DE102011116132B4 - Method for operating a vehicle with hybrid drive - Google Patents
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/62—Hybrid vehicles
Abstract
Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb mit einer Verbrennungskraftmaschine (8), mindestens einer Elektromaschine (9) und einem Energiespeicher (10) zum Speichern der elektrischen Energie, wobei der Energiespeicher (10) eine Speicherkapazität mit einem begrenzten Nutzungsbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dassder begrenzte Nutzungsbereich der Speicherkapazität des Energiespeichers (10) in eine vorgegebene Anzahl von Ladezuständen (I, II, III, IV, V) unterteilt ist,der Hybridbetrieb eine Mehrzahl unterschiedlicher hybridischer Betriebsarten aufweist, undjede hybridische Betriebsart nur in vorgegebenen Ladezuständen (I, II, III, IV, V) erlaubt oder eingeschränkt verfügbar ist und in den anderen Ladezuständen (I, II, III, IV, V) nicht erlaubt ist, wobei die vorgegebene Anzahl der Ladezustände (I, II, III, IV, V) fünf beträgt, wobei die Ladezustände (I, II, II, IV, V) den Nutzungsbereich der Speicherkapazität des Energiespeichers (10) überdecken, wobei die ersten und zweiten Ladezustände (I, II) den unteren Speicherkapazitätsbereich der dritte Ladezustand (III) den mittleren Speicherkapazitätsbereich und der vierte und fünfte Ladezustand (IV, V) den oberen Speicherkapazitätsbereich abdecken, und wobei bei einer beabsichtigten Absenkung des Ladezustandes (I, II, III, IV, V) des Energiespeichers im vierten Ladezustand (IV) die Elektromaschine mit Nullmoment (B8) betrieben wird.Method for operating a vehicle having a hybrid drive with an internal combustion engine (8), at least one electric machine (9) and an energy store (10) for storing the electrical energy, wherein the energy store (10) has a storage capacity with a limited utilization range, characterized in that the limited utilization range of the storage capacity of the energy store (10) is subdivided into a predetermined number of charge states (I, II, III, IV, V), the hybrid operation has a plurality of different hybrid modes, and each hybrid mode only in predetermined charge states (I, II , III, IV, V) is allowed or restricted and is not allowed in the other states of charge (I, II, III, IV, V), the predetermined number of states of charge (I, II, III, IV, V) being five is, wherein the states of charge (I, II, II, IV, V) cover the range of use of the storage capacity of the energy store (10), w obei the first and second states of charge (I, II) the lower storage capacity range of the third state of charge (III) the average storage capacity range and the fourth and fifth state of charge (IV, V) cover the upper storage capacity range, and wherein at an intended lowering of the state of charge (I, II, III, IV, V) of the energy store in the fourth state of charge (IV) the electric machine with zero torque (B8) is operated.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit Hybridantrieb, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine, zumindest eine Elektromaschine und einen Energiespeicher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating a vehicle with hybrid drive, comprising an internal combustion engine, at least one electric machine and an energy store according to the preamble of
Unter Hybridfahrzeugen werden Fahrzeuge verstanden, die zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor zumindest einen Elektromotor bzw. eine elektrische Maschine umfassen. Bei seriellen Hybridfahrzeugen wird ein Generator vom Verbrennungsmotor angetrieben, wobei der Generator den die Räder antreibenden Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt. Ferner sind parallele Hybridfahrzeuge bekannt, bei denen eine Addition der Drehmomente des Verbrennungsmotors und zumindest einer mit dem Verbrennungsmotor verbindbaren elektrischen Maschine erfolgt. Hierbei sind die elektrischen Maschinen mit dem Riementrieb oder mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindbar. Die vom Verbrennungsmotor und/oder der zumindest einen elektrischen Maschine erzeugten Drehmomente werden über ein nachgeschaltetes Getriebe an die angetriebene Achse übertragen. Derzeitig sind überwiegend parallele Hybridfahrzeuge in der Erprobung und kommerziell erhältlich.Hybrid vehicles are vehicles which, in addition to the internal combustion engine, comprise at least one electric motor or one electrical machine. In hybrid serial vehicles, a generator is driven by the internal combustion engine, with the generator supplying electric power to the electric motor driving the wheels. Furthermore, parallel hybrid vehicles are known in which an addition of the torques of the internal combustion engine and at least one connectable to the internal combustion engine electric machine. In this case, the electric machines can be connected to the belt drive or to the crankshaft of the internal combustion engine. The torques generated by the internal combustion engine and / or the at least one electric machine are transmitted to the driven axle via a downstream transmission. Currently, mainly parallel hybrid vehicles are being tested and are commercially available.
