AT6080U1 - Verfahren zur auslegung eines energiemanagements für ein hybridfahrzeug - Google Patents

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AT6080U1
AT6080U1 AT0014802U AT1482002U AT6080U1 AT 6080 U1 AT6080 U1 AT 6080U1 AT 0014802 U AT0014802 U AT 0014802U AT 1482002 U AT1482002 U AT 1482002U AT 6080 U1 AT6080 U1 AT 6080U1
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslegung eines Energiemanagements für ein Hybridfahrzeug. Um auf möglichst einfache Weise eine zuverlässige Auslegung des Energiemanagements für ein Hybridfahrzeug zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Auslegung auf der Basis eines im praktischen Fahrbetrieb ermittelten praxisnahen Straßenfahrzyklus erfolgt.

Description


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   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslegung eines Energiemanagements für ein Hybridfahrzeug. 



   Bei der Auslegung des Energiemanagements eines Hybridfahrzeugs mit zumin- dest einer Brennkraftmaschine und zumindest einem Elektromotor, welche wech- selweise oder parallel betrieben werden können, ergibt sich die Forderung einer möglichst neutralen elektrischen Energiebilanz. Bei Antriebsstrangkonzepten für
Hybridfahrzeugen können die Betriebsarten "elektrisch fahren" oder "elektrisch bremsen" auftreten. Ein ausgeglichener elektrischer Energiehaushalt liegt dann vor, wenn am Ende eines Fahrzyklus der Energieinhalt der elektrischen Speicher gleich gross ist wie zu Beginn. Die Ermittlung einer entsprechenden energieneut- ralen Fahr- und Betriebsstrategie für das Hybridfahrzeug erfolgt anhand von wiederholbaren Fahrzyklen. 



  Es hat sich allerdings gezeigt, dass bestehende normierte Fahrzyklen, die zur Messung des Verbrauches und der Emissionen entwickelt wurden, wie beispielsweise der NEDC-Zyklus (ECE R 83 (91/441/EEC) Driving Cycle) zur Ermittlung einer Fahrstrategie bei Hybridfahrzeugen nicht geeignet ist, da im Wesentlichen nur eine einzige Bremsung am Ende des Zyklus über einen brauchbaren Energieinhalt verfügt. Zwischen dem Zyklusstart und der finalen Bremsung ist dagegen keine bedeutende Zurückgewinnung von Rekuperationsenergie der Bremsereignisse möglich. Zur Auslegung des Energiemanagements eines Hybridfahrzeuges können hinsichtlich des Bremsverhalten praxisferne genormte Fahrzyklen dieser Art nicht eingesetzt werden. 



  Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und auf möglichst einfache Weise eine praxisnahe Auslegung des Energiemanagements für Hybridfahrzeuge zu ermöglichen. 



  Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Auslegung auf der Basis eines im praktischen Fahrbetrieb ermittelten praxisnahen Strassenfahrzyklus erfolgt. Dabei werden Strecken mit definierter Aufteilung in Stadt-, Überland-, und Autobahnanteile mit einem Fahrzeug ähnlicher Fahrleitungen und gleicher Schwungmasse wie das Hybridfahrzeug, für das die Strecke definiert werden soll, zurückgelegt. Im Fahrbetrieb werden Geschwindigkeitsprofil und Bremsereignisse aufgezeichnet und daraus für jedes Bremsereignis die Rekuperationsdauer sowie die Rekuperationsenergie ermittelt. Weiters wird der Durchschnitt und/oder die Summe der Rekuperationsleistungen aller Bremsereignisse bezogen auf die Rekuperationsdauer bestimmt. 

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   In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass aus den Messungen ein praxisnaher Strassenfahrzyklus abgeleitet wird, bei dem die Verteilung der durchschnittlichen und/oder der maximalen Rekuperationsleistungen gleich den im realen Fahrbetrieb ermittelten durchschnittlichen und/oder maximalen Reku- perationsleistungen ist. 



   Die weitere Auslegung des Energiemanagements erfolgt dahingehend, dass eine geeignete Betriebs- und Fahrtstrategie für das Hybridfahrzeug anhand des reali- tätsnahen Strassenfahrzyklus definiert wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Fahr- und Betriebsstrategie anhand des praxisnahen Strassenfahrzyklus überprüft wird. 



