AT525170A4

AT525170A4 - Regelungsverfahren für eine Regelung eines Ladestandes einer Batterievorrichtung in einem Hybrid-Antriebssystem

Info

Publication number: AT525170A4
Application number: ATA50646/2021A
Authority: AT
Inventors: Bayer Msc Felix; Ortner Dipl Ing Markus
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2021-08-09
Filing date: 2021-08-09
Publication date: 2023-01-15
Also published as: DE102022119884A1; AT525170B1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren für eine Regelung eines Ladestandes (SOC) einer Batterievorrichtung (110) und einer Betriebsleistung (BL) eines Energiewandlers (120) eines Hybrid-Antriebssystems (100) für einen elektrischen Antrieb eines Lastkraftfahrzeugs (200) mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung (130), gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: - Erfassen des aktuellen Ladestandes (SOC) der Batterievorrichtung (110), - Erfassen einer aktuellen Betriebsleistung (BL) des Energiewandlers (120), - Erfassen einer Leistungsanforderung (LAF) der elektrischen Antriebsvorrichtung (130), - Vergleich der erfassten Leistungsanforderung (LAF) mit der erfassten aktuellen Betriebsleistung (BL), - Vorgeben einer Soll-Betriebsleistung (SBL) auf Basis des Vergleichsergebnisses und wenigstens eines Batterie-Effizienzparameters (BEP) sowie wenigstens eines Wandler-Effizienzparameters (WEP).

Description

Regelungsverfahren für eine Regelung eines Ladestandes einer Batterievor-

richtung in einem Hybrid-Antriebssystem

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regelungsverfahren für eine Regelung eines Ladestandes einer Batterievorrichtung in einem Hybrid-Antriebssystem, eine Regelvorrichtung zur Durchführung eines solchen Regelungsverfahrens sowie ein Hybrid-

Antriebssystem mit einer solchen Regelvorrichtung.

Es ist bekannt, dass in Fahrzeugen Hybrid-Antriebssysteme eingesetzt werden, um eine elektrische Antriebsleistung eines solchen Kraftfahrzeugs zur Verfügung zu stellen. Die elektrische Antriebsleistung wird dabei einem elektrischen Antrieb zur Verfügung gestellt, welcher die elektrisch zur Verfügung gestellte Energie in Rotationsbewegung zum Antrieb des Kraftfahrzeugs umsetzt. Die dafür notwendige elektrische Energie wird bei Hybrid-Antriebssystemen von zwei separaten Komponenten zur Verfügung gestellt. Zum einen handelt es sich dabei um eine Batterievorrichtung, in welcher elektrische Energie gespeichert ist. Zum anderen wird ein Energiewandler verwendet, welcher chemisch gespeicherte Energie in elektrische Energie umsetzen kann. Ein solcher Energiewandler ist beispielsweise ein Verbrennungsmotor oder ein

Brennstoffzellensystem.

Nachteilhaft bei den bisher bekannten Lösungen ist es, dass die variablen Lastanforderungen beim Betrieb des Kraftfahrzeuges entsprechend in der Betriebsweise des Energiewandlers abgebildet werden. Mit anderen Worten wird die Batterievorrichtung bei bekannten Hybrid-Antriebssystemen nur verwendet, wenn sehr hohe Anstiege in der Leistungsanforderung erfüllt werden sollen, sodass sozusagen eine Boostfunktion von der Batterievorrichtung zur Verfügung gestellt wird. Dies hat unter anderem den Nachteil, dass der Energiewandler sehr variabel betrieben wird. Ein direktes Nachführen der Betriebsleistung des Energiewandlers und Anpassen an die aktuelle Lastanforderung der elektrischen Antriebsvorrichtung führt dazu, dass kein kontinuierlicher Betrieb des Energiewandlers möglich ist. Darüber hinaus sind für Boostsituationen aus der Batterievorrichtung häufig hohe Abgabeleistungen notwendig. Auch dies kann zu effizienzarmer oder sogar schädigender Betriebsweise der Batterievor-

richtung führen.

als Energiewandler sehr ineffizient.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine flexible Regelstrategie für hohe Effizienz und lange Einsatzzeiten für den Energiewandler und die Batterievor-

richtung eines Hybrid-Antriebssystems zur Verfügung zu stellen.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst, durch eine Regelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Regelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie ein Hybrid-Antriebssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung sowie dem erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebssystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets

wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

Erfindungsgemäß dient ein Regelungsverfahren der Regelung eines Ladestandes einer Batterievorrichtung sowie einer Betriebsleistung eines Energiewandlers eines Hybrid-Antriebssystems. Dieses dient wiederum dem elektrischen Antrieb eines Lastkraftfahrzeugs mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung. Das Regelungsverfahren

zeichnet sich durch die folgenden Schritte aus:

— Erfassen des aktuellen Ladestandes der Batterievorrichtung,

— Erfassen der aktuellen Betriebsleistung des Energiewandlers, — Erfassen einer Leistungsanforderung der elektrischen Antriebsvorrichtung,

— Vergleich der erfassten Leistungsanforderung mit der erfassten aktuellen

Betriebsleistung,

— Vorgeben einer Soll-Betriebsleistung auf Basis des Vergleichsergebnisses und wenigstens eines Batterie-Effizienzparameters sowie wenigstens eines

Wandler-Effizienzparameters.

