DE102011116132B4 - Method for operating a vehicle with hybrid drive - Google Patents

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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 claim 1.

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 DE 10 2007 038 585 A1 offenbart ein Verfahren zur Lastpunktverschiebung im Hybridbetrieb bei einem parallelen Hybridfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine, mindestens einer Elektromaschine und einem Energiespeicher, wobei im Kennfeld des spezifischen Verbrauchs des Verbrennungsmotors zumindest eine Grenzkurve definiert und für den Energiespeicher des Fahrzeugs zumindest ein Grenzwert für den Ladezustand definiert wird. Ferner werden Lastpunktverschiebungsmodi definiert, bei denen der spezifische Verbrauch des Verbrennungsmotors und der Ladezustand des Energiespeichers eine vorgegebene Grenzkurve bzw. einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreiten. Die Lastpunktverschiebung erfolgt in einem der Lastpunktverschiebungsmodi oder in einer Kombination mehrerer Lastpunktverschiebungsmodi.The publication DE 10 2007 038 585 A1 discloses a method for load point shift in hybrid operation in a parallel hybrid vehicle with an internal combustion engine, at least one electric machine and an energy storage, wherein defined in the map of the specific consumption of the internal combustion engine, at least one limit curve and the energy storage of the vehicle at least one limit value for the state of charge is defined. Furthermore, load point shift modes are defined in which the specific consumption of the internal combustion engine and the charge state of the energy store do not exceed a predetermined limit curve or a predetermined limit value. The load point shift occurs in one of the load point shift modes or in a combination of multiple load point shift modes.

Aus der DE 10 2010 048 548 A1 ist ein Hybridfahrzeug bekannt, das einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor und einen Energiespeicher umfasst, wobei das Antriebsmoment des Fahrzeugs von dem Elektromotor, dem Verbrennungsmotor oder beiden aufgebracht werden kann. Abhängig von einem Solldrehmoment und einem Betriebszustand des Hybridfahrzeugs wird automatisch eine Betriebsart des Hybridfahrzeugs bestimmt, wobei die Betriebsart vorgibt, ob als Antriebsmittel des Hybridfahrzeugs der Verbrennungsmotor, der Elektromotor oder der Verbrennungsmotor und der Elektromotor eingesetzt wird. Dabei wird die Betriebsart zumindest derart bestimmt, dass der Wirkungsgrad des Antriebs einschließlich des gemäß der bestimmten Betriebsart gewählten Antriebsmittels maximal ist. Abhängig von der bestimmten Betriebsart wird der Verbrennungsmotor und/oder der Elektromotor automatisch zum Betreiben des Hybridfahrzeugs eingesetzt.From the DE 10 2010 048 548 A1 For example, a hybrid vehicle is known that includes an internal combustion engine, an electric motor, and an energy storage device, wherein the driving torque of the vehicle may be applied by the electric motor, the internal combustion engine, or both. Depending on a target torque and an operating state of the hybrid vehicle, an operating mode of the hybrid vehicle is automatically determined, wherein the operating mode determines whether as the drive means of the hybrid vehicle, the internal combustion engine, the electric motor or the internal combustion engine and the electric motor is used. In this case, the operating mode is at least determined such that the efficiency of the drive including the selected according to the particular mode drive means is maximum. Depending on the particular operating mode, the internal combustion engine and / or the electric motor is automatically used to operate the hybrid vehicle.

Die DE 10 2005 003 979 B3 offenbart eine Vorrichtung zur Koordination von mindestens einer schaltbaren Fahrzeugfunktion. Aus der DE 699 32 487 T2 ist ein Steuer-/Regelsystem für ein Hybridfahrzeug bekannt. Die US 2007 0 118 255 A1 zeigt eine Kontrollvorrichtung für ein Hybridfahrzeug. Die DE 10 2006 034 933 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung eines Hybrid-Fahrzeugantriebs. Aus der DE 10 2004 023 512 A1 ist ein Verfahren zum Energiemanagement für ein Hybridfahrzeug bekannt.The DE 10 2005 003 979 B3 discloses a device for coordinating at least one switchable vehicle function. From the DE 699 32 487 T2 is known a control system for a hybrid vehicle. The US 2007 0 118 255 A1 shows a control device for a hybrid vehicle. The DE 10 2006 034 933 A1 describes a method for controlling a hybrid vehicle drive. From the DE 10 2004 023 512 A1 a method for power management for a hybrid vehicle is known.