   Das Energiemanagement wird schliesslich aufgrund der Rekuperationsleistung des realitätsnahen Strassenfahrzyklus optimiert. Das Energiemanagement verfolgt das
Ziel, dass der Energieaufwand bei der Zurücklegung einer Fahrstrecke minimal werden soll, wobei bestimmte Randbedingungen eingehalten werden sollen. Diese Randbedingungen sind beispielsweise, dass die Energiespeicher innerhalb ei- nes definierten Ladungszustandes betrieben werden, dass definierte Teile des
Fahrzeugs bestimmte minimale und maximale Temperaturen annehmen, dass die
Fahrbarkeit nicht beeinträchtigt wird oder dergleichen. Ist eine Strategie, die sämtliche Randbedingungen erfüllen kann, gefunden, so wird die Strategie am standardisierten   NEDC-Zyklus   hinsichtlich der Potentiale der Verbrauchsreduktion und der Erfüllung der Abgasnormen bewertet.

   Durch diese Vorgangsweise wird sowohl die praktische Verwendbarkeit als auch die gesetzeskonforme Angabe von Verbrauchswerten sichergestellt. 



  Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. 



  Es zeigen Fig. 1 ein Geschwindigkeits-Zeitdiagramm eines   NEDC-Zyklus   gemäss ECE R 83   (91/441/EEC),   Fig. 2 ein im praktischen Fahrbetrieb aufgenommenes Geschwindigkeits-Zeitdiagramm, Fig. 3 die Verteilung der Rekuperationsenergie auf die Rekuperationsdauer beim praxisnahen Strassenfahrzyklus, Fig. 4 die durchschnittliche und maximale Rekuperationsleistung bezogen auf die Rekuperationsdauer beim praxisnahen   Strassenfahrzyklus,   Fig. 5 die Verteilung der Rekuperationsenergie auf die Rekuperationsdauer beim NEDC-Zyklus und Fig. 6 die kumulative Verteilung der Rekuperationsenergie auf die Rekuperationsdauer. 



  Der in Fig. 1 dargestellte sogenannte NEDC-Zyklus gemäss ECE R 83 (91/441/EEC) wird zur standardisierten Verbrauchs- und Emissionsbestimmung bei einem Fahrzeug herangezogen. Der Zyklus setzt sich aus vier hintereinander folgenden innerstädtischen   Zyklusteilen   UC und einem finalen Überlandzyklusteil EUC zusammen. Die Gesamtdauer des Fahrzyklus erstreckt sich über 1220 Sekunden. 

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   Fig. 2 zeigt im Vergleich dazu die Geschwindigkeit v über der Zeit t bei einem realen Strassenfahrzyklus über einem Zeitraum von etwa fünf Stunden aufgetra- gen. Auch hier finden sich innerstädtische Zyklusteile UC und Überlandzyklusteile
EUC. Mit HW sind Autobahnzyklusteile bezeichnet. Im Vergleich zu dem in Fig. 1 dargestellten genormten NEDC-Zyklus finden im realen Strassenfahrbetrieb we- sentlich mehr Bremsereignisse statt. 



   Es zeigt sich, dass der genormte   NEDC-Zykius   zur Entwicklung einer Fahrstrate- gie für die Auslegung des Energiemanagements für ein Hybridfahrzeug denkbar schlecht geeignet ist, da im Wesentlichen nur eine einzige   Bremsung - nämlich   die Bremsung am Ende des Zyklus - über einen interessanten beziehungsweise brauchbaren Energieinhalt verfügt. Würde die Auslegung des Energiemanage- ment eines Hybridfahrzeuges auf der Basis des   NEDC-Zyklus   durchgeführt werden, so wäre das Hybridfahrzeug im realen Betrieb nicht fahrbar und/oder es käme zur einer drastischen Reduktion der Lebensdauer der Energiespeicher. 