Erfindungsgemäß dient das Regelungsverfahren dazu, einen möglichst effizienten Betrieb einer elektrischen Antriebsvorrichtung mithilfe eines Hybrid-Antriebssystems zu gewährleisten. Unter einem effizienten Betrieb ist dabei insbesondere ein möglichst hoher Wirkungsgrad beim Zurverfügungstellen der elektrischen Energie zu verstehen. Darüber hinaus ist Effizienz im Sinne der vorliegenden Erfindung jedoch auch im Weiteren Rahmen dahingehend zu verstehen, dass die entsprechende Komponente, also die Batterievorrichtung und/oder der Energiewandler, besonders lang-

lebig, schädigungsarm und/oder wartungsarm betrieben wird.

Um diese effizienzsteigernde Betriebsweise mit einem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren gewährleisten zu können, werden drei Eingangsparameter erfasst. Zum einen handelt es sich dabei um den aktuellen Ladestand, auch State of Charge (SOC) genannt, der Batterievorrichtung. Weiter wird die aktuelle Betriebsleistung des Energiewandlers, also die Menge an elektrischer Energie, die aktuell vom Energiewandler erzeugt wird, erfasst. Abschließend erfolgt eine Erfassung einer Leistungsanforderung der elektrischen Antriebsvorrichtung. Die Leistungsanforderung der elektrischen Antriebsvorrichtung hängt üblicherweise mit der aktuellen Betriebssituation des Lastkraftfahrzeugs zusammen. Beispielsweise wird über ein Gaspedal im Innenraum des Lastkraftfahrzeugs der Beschleunigungs- oder Antriebswunsch des Fahrzeugführers aufgenommen. Dieser kann in eine Leistungsanforderung der elektrischen Antriebsvorrichtung übersetzt werden. Jedoch kann sich die Leistungsanforderung auch durch die Veränderung einer Steigung, beispielsweise beim Übergang bei einem Betrieb des Lastkraftfahrzeuges von einer Ebene in einen Anstieg, ändern. Eine gestiegene oder auch eine gesunkene Leistungsanforderung wird nun

im nächsten Vergleichsschritt mit der aktuellen Betriebsleistung verglichen. Dabei

können im Wesentlichen drei Situationen unterschieden werden. Die Leistungsanfor-

derung kann der aktuellen Betriebsleistung entsprechen, die Leistungsanforderung

kann höher als die aktuelle Betriebsleistung sein oder die erfasste Leistungsanforde-

rung liegt unterhalb der aktuellen Betriebsleistung.

Während bei den bekannten Lösungen der Vergleich der erfassten Leistungsanforderung mit der aktuellen Betriebsleistung anschließend die aktuelle Betriebsleistung der erfassten Leistungsanforderung nachgeführt hat, erfolgt nun erfindungsgemäß noch ein weiterer, zusätzlicher Schritt, indem zusätzliche Parameter berücksichtigt werden. Um ein einfaches Nachführen, also einen Anstieg der Soll-Betriebsleistung bei einem Überschreiten der aktuellen Betriebsleistung durch die Leistungsanforderung und ein Reduzieren der Soll-Betriebsleistung bei einem Unterschreiten der aktuellen Betriebsleistung durch die Leistungsanforderung zu vermeiden, wird erfindungsgemäß eine Berücksichtigung von Batterie-Effizienzparametern und WandlerEffizienzparametern durchgeführt. Die einzelnen Effizienz-Parameter beziehen sich dabei auf einen Effizienzbegriff, wie er bereits erläutert worden ist. Im einfachsten Fall ist ein Batterie-Effizienzparameter ein messbarer, physikalischer und/oder chemischer Parameter, welcher eine Aussage über den Wirkungsgrad und/oder andere Effizienzgesichtspunkte der Batterievorrichtung treffen kann. In gleicher Weise ist der Wandler-Effizienzparameter ein physikalisch und/oder chemisch messbarer Parameter, welcher entsprechend Aussage über den Wirkungsgrad und/oder Schädigungs-

mechanismen in dem Energiewandler treffen kann.