Die Druckschrift
Aus der
Die
Die in Hybridfahrzeugen eingesetzten, als Hochvoltspeicher ausgelegten Speicher zum Speichern der benötigten elektrischen Energie verfügen über einen begrenzten nutzbaren Bereich, der abhängig von der Bauart ca. 30% bis ca. 70% der verfügbaren Gesamtkapazität des Speichers beträgt. Innerhalb dieses Nutzungsbereichs des Hochvoltspeichers ist die zur Verfügung stehende Lade- und Entladeleistung nicht konstant. Im oberen Bereich des Nutzungsbereichs ist die Ladeleistung aus Bauteilschutzgründen begrenzt, während im unteren Bereich die Entladeleistung begrenzt ist. Die Charakteristik des Hochvoltspeichers ist daher bei der Auslegung eines Hybridbetriebs zu berücksichtigen.The memory used in hybrid vehicles, designed as high-voltage storage for storing the required electrical energy have a limited usable range, which is dependent on the type of about 30% to about 70% of the total available capacity of the memory. Within this utilization range of the high-voltage accumulator, the available charging and discharging power is not constant. In the upper area of the utilization area, the charging power is limited for component protection reasons, while the discharge capacity is limited in the lower area. The characteristic of the high-voltage accumulator is therefore to be considered when designing a hybrid operation.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Strategie für den Betrieb eines Hybridfahrzeugs zu schaffen, bei der die verbrauchsoptimierte Nutzung des Hochvoltspeichers verbessert wird, wobei die Umsetzung der Betriebsstrategie für den Fahrer jederzeit nachvollziehbar und reproduzierbar ist.The invention is therefore based on the object to provide a strategy for the operation of a hybrid vehicle, in which the consumption optimized use of the high-voltage memory is improved, the implementation of the operating strategy for the driver is always traceable and reproducible.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines Hybridfahrzeugs mit einem Energiespeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by a method for operating a hybrid vehicle with an energy store having the features of
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Fahrzeugs mit einem Hybridantrieb umfassend eine Verbrennungskraftmaschine, mindestens eine Elektromaschine und einen Energiespeicher zum Speichern der elektrischen Energie, wobei der Energiespeicher eine Speicherkapazität mit einem begrenzten Nutzungsbereich aufweist,
- - ist der begrenzte Nutzungsbereich der Speicherkapazität des Energiespeichers in eine vorgegebene Anzahl von Ladezuständen unterteilt,
- - weist der Hybridbetrieb eine Mehrzahl unterschiedlicher hybridischer Betriebsarten auf, und
- - ist jede hybridische Betriebsart nur in vorgegebenen Ladezuständen erlaubt oder eingeschränkt verfügbar und in den anderen Ladezuständen nicht erlaubt.
- - the limited utilization range of the storage capacity of the energy store is subdivided into a predefined number of charge states,
- the hybrid operation has a plurality of different hybrid modes, and
- - Each hybrid mode is only allowed in predetermined states of charge or limited available and not allowed in the other states of charge.