  In dem in Fig. 2 gezeigten realen Fahrzyklus existieren mehrere Zeiten, zu welchen das Fahrzeug steht, das heisst, innerhalb des Fahrzyklus existieren mehrere Abschnitte, die durch eine Fahrzeuggeschwindigkeit null am Anfang und am Ende begrenzt sind. Diese Abschnitte lassen sich permutieren, so dass sich aus dieser Messung viele verschiedene Zyklen zusammenstellen lassen. 



  Die Vorgangsweise zur Entwicklung einer Fahrstrategie ist, dass diese anhand einer Permutation des realen Strassenfahrzyklus entwickelt wird und anhand weiterer Permutationen der Beweis erbracht werden kann, dass die Fahrbarkeit erhalten bleibt, dass die Energiespeicher innerhalb der Spezifikationen betrieben werden, dass die Temperaturen nicht über die Maximalwerte steigen etc. 



  Gemäss dem vorgeschlagenen Verfahren werden im realen Fahrbetrieb die Bremsereignisse aufgezeichnet. Aus den Bremsereignissen wird daraufhin jeweils die Rekuperationsdauer tR sowie die Rekuperationsenergie ER ermittelt. In Fig. 3 ist die Verteilung der Rekuperationsenergie ER auf die   RekuperationsdauertR auf-   getragen. Jedes Bremsereignis ist dabei durch einen homogenen Block dargestellt. Im Bereich zwischen 0 und 5 Sekunden gibt es viele Bremsereignisse mit geringem Energieinhalt. Bei der Erarbeitung der Fahr- und Betriebsstrategie des Hybridfahrzeugs ist zu beachten, dass sich hier ein Zurückschalten, um den Generator optimal zu betreiben, nicht lohnt. Andererseits sind im Bereich zwischen 20 und 30 Sekunden nur wenige Bremsereignisse mit mittlerem Energieinhalt festzustellen. Ein Auslegen der Batterie auf lange Ladezeiten lohnt sich auch hier nicht.

   Bei der Auslegung des Energiemanagements und der Entwicklung der Fahr- und Betriebsstrategie wird man sich primär auf den Bereich zwischen 5 bis 

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15 Sekunden konzentrieren, wo Bremsereignisse mittlerer Dauer mir hohem E- nergieinhalt stattfinden. 



   Fig. 5 zeigt zum Vergleich mit dem praxisnahen Strassenfahrzyklus eine Vertei- lung der Rekuperationsenergie ER auf die Rekuperationsdauer   tR   für den NEDC-
Zyklus. Deutlich ist zu erkennen, dass wenige Bremsereignis auftreten und dass die Bremsereignisse auf enge Zeitbereiche eingeschränkt sind. Die grösste Brems- energie tritt bei der finalen Bremsung über eine Rekuperationsdauer   tR   von etwa
34 Sekunden auf. 



   In Fig. 4 ist die durchschnittliche und die maximale Rekuperationsleistung PR be- zogen auf die   Rekuperationsdauer tR   aufgetragen. Aus dem Diagramm ist zu er- kennen, dass im Ausführungsbeispiels beispielsweise bei Bremsungen von 5 Se- kunden eine mittlere Rekuperationsleistung   PRm   von etwa 6 kW und eine maxi- male Rekuperationsleistung PRh von 33 kW auftritt. Eine Auslegung des Energie- managements auf den hohen Wert bringt allerdings wenig, bezogen auf den Aufwand. Bei einer   Rekuperationsdauer tp   von 27 Sekunden tritt eine maximale Re- kuperationsleistung PRh von 14 kW auf. Da im realen Fahrbetrieb Bremsdauern von mehr als 20 Sekunden selten sind, ist aber eine Auslegung auf diesen Bereich, beispielsweise auf 14 kW, nicht sinnvoll. 



  Gemäss dem hier vorgeschlagenen Verfahren wird die durchschnittliche und/oder maximale Rekuperationsleistung   PRm,     PRh   bezogen auf die   Rekuperationsdauer tp   bestimmt. Die durchschnittliche Rekuperationsleistung PRm im Bereich der durchschnittlichen   Rekuperationsdauer tRm   wird für die weitere Auslegung des Energiemanagements herangezogen. 