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 claim 1. Preferred embodiments of the invention are subject of the dependent claims.

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.
In the method according to the invention for operating a vehicle having a hybrid drive comprising an internal combustion engine, at least one electric machine and an energy store for storing the electrical energy, the energy store having a storage capacity with a limited utilization range,
  • - 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.
A preferred embodiment of the invention will be explained below with reference to the drawings. It shows
  • 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.

1 zeigt in schematischer Darstellung ein Hybridfahrzeug mit einem parallelem Hybridantrieb, wobei in diesem Beispiel das Fahrzeug symbolisiert ist durch eine angetriebene Vorderachse 1 mit Rädern 2, 3 sowie eine nicht angetriebene Hinterachse 4 mit Rädern 5, 6. Der Hybridantriebstrang 7 umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 8, die hier als 4-Zylindermotor symbolisiert ist, einen Elektromotor 9 mit zugehörigem Hochvoltspeicher 10, ein Getriebe 11 sowie ein Differential 12, welches das Antriebsdrehmoment auf die angetriebenen Räder 2, 3 bringt. Zwischen der Verbrennungskraftmaschine 8 und dem Elektromotor 9 ist eine Kupplung 13 angeordnet, um die Verbrennungskraftmaschine aus dem Antriebstrang auskuppeln zu können. Eine weitere Kupplung 14 ist zwischen dem Getriebe 11 und dem Elektromotor 9 angeordnet, um den eigentlichen Antrieb bestehend aus dem Elektromotor 9 und der Verbrennungskraftmaschine 8, von der angetriebenen Achse 1 entkoppeln zu können. Anstelle der zweiten Kupplung kann auch eine Drehmomentenwandler zum Einsatz kommen. 1 shows a schematic representation of a hybrid vehicle with a parallel hybrid drive, in this example, the vehicle is symbolized by a driven front axle 1 with wheels 2 . 3 and a non-driven rear axle 4 with wheels 5 . 6 , The hybrid powertrain 7 includes an internal combustion engine 8th , which is symbolized here as a 4-cylinder engine, an electric motor 9 with associated high-voltage storage 10 , a gearbox 11 as well as a differential 12 , which specifies the driving torque on the driven wheels 2 . 3 brings. Between the internal combustion engine 8th and the electric motor 9 is a clutch 13 arranged to disengage the internal combustion engine from the drive train can. Another clutch 14 is between the gearbox 11 and the electric motor 9 arranged to the actual drive consisting of the electric motor 9 and the internal combustion engine 8th , from the driven axle 1 to decouple. Instead of the second clutch and a torque converter can be used.

Bei einem parallelen Hybridantrieb treiben sowohl die Verbrennungskraftmaschine 8 als auch der Elektromotor 9 die angetriebenen Räder 2, 3 an, wobei der Elektromotor 9 je nach Betriebszustand als Generator zur Ladung des Hochvoltspeichers 10 wirkt.In a parallel hybrid drive both drive the internal combustion engine 8th as well as the electric motor 9 the driven wheels 2 . 3 on, the electric motor 9 depending on the operating state as a generator for charging the high-voltage accumulator 10 acts.

2 zeigt beispielhaft eine Verteilung der hybridischen Betriebszustände auf die Ladezustände eines Hochvoltspeichers, wie er in der 1 dargestellt ist. Dabei wird in diesem Beispiel der Nutzbereich des als Hochvoltspeicher ausgelegten Energiespeichers zwischen den Ladezuständen 30% und 70% in fünf Bereiche I bis V entsprechend der folgenden Tabelle 1 unterteilt: Tabelle 1 Bereich Ladezustand I 30% - 35% II 35% - 40% III 40% - 60% IV 60% - 66% V 66% - 70% 2 shows by way of example a distribution of the hybrid operating states on the states of charge of a high-voltage memory, as shown in the 1 is shown. In this case, in this example, the useful range of the energy storage designed as a high-voltage storage is divided between the charging states 30% and 70% in five ranges I to V according to the following Table 1: Table 1 Area SOC I 30% - 35% II 35% - 40% III 40% - 60% IV 60% - 66% V 66% - 70%

Ferner wird ein Sollladezustand Zielsoc des Energiespeichers als Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit VFzg und des Fahrwiderstandes FW definiert als: Ziel SOC = f ( v Fzg ,F W ) ,

Figure DE102011116132B4_0001
wobei im Beispiel der 2 dieser Wert bei 60% liegt.Further, a target state of charge Zielsoc of the energy storage as a function of the vehicle speed V Fzg and the driving resistance F W is defined as: aim SOC = f ( v veh , F W ) .
Figure DE102011116132B4_0001
in the example of the 2 this value is 60%.