Die vorgegebene Anzahl der Ladezustände beträgt fünf, wobei die fünf Ladezustände den Nutzungsbereich der Speicherkapazität des Energiespeichers überdecken. Dabei kann der nutzbare Bereich 30% bis 70% der Ladekapazität des Energiespeichers betragen, wobei der nutzbare Bereich von der Bauart des Energiespeichers abhängig ist. Dabei decken die ersten und zweiten Ladezustände den unteren Speicherkapazitätsbereich, insbesondere zwischen 30% und 40%, der dritte Ladezustand den mittleren Speicherkapazitätsbereich, insbesondere zwischen 40% und 60%, und der vierte und fünfte Ladezustand den oberen Speicherkapazitätsbereich, insbesondere zwischen 60% bis 70 %, ab. Bei einer beabsichtigten Absenkung des Ladezustandes im vierten Ladezustand wird die Elektromaschine mit Nullmoment betrieben. Mit anderen Worten, die Brennkraftmaschine liefert das Antriebsmoment und die elektrische Maschine läuft mit Nullmoment mit, so dass keine elektrische Energie zum Laden des Energiespeichers erzeugt wird und dieser sich dann aufgrund der sonstigen elektrischen Verbraucher leert.The predetermined number of states of charge is five, with the five states of charge covering the utilization range of the storage capacity of the energy store. In this case, the usable range can amount to 30% to 70% of the charge capacity of the energy store, the usable range depending on the type of energy store. The first and second charge states cover the lower storage capacity range, in particular between 30% and 40%, the third charge state the average storage capacity range, in particular between 40% and 60%, and the fourth and fifth charge state the upper storage capacity range, in particular between 60% to 70 %, from. In an intended lowering of the state of charge in the fourth state of charge, the electric machine is operated at zero torque. In other words, the internal combustion engine provides the drive torque and the electric machine runs with zero moment so that no electrical energy is generated to charge the energy storage and this then empties due to the other electrical loads.
Durch diese Maßnahme wird erfindungsgemäß erreicht, dass das Ausführen einer hybridischen Betriebsart nur in bestimmten Ladezuständen des insbesondere als Hochvoltspeichers ausgelegten Energiespeichers erfolgen kann, wodurch jede Betriebsart auf die aktuelle Begebenheit bzw. den aktuellen Zustand des Energiespeichers abgestimmt ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Hybridantrieb um einen parallelen Hybridantrieb.By this measure, the invention achieves that the execution of a hybrid mode can be done only in certain states of charge of the particular designed as a high-voltage storage energy storage, whereby each mode is tuned to the current event or the current state of the energy storage. In particular, the hybrid drive is a parallel hybrid drive.
Vorteilhafterweise kommen im fünften Ladezustand des Speichers hybridische Betriebsarten als Funktion des benötigten Antriebsmoments um Einsatz, die eine Absenkung des Ladezustandes des Energiespeichers zum Ziel haben. Dabei erfolgt insbesondere zum Absenken des Ladezustandes des Speichers im fünften Ladezustand eine Lastpunktabsenkung bei angekoppelter Brennkraftmaschine bei höheren Antriebswünschen oder eine Schubübernahme durch die angekoppelte Verbrennungskraftmaschine ohne Kraftstoffeinspritzung, so dass das Schubmoment nicht durch die Elektromaschine, sondern durch die Verbrennungskraftmaschine im Bereich der Gaspedalentlastung gestellt wird.Advantageously, in the fifth state of charge of the memory, hybrid operating modes are used as a function of the required drive torque, which have the aim of lowering the state of charge of the energy store. In this case, in particular for lowering the state of charge of the memory in the fifth state of charge is a load point lowering coupled engine at higher drive requirements or a thrust takeover by the coupled internal combustion engine without fuel injection, so that the thrust torque is not provided by the electric machine, but by the internal combustion engine in the accelerator relief.
Weiter bevorzugt stehen nur in den dritten bis fünften Ladezuständen ein rein elektrisches Fahren mit abgekoppelter Brennkraftmaschine und ein Boostbetrieb mit aktiver Brennkraftmaschine als Funktion des Fahrerwunsches und des Ladezustands des Energiespeichers zur Verfügung. In den anderen Ladezuständen ist dies untersagt, um den Energiespeicher nicht über Gebühr zu belasten.More preferably, only in the third to fifth states of charge is a purely electric driving with decoupled internal combustion engine and a boost operation with active internal combustion engine as a function of the driver's request and the state of charge of the energy storage available. In the other states of charge, this is prohibited in order not to overburden the energy store.