  Es wird ein praxisnaher Strassenfahrzyklus definiert, welcher die gleiche Verteilung der Rekuperationsleistung PR über der   Rekuperationsdauer tR   aufweist wie der in Fig. 2 dargestellte praktische Fahrbetrieb. Weiters wird aufgrund des praxisnahen Strassenfahrzyklus eine Fahr-und/oder Betriebsstrategie für das Hybridfahrzeug und dessen Antriebskomponenten entwickelt. Anhand des aus dem praktischen Fahrbetrieb abgeleiteten praxisnahen Strassenfahrzyklus kann die Feinauslegung des Energiemanagements erfolgen, sowie die Fahrbarkeit der entwickelten Fahrstrategie überprüft werden. Insbesondere kann dabei getestet werden, ob die Energiespeicher innerhalb der Spezifikationen betrieben werden können und ob die Temperaturen die maximal zulässigen Werte nicht überschreiten. 



  Fig. 6 zeigt die kumulativ Verteilung der Rekuperationsenergie ER auf die Reku-   perationsdauer tp.   Aus dem Diagramm ist zu erkennen, wie lange die Batterie 

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 belastet wird. Bei Bremsdauern von beispielsweise maximal 15 Sekunden kann 80% der angebotenen Energie durch Bremsen zurückgewonnen werden. 



  Bei der Definition der Strategie für das Energiemanagement sollten folgende Vorgaben beachtet werden : - Rückgewinnung eines Maximums an Bremsenergie. 



   - Betrieb der beiden Antriebsaggregate des Fahrzeugs mit einem optimalen
Summenwirkungsgrad. 



   - Ausnutzung von Schwungenergie. 



   - Abschalten und Ankuppeln der Antriebsaggregate, wenn keine negativen oder positiven Beschleunigungen gewünscht werden. 



  Folgende Nebenbedingungen sind dabei einzugehalten : - Betrieb sämtlicher beteiligter Partner innerhalb ihres spezifizierten Be- triebsbereiches   (z. B. :   Die Ladung der Energiespeicher muss innerhalb ei- nes definierten Bereiches bleiben, ebenso die Temperatur und der Innen- druck der Bauteile. Die   Lade- und Entladeströme   dürfen ein vorgegebenes
Maximum nicht überschreiten). 



     - Die   Fahrbarkeit darf nur bis zu einem definierten Grenzwert beeinflusst werden. 



  Eine als gut befundene Fahrstrategie kann in herkömmlicher Weise anhand des NEDC-Zyklus hinsichtlich Verbrauch und Emissionen bewertet werden.

Claims (7)

  1. ANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Auslegung eines Energiemanagements für ein Hybridfahr- zeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslegung auf der Basis eines im praktischen Fahrbetrieb ermittelten praxisnahen Strassenfahrzyklus er- folgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im prakti- schen Fahrbetrieb das Geschwindigkeitsprofil und die Bremsereignisse auf- gezeichnet werden und daraus für jedes Bremsereignis die Rekuperations- dauer (tR) sowie die Rekuperationsenergie (ER) ermittelt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durch- EMI6.1
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Mes- sungen ein praxisnaher Strassenfahrzyklus abgeleitet wird, bei dem die Ver- teilung der durchschnittlichen und/oder der maximalen Rekuperations- leistungen gleich den im realen Fahrbetrieb ermittelten durchschnittlichen und/oder maximalen Rekuperationsleistungen (PRm, PRh) ist.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Energie- management aufgrund der ermittelten Rekuperationsleistungen (PR) opti- miert wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund des praxisnahen Strassenfahrzyklus eine Fahr-und/oder Be- triebsstrategie für das Hybridfahrzeug und dessen Antriebskomponenten entwickelt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahr- und Betriebsstrategie anhand des praxisnahen Strassenfahrzyklus ü- berprüft wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009002869A1 (de) 2009-05-06 2010-11-18 Mbg Techbelt Innovation Gmbh Verfahren zum Herstellen von technischem Schmalgewebe, ein entsprechendes Gurtband und eine entsprechende Vorrichtung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102009002869A1 (de) 2009-05-06 2010-11-18 Mbg Techbelt Innovation Gmbh Verfahren zum Herstellen von technischem Schmalgewebe, ein entsprechendes Gurtband und eine entsprechende Vorrichtung

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