Im Folgenden werden die hybridischen Betriebszustände B1 bis B10 der bevorzugten Ausführungsform anhand des Diagramms der 2 beschrieben, wobei es sich um ein paralleles Hybridsystem handelt:The following are the hybrid operating states B1 to B10 of the preferred embodiment with reference to the diagram of 2 described, which is a parallel hybrid system:

Betriebsart B1 „Start/Stopp-Betrieb inkl. Kriechen“operating mode B1 "Start / stop operation incl. Creep"

Diese Betriebsart B1 wird im Bereich II der Batterie, d.h. dem unteren Batterienutzungsbereich, eingesetzt, wo aufgrund der geringen Verfügbarkeit der Entladeleistung zum elektrischen Fahren nicht mehr genügend Leistung zur Verfügung steht. Da der verbrennungsmotorische Leerlauf einen sehr ungünstigen Betriebszustand darstellt, ist dieser wenn möglich zu vermeiden. Daher wird der Bereich II der Batteriekapazität explizit für die Betriebsart B1 „Start/Stopp-Betrieb inklusiv Kriechen“ vorgehalten. Unter Kriechen wird eine Geschwindigkeit von kleiner 10 km/h verstanden. Ein Kriechen ist beispielsweise notwendig, wenn das Fahrzeug steht und die Verbrennungskraftmaschine aus ist. Muss nun beispielsweise im Stau oder an einer Ampel, das Fahrzeug noch einige Meter nach vorne bewegt werden, so macht ein Starten des Motors keinen Sinn, sondern der Weg wird elektrisch „im Kriechgang“ zurückgelegt. Bei einem automatischen Getriebe kann das realisiert werden, indem die Brennkraftmaschine erst dann gestartet wird, wenn der Fahrer das Gaspedal betätigt. Solange nur die Bremse gelöst wird, wird das Fahrzeug mit dem Lösen der Bremse elektrisch im Kriechgang bewegt. Zusätzlich wird für den Kunden durch diese Maßnahme der Bereich in dem Start/Stopp-Betrieb verfügbar ist, vergrößert, da nicht durch andere Energie verbrauchende Betriebsarten die Batterie entleert wird.This mode B1 is used in area II of the battery, ie the lower battery usage area, where due to the low availability of the discharge power for electric driving is no longer enough power available. Since the engine idling represents a very unfavorable operating condition, this is to be avoided if possible. Therefore, the area II of the battery capacity becomes explicit for the mode B1 "Start / stop operation including creep" kept. Creep is understood to mean a speed of less than 10 km / h. For example, creeping is necessary when the vehicle is stationary and the internal combustion engine is off. If, for example, in traffic jams or at a traffic light, the vehicle has to be moved a few meters further forward, starting the engine makes no sense, but the route is traveled electrically "in crawlspace". In an automatic transmission, this can be realized by starting the engine only when the driver operates the gas pedal. As long as only the brake is released, the vehicle is electrically moved by releasing the brake in crawl. In addition, by this measure, the customer will be able to increase the range in the start / stop mode because the battery is not drained by other energy consuming modes.

Betriebsart B2 „elektrisches Fahren“operating mode B2 "Electric driving"

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 B3 „Boostbetrieb“ operating mode B3 "Boost mode"

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 B4 „Ablegen der Brennkraftmaschine im Schub“operating mode B4 "Storing the internal combustion engine in the thrust"