Erfindungsgemäß kann die Integration von wenigstens einem Batterie-Effizienzparameter sowie wenigstens einem Wandler-Effizienzparameter nun dazu führen, dass auch komplexere Regelungs- und Regelungsmöglichkeiten Berücksichtigung finden können. Insbesondere wird im Gegensatz zu einem bekannten direkten Nachführen der Soll-Betriebsleistung und einem entsprechenden Anpassen an die aktuell erfasste Leistungsanforderung eine andere Regelung möglich. Wie später noch anhand von beispielshaften Vergleichsergebnissen erläutert wird, kann insbesondere die Betriebsleistung, aber auch eine noch später zu erläuternde Abgabeleistung der Batterievorrichtung, basierend auf dem Batterie-Effizienzparameter und/oder dem Wandler-Effizienzparameter auch dann konstant gehalten werden, wenn bei bekannten Lösungen die Leistungsanforderung zu einer Änderung der Soll-Betriebsleistung

geführt hätte. Unerwünschte Änderungsgeschwindigkeiten, unerwünscht hohe

men Fahrzeugen, denkbar.

Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren der wenigstens eine Wandler-Effizienzparameter eine Mindest-Betriebsleistung und/oder eine Maximal-Betriebsleistung aufweist. So ist es möglich, ein Betriebsfenster zu definieren, in welchem ein gewünschter Zielwirkungsgrad als Wandler-Effizienzparameter erreicht wird. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass der Energiewandler, insbesondere in Form eines Brennstoffzellensystems, in einer zu hohen Betriebsleistung oder einer zu niedrigen Betriebsleistung betrieben wird. Insbesondere sind solche Mindest-Betriebsleistungen und Maximal-Betriebsleistungen bezogen auf die maximal mögliche Leistungsabgabe des Energiewandlers. Der Wirkungsgrad kann dabei sowohl aus energetischer Sicht, aber auch aus chemischer Sicht, Berücksichtigung finden. So können beispielsweise Schadstoffzusammensetzungen, welche bei unterschiedlichen Betriebssituationen in unterschiedlicher Höhe anfallen, Berücksichtigung finden. So kann bei einem Verbrennungsmotor als Energiewandler die Abgaszusammensetzung als Wandler-Effizienzparameter eingesetzt werden. Zusätzlich oder alternativ ist jedoch auch der elektrische Wirkungsgrad, also der Umsetzungsgrad von chemisch gespeicherter Energie in tatsächlich für die Antriebsleistung zur Verfügung stehende elektrische Energie, als Wandler-Effizienzpa-

rameter bei einem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren einsetzbar.

Im Rahmen der Erfindung ist als Energiewandler insbesondere ein Brennstoffzellen-

system, besonders bevorzugt ein PEM-Brennstoffzellensystem vorgesehen.

Von Vorteil ist es weiter, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren

die Vorgabe der Soll-Betriebsleistung zusätzlich auf Basis wenigstens eines

auf diese Weise berücksichtigt und zumindest reduziert werden.

Weiter von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren der wenigstens eine Batterie-Effizienzparameter eine Abgabeleistung der Batterievorrichtung und/oder ein Ladefenster aufweist. Darunter ist zu verstehen, dass die Abgabeleistung in Kilowatt eine Überlastung der elektrischen Anschlüsse unterschreitet. Es wird darüber hinaus sichergestellt, dass ein zu hoher Entladestrom der Batterievorrichtung, welcher diese ebenfalls schädigen würde, unterbunden wird. Auch kann zusätzlich oder alternativ sichergestellt werden, dass ein vordefiniertes Ladefenster, beispielsweise im Bereich zwischen 40% und 60% des Ladestandes der Batterievorrichtung, nicht verlassen wird oder nur über kurze Zeiträume verlassen wird. Auch die später noch erläuterten Parameter Mindest-Ladestand und Maxi-

mal-Ladestand, können auf diese Weise mit hoher Sicherheit eingehalten werden.

Vorteile kann es mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren bei einem erfassten niedrigen Ladestand der Batterievorrichtung und einer Leistungsanforderung oberhalb der aktuellen Betriebsleistung die Soll-Betriebsleistung des Energiewandlers erhöht wird, für ein Vermeiden eines Unterschreitens eines Mindest-Ladestandes als Batterie-Effizienzparameter. Ist der niedrige Ladestand der Batterievorrichtung im Bereich oder kurz oberhalb eines Mindest-Ladestandes, so würde ein Anstieg der Leistungsanforderung mit Erfüllung dieses Anstieges aus der Batterievorrichtung zu einem Unterschreiten dieses Mindest-Ladestandes führen. Um diesen Mindest-Ladestand nicht zu unterschreiten und damit Schädigungsme-

chanismen, welche unterhalb dieses Mindest-Ladestandes eintreten könnten, zu

gung für die Batterievorrichtung gewährleistet wird.

