AT508065A2 - METHOD FOR OPERATING AN ELECTRIC VEHICLE - Google Patents
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrzeuges, welches zumindest eine elektrische Antriebsmaschine, zumindest einen elektrischen Energiespeicher sowie zumindest eine durch eine Brennkraftmaschine gebildete Stromerzeugungseinrichtung aufweist, wobei die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit des Ladezustandes des elektrischen Energiespeichers aktiviert wird, wobei im Abgasstrang der Brennkraftmaschine zumindest eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeordnet ist. Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for operating an electric vehicle, which has at least one electric drive machine, at least one electrical energy storage and at least one power generating device formed by an internal combustion engine, wherein the internal combustion engine is activated in dependence of the state of charge of the electrical energy storage, wherein in the exhaust system of the internal combustion engine at least one Aftertreatment device is assigned. Furthermore, the invention relates to a device for carrying out the method.
Es ist bekannt, mit Range-Extender-Einheiten, welche aus einer Brennkraftmaschine und einer Generatoreinheit bestehen, die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erweitern, indem bei nicht mehr ausreichender Batterieladung die elektrische Energie für den elektromotorischen Fahrantrieb durch einen, durch eine Brennkraftmaschine gebildeten, sogenannten Range-Extender generiert wird. Um unter allen Betriebszuständen ausreichende elektrische Leistung zur Verfügung stellen zu können, müsste dabei die Leistung des Range-Extenders ähnlich der elektrischen Antriebsleistung ausgelegt werden. Dies bedingt jedoch vergleichsweise hohes Gewicht, Kosten und Abmessungen der Range-Extender-Einheit. Da der Range-Extender im allgemeinen jedoch nur einen Bruchteil der Gesamtbetriebsdauer eines Elektrofahrzeuges in aktivem Betrieb ist und den Großteil der Betriebsdauer des Elektrofahrzeuges nur ein inaktives Zusatzgewicht darstellt, stellt eine Größen- und Gewichtsminimierung der Range-Extender-Einheit ein ganz wesentliches Ziel dar.It is known to extend range of electric vehicles with Range Extender units, which consist of an internal combustion engine and a generator unit by no longer sufficient battery charge, the electrical energy for the electromotive drive through a, formed by an internal combustion engine, so-called range Extender is generated. To be able to provide sufficient electrical power under all operating conditions, the power of the range extender would have to be designed similarly to the electrical drive power. However, this requires comparatively high weight, cost and dimensions of the range extender unit. However, since the range extender is generally only a fraction of the total operating time of an electric vehicle in active mode and the majority of the operating life of the electric vehicle is only an inactive additional weight, minimizing the size and weight of the range extender unit is a very important goal.
Dies kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass die Range-Extender-Leistung nicht auf die Maximalleistung des elektrischen Fahrantriebes ausgelegt wird, sondern lediglich auf die wesentlich niedrigere mittlere erforderliche Antriebsleistung bzw. die für Erreichen der Dauer-Höchstgeschwindigkeit erforderliche Leistung. Darüber hinaus gehender Energiebedarf wird aus einer vorgehaltenen Energiereserve abgedeckt. Diese Energiereserve muss jedoch so ausgelegt werden, dass im praktischen Fährbetrieb nie ein Leistungsmangel auftreten kann (zum Beispiel bei langen Autobahnsteigungen, Passfahrten, etc.). Je genauer dieser Spitzenlastbedarf vorhergesagt werden kann, desto kleiner und damit Verbrauchs- und kostengünstiger kann sowohl die Range-Extender-Einheit, als auch der Energiespeicher des Elektrofahrzeuges ausgelegt werden.This can be done, for example, that the range-extender power is not designed for the maximum power of the electric traction drive, but only to the much lower average required drive power or the power required to reach the maximum speed limit. Any additional energy demand is covered by a stored energy reserve. However, this energy reserve must be designed in such a way that a performance shortage can never occur in practical ferry operations (for example, on long freeways, passages, etc.). The more accurately this peak demand can be predicted, the smaller and thus more cost-effective and cost-effective, both the range extender unit and the energy storage of the electric vehicle can be designed.
Zwei Arten der Range-Extender-Steuerung sind bekannt:Two types of range extender control are known:
So genannte SOC-basierte Range-Extender-Steuerung:So-called SOC-based range extender control:
Dabei wird die Einschaltstrategie primär durch den Ladezustand des elektrischen Energiespeichers (SOC... State of Charge) bestimmt. Das Zu- und Abschalten des Range-Extenders erfolgt zwischen zwei vordefinierten Schwell werten. In verfeinerten Varianten wird dieser Schwellwert abhängig von Zusatzgrößen (zum Beispiel dem bisherigen Energie-/Leistungsbedarf, Batterietemperatur, etc.) entsprechend adaptiert.The switch-on strategy is primarily determined by the state of charge of the electrical energy store (SOC ... State of charge). The range extender is switched on and off between two predefined threshold values. In refined variants, this threshold is adapted depending on additional variables (for example, the previous energy / power requirement, battery temperature, etc.).