Ferner wird vorteilhafterweise in den ersten bis vierten Ladezustand im Schubbetrieb die Brennkraftmaschine abgekoppelt, so dass keine Schleppverluste, d.h. Reibleistung und Ladungswechselverluste, durch die Brennkraftmaschine entstehen. Damit kann von der elektrischen Maschine ein Schleppmoment generiert werden, wodurch eine Ladung des Energiespeichers erreicht werden kann. Soll ein ungebremster Schubbetrieb erreicht werden, so generiert die elektrische Maschine nur so viel Moment, dass das Bordnetz versorgt wird.Furthermore, the internal combustion engine is advantageously uncoupled into the first to fourth state of charge during overrun, so that no drag losses, i. Friction power and charge exchange losses caused by the internal combustion engine. Thus, a drag torque can be generated by the electric machine, whereby a charge of the energy storage can be achieved. If an unrestrained overrun operation is to be achieved, then the electric machine generates only enough torque to supply the vehicle electrical system.
Weiter bevorzugt wird im Bereich des ersten bis zum dritten Ladezustand eine Lastpunktanhebung als Funktion des aktuellen Betriebszustands des Hybridantriebs durchgeführt. Dadurch erzeugt die Brennkraftmaschine mehr Moment als zum Antrieb notwendig wäre, so dass als Folge eine Aufladung des Energiespeichers durch die elektrische Maschine erfolgt.More preferably, in the range of the first to third charge state, a load point increase is performed as a function of the current operating state of the hybrid drive. As a result, the internal combustion engine generates more torque than would be necessary for the drive, so that, as a consequence, charging of the energy store by the electric machine takes place.
Vorteilhafterweise ist ein Start/Stopp-Betrieb einschließlich Kriechens des Hybridfahrzeugs auch im zweiten Ladezustand zulässig. In diesem Ladezustand ist für ein elektrisches Fahren nicht mehr ausreichend Energie im Speicher verfügbar, allerdings reicht diese noch zum Kriechbetrieb aus.Advantageously, a start / stop operation including creep of the hybrid vehicle is also allowed in the second state of charge. In this state of charge is no longer sufficient energy available in the memory for an electric driving, but this is still sufficient for creeping.
Weiter bevorzugt kann eine Rekuperation der Bremsenergie in den ersten bis fünften Ladezuständen erfolgen. Allerdings sind der Rekuperation in den oberen beiden Ladezuständen, nämlich dem vierten und fünften Ladezuständen, Grenzen gesetzt, da es sonst zu einer Überladung des Energiespeichers kommen könnte.More preferably, a recuperation of the braking energy in the first to fifth states of charge can take place. However, the recuperation in the upper two states of charge, namely the fourth and fifth states of charge, limits, otherwise it could lead to an overcharge of the energy storage.
Weiter bevorzugt erzeugt im Sollladezustand des Energiespeichers zu dessen Aufrechterhaltung die Elektromaschine soviel elektrische Energie, wie zur Deckung des Bordnetzes notwendig ist. Auf diese Weise kann der Sollladezustand des Energiespeichers aufrechterhalten werden.More preferably generated in the nominal state of charge of the energy storage to maintain the electric machine as much electrical energy as is necessary to cover the electrical system. In this way, the desired charging state of the energy storage can be maintained.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigt
-
1 ein paralleles Hybridfahrzeug in schematischer Darstellung, und -
2 die Verteilung der hybridischen Betriebszustände auf die Ladezustände des Hochvoltspeichers des Hybridantriebs.
-
1 a parallel hybrid vehicle in a schematic representation, and -
2 the distribution of the hybrid operating states on the states of charge of the high-voltage memory of the hybrid drive.
Bei einem parallelen Hybridantrieb treiben sowohl die Verbrennungskraftmaschine
Ferner wird ein Sollladezustand Zielsoc des Energiespeichers als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit VFzg und des Fahrwiderstandes FW definiert als:
Im Folgenden werden die hybridischen Betriebszustände
Betriebsart
Diese Betriebsart
Betriebsart
Bei dem elektrischen Fahren ist die Brennkraftmaschine abgekoppelt und abgestellt. Elektrisches Fahren ist nur oberhalb von Bereich II möglich, mit anderen Worten innerhalb der Bereiche III bis V. Die Leistung, die zum elektrischen Fahren zur Verfügung steht, ist abhängig vom jeweiligen Ladezustand. Daraus ergibt sich ein über den Nutzungsbereich der Hochvoltbatterie ansteigender elektrischer Fahrbereich.In electric driving, the internal combustion engine is decoupled and parked. Electric driving is only possible above the range II, in other words within the ranges III to V. The power available for electric driving depends on the respective state of charge. This results in an increasing over the range of use of the high-voltage battery electric driving range.