In dieser Betriebsart wird im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine abgekoppelt und abgestellt. Die Betriebsart B4 ist zulässig unterhalb von Bereich V, d.h. in den Bereichen I bis IV, und es wird die Brennkraftmaschine im Schub abgekoppelt. Bei geringem Ladezustand des Hochvoltspeichers erfolgt das Ablegen der Brennkraftmaschine nur oberhalb einer Geschwindigkeitsschwelle. Die Geschwindigkeitsschwelle ist so zu wählen, dass eine positive Energiebilanz durch das Ablegen der Brennkraftmaschine gewährleistet wird. Bei höheren Geschwindigkeiten ist die Wahrscheinlichkeit einer längeren Abstellphase höher, so dass sich ein Ablegen energetisch lohnt. Bei niedrigen Geschwindigkeiten ist die Abstellphase im Mittel kürzer, wodurch die Energie, die für den Wiederstart der Brennkraftmaschine notwendig ist, die eingesparte Energie übersteigt. Grundsätzlich wird angestrebt, im Schub immer die Betriebsart B4 zu aktivieren, um für den Fahrer Nachvollziehbarkeit und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten. Im ungebremsten Schubbetrieb wird in der Regel über die E-Maschine nur soviel Leistung generiert, wie zur Deckung des Bordnetzbedarfes erforderlich ist.In this mode, the internal combustion engine is decoupled and turned off in the overrun mode. The operating mode B4 is permissible below area V, ie in the areas I to IV, and the internal combustion engine is decoupled during thrust. At low charge state of the high-voltage storage, the engine is stored only above a speed threshold. The speed threshold is to be chosen so that a positive energy balance is ensured by the laying down of the internal combustion engine. At higher speeds, the likelihood of a longer shutdown phase is higher, so that a deposit is energetically worthwhile. At low speeds, the Abstellphase is shorter on average, whereby the energy that is necessary for the restart of the internal combustion engine exceeds the energy saved. Basically, the aim is always in thrust the mode B4 to ensure traceability and reproducibility for the driver. In unrestrained overrun operation, as a rule, only as much power is generated via the electric motor as is necessary to cover the vehicle electrical system requirement.

Betriebsart B5 „Schubübernahme“operating mode B5 "Thrust takeover"

Die Betriebsart B5 betrifft einen Ladezustand des Hochvoltspeichers oberhalb des Ladebereichs IV, d.h. im Ladebereich V, und es wird im Schubbetrieb der Verbrennungsmotor angekoppelt ohne dass Kraftstoff eingespritzt wird. Befindet sich das Fahrzeug also im Schub und die Batterie hat einen Ladezustand oberhalb von Bereich IV, so wird der Verbrennungsmotor angekoppelt und unbefeuert, d.h. ohne Kraftstoffzufuhr, mitgedreht. Dieser Betriebszustand B5 dient dazu, ein Schleppmoment unabhängig von der Elektromaschine darstellen zu können, da diese bei voller Batterie kein Schleppmoment aufgrund mangelnder Speicherfähigkeit für die elektrische Energie mehr bereitstellen kann. Die Nutzung der Elektromaschine zur Erzeugung von Schleppmomenten ist im Bereich V verboten, um ein Restpotential zur Nutzung der Rekuperationsbremse zur Verfügung zu haben. Folglich ändert sich am aktuellen Ladezustand des Hochvoltspeichers nichts und die Betriebsart B5 ist im Diagramm der 2 durch das Symbol „♦“ dargestellt, wobei der dargestellte Ladezustand nur beispielhaft ist. Er kann auch höher im fünften Bereich V liegen, falls beispielsweise ein Energieeintrag in die Batterie durch Bremsen erfolgt ist.The operating mode B5 relates to a state of charge of the high-voltage accumulator above the loading area IV, ie in the loading area V, and it is coupled in overrun operation of the internal combustion engine without fuel is injected. Thus, if the vehicle is in thrust and the battery has a state of charge above region IV, the internal combustion engine is coupled and uncontrolled, ie without fuel supply, rotated. This operating state B5 serves to be able to represent a drag torque independently of the electric machine, since it can no longer provide a drag torque due to a lack of storage capacity for the electric energy when the battery is full. The use of the electric machine to generate drag torque is prohibited in the area V in order to have a residual potential to use the Rekuperationsbremse available. As a result, nothing changes and the mode of operation at the current state of charge of the high-voltage memory B5 is in the diagram of 2 represented by the symbol "♦", wherein the state of charge shown is only an example. It may also be higher in the fifth region V, if, for example, an energy input into the battery has taken place by braking.