Aktive GPS-basierte Range-Extender-Steuerung:Active GPS-based Range Extender Control:
Nach aktiver Eingabe des Fahrziels wird die Fahrtroute errechnet und mit Hilfe des erwarteten Geschwindigkeits- und Höhenprofils der Energiebedarf für die Fahrtroute berechnet. Damit kann der Einschaltzeitpunkt des Range-Extenders so festgelegt werden, dass einerseits auch bei kleiner Leistung des Range-Extenders auch auf langen Steigungen kein Leistungsmangel auftritt, andererseits die Betriebsdauer des Range-Extenders und damit der Verbrauch an fossilen Brennstoffen minimiert wird. Da jedoch in der Praxis die Fahrer im Regelfall bekannte Fahrziele nicht in das GPS-System (Global Positioning System) eingeben, ist der tatsächliche Nutzen einer solchen Steuerung begrenzt.After actively entering the destination, the route is calculated and the energy demand for the route is calculated using the expected speed and altitude profile. Thus, the switch-on of the range extender can be set so that on the one hand, even at low power of the range extender on long gradients no power shortage occurs, on the other hand, the operating life of the range extender and thus the consumption of fossil fuels is minimized. However, in practice, as drivers generally do not input known destinations into the GPS (Global Positioning System) system, the actual benefit of such control is limited.
Aus der AT 506.272 A ist ein Verfahren zum Betreiben eines Elektrofahrzeuges bekannt, bei dem eine Stromerzeugungseinrichtung ab einem definierten Ladezustand des elektrischen Energiespeichers aktiviert wird. Die Stromerzeugungseinrichtung ist dabei für einen mittleren Leistungsbedarf der elektrischen Antriebsmaschine bei einer definierten Dauergeschwindigkeit des Elektrofahrzeuges in der Ebene ausgelegt, wobei die Stromerzeugungseinrichtung noch vor Erreichen einer unteren technischen Betriebsgrenze des Ladezustandes des elektrischen Energiespeichers bei einem definierten Einschaltladezustand aktiviert wird, welcher so bemessen ist, dass im Bezug auf die untere technische Betriebsgrenze eine Energiereserve im elektrischen Energiespeicher verbleibt, um Spitzenleistungen abdecken zu können. Der Einschaltladezustand kann dabei flexibel in Abhängigkeit eines Fahrzieles und/oder einer geplanten Fahrtroute festgelegt werden.From AT 506.272 A a method for operating an electric vehicle is known in which a power generating device is activated from a defined state of charge of the electrical energy storage. The power generating device is designed for a mean power requirement of the electric drive machine at a defined continuous speed of the electric vehicle in the plane, the power generating device is activated before reaching a lower technical operating limit of the state of charge of the electric energy storage at a defined Einschaltladezustand, which is such that in relation to the lower technical operating limit, an energy reserve remains in the electrical energy storage in order to cover peak output. The Einschaltladezustand can be set flexibly depending on a destination and / or a planned route.
Aus der EP 1 225 074 A2 ist ein Serienhybridfahrzeug mit einem Elektromotor, einem Generator und einer den Generator antreibenden Brennkraftmaschine bekannt. Dabei wird innerhalb einer Zero-Emission-Zone das Fahrzeug rein elektrisch bei deaktivierter Brennkraftmaschine betrieben. Sowohl kurz vor dem Eintritt in die emissionsfreie Zone als auch beim Verlassen der emissionsfreien Zone wird der elektrische Energiespeicher durch die Brennkraftmaschine aufgeladen.From EP 1 225 074 A2 a series hybrid vehicle with an electric motor, a generator and an internal combustion engine driving the generator is known. In this case, the vehicle is operated purely electrically with deactivated internal combustion engine within a zero-emission zone. Both shortly before entering the emission-free zone and when leaving the emission-free zone, the electrical energy storage is charged by the internal combustion engine.
Die WO 2005/082663 Al offenbart ein tragbares Stromaggregat für Elektrofahrzeuge, welches dazu ausgebildet ist, die Reichweite des Elektrofahrzeuges auszudehnen.WO 2005/082663 A1 discloses a portable power unit for electric vehicles, which is designed to extend the range of the electric vehicle.
Aus der US 2009/015202 A ist ein Verfahren zur Laderegelung bei einem Hybridfahrzeug bekannt, wobei ein Sollladezustand als Mittelwert des Ladebereiches definiert wird. Der Energiefluss wird so geregelt, dass der Sollladezustand eingehalten wird. Durch Betreiben des elektrischen Antriebsmotors des Hybridfahrzeuges wird der Ladezustand von einem Sollwert abgesenkt und durch Generieren von elektrischer Energie mit der Brennkraftmaschine wieder angehoben.From US 2009/015202 A, a method for charging control in a hybrid vehicle is known, wherein a nominal state of charge is defined as the mean value of the charging area. The energy flow is controlled so that the nominal state of charge is maintained. By operating the electric drive motor of the hybrid vehicle, the state of charge is lowered from a desired value and raised again by generating electrical energy with the internal combustion engine.