Vorteile bringt es weiter mit sich, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren bei einem erfassten hohen Ladestand der Batterievorrichtung und einer Leistungsanforderung oberhalb der aktuellen Betriebsleistung die Soll-Betriebsleistung zumindest über eine Verzögerungszeitspanne konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten wird für eine Beibehaltung des aktuellen Wirkungsgrades des Energiewandlers als Wandler-Effizienzparameter. Wie bereits erläutert worden ist, ist insbesondere ein möglichst konstanter Betrieb in einem Betriebsfenster mit hohem Wirkungsgrad für den Energiewandler sinnvoll. Ist nun ein ausreichend hoher Ladestand, beispielsweise innerhalb eines bereits erläuterten optimalen Ladefensters 0der im Bereich eines maximalen Ladestandes gegeben, so kann eine erhöhte Leistungsanforderung zumindest teilweise aus diesem zur Verfügung stehenden hohen Ladestand der Batterievorrichtung abgepuffert werden. Dies führt dazu, dass zumindest über eine vordefinierte Verzögerungszeitspanne oder eine flexible Verzögerungszeitspanne die Soll-Betriebsleistung konstant gelassen wird, also keine Veränderung der Betriebssituation des Energiewandlers die Folge dieser Erhöhung der Leistungsanforderung ist. Vielmehr wird die noch benötigte zusätzliche Energie aus der Batterievorrichtung zur Verfügung gestellt, sodass über den Betrieb in dieser Betriebsweise der Ladestand der Batterievorrichtung langsam absinkt. Bei dieser Regelungssituation wird also als Effizienzgesichtspunkt die möglichst konstante Betriebsweise des Energiewandlers in dieser Situation ermöglicht, da durch Berücksichtigung des hohen Ladestandes nun ein Abpuffern der fehlenden Leistung aus der Batterie-

vorrichtung möglich ist.

Weitere Vorteile sind erzielbar, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren bei einer erfassten Leistungsanforderung oberhalb der erfassten aktuellen Betriebsleistung der Leistungsunterschied bestimmt wird, wobei insbesondere bei ei-

nem bestimmten Leistungsunterschied unterhalb einer Unterschiedsschwelle die

frei oder schädigungsarm möglich ist.

Ebenfalls vorteilhaft kenn es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren bei einem erfassten hohen aktuellen Ladestand und einer erfassten Leistungsanforderung unterhalb der erfassten aktuellen Betriebsleistung die Soll-Betriebsleistung zumindest auf die erfasste Leistungsanforderung abgesenkt wird, für eine Vermeidung eines überhöhten Ladestandes als Batterie-Effizienzparameter. Ist die Batterie also beispielswese voll oder im Wesentlichen vollständig geladen und befindet sich dementsprechend der Ladestand im Bereich oder auf Höhe des Maximal-Ladestandes, so würde ein Verbleib der Betriebsleistung bei reduzierter Leistungsanforderung auf höherem Niveau zu einem Überladen der Batterievorrichtung führen. Dieses Überladen kann, wie dies bereits erläutert worden ist, wiederum zu einer Degradation oder einer Schädigung der Batterievorrichtung führen. Somit kann hier bei der Berücksichtigung zur Vermeidung eines erhöhten Ladestandes als Batte-

rie-Effizienzparameter ein sofortiges Absenken oder sogar Unterschreiten der

oder Überladen der Batterievorrichtung wirkungsvoll vermieden wird.

Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren bei einem erfassten niedrigen aktuellen Ladestand und einer erfassten Leistungsanforderung unterhalb der erfassten aktuellen Betriebsleistung, die Soll-Betriebsleistung auf der aktuell erfassten Betriebsleistung belassen wird, wenigstens für eine Verzögerungszeitspanne für ein Vermeiden eines zu niedrigen Ladestandes als Batterie-Effizienzparameter. Sinkt eine Leistungsanforderung ab und ist zu diesem Zeitpunkt der Ladestand der Batterievorrichtung gering, beispielsweise bei oder im Bereich des Mindest-Ladestandes, so kann das Absinken der Leistungsanforderung dazu genutzt werden, den Ladestand der Batterievorrichtung wieder anzuheben, insbesondere in ein optimales Ladefenster hinein. Damit wird bei dieser Situation trotz des Absinkens der Leistungsanforderung die Betriebsleistung des Energiewandlers auf hohem Niveau beibehalten, um die auf diese Weise überschüssig erzeugte elekt-

rische Energie dem Laden der Batterievorrichtung zur Verfügung zu stellen.

Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren für die Vorgabe der Soll-Betriebsleistung der wenigstens eine Batterie-Effizienzparameter und/oder der wenigstens eine Wandler-Effizienzparameter mit einer Gewichtung versehen wird. Wie aus den voranstehend erläuterten Beispielen ersichtlich wird, können unterschiedliche Batterie-Effizienzparameter und unterschiedliche Wandler-Effizienzparameter unterschiedlich starken Einfluss auf Schädigungsmechanismen und/oder Wirkungsgrade beim Betrieb der Batterievorrichtung und des Energiewandlers haben. Je nach Einflussgrad kann der entsprechend diesen Einflussgrad beeinflussende Effizienzparameter mit einer zugehörigen Gewichtung versehen werden. Auch sind die unterschiedlichen Effekte mit reversiblen und irreversiblen Schädigungsmechanismen korrigierbar, sodass beispielsweise Effizienzparameter, welche mit einer irreversiblen Schädigung der Komponente zusammenhängen, entsprechend hoch gewichtet werden, um in hohem Maße eine solche irreversible Schädigung zu vermeiden. Mit anderen Worten wird es möglich, mithilfe von Gewichtungsparametern die einzelnen Effizienzparameter noch exakter vorzugeben und auf diese Weise in optimierter Weise unterschiedliche und insbesondere widersprechende Vorgabemöglichkeiten bei der Soll-Betriebsleistung in gewichteter Weise zu berücksich-

tigen. Dabei kann es sich um globale Gewichtungen für die einzelnen Komponenten

unterschiedlichen Effizienzparametern handeln.

Von Vorteil ist es ebenfalls, wenn bei einem erfindungsgemäßen Regelungsverfahren als Energiewandler ein Brennstoffzellensystem verwendet wird. Beispielsweise können hier Hochtemperaturbrennstoffzellen, wie SOFC-Systeme, oder Wasserstoff-

brennstoffzellensysteme, wie beispielsweise PEM-Systeme, eingesetzt werden.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Regelvorrichtung für die Regelung eines Ladestandes einer Batterievorrichtung und einer Betriebsleistung eines Energiewandlers eines Hybrid-Antriebssystems für einen elektrischen Antrieb eines Lastkraftfahrzeuges mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung. Diese Regelvorrichtung zeichnet sich aus, durch ein Erfassungsmodul für ein Erfassen des aktuellen Ladestandes der Batterievorrichtung, ein Erfassen einer aktuellen Betriebsleistung des Energiewandlers und ein Erfassen einer Leistungsanforderung der elektrischen Antriebsvorrichtung. Weiter ist die Regelvorrichtung mit einem Vergleichsmodul für einen Vergleich der erfassten Leistungsanforderung mit der erfassten aktuellen Betriebsleistung ausgestattet. Die Regelvorrichtung weist darüber hinaus ein Vorgabemodul auf, für ein Vorgeben einer Soll-Betriebsleistung auf Basis des Vergleichsergebnisses und wenigstens eines Batterie-Effizienzparameters sowie wenigstens eines Wandler-Effizienzparameters. Das Erfassungsmodul, das Vergleichsmodul und/oder das Vorgabemodul sind vorzugsweise für eine Durchführung eines erfindungsgemäßen Regelungsverfahrens ausgebildet. Damit bringt eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug

auf ein Regelungsverfahren erläutert worden sind.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Hybrid-Antriebssystem mit einer Batterievorrichtung und einem Energiewandler zum Erzeugen elektrischer Energie für eine elektrische Antriebsvorrichtung für einen elektrischen Antrieb eines Lastkraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Hybrid-Antriebssystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Regelvorrichtung sowie ein erfindungsgemäßes Regelungsverfahren erläutert worden sind. Bei einem solchen Hybridsystem ist der Energiewandler insbesondere als Brennstoffzellensystem ausgebildet.

tisch:

Fig. 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Hybrid-Antriebssystems,

Fig. 2 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Regelvorrichtung,

Fig. 3 ein möglicher Verlauf einer Betriebsleistung,

Fig. 4 ein weiterer möglicher Verlauf einer Betriebsleistung,

Fig. 5 ein möglicher Verlauf einer Abgabeleistung,

Fig. 6 ein möglicher Verlauf eines Ladestandes einer Batterievorrichtung,

Fig. 7 eine mögliche Betriebssituation im Regelungsverfahren,

Fig. 8 eine weitere mögliche Betriebssituation in einem Regelungsverfahren,

Fig. 9 eine weitere mögliche Betriebssituation in einem Regelungsverfahren,

Fig. 10 eine weitere mögliche Betriebssituation in einem Regelungsverfahren und

Fig. 11 eine weitere mögliche Betriebssituation in einem Regelungsverfahren.

Figur 1 zeigt schematisch ein Lastkraftfahrzeug 200, welches hier mit einem HybridAntriebssystem 100 ausgestattet ist. Das Hybrid-Antriebssystem 100 ist hier mit ei-

nem Brennstoffzellensystem 300 als Energiewandler 120 ausgestattet.

