit (8). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannungsquelle (3) als eine Hochvoltbatterie vorliegt.Procedure according to one of the Claims 1 to 3rd , characterized in that the first voltage source (3) is in the form of a high-voltage battery. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannungsquelle (5) als eine Brennstoffzelleneinrichtung vorliegt.Procedure according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the second voltage source (5) is present as a fuel cell device. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Antriebsaggregat als eine Brennkraftmaschine vorliegt.Procedure according to one of the Claims 1 to 4th , characterized in that the second drive unit is present as an internal combustion engine. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Spannungsquelle (5) oder das zweite Antriebsaggregat ausgebildet ist, die erste Spannungsquelle (3) aufzuladen, und dass nach einem Detektieren einer verringerten Leistungsanforderung die zweite Spannungsquelle (5) oder das zweite Antriebsaggregat zumindest solange noch bei einem der erhöhten Leistungsanforderung entsprechenden Betriebspunkt betrieben werden, bis der Ladestand (20) der ersten Spannungsquelle (3) den kritischen Wert überschreitet.Procedure according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the second voltage source (5) or the second drive unit is designed to charge the first voltage source (3), and that after detecting a reduced power requirement, the second voltage source (5) or the second drive unit is at least as long as one of the increased operating power corresponding operating point until the charge level (20) of the first voltage source (3) exceeds the critical value. Kraftfahrzeug mit einem hybriden Antriebssystem (1), das ein Traktionsnetz (2) umfasst, in welches eine erste Spannungsquelle und mindestens ein elektrisches Antriebsaggregat (4) eingebunden oder daran angeschlossen sind, wobei das elektrische Antriebsaggregat (4) mit einem zweiten Antriebsaggregat gekoppelt betrieben wird oder das elektrische Antriebsaggregat (4) mittels der ersten Spannungsquelle (5) und mittels einer elektrisch gekoppelt betriebenen zweiten Spannungsquelle (5) elektrisch versorgt wird, wobei mindestens ein elektrisch in das Traktionsnetz (2) eingebundenes oder daran angeschlossenes Nebenaggregat (6) vorhanden ist, und wobei ein Steuergerät vorhanden ist, das ausgebildet ist: - eine erhöhte Leistungsanforderung an das Antriebssystem (1), insbesondere eine erhöhte Leistungsanforderung eines Pulswechselrichters (7) des elektrische Antriebsaggregats (4), zu detektieren, - einen Ladestand (20) der ersten Spannungsquelle (3) zu erfassen, und - das Nebenaggregat (6) zu veranlassen, mit einer über einem tatsächlichen Bedarf liegenden erhöhten Energieaufnahme betrieben zu werden, wenn ein kritischer Ladestand (20) der ersten Spannungsquelle (3) erreicht oder unterschritten ist, und wenn die erhöhte Energieaufnahme des Nebenaggregats (6) zu einem Effizienzgewinn bei dem zweiten Antriebsaggregat oder bei der zweiten Spannungsquelle (5) führt.Motor vehicle with a hybrid drive system (1), which comprises a traction network (2), in which a first voltage source and at least one electric drive unit (4) are integrated or connected to it, the electric drive unit (4) being operated coupled to a second drive unit or the electrical drive unit (4) is supplied with electricity by means of the first voltage source (5) and by means of an electrically coupled operated second voltage source (5), at least one auxiliary unit (6) being electrically connected or connected to the traction network (2), and wherein there is a control device which is designed to: - detect an increased power requirement for the drive system (1), in particular an increased power requirement of a pulse-controlled inverter (7) of the electric drive unit (4), to detect a charge level (20) of the first voltage source (3), and - to cause the auxiliary unit (6) to be operated with an increased energy consumption which is above an actual requirement if a critical charge level (20) of the first voltage source (3) reached or undercut, and if the increased energy consumption of the auxiliary unit (6) leads to an efficiency gain in the second drive unit or in the second voltage source (5). Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spannungsquelle als eine Hochvoltbatterie vorliegt, und dass die zweite Spannungsquelle als eine Brennstoffzelleneinrichtung vorliegt oder das zweite Antriebsaggregat als eine Brennkraftmaschine vorliegt.Motor vehicle after Claim 8 , characterized in that the first voltage source is present as a high-voltage battery and that the second voltage source is present as a fuel cell device or the second drive unit is present as an internal combustion engine. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat (6) als ein Lüftermodul zur Kühlung eines in einem Kühlkreislauf (8) zirkulierenden Kühlmittels gebildet ist, und dass die zweite Spannungsquelle (5) in den Kühlkreislauf (8) eingebunden ist.Motor vehicle after Claim 8 or 9 , characterized in that the auxiliary unit (6) is designed as a fan module for cooling a coolant circulating in a cooling circuit (8), and in that the second voltage source (5) is integrated in the cooling circuit (8).
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