Die WO 2008/128416 Al offenbart ein Energiemanagement für Hybridfahrzeuge mit einem Lastvorhersagesystem, mit welchem aufgrund von Eingangsparametern und mittels eines selbstlernenden System ein künftiges Lastniveau berechnet wird, um aufgrund der Lastanforderung eine optimale zukünftige Ausgangsleistung, einen Batterieladezustand und eine optimale Fahrzeuggeschwindigkeit zu bestimmen. Aufgrund dieser optimalen zukünftigen Leistungsabschätzung werden die Brennkraftmaschine, der Generator und der elektrische Energiespeicher des Hybridfahrzeuges koordiniert.WO 2008/128416 A1 discloses an energy management for hybrid vehicles with a load prediction system, with which a future load level is calculated based on input parameters and a self-learning system to determine optimal future output power, battery state of charge, and vehicle speed based on the load demand. On the basis of this optimal future power estimation, the internal combustion engine, the generator and the electrical energy store of the hybrid vehicle are coordinated.
Die JP 2008-201165 A beschreibt eine Steuereinheit für ein Hybridfahrzeug, wobei der Einschaltzeitpunkt des Motors in Abhängigkeit des Ladezustandes des Energiespeichers aufgrund der aufgezeichneten Daten von absolvierten Fahrten und aufgrund der aufgezeigten Fahreigenschaften eines identifizierten Fahrers festgelegt wird.JP 2008-201165 A describes a control unit for a hybrid vehicle, wherein the switch-on of the engine depending on the state of charge of the energy storage is determined based on the recorded data of completed rides and due to the demonstrated driving characteristics of an identified driver.
Aus der EP 2 172 740 A ist es bekannt, auf Grund des Ladezustandes eines Energiespeichers bei einem Hybridfahrzeug ein Reichweitenprofil mittels eines Navigationssystems zu bestimmen.From EP 2 172 740 A it is known to determine a range profile by means of a navigation system on the basis of the state of charge of an energy store in a hybrid vehicle.
Die JP 2008 290610 A beschreibt eine Navigationseinrichtung für ein Hybridfahrzeug, welche alle möglichen Fahrtrouten zwischen eingegebenen Start- und einer Zieleingabe simulieren und den Kraftstoffverbrauch der Brennkraftmaschine bei jeder Fahrtroute bestimmt.JP 2008 290610 A describes a navigation device for a hybrid vehicle, which simulate all possible routes between input start and a destination input and determines the fuel consumption of the internal combustion engine at each route.
Konzeptbedingt werden Range Extender nur zur Reichweitenausdehnung verwendet und erst bei Unterschreiten eines vordefinierten Ladezustandes des elektrischen Energiespeichers aktiviert. Somit kann zwischen dem Abstellen und dem Aktivieren des Range Extenders ein längerer Zeitraum liegen. Dies bedeutet, dass Range Extender im Allgemeinen im kalten Zustand gestartet werden müssen, in welchem weder die Brennkraftmaschine noch Abgasnachbehandlungseinrichtungen im Abgassystem der Brennkraftmaschine die erforderliche Betriebstemperatur aufweisen. Daraus ergibt sich die Problematik, dass ohneDue to the concept, range extenders are only used for range expansion and are only activated when the temperature falls below a predefined state of charge of the electrical energy store. Thus, there may be a long time between turning off and activating the range extender. This means that range extenders must generally be started in the cold state, in which neither the internal combustion engine nor the exhaust aftertreatment devices in the exhaust system of the internal combustion engine have the required operating temperature. This results in the problem that without
zusätzliche Maßnahmen beim Kaltstart eines Range Extenders mit relativ hohen Abgasemissionen gerechnet werden muss.additional measures must be expected when cold starting a range extender with relatively high exhaust emissions.
Aus der DE 10 2007 025 19 Al ist ein Verfahren zum Beitreiben eines Kraftfahrzeuges mit einer Abgas-Heizvorrichtung bekannt, wobei wenigstens ein Betriebsparameter der Abgasanlage erfasst, mindestens ein Einflusswert der Heizvorrichtung bestimmt und der Einflusswert mit einem Zielparameter der Abgasanlage verglichen wird, worauf die Heizvorrichtung aktiviert wird, so dass der Betriebsparameter den Zielparameter erreicht.DE 10 2007 025 19 A1 discloses a method for driving a motor vehicle with an exhaust gas heating device, wherein at least one operating parameter of the exhaust system is detected, at least one influence value of the heating device is determined and the influence value is compared with a target parameter of the exhaust system, whereupon the heating device is activated so that the operating parameter reaches the target parameter.