Betriebsart
Hier wird bei gleichzeitig aktivem Verbrennungsmotor Moment durch die Elektromaschine zugesteuert. Der Boostbetrieb ist ebenfalls oberhalb von Bereich II in den Bereichen II bis V möglich. Die Zeit, die für den Boostbetrieb freigegeben wird, ist abhängig vom jeweiligen Ladezustand des Hochvoltspeichers.In this case, torque is controlled by the electric machine while the internal combustion engine is active. The boost mode is also possible above range II in the ranges II to V. The time that is released for the boost mode depends on the respective state of charge of the high-voltage memory.
Betriebsart
In dieser Betriebsart wird im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine abgekoppelt und abgestellt. Die Betriebsart
Betriebsart
Die Betriebsart
Betriebsart
Die Betriebsart
Betriebsart
Unter Lastpunktabsenkung wird ein aktives Entladen des Hochvoltspeichers verstanden und die Elektromaschine gibt trotz aktivem Verbrennungsmotor ein positives Moment ab, obwohl keine Boostanforderung besteht. Diese Betriebsart
Betriebsart
Die Betriebsart „Nullmoment“ bedeutet ein passives Entladen des Speichers, wobei das Antriebsmoment durch die Brennkraftmaschine erzeugt wird und die Elektromaschine mit Nullmoment betrieben wird, d.h. die Elektromaschine keinen Strom erzeugt. Das Nullmoment wird im Bereich IV betrieben. Ziel der Betriebsart
Betriebsart
In dieser Betriebsart wird mit der Elektromaschine soviel elektrische Leistung erzeugt, wie zur Deckung des Bordnetzes inkl. Klimaanlagenbedarf notwendig ist. Dieser Betrieb wird eingesetzt, wenn der Istladezustand dem Sollladezustand der HV-Batterie entspricht. In dem Beispielfall der
Betriebsart
In der Betriebsart
Durch die Verteilung der hybriden Betriebszustände auf die Ladezustände des Hochvoltspeichers und ihre Aktivierung bzw. eingeschränkte Aktivierung entsprechend vorbestimmter Rahmenbedingungen, die eine Funktion des Ladezustandes und des Fahrerwunsches sind, wird eine verbrauchsoptimale Nutzung des Hochvoltspeichers erreicht. Due to the distribution of the hybrid operating states to the states of charge of the high-voltage accumulator and their activation or limited activation in accordance with predetermined framework conditions, which are a function of the state of charge and the driver's request, a consumption of the high-energy storage is achieved.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- VorderachseFront
- 22
- Radwheel
- 33
- Radwheel
- 44
- Hinterachserear axle
- 55
- Radwheel
- 66
- Radwheel
- 77
- HybridantriebstrangHybrid powertrain
- 88th
- VerbrennungskraftmaschineInternal combustion engine
- 99
- Elektromotorelectric motor
- 1010
- HochvoltspeicherHigh-voltage battery
- 1111
- Getriebetransmission
- 1212
- Differentialdifferential
- 1313
- Kupplungclutch
- 1414
- Kupplung clutch
- B1B1
- Betriebsart Start/Stopp und KriechenOperating mode start / stop and creep
- B2B2
- Betriebsart elektrisches FahrenOperating mode electric driving
- B3B3
- Betriebsart BoostenBoost operating mode
- B4B4
- Betriebsart VKM Ablegen im SchubOperating mode VKM Deposition in thrust
- B5B5
- Betriebsart SchubübernahmeOperating mode thrust takeover
- B6B6
- Betriebsart LastpunktanhebungOperating mode load point increase
- B7B7
- Betriebsart LastpunktabsenkungOperating mode load point reduction
- B8B8
- Betriebsart NullmomentOperating mode zero torque
- B9B9
- Betriebsart Bordnetzbedarf deckenCover operating mode on-board supply system requirement
- B10B10
- Betriebsart RekuperationRecuperation mode
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