Betriebsart B6 „Lastpunktanhebung“operating mode B6 "Load point raising"

Die Betriebsart B5 „Lastpunktanhebung betrifft ein aktives Laden des Hochvoltspeichers. Die Brennkraftmaschine wird mit einer höheren Leistung betrieben als zum Vortrieb des Fahrzeugs benötigt wird und als Folge davon kompensiert die Elektromaschine diese Leistung durch einen generatorischen Betrieb. Dieser Betrieb B5 der Lastpunktanhebung wird in den Bereich I bis III durchgeführt und erfolgt betragsmäßig abhängig vom aktuellen Betriebspunkt des Gesamtsystems und vom Ladezustand des Hochvoltspeichers mit dem Ziel einen bestimmten Sollladezustand des Speichers einzustellen und das System im wirkungsgradoptimalen Betriebsbereich zu betreiben.The operating mode B5 "Load point boost refers to active charging of the high-voltage memory. The internal combustion engine is operated at a higher power than required for propulsion of the vehicle and as a result the electric machine compensates for this power by a generator operation. This operation B5 the load point increase is carried out in the range I to III and takes place depending on the current operating point of the entire system and the state of charge of the high-voltage memory with the aim to set a specific nominal state of charge of the memory and operate the system in the optimal operating range.

Betriebsart B7 „Lastpunktabsenkung“operating mode B7 "Last point reduction"

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 B5 „Lastpunktabsenkung“ wird nur im Bereich V durchgeführt. Ziel der Lastpunkabsenkung ist, den Füllstand des Hochvoltspeichers schnellstmöglich abzusenken, um wieder Speicherfähigkeit, beispielsweise für eine Rekuperationsbremsung, zu schaffen.Under load point reduction is an active unloading of the high-voltage accumulator understood and the electric machine is despite active engine from a positive moment, although there is no Boostanforderung. This mode B5 "Load point reduction" is only performed in area V. The aim of the load point reduction is to lower the level of the high-voltage accumulator as quickly as possible to restore storage capacity, for example, for a Rekuperationsbremsung to create.

Betriebsart B8 „Nullmoment“operating mode B8 "Zero moment"

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 B8 ist es, den Ladezustand der HV-Batterie mit optimalem Wirkungsgrad zu reduzieren um den Sollladezustand der HV-Batterie einzustellen. Die Entladung des Hochvoltspeichers erfolgt dabei über die Bordnetzverbraucher.The mode "zero torque" means a passive unloading of the memory, wherein the drive torque is generated by the internal combustion engine and the electric machine is operated at zero torque, that is, the electric machine generates no electricity. The zero moment is operated in area IV. Destination of the operating mode B8 is to reduce the state of charge of the HV battery with optimum efficiency to set the target state of charge of the HV battery. The discharge of the high-voltage storage is carried out via the electrical system consumers.

Betriebsart B9 „Bordnetz decken“operating mode B9 "Cover electrical system"

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 2 beträgt der Sollladezustand 60% Ladezustand des Hochvoltspeichers. Das Antriebsmoment wird von der Brennkraftmaschine erzeugt. Somit wird gewährleistet, dass der Sollladezustand erhalten bleibt und der Bordnetzbedarf wirkungsgradoptimal dargestellt wird. Symbolisiert wird dieser Betriebszustand im Diagramm der 2 durch das Symbol „•“.In this mode of operation, the electrical machine generates as much electrical power as is necessary to cover the vehicle electrical system, including the need for air conditioning. This operation is used when the actual state of charge corresponds to the target state of charge of the HV battery. In the example case of the 2 the nominal charging state is 60% state of charge of the high-voltage accumulator. The drive torque is generated by the internal combustion engine. This ensures that the nominal charging state is maintained and the on-board power supply demand is displayed in an optimal manner. This operating status is symbolized in the diagram of the 2 by the symbol "•".

Betriebsart B10 „Rekuperation“operating mode B10 "Recuperation"

In der Betriebsart B10 erzeugt die Elektromaschine ein generatorisches Moment bei einer Verzögerung des Fahrzeuges durch eine Bremsbetätigung. Rekuperation ist im gesamten Nutzungsbereich des Hochvoltspeichers verfügbar, wobei allerdings in den Bereichen IV und V der Betrag der zur Verfügung stehenden Rekuperationsleistung reduziert wird, um eine Überladung des Speichers zu verhindern. In dieser Betriebsart ist vorzugsweise die Brennkraftmaschine abgekoppelt, was aber beispielsweise bei hohen Drehzahlen nicht unbedingt möglich ist. Das Abkoppeln und gegebenenfalls Abschalten der Brennkraftmaschine richtet sich daher nach äußeren Begebenheiten.In the operating mode B10 The electric machine generates a regenerative torque at a deceleration of the vehicle by a brake operation. Recuperation is available throughout the range of use of the high-voltage memory, although in areas IV and V the amount of available recuperation power is reduced in order to prevent overcharging of the memory. In this mode, the internal combustion engine is preferably decoupled, but this is not necessarily possible, for example, at high speeds. The decoupling and, if necessary, switching off the internal combustion engine therefore depends on external events.