Die DE 10 2005 003 469 Al beschreibt eine Anomaliebestimmungsvorrichtung für einen elektrisch erwärmbaren Katalysator für ein Plug-In-Hybridfahrzeug, welches eines Batterie enthält, die geladen wird, indem eine externe Ladevorrichtung mit einer externen elektrischen Leistungsversorgung verbunden wird. Ein Anomaliebestimmungsmittel führt eine Bestimmung einer Anomalie in dem elektrisch erwärmbaren Katalysator durch, wenn die externe Ladevorrichtung mit der externen elektrischen Leistungsversorgung verbunden ist.DE 10 2005 003 469 A1 describes an abnormality determination apparatus for an electrically heatable catalyst for a plug-in hybrid vehicle that includes a battery that is charged by connecting an external charging device to an external electric power supply. An abnormality determination means performs a determination of an abnormality in the electrically heatable catalyst when the external charging device is connected to the external electric power supply.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und die Emissionen bei einem Elektrofahrzeug, dessen Energiespeicher durch eine Brennkraftmaschine aufgeladen werden kann, zu verringern.The object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned and to reduce emissions in an electric vehicle whose energy storage can be charged by an internal combustion engine.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass vor dem Aktivieren der Brenn-kraftmaschine zumindest eine Abgasnachbehandlungseinrichtung auf Betriebstemperatur erwärmt wird, wobei vorzugsweise die Brennkraftmaschine - und somit auch die Aufheizeinrichtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung - in Abhängigkeit der Fahrtroute aktiviert wird.According to the invention this is achieved in that prior to activating the internal combustion engine at least one exhaust aftertreatment device is heated to operating temperature, preferably the internal combustion engine - and thus the heating device of the exhaust aftertreatment device - is activated depending on the route.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn ausgehend von einem Bezugspunkt, welcher vorzugsweise einem Ausgangspunkt der Fahrtroute entspricht, innerhalb eines definierten Betrachtungshorizontes alle möglichen relevanten Fahrtrouten, vorzugsweise alle möglichen Fahrtrouten, simuliert werden, und für jede der simulierten Fahrtrouten prospektiv ein Einschaltzeitpunkt der Brennkraftmaschine und/oder der Aufheizeinrichtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt wird, so dass bei Erreichen des Betrachtungshorizontes ein definierter Ladezustand des Energiespeichers erhalten bleibt.It is particularly advantageous if, starting from a reference point which preferably corresponds to a starting point of the travel route, all possible relevant travel routes, preferably all possible travel routes, are simulated within a defined viewing horizon, and for each of the simulated travel routes a prospective switch-on time of the internal combustion engine and / or the heating device of the exhaust gas aftertreatment device is determined so that when the viewing horizon is reached, a defined state of charge of the energy store is maintained.
Als relevante Fahrtrouten werden solche definiert, die die Betriebsstrategie des Range-Extenders unterschiedlich beeinflussen.Relevant routes are defined as those that influence the operating strategy of the range extender differently.
Dadurch werden auch ohne aktive Eingabe eines Fahrzieles alle innerhalb des definierten Betrachtungshorizontes,, beispielsweise der Fahrzeug-Gesamtreichweite liegenden möglichen Fahrtrouten und der daraus resultierende günstigsteAs a result, even without active input of a destination all lying within the defined viewing horizon ,, for example, the total vehicle range possible driving routes and the resulting most favorable
Einschaltzeitpunkt der Brennkraftmaschine und/oder der Aufheizeinrichtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung berechnet. Die Vorgangsweise ähnelt dabei dem eines Schachcomputers, der auch jeden möglichen Schachzug vorab kalkuliert und den jeweils bestmöglichen Lösungsansatz berechnet.Switching time of the internal combustion engine and / or the heating device of the exhaust gas aftertreatment device calculated. The procedure is similar to that of a chess computer, which also calculates every possible move in advance and calculates the best possible solution.
Die Berechnung aller möglichen relevanten Fahrtrouten wird dabei bei jeder potentiellen Routenänderung aktualisiert. Dabei erfolgt permanent ein Abgleich des berechneten und des tatsächlichen Energiebedarfes.The calculation of all possible relevant routes is updated at each potential route change. In this case, there is a permanent adjustment of the calculated and the actual energy demand.
Der Simulation aller möglicher relevanten Fahrtrouten werden vorteilhafter Weise Geschwindigkeitsprofile zugrunde gelegt, welche in Abhängigkeit der Straßenart, des Straßenzustandes, der Topographie, der Verkehrslage, der Außentemperaturen, der Wetterbedingungen und/oder der Tageszeit ermittelt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn für alle möglichen Fahrtrouten jeweils ein prospektives Energieverbrauchsprofil erstellt und der Betrieb der Brennkraftmaschine und/oder der Aufheizeinrichtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung auf der Basis dieses Energieverbrauchsprofils geplant wird, wobei vorzugsweise bei Erstellung des Energieverbrauchsprofils der aktuelle und der prospektive Energieverbrauch bei jeder Fahrtroute berücksichtigt wird. Weiters kann auch der bisherige Energieverbrauch auf dem zurückgelegten Abschnitt der Fahrtroute zur Ermittlung der Fahrzeugbeladung aus der bekannten Topografie herangezogen werden. Dabei wird der fahrerspezifische Energieverbrauch, sowie alle anderen Zusatzverbraucher wie Klimatisierungserfordernisse basierend auf Außentemperatur, Licht, Scheibenwischer, Scheiben- und Sitzheizung etc. für eine möglichst genaue Vorhersage des Energiebedarfes herangezogen.The simulation of all possible relevant routes are advantageously based on speed profiles which are determined as a function of the road type, the road condition, the topography, the traffic situation, the outside temperatures, the weather conditions and / or the time of day. It is particularly advantageous if a prospective energy consumption profile is created for all possible driving routes and the operation of the internal combustion engine and / or the heating device of the exhaust gas aftertreatment device is planned on the basis of this energy consumption profile, wherein the current and the prospective energy consumption at each travel route is preferably used when the energy consumption profile is generated is taken into account. Furthermore, the previous energy consumption can be used on the traveled section of the route to determine the vehicle load from the known topography. The driver-specific energy consumption, as well as all other additional consumers such as air conditioning requirements based on outside temperature, light, windscreen wipers, windscreen and seat heating etc. are used for the most accurate prediction of energy requirements.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Simulation der Fahrtrouten ein definiertes Fahrerprofil zugrunde gelegt wird, wobei vorzugsweise das Fahrerprofil aus dem Fährbetrieb vergangener Fahrten abgeleitet wird.It is preferably provided that the simulation of the routes is based on a defined driver profile, wherein preferably the driver profile is derived from the ferry operation of past trips.