Erfindung ausgestattet, wie sie mit Bezug auf die Figur 2 näher erläutert wird.

Figur 2 zeigt schematisch, wie ein Erfassungsmodul 20 in einer Regelvorrichtung 10 verschiedene Parameter erfassen kann. Dabei handelt es sich um einzelne separate Sensoren der Regelvorrichtung 10 beziehungsweise des Erfassungsmoduls 20 oder aber gemeinsame Sensorelemente. Somit ist es möglich, über Abgreifen der aktuellen Spannung an der Batterievorrichtung 110 deren Ladestand SOC zu erfassen. Über entsprechende Signalisierung wird eine Leistungsanforderung LAF von der elektrischen Antriebsvorrichtung 130 erhalten und über die Betriebsüberwachung des Energiewandlers 120 dessen aktuelle Betriebsleistung BL erfasst. Mit diesen Informationen wird der erfindungsgemäße Vergleich im Vergleichsmodul 30 durchgeführt, sodass abschließend durch das Vorgabemodul 40 nun unter Berücksichtigung wenigstens eines Batterie-Effizienzparameters BEP und wenigstens eines Wandler-Effi-

zienzparameters WEP die Soll-Betriebsleistung SBL vorgegeben werden kann.

In der Figur 3 ist schematisch ein möglicher Verlauf einer Betriebsleistung BL des Energiewandlers 120 dargestellt. Hier noch ohne Bezug auf eine Leistungsanforderung LAF, wird sichergestellt, dass als Wandler-Effizienzparameter WEP ein Betriebsfenster zwischen einer Maximal-Betriebsleistung BL und einer Minimal-Be-

triebsleistung BL eingehalten wird.

Die Figur 4 zeigt als Wandler-Effizienzparameter WEP einen Wandler-Schädigungsparameter WSP als Untergrenze. Ein Betrieb unterhalb dieser Untergrenze könnte zu reversiblen oder irreversiblen Schädigungen des Energiewandlers 120 führen, so-

dass ein weiteres Unterschreiten hier sicher abgeblockt wird. Dies ist in der Figur 4

gungsparameters WSP.

In der Figur 5 ist eine Abgabeleistung AL der Batterievorrichtung 110 dargestellt, diese steigt hier variabel an, bis sie eine maximale Abgabeleistung ALmax als Batterie-Effizienzparameter BEP erreicht. Hier wird ein weiterer Anstieg der Abgabeleistung AL geblockt, um eine überhöhte Abgabeleistung, welche zur Temperaturerhöhung und/oder Schädigung der Batterievorrichtung 110 führen könnte, wirksam zu vermeiden. Sobald die benötigte Batterieleistung als Abgabeleistung AL wieder unter die maximale Abgabeleistung ALmax, kann diesem Verlauf in der Figur 5 wieder ge-

folgt werden.

Die Figur 6 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Batterie-Effizienzparameters BEP. Hier sind zum einen Minimal-Ladestände SOC min und Maximal-Ladestände SOCmax dargestellt, welche nicht unterschritten oder überschritten werden sollen. Zusätzlich ist hier noch ein engeres Ladefenster LF für den Ladestand SOC dargestellt, welcher bei dieser Betriebsweise eingehalten wird. Beispielsweise kann das Ladefenster LF sich zwischen 40% und 60% der Gesamtkapazität der Batterievorrichtung 110 befinden.

Von Vorteil ist es, wenn bei dem Regelungsverfahren gemäß der Figuren 7 bis 11 ein oder mehrere Regelungssituationen berücksichtigt werden. So zeigt die Figur 7 eine Situation mit niedrigem Ladestand SOC, beispielsweise auf Mindest-Ladestand SOCmin. Hier ist gezeigt, wie in der aktuellen Situation die Leistungsanforderung LAF, beispielsweise durch einen Anstieg des Neigungswinkels der Steigung für den Betrieb des Lastkraftfahrzeuges 200, die Leistungsanforderung LAFansteigt. Das Überschreiten für die aktuelle Betriebsleistung BL führt nun dazu, dass die Betriebsleistung BL nicht ausreicht, um die aktuelle Leistungsanforderung LAF zu erfüllen. Da in diesem Fall die Batterievorrichtung 110 einen zu geringen Ladestand SOC aufweist, um diese Differenz zu erfüllen, wird über das erfindungsgemäße Regelungsverfahren die Soll-Betriebsleistung SBL angehoben, insbesondere genau auf die

Leistungsanforderung LAF.