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

Claims (9)

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, dass der 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, und jede 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 ) is five, wherein the states of charge (I, II, II, IV, V) cover the range of use of the storage capacity of the energy store (10) n, wherein the first and second charge states (I, II) cover the lower storage capacity range, the third charge state (III) the average storage capacity range and the fourth and fifth charge state (IV, V) the upper storage capacity range, and wherein in an intended lowering of the charge state ( I, II, III, IV, V) of the energy store in the fourth state of charge (IV), the electric machine with zero moment (B8) is operated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im fünften Ladezustand (V) des Energiespeichers (10) hybridische Betriebsarten als Funktion des benötigten Antriebsmoments zum Einsatz kommen, die eine Absenkung des Ladezustandes (I, II, III, IV, V) des Energiespeichers zum Ziel haben.Method according to Claim 1 , characterized in that in the fifth state of charge (V) of the energy storage (10) hybrid modes are used as a function of the required drive torque, which have a reduction of the state of charge (I, II, III, IV, V) of the energy storage to the destination. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Absenken des Ladezustandes (I, II, III, IV, V) des Energiespeichers (10) im fünften Ladezustand (V) eine Lastpunktabsenkung bei angekoppelter Brennkraftmaschine (B7) oder eine Schubübernahme durch die Elektromaschine (9) bei abgekoppelter Brennkraftmaschine (B5) erfolgt.Method according to Claim 2 , characterized in that for lowering the state of charge (I, II, III, IV, V) of the energy store (10) in the fifth state of charge (V) a load point reduction with coupled internal combustion engine (B7) or a thrust takeover by the electric machine (9) in uncoupled Internal combustion engine (B5) takes place. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den dritten bis fünften Ladezuständen (III, IV, V) ein rein elektrisches Fahren mit abgekoppelter Brennkraftmaschine (B2) und ein Boostbetrieb mit aktiver Brennkraftmaschine (B3) als Funktion eines Fahrerwunsches und des Ladezustands (I, II, III, IV, V) des Energiespeichers (10) zur Verfügung stehen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the third to fifth states of charge (III, IV, V) a purely electric driving with decoupled internal combustion engine (B2) and a boost operation with active Internal combustion engine (B3) as a function of a driver's request and the state of charge (I, II, III, IV, V) of the energy storage (10) are available. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten bis vierten Ladezuständen (I, II, III, IV) im Schubbetrieb die Brennkraftmaschine (8) abgekoppelt wird (B4).Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the first to fourth states of charge (I, II, III, IV) in overrun operation, the internal combustion engine (8) is decoupled (B4). Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des ersten bis zum dritten Ladezustand (I, II, III) eine Lastpunktanhebung (B6) als Funktion des aktuellen Betriebszustands des Hybridantriebs durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the range of the first to the third state of charge (I, II, III), a load point increase (B6) is performed as a function of the current operating state of the hybrid drive. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Start/Stopp-Betrieb einschließlich Kriechen (B1) im zweiten Ladezustand (II) des Energiespeichers (10) zulässig ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a start / stop operation including creep (B1) in the second state of charge (II) of the energy store (10) is permitted. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rekuperation der Bremsenergie (B10) in den ersten bis fünften Ladezuständen (I, II, III, IV, V) möglich ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a recuperation of the braking energy (B10) in the first to fifth states of charge (I, II, III, IV, V) is possible. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Sollladezustand des Energiespeichers (10) zu dessen Aufrechterhaltung die Elektromaschine (9) soviel elektrische Energie erzeugt, wie zur Deckung des Bordnetzes notwendig ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in a nominal state of charge of the energy store (10) to maintain the electric machine (9) generates as much electrical energy as is necessary to cover the electrical system.
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