Als Betrachtungshorizont kann die Fahrzeug-Gesamtreichweite herangezogen werden. Um den Simulationsaufwand zu verkleinern und die Rechenzeit zu verkürzen, kann vorgesehen sein, dass der Betrachtungshorizont aufgrund der Länge, Dauer und Ziel von vergangenen Fahrten abgeschätzt wird. Es ist aber auch möglich, den Ereignishorizont manuell vorzugeben bzw. voreinzustellen.The total vehicle range can be used as the observation horizon. In order to reduce the simulation effort and shorten the computing time, it can be provided that the viewing horizon is estimated on the basis of the length, duration and destination of past journeys. But it is also possible to manually specify or preset the event horizon.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass der jeweils aktuelle Aufenthaltsort des Elektrofahrzeuges einem neuen Bezugspunkt zugeordnet wird, und eine neue Simulation aller möglichen Fahrtrouten auf der Basis des neuen Bezugspunktes erfolgt. Als Betrachtungshorizont kann dabei der ursprüngliche Betrachtungshorizont verwendet werden. Es ist aber auch denkbar, dass der Betrachtungshorizont wie der Betrachtungspunkt dynamisch verändert wird.In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the respective current location of the electric vehicle is assigned to a new reference point, and a new simulation of all possible routes on the basis of the new reference point takes place. The viewing horizon can be the original viewing horizon. However, it is also conceivable that the viewing horizon is changed dynamically like the viewing point.
Eine neue Zuordnung des Betrachtungspunktes und eine neue Simulation aller möglichen Fahrtrouten sollte zumindest bei Erreichen jeweils eines Knoten- oder Verzweigungspunktes des Straßennetzes durchgeführt werden.A new assignment of the viewpoint and a new simulation of all possible routes should be performed at least when each node or branch point of the road network.
Die besten Ergebnisse lassen sich im Rahmen der Erfindung dadurch erreichen, dass die Simulation der Fahrtrouten unter Einbeziehung eines Fahrzeugnavigationssystems und/oder eines Navigationssatellitensystems erfolgt.The best results can be achieved in the context of the invention in that the simulation of the routes takes place with the involvement of a vehicle navigation system and / or a navigation satellite system.
Dabei wird prospektiv der Einschaltzeitpunkt der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit des Ladezustandes des elektrischen Energiespeichers und der Fahrtroute ermittelt und unter Berücksichtigung einer Aufheizfunktion der Abgasnachbehandlungseinrichtung bei einer definierten Heizleistung ein Einschaltzeitpunkt der Heizeinrichtung bestimmt und die Heizeinrichtung zu einem Zeitpunkt vor dem Starten der Brennkraftmaschine eingeschalten, so dass zum Aktivierungszeitpunkt der Brennkraftmaschine die Abgasnachbehandlungseinrichtung eine definierte Betriebstemperatur aufweist.In this case, the switch-on time of the internal combustion engine is determined prospectively as a function of the charge state of the electrical energy store and the travel route and, taking into account a heat-up function of the exhaust gas aftertreatment device, determines a switch-on time of the heater at a defined heat output and the heater is switched on at a time prior to starting the internal combustion engine, so that Activation time of the internal combustion engine, the exhaust aftertreatment device has a defined operating temperature.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.The invention will be explained in more detail below with reference to FIGS.
Es zeigen Fig. 1 ein Elektrofahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 2 ein Schema über das erfindungsgemäße Verfahren und Fig. 3 eine Fahrtroute.1 shows an electric vehicle with an electrical energy store for carrying out the method according to the invention, FIG. 2 shows a diagram of the method according to the invention, and FIG. 3 shows a travel route.