Bei der Figur 8 ist eine ähnliche Leistungssituation wie bei der Figur 7 zu erkennen. Auch hier steigt die Leistungsanforderung LAF auf einen Wert oberhalb der aktuellen

Betriebsleistung BL an. Jedoch unterscheidet sich diese Situation von der in der

In der Figur 9 übersteigt ebenfalls wieder die Leistungsanforderung LAF die aktuelle Betriebsleistung BL. Auch hier ist ähnlich der Figur 8 der Ladestand SOC deutlich oberhalb des Mindest-Ladestands SOC-min, sodass grundsätzlich eine ausreichende Energiemenge zum Abpuffern des Leistungsunterschiedes LU zwischen Betriebsleistung BL und Leistungsanforderung LAF möglich wird. Jedoch kann nun zusätzlich sichergestellt werden, dass es sich hier um einen möglichst geringen Leistungsunterschied LU, insbesondere unterhalb einer Unterschiedsschwelle handelt, sodass die für diesen Ausgleich notwendige Abgabeleistung AL aus der Batterievorrichtung 110 eine maximale Abgabeleistung ALmax, wie sie beispielsweise in der Fi-

gur 5 dargestellt ist, nicht überschreitet.

In der Figur 10 ist eine Situation mit hohem Ladestand SOC in der Batterievorrichtung 110 dargestellt, wobei hier die Leistungsanforderung LAF absinkt. Beispielsweise erreicht das Lastkraftfahrzeug 200 eine Passhöhe, sodass sich entsprechend die Leistungsanforderung LAF trotz gleichbleibender Geschwindigkeit des Lastkraftfahrzeugs deutlich reduziert. Da bei dieser Regelungssituation die Batterievorrichtung 110 einen hohen Ladestand SOC, insbesondere im Bereich des Maximal-Ladestandes SOCmax aufweist, soll ein Überladen der Batterievorrichtung 110 vermieden werden. Deswegen wird bei dieser Situation nun die Soll-Betriebsleistung SBL abge-

senkt, insbesondere auf die aktuell reduzierte Leistungsanforderung LAF oder

triebsleistung BL zur Verfügung steht.

Die Figur 11 zeigt wieder eine ähnliche Leistungssituation wie die Figur 10. Auch hier sinkt die Leistungsanforderung LAF unter die aktuelle Betriebsleistung BL ab. Im Unterschied zur Regelungssituation der Figur 10 weist jedoch hier die Batterievorrichtung 110 einen niedrigen Ladestand SOC auf, insbesondere im Bereich des MindestLadestands SOCmin. Um ein Unterschreiten des Mindest-Ladestands SOCmin zu vermeiden und gleichzeitig vorteilhafterweise die Batterievorrichtung 110 wieder zu laden, beispielsweise in einen Bereich eines Ladefensters LF, wird bei dieser Regelungssituation die Soll-Betriebsleistung SBL beibehalten, sodass eine oberhalb der aktuellen Leistungsanforderung LAF liegende Betriebsleistung BL über eine gewisse Verzögerungszeitspanne zu einem Laden der Batterievorrichtung 110 mit der über-

schüssigen Betriebsleistung BL führt.

Die voranstehende Erläuterung beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich

im Rahmen von Beispielen.

16 Bezugszeichenliste 10 Regelvorrichtung 20 Erfassungsmodul 30 Vergleichsmodul 40 Vorgabemodul 100 Hybrid-Antriebssystem 110 Batterievorrichtung 120 Energiewandler 130 elektrische Antriebsvorrichtung 140 Nebenverbraucher 200 Lastkraftfahrzeug 300 Brennstoffzellensystem SOC Ladestand SOCmin Mindest-Ladestand SOCmax Maximal-Ladestand LF Ladefenster BL Betriebsleistung BLmin Mindest-Betriebsleistung BLmax Maximal-Betriebsleistung SBL Soll-Betriebsleistung AL Abgabeleistung AL max Maximale Abgabeleistung LAF Leistungsanforderung LU Leistungsunterschied BEP Batterie-Effizienzparameter WEP Wandler-Effizienzparameter WSP Wandler-Schädigungsparameter

Claims

Patentansprüche

1. Regelungsverfahren für eine Regelung eines Ladestandes (SOC) einer Batterievorrichtung (110) und einer Betriebsleistung (BL) eines Energiewandlers (120) eines Hybrid-Antriebssystems (100) für einen elektrischen Antrieb eines Lastkraftfahrzeugs (200) mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung (130), ge-

kennzeichnet durch die folgenden Schritte:

— Erfassen des aktuellen Ladestandes (SOC) der Batterievorrichtung (110),

— Erfassen einer aktuellen Betriebsleistung (BL) des Energiewandlers (120),

— Erfassen einer Leistungsanforderung (LAF) der elektrischen Antriebs-

vorrichtung (130),

— Vergleich der erfassten Leistungsanforderung (LAF) mit der erfassten

aktuellen Betriebsleistung (BL),

— Vorgeben einer Soll-Betriebsleistung (SBL) auf Basis des Vergleichsergebnisses und wenigstens eines Batterie-Effizienzparameters (BEP)

sowie wenigstens eines Wandler-Effizienzparameters (WEP).

2. Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Wandler-Effizienzparameter (WEP) eine Mindest-Betriebsleis-

tung (BLmin) und/oder eine Maximal-Betriebsleistung (BLmax) aufweist.

3. Regelungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorgabe der Soll-Betriebsleistung (SBL) zusätzlich

auf Basis wenigstens eines Wandler-Schädigungsparameters erfolgt.

4. Regelungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Batterie-Effizienzparameter (BEP) eine Abgabeleistung (AL) der Batterievorrichtung (110) und/oder einen Lade-

fenster (LF) aufweist.

dest-Ladestandes (SOCmin) als Batterie-Effizienzparameter (BEP).

6. Regelungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem erfassten hohen Ladestand (SOC) der Batterievorrichtung (110) und einer Leistungsanforderung (LAF) oberhalb der aktuellen Betriebsleistung (BL) die Soll-Betriebsleistung (SBL) zumindest über eine Verzögerungszeitspanne konstant oder im Wesentlichsten konstant gehalten wird für eine Beibehaltung des aktuellen Wirkungsgrades des Energie-

wandlers (120) als Wandler-Effizienzparameter (WEP).

7. Regelungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer erfassten Leistungsanforderung (LAF) oberhalb der erfassten aktuellen Betriebsleistung (BL) der Leistungsunterschied (LU) bestimmt wird, wobei insbesondere bei einem bestimmten Leistungsunterschied (LU) unterhalb einer Unterschiedsschwelle die Betriebsleistung (BL) konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten wird für eine Vermeidung ei-

ner Schädigungs-Abgabeleistung als Batterie-Effizienzparameter (BEP).

8. Regelungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem erfassten hohen aktuellen Ladestand (SOC) und einer erfassten Leistungsanforderung (LAF) unterhalb der erfassten aktuellen Betriebsleistung (BL) die Soll-Betriebsleistung (SBL) zumindest auf die erfasste Leistungsanforderung (LAF) abgesenkt wird für ein Vermeiden eines

überhöhten Ladestandes als Batterie-Effizienzparameter (BEP).

9. Regelungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem erfassten niedrigen aktuellen Ladestand (SOC) und einer erfassten Leistungsanforderung (LAF) unterhalb der erfassten aktuellen Betriebsleistung (BL) die Soll-Betriebsleistung (SBL) auf der ak-

tuell erfassten Betriebsleistung (BL) belassen wird, wenigstens für eine

10. Regelungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vorgabe der Soll-Betriebsleistung (SBL) der wenigstens eine Batterie-Effizienzparameter (BEP) und/oder wenigstens eine

Wandler-Effizienzparameter (WEP) mit einer Gewichtung versehen wird.

11. Regelungsverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Energiewandler (120) ein Brennstoffzellensystem

(300) verwendet wird.

12. Regelvorrichtung (10) für eine Regelung eines Ladestandes (SOC) einer Batterievorrichtung (110) und einer Betriebsleistung (BL) eines Energiewandlers (120) eines Hybrid-Antriebssystems (100) für einen elektrischen Antrieb eines Lastkraftfahrzeugs (200) mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung (130), gekennzeichnet durch ein Erfassungsmodul (20) für ein Erfassen des aktuellen Ladestandes (SOC) der Batterievorrichtung (110), ein Erfassen einer aktuellen Betriebsleistung (BL) des Energiewandlers (120) und ein Erfassen einer Leistungsanforderung (LAF) der elektrischen Antriebsvorrichtung (130), weiter gekennzeichnet durch ein Vergleichsmodul (30) für einen Vergleich der erfassten Leistungsanforderung (LAF) mit der erfassten aktuellen Betriebsleistung (BL) und ein Vorgabemodul (40) für ein Vorgeben einer Soll-Betriebsleistung (SBL) auf Basis des Vergleichsergebnisses und wenigstens eines Batterie-Effizienzparameters (BEP) sowie wenigstens eines Wandler-Effizienzparameters (WEP), wobei vorzugsweise das Erfassungsmodul (20), das Vergleichsmodul (30) und/oder das Vorgabemodul (40) für eine Durchführung eines Regelungs-

verfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet sind.

13. Hybrid-Antriebssystem (100) mit einer Batterievorrichtung (110) und einem Energiewandler (120) zum Erzeugen elektrischer Energie für eine elektrische Antriebsvorrichtung (130) für einen elektrischen Antrieb eines Lastkraftfahrzeugs (200) aufweisend eine Regelvorrichtung (10) mit den Merkmalen des

Anspruchs 12.

14. Hybrid-Antriebssystem (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiewandler (120) als Brennstoffzellensystem (300) ausgebildet

ist.