Fig. 1 zeigt ein Elektrofahrzeug 1 mit einer elektrischen Antriebsmaschine 2 zum Antrieb von Antriebsrädern 3, wobei die elektrische Antriebsmaschine 2 von einem elektrischen Energiespeicher 4 gespeist wird. Zur Reichweitenverlängerung ist ein durch eine Brennkraftmaschine 5 gebildeter Range Extender vorgesehen, welche den elektrischen Energiespeicher 4 auflädt. Die Brennkraftmaschine 5 weist einen Abgasstrang 6 mit zumindest einer durch einen Katalysator gebildeten Abgasnachbehandlungseinrichtung 7 auf, wobei zum Erwärmen der Abgasnachbehandlungseinrichtung 7 eine Heizeinrichtung 8 vorgesehen ist. Durch eine Steuereinheit 9 wird der Betrieb der Brennkraftmaschine 5 und der Heizeinrichtung 8 gesteuert.1 shows an electric vehicle 1 with an electric drive machine 2 for driving drive wheels 3, the electric drive machine 2 being fed by an electrical energy store 4. To extend the range, a range extender formed by an internal combustion engine 5 is provided, which charges the electrical energy store 4. The internal combustion engine 5 has an exhaust gas line 6 with at least one exhaust gas aftertreatment device 7 formed by a catalytic converter, wherein a heating device 8 is provided for heating the exhaust gas aftertreatment device 7. By a control unit 9, the operation of the internal combustion engine 5 and the heater 8 is controlled.
Fig. 2 zeigt die Betriebsstrategie zum Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung 7. Im normalen elektrischen Fährbetrieb 100 erfolgt der Antrieb durch das Elektrofahrzeug 2 über den elektrischen Energiespeicher 4, wobei die Brennkraftmaschine 5 ausgeschalten ist. Die Steuereinheit 9 überwacht in Schritt 200 permanent den Ladezustand SOC des elektrischen Energiespeichers 4 und prüft, ob der Ladezustand SOC eine Ladung mittels der Brennkraftmaschine 5 erfor- - 7 - „ *· ·· ·· ··» *·· dert. Ist dies der Fall so wird in Schritt 300 überprüft, ob die Brennkraftmaschine 5 eingeschalten ist. In diesem Falle (Y) wird Schritt 400 und 500 übergangen. Ist die Brennkraftmaschine 5 deaktiviert, so wird in Schritt 400 die Heizeinrichtung 8 eingeschaltet und alle Vorbereitungen zum Starten der Brennkraftmaschine 5 getroffen. Der Start der Brennkraftmaschine 5 erfolgt in Schritt 500. Nach dem Starten der Brennkraftmaschine 5 wird die Heizleistung der Heizeinrichtung 8 an den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 5 in Schritt 600 angepasst. Darüber hinaus kann die Heizleistung auch in Abhängigkeit des Ladezustandes SOC des Energiespeichers 4 der Umgebungstemperatur, des Aufenthaltsortes des Elektrofahrzeuges 1 oder dergleichen angepasst werden, um den Energiespeicher 4 möglichst wenig zu belasten.FIG. 2 shows the operating strategy for heating the exhaust aftertreatment device 7. In the normal electric ferry operation 100, the drive is effected by the electric vehicle 2 via the electrical energy store 4, the internal combustion engine 5 being switched off. The control unit 9 continuously monitors the state of charge SOC of the electrical energy store 4 in step 200 and checks whether the state of charge SOC requires a charge by means of the internal combustion engine 5 - 7 - "- * - ··············. If this is the case, it is checked in step 300 whether the internal combustion engine 5 is switched on. In this case (Y), steps 400 and 500 are skipped. If the internal combustion engine 5 is deactivated, the heating device 8 is switched on in step 400 and all preparations for starting the internal combustion engine 5 are made. The starting of the internal combustion engine 5 takes place in step 500. After starting the internal combustion engine 5, the heating power of the heating device 8 is adjusted to the operating state of the internal combustion engine 5 in step 600. In addition, the heating power can also be adjusted as a function of the state of charge SOC of the energy storage 4 of the ambient temperature, the location of the electric vehicle 1 or the like in order to charge the energy storage 4 as little as possible.
Das Aktiveren der Heizeinrichtung 8 erfolgt prospektiv, dies bedeutet, dass das Aktivieren der Heizeinrichtung 8 in Abhängigkeit des vorausschauend bestimmten Zeitpunktes für das Einschalten der Brennkraftmaschine 5 festgesetzt wird.The activating of the heating device 8 takes place prospectively, which means that the activation of the heating device 8 is set as a function of the anticipated specific point in time for switching on the internal combustion engine 5.
Ein Beispiel für ein prospektiv erfolgendes Einschalten der Brennkraftmaschine und in weiterer Folge der Heizeinrichtung 8 ist in Fig. 3 gezeigt.An example of a prospective switching on of the internal combustion engine and subsequently the heating device 8 is shown in FIG. 3.
Die Fig. 3 zeigt schematisch eine Straßenkarte mit einer tatsächlich vom Elektrofahrzeug gefahrenen Fahrtroute R, wobei mit P0 der Ausgangspunkt, mit Pi ein charakteristischer Knotenpunkt und mit Pz das Fahrziel bezeichnet ist. Wenn dem System der Zielort nicht bekannt ist, wird eine Simulation für alle möglichen Fahrtrouten durchgeführt. Dabei wird am Ausgangspunkt P0 der momentane Aufenthaltsort des Elektrofahrzeuges 1 als Bezugspunkt für die Simulation herangezogen. Ausgehend von diesem Bezugspunkt werden sämtliche in Frage kommenden Fahrtrouten innerhalb des Betrachtungshorizontes H berücksichtigt. Für jede der simulierten Fahrtrouten wird prospektiv ein Einschaltzeitpunkt der Stromerzeugungseinrichtung ermittelt, so dass bei Erreichen des Betriebshorizontes H ein definierter Ladezustand des Energiespeichers 4 erhalten bleibt. Die Linie 10 gibt dabei die technische Grenze des rein elektrischen Fährbetriebes an. Das Feld 20 zeigt das Gebiet an, in welchem die Simulation die Aktivierung des Range-Extenders vorsieht, um innerhalb des Betrachtungshorizontes H am Zielort einen definierten Ladezustandes SOC nicht zu unterschreiten.Fig. 3 shows schematically a road map with a drive actually driven by the electric vehicle route R, where P0 is the starting point, with Pi a characteristic node and Pz the destination is designated. If the system does not know the destination, a simulation will be performed for all possible routes. In this case, the instantaneous location of the electric vehicle 1 is used as a reference point for the simulation at the starting point P0. Starting from this reference point, all possible routes within the observation horizon H are taken into account. For each of the simulated travel routes, a switch-on instant of the power generation device is prospectively determined, so that a defined state of charge of the energy accumulator 4 is maintained when the operating horizon H is reached. Line 10 indicates the technical limit of the purely electric ferry service. The field 20 indicates the area in which the simulation provides for the activation of the range extender in order not to fall below a defined state of charge SOC within the observation horizon H at the destination.
Durch die Simulation aller möglichen Fahrtrouten werden auch ohne aktive Eingabe eines Fahrzieles alle innerhalb des definierten Betrachtungshorizontes H, beispielsweise der Fahrzeug-Gesamtreichweite, liegenden möglichen Fahrtrouten und der daraus resultierende günstigste Einschaltzeitpunkt der Stromerzeu-gungseinrichtung berechnet. Die Berechnung aller möglichen Fahrtrouten wird dabei bei jeder potentiellen Routenänderung, also in jedem Knotenpunkt oder Verzweigungspunkt Pi des Straßennetzes auf der tatsächlich gefahrenen Fahrt- route R, aktualisiert. Dabei erfolgt permanent ein Abgleich des berechneten und des tatsächlichen Energiebedarfes.By simulating all possible routes even without active input of a destination all within the defined viewing horizon H, for example, the total vehicle range, lying possible driving routes and the resulting most favorable switch-on the Stromerzeu-generating device calculated. The calculation of all possible routes is thereby updated at each potential route change, ie in each node or branch point Pi of the road network on the actually driven route R. In this case, there is a permanent adjustment of the calculated and the actual energy demand.
Der Simulation aller möglicher Fahrtrouten werden Geschwindigkeitsprofile zu Grunde gelegt, welche in Abhängigkeit der Straßenart, des Straßenzustandes, der Topographie, der Verkehrslage, der Außentemperaturen, der Wetterbedingungen und/oder der Tageszeit ermittelt werden. Für alle möglichen Fahrtrouten wird jeweils ein prospektives Energieverbrauchsprofil erstellt und der Betrieb der Brennkraftmaschine 5 auf der Basis dieses Energieverbrauchsprofils geplant, wobei bei Erstellung des Energieverbrauchsprofils der aktuelle und der prospektive Energieverbrauch bei jeder Fahrtroute berücksichtigt wird. Dabei wird der fahrerspezifische Energieverbrauch, sowie alle anderen Zusatzverbraucher wie Klimatisierungserfordernisse basierend auf Außentemperatur, Licht, Scheibenwischer, Scheiben- und Sitzheizung, Aufheizeinrichtung 8 für die Abgasnachbehandlungseinrichtung 7 etc. für eine möglichst genaue Vorhersage des Energiebedarfes herangezogen. Die Informationen über Straßenzustand, Verkehrslage, Wetter, etc. können über Internet, Verkehrsfunk, Telematik oder dergleichen bereitgestellt werden.The simulation of all possible routes is based on speed profiles, which are determined depending on the type of road, the road conditions, the topography, the traffic situation, the outside temperatures, the weather conditions and / or the time of day. For each possible route, a prospective energy consumption profile is created and the operation of the internal combustion engine 5 is planned on the basis of this energy consumption profile, taking into account the current and the prospective energy consumption for each route when the energy consumption profile is generated. In this case, the driver-specific energy consumption, as well as all other additional consumers such as air conditioning requirements based on outside temperature, light, windscreen wipers, windscreen and seat heating, heating device 8 for the exhaust aftertreatment device 7 etc. are used for the most accurate prediction of energy requirements. The information about road conditions, traffic conditions, weather, etc. can be provided via Internet, traffic, telematics or the like.
Der Simulation der Fahrtrouten kann ein definiertes Fahrerprofil zugrunde gelegt werden, wobei das Fahrerprofil automatisch aus dem Fährbetrieb vergangener Fahrten abgeleitet, manuell eingegeben oder über eine Personenidentifikationseinrichtung erfasst werden kann.The simulation of the routes can be based on a defined driver profile, wherein the driver profile can be derived automatically from the ferry operation of past trips, manually entered or detected by a personal identification device.
Als Betrachtungshorizont H kann beispielsweise die Fahrzeug-Gesamtreichweite herangezogen werden. Es ist aber auch möglich den Betrachtungshorizont H aufgrund der Länge, Dauer und Ziel von vergangenen Fahrten abzuschätzen oder manuell vorzuwählen.As a viewing horizon H, for example, the total vehicle range can be used. However, it is also possible to estimate the viewing horizon H on the basis of the length, duration and destination of past journeys or to preselect them manually.
Insbesondere bei Kreuzungspunkten Px entlang der gefahrenen Fahrtroute kann der jeweils aktuelle Aufenthaltsort des Elektrofahrzeuges 1 einem neuen Bezugspunkt zugeordnet, und eine neue Simulation aller möglichen Fahrtrouten auf der Basis des neuen Bezugspunktes erfolgen. Als Betrachtungshorizont kann dabei der ursprüngliche Betrachtungshorizont H weiter verwendet werden. Es ist aber auch denkbar, dass der Betrachtungshorizont zusammen mit dem Betrachtungspunkt dynamisch verändert wird.In particular, at crossing points Px along the route traveled, the respective current location of the electric vehicle 1 can be assigned to a new reference point, and a new simulation of all possible routes on the basis of the new reference point. As the viewing horizon, the original viewing horizon H can be used further. However, it is also conceivable that the viewing horizon is changed dynamically together with the viewing point.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Simulation der Fahrtrouten unter Einbeziehung eines Fahrzeugnavigationssystems und/oder eines Navigationssatellitensystems.Expediently, the simulation of the travel routes takes place with the involvement of a vehicle navigation system and / or a navigation satellite system.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht es, ohne dass der Fahrer Informationen zum Zielort eingeben muss, die Größe des Energiespeichers, sowie der Brennkraftmaschine zu minimieren, ohne dass dadurch Fahrleistungseinbußen entste- hen. Trotzdem bleibt dabei der Einsatz des Range-Extenders in einem minimal erforderlichen Ausmaß und ermöglicht die Maximierung des rein netzgespeisten Batteriebetriebes.The method described makes it possible, without the driver having to enter information about the destination, to minimize the size of the energy store and of the internal combustion engine, without resulting in reduced driving performance. Nevertheless, the use of the range extender remains to a minimum necessary extent and allows the maximization of the purely mains-powered battery operation.
Insbesondere in Ballungsräumen wie Großstädten mit einer Vielzahl von relativ nahe benachbarten Kreuzungen kann eine Vereinfachung des Verfahrens sinnvoll sein, um den Rechenaufwand und die Rechendauer in einem vertretbaren Rahmen zu halten. Dabei reicht es aus, wenn nur solche möglichen relevanten Fahrtrouten berechnet werden, welche die Betriebsweise des Range Extenders beeinflussen. Zum Beispiel werden dabei insbesondere Fahrtrouten mit unterschiedlicher Topografie, Verkehrslage, oder Straßenart (zum Beispiel Stadtautobahnen) berücksichtigt.In particular, in metropolitan areas such as large cities with a large number of relatively close neighboring intersections, a simplification of the method may be useful in order to keep the computational effort and the calculation time within reasonable limits. It is sufficient if only such possible relevant routes are calculated, which influence the operation of the range extender. For example, in particular driving routes with different topography, traffic situation or type of road (for example city highways) are taken into account.
Das Feld 30 in Fig. 3 zeigt den Bereich an, in welchem die Heizeinrichtung 8 aktiviert wird, wenn im Punkt P2 die Brennkraftmaschine 5 eingeschaltet wird. Durch die prospektive Festsetzung der Heinzeinrichtung 8 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 7 wird erreicht, dass die Bgasnachbehandlungseinrichtung auch bei längerem Stillstand der Brennkraftmaschine 5 zum Zeitpunkt des Startens der Brennkraftmaschine 5 die erforderliche Betriebstemperatur aufweist. Auf diese Weise können die Emissionen, insbesondere beim Starten der Brennkraftma-schine 5 wesentlich reduziert werden.The field 30 in Fig. 3 indicates the area in which the heater 8 is activated when the internal combustion engine 5 is turned on at the point P2. By prospective fixing of the hiring device 8 of the exhaust gas aftertreatment device 7 it is achieved that the Bgas aftertreatment device has the required operating temperature even at a longer standstill of the internal combustion engine 5 at the time of starting the internal combustion engine 5. In this way, the emissions, in particular when starting the internal combustion engine 5 can be significantly reduced.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM01 | Lapse because of not paying annual fees |
Effective date: 